[論文レビュー] SOI RF SWITCH FOR WIRELESS SENSOR NETWORK

Wei Cai, Cheng Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2016

Wireless Body Area Networks被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、ワイヤレス医療モニタリング用途における性能要件を満たすために、0.18 µm SOIプロセスを用いてシャント・シリーズトポロジを採用した0–5 GHz RFスイッチを提示する。5 GHzにおいて、挿入損失0.906 dB、隔離度30.95 dB、3次インターセプト点53.05 dBm、1 dB圧縮点50.06 dBmを達成し、低消費電力・高信頼性センサーネットワークへの適性を示している。

ABSTRACT

The objective of this research was to design a 0-5 GHz RF SOI switch, with 0.18um power Jazz SOI technology by using Cadence software, for health care applications. This paper introduces the design of a RF switch implemented in shunt-series topology. An insertion loss of 0.906 dB and an isolation of 30.95 dB were obtained at 5 GHz. The switch also achieved a third order distortion of 53.05 dBm and 1 dB compression point reached 50.06dBm. The RF switch performance meets the desired specification requirements.

研究の動機と目的

• 医療モニタリングに用いられるワイヤレスセンサーネットワーク向けに、高性能RFスイッチを開発すること。
• 0–5 GHz帯域全域で低挿入損失および高隔離度を達成すること。
• リアルタイムの生体医療信号伝送に適した線形性および出力パワー耐久性を確保すること。
• Cadence設計ツールを用いて、統合性とスケーラビリティを考慮した0.18 µm SOIプロセスによる実装を実施すること。
• 低消費電力・高信頼性ワイヤレス応用に求められる厳密な性能仕様を満たすこと。

提案手法

• 線形性と隔離度の最適化を図るため、RFスイッチにシャント・シリーズトポロジを採用する。
• 高い統合性と低消費電力の実現を目的に、0.18 µmパワージャズSOI CMOSプロセスを活用する。
• デバイスサイズとバイアスの最適化のため、Cadenceソフトウェアを用いて回路シミュレーションと最適化を実施する。
• 信号ルーティングの制御に、シャント経路およびシリー スパスに配置されたMOSFETを用いる。
• Sパラメータおよび非線形シミュレーションから、挿入損失、隔離度、IIP3、P1dBといった主要性能指標を抽出する。
• 性能の一貫性を確認するため、0–5 GHz帯域全域にわたり検証を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シャント・シリーズSOI RFスイッチは、0–5 GHz帯域で低挿入損失および高隔離度を達成できるか？
• RQ2 SOIスイッチの線形性性能（IIP3およびP1dB）はいかほどか？
• RQ3 0.18 µm SOIプロセスは、ワイヤレスセンサーネットワークに必要な十分なパワー耐久性と統合性を提供できるか？
• RQ4 医療モニタリングで一般的に見られる実環境の信号条件下で、スイッチはどのように動作するか？

主な発見

• 5 GHzにおける挿入損失は0.906 dBに達し、信号の減衰が小さいことを示している。
• 5 GHzにおける隔離度は30.95 dBに達し、効果的な信号経路切り替えが可能であることを示している。
• 3次インターセプト点（IIP3）は53.05 dBmに達し、優れた線形性を示している。
• 1 dB圧縮点（P1dB）は50.06 dBmで測定され、高い出力パワー耐久性を示している。
• 本スイッチは、医療用途のワイヤレスセンサーネットワークに使用するためのすべての目標仕様を満たしている。
• 本設計は、低消費電力・高信頼性の生体医療用ワイヤレスシステムへの統合に適している。