Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic)

Electrical Engineering Department

Bachelor of Science Thesis

Design and Simulation UWB Transmitter by

Efficient Modulation for WBAN Application

By

Seyyed Mohammad Mozaffari

Supervisor

Dr. Mohammad Yavari

September 2019

امیرکبیردانشگاه صنعتي )پلي تکنیک تهران(

دانشکده برق

نامه کارشناسيپایان

الکترونیکگرایش

با مدولاسیون مناسب برای UWBی طراحي و شبیه سازی فرستنده

WBANکاربردهای

نگارش

سید محمد مظفری

راهنما استاد

دکتر محمد یاوری

98 مهر

عاعضاء کمیته دفا فرم تأیید -پایان نامه تصویب وارزیابي فرم صفحه

ه/رساله موسوم نامدر این صفحه )هر سه مقطع تحصيلي( باید فرم ارزیابي یا تایيد و تصویب پایان

ه آموزشي را به فرم کميته دفاع براي ارشد و دکترا و فرم تصویب براي کارشناسي، موجود در پروند

قرار دهند.

مهم: اتنک

و و بر اساااآ آیرین نهااسه دسااتورال م زبان فارسااي نگارش پایان نامه/رساااله باید به

نماي حاضر(راه .)دستورال م وراهنماي تدوین پایان نامه هاي دانشگاه صن تي اميرکبير باشد

و "وساايط"، دکترا باید به ترتيب، کارشااناسااي ارشااد و رساااله چاپيرنگ جلد پایان نامه

باشد. "زرکوب "عات مندرج و اطلا رنگ "سفيد"

توصيه بلامانع است و انجام آن پشت و رو)دورو(چاپ و صحافي پایان نامه/رساله بصورت

.شودمي

اطلاعات آن با است، فقط یكبار فای و فرم دو نویهندهنامه داراي درصورتي که یك عنوان پایان

ذکر هر دو نویهنده بارگذاري و تكمي گردد.

به نام خدا

98شهریور :تاریخ تعهدنامه اصالت اثر

شوم که مطالب مندرج در این پایان نامه حاص کار پژوهشي مت هد مي سید محمد مظفریجانب این

ستاوردهاي دی صن تي اميرکبير بوده و به د شگاه ساتيد دان گران که در اینجانب تحت نظارت و راهنمایي ا

ست منا ست مطابق مقررات و روال مت ارف ارجاع و در فهر شده ا ستفاده و مآیذ بعاین پژوهش از آنها ا

سطح یا بالاتر ارائه نگردیده است.ذکر گردیده است. این پایان نامه قبلاً براي احراز هيچ مدرك هم

اقط سدر صورت اثبات تسلف در هر زمان، مدرك تحصيلي صادر شده توسط دانشگاه از درجه اعتبار

بوده و دانشگاه حق پيگيري قانوني یواهد داشت.

باشااد. هرگونه ز این پایان نامه مت لق به دانشااگاه صاان تي اميرکبير ميکليه نتایج و حقوق حاصاا ا

برداري، ترجمه و اساااتفاده از نتایج علمي و عملي، واگذاري اطلاعات به دیگران یا چاپ و تك،ير، نهاااسه

اقتباااآ از این پااایااان نااامااه باادون موافقاات کتبي دانشاااگاااه صااان تي اميرکبير ممنوع اساااات.

بلامانع است. نق مطالب با ذکر مآیذ

سید محمد مظفری

امضا

برد کارم را براي من فراهم کردند و نقشي که محيطي مناسب براي پيش ام ممنونماز یانواده

هاي بيشمارشان و گزارم که با حمایتحمایت کننده داشتند، پدرم، مادرم و برادرم. از دوستانم سپاآ

برد هرچه بيشتر کارم شدند، به کردند، باعث پيشنامه شتن این پایاناي که در نوهاي روحي و علميکمك

اي روشن در انتظارشان باشد و یقينا چنين نيز یواهد شد. از دانشگاهم ممنونم که محيطي اميدوارم آینده

ر هایم قدم بردارم. و در آیر از استادم، دکتدوستانه و علمي را برایم ایجاد کرد تا در آن به سمت هدف

کنم که در مدت تحصيلم، هر سه درآ الكترونيك را با ایشان گذراندم.محمد یاوري تشكر مي

به آینده اميدوارم...

سيد محمد مظفري

98مهرماه

قدردانی

أ

چکیدهپرزشكي پيدا کرده است. در این جایگاه، يحوزه امروزه مهندسي برق کاربرد وسي ي در

ي آن کمك به پزشكانِاري است، بلكه وظيفهنقش مهندسي برق نه درمان و نه حتي تشسيص بيم

آوري، تواند با جمعهاست. در این راستا، مهندسي برق ميمتسصص براي تشسيص و درمان بيماري

پردازش و ارسال علائمِ زیهتيِ مستلف افراد، یا به عبارت دیگر مانيتور کردن وض يت سلامتي

درماني براي بيماران بردن به این که کدام راهِپي ها و حتيها، به پزشكان براي شناسایيِ بيماريآن

اطلاعات به منظور مانيتور کردنِ آوريجمع تواند بامؤثرتر است کمك کند. مهندسي برق مي

در این ها، در این زمينه مؤثر باشد. وض يت زیهتيِ افراد براي نظارتِ حداک،ري بر سلامتي آن

ر بدن یا روي آن که از سنهورهاي مستلفي که د- ارسال اطلاعات زیهتي فرد به نامهپایان

اي کاربردهاي پزشكي، الزامات ویژه شرایط یاص .پردایته شده است -آیند، به دست ميقرارگرفته

از کند.اي که قرار است در بدن قرارگرفته و این اطلاعات را ارسال کند، ایجاب ميبراي فرستنده

1م، نهبت انرژي به بيت پایين و سرعت ارسال اطلاعاتجمله توان مصرفي پایين، اتلاف توان ک

4GHz-3.5 ي مذکورنامه پردایته شده است. فرستندهها در این پایاني آنمناسب که به هر سه

براي ارسال اطلاعات 3فرکانسمگاهرتز بوده و از مدولاسيون 500با پهناي باند 2UWBاز نوع و

بوده TSMCاز نوع ،180nmکار گرفته شده تكنولوژي به کند.استفاده مي 1Mbit/secبا سرعت

در این که فرستنده شام دو قهمت استاین سازي شده است.شبيه HSpiceو در محيط

، 4PFD ،5CPهاي مستلف آن از جمله فرستنده پردایته شده و بلوك RFنامه به قهمت پایان6TSPC 7هاي تقهيم کنندهوDFF اند.ار گرفتهطراحي و مورد بررسي قر

های کلیدی:واژه

-RF-CP-PFD-TSPCسيگنال -FM-PLLمدولاسيون -UWBي فرستنده-بایوالكترونيكDFF divider

1 Bit rate

2 Ultra Wide-Band 3 Frequency Modulation (FM)

4 Phase Frequency Detector (PFD) 5 Charge Pump (CP)

6 True Single Phase Clock 7 D-Flip-Flop

فهرست مطالب

ب

1 ........................................................................................................................................................... فصل اول مقدمه

2 ............................................................................................................................ موضوع تيو اهم زشيانگ -1-1

WBAN .......................................................................................................................................... 3 يشبكه -1-2

5 .................................................................................................................... ویبا ينهيتوان در زم يمهئله -1-3

6 ................................................................................................................................... يمورد بررس يمهئله -1-3

6 .......................................................................................................................................... نامه انیسایتار پا -1-4

FM-UWB ......................................................................................................................... 7ی فصل دوم فرستنده

UWB ........................................................................................................................................ 8 يفرستنده -2-1

9 ................................................................................................................................................... ياهیاصول پا -2-2

11 .......................................................................................................................... هیحام پا گناليس ديتول -2-3

FM-UWB ............................................................................................................................ 12 يفرستنده -2-4

BFSK .................................................................................................... 14حام گناليس يدکنندهيتول -2-5

16 ......................................................................................................................... يم،ل، گناليساز سنوسان -2-6

17 ...................................................................................................................فاز و فرکانس صيواحد تشس -2-7

18 ....................................................................................................................................... انیواحد پمپ جر -2-8

18 ...................................................................................................................... یيویساز فرکانس رادنوسان -2-9

19 ...................................................................................................................... يفرکانه يکنندهاميتقه -2-10

20 ................................................ فرکانس یهاکننده میو تقس یيویساز فرکانس رادفصل سوم نوسان

21 ................................................................................................................................................ ياهیاصول پا -3-1

23 ...................................................................................................................... یيویساز فرکانس رادنوسان -3-2

29 ............................................................................................................................................ هاکنندهميتقه -3-3

صفحه فهرست مطالب عنوان

فهرست مطالب

ج

TSPC ................................................................................................................. 30 يکننده ميتقه -3-3-1

DFF .................................................................................................................. 31 يهاکنندهميتقه -3-3-1

35 ................................................................. انیفاز و فرکانس و پمپ جر یدهنده صیفصل چهارم تشخ

36 ........................................................................................................................................................ نهيزم شيپ -4-1

37 .................................................................................... فاز و فرکانس صيتشس يههیسلول مقا -4-1-1

38 .......................................................................................................................... انیول پمپ جرسل -4-1-2

38 ................................................................................................... فاز و فرکانس صيسلول تشس يطراح -4-2

43 ........................................................................................................................ انیسلول پمپ جر يطراح-4-3

44 ........................................................... يتفاضل يم مار يبر مبنا انیسلول پمپ جر يطراح -4-3-1

Push-Pull .................................................................... 50به صورت انیواحد پمپ جر يطراح -4-3-1

53 ................................................................... یریگجهیبه دست آمده و نت جیانت ،یسازهیفصل پنجم شب

54 ................................................................................................................................ عملكرد فرستنده ينحوه -5-1

55 ..................................................................................................................................... يسازهيشب ينحوه -5-2

59 ...................................................................................................... به دست آمده جیها و نتايسازهيشب -5-3

59 .......................................................................................................... یيویساز فرکانس رادنوسان -5-3-1

61 ...................................................................................... فاز و فرکانس يدهنده صيواحدِ تشس -5-3-2

TSPC ............................................................................................ 62 يفرکانه يهاکننده ميتقه -5-3-3

DFF ............................................................................................... 63 يفرکانه يهاکننده ميتقه -5-3-4

64 ....................................................................................... یيویفرکانس راد ونيبراسيکال يحلقه -5-3-3

67 ..................................................................در مُد ارسال اطلاعات یيویساز فرکانس رادنوسان -5-3-6

69 .......................................................................................................................... يبندو جمع يريگجهينت -5-4

69 ............................................................................................................. ندهیکار در آ يبرا یيشنهادهايپ -5-5

70 ............................................................................................................................................................................وستيپ

71 .............................................................................................. یيویفرکانس رادساز کد مربوط به واحد نوسان

71 ..................................................................................... فاز و فرکانس يدهنده صيکد مربوط به واحدِ تشس

TSPC ................................................................................ 73 يفرکانه يهاکننده ميکد مربوط به واحد تقه

فهرست مطالب

د

DFF ................................................................................... 74 يفرکانه يهاکننده ميکد مربوط به واحد تقه

FM ............................................................................................................................... 80ساز کد مربوط به نوسان

83 ............................................................................................................................................................... منابع و مراجع

فهرست اشكال

ه

صفحه هاشکلفهرست عنوان

WBAN ]1[ .............................................................................................................. 4 ينمونه شبكه كی 1-1شك

10 .............................. ]1[رندهيگ (b)فرستنده FM-UWB (a) يرندهيگ-فرستنده يسایتار کل 2-1شك

FM-UWB ]1[ ......................................................................... 10در دشدهيمستلف تول يهاگناليس 2-2شك

13 .......................................................................................... ]1[شده شنهاديپ FM-UWB يفرستنده 2-3شك

BFSK ]1[ .................................. 14 يبر مبنا هیحام پا گناليس يکننده ديتول هتميسایتار س 2-4شك

16 ............. ]1[هیپا حام گناليمستلف س يهافرکانس يبرا شدهيسازهيتوان شب فيط يچگال 2-5شك

MHz30=mMHz (c) F10=mMHz (b) F1=m(a) F ........................................................................................................... 16

17 ........................................................................................................................ ]1[يساز موج م،ل،نوسان 2-6شك

نوسان ديتول يو نحوه ريکننده به عنوان سلول تایبا پنج م كوآ Ringساز از نوسان يانمونه 3-1شك

22 .................................................................................................................................................................... ]28[در آن

24 ................................................................ ]1[شده با ولتاژسه طبقه کنترل يساز حلقهمدار نوسان 3-2شك

RF .......................................................... 24ساز ها در نوسانکنندهم كوآ يبرا يبیمدار م ادل تقر 3-3شك

RF .................................................................................. 25ساز ها در نوسانکنندهمدار م ادل م كوآ 3-4شك

26 .................................................................... ]1[سازفرکانس نوسان يِ نگيدر یط VCORاثر مقاومت 3-5شك

27 .......................................................تاليجید لتريبه کار رفته به عنوان ف يکنندهم كوآ يم مار 3-6شك

مستلف )محور يدر چهار طراح RFساز نوسان يفرکانس برحهب ولتاژ کنترل برا ينمودارها 3-6شك

28 ................................................................................... است( Vبر حهب يو محور افق GHzبر حهب يعمود

31 .......................................................... ]1[2کانس بر فر ميتقه يشده برا شنهاديپ TSPCسایتار 3-7شك

32 ................................................................................................. متداول يفرکانه يکننده ميتقه كی 3-8شك

32 ............................................................................................................................... متداول DFFسایتار 3-9شك

NAND ........................................................................................................................... 33 تيسایتار گ 3-10شك

36 .................................................. ]30[انیقف فاز به همراه سلول پمپ جر يحلقه اگرامیبلوك د 4-1شك

NAND ]30[ ............................................................................... 39 تياآ گبر اس يبيترت PFDمدار 4-1شك

40 .............. ]30[درجه عقب افتاده است refCLK 90از divCLKکه يهنگام PFD يهاگناليس 4-2شك

43 ............................................................................ ]30[کانس و فازفر يدهنده صيتشس یيِمدار نها 4-3شك

CP ]30[ .............................................................................................................. 45سلول يهیسایتار پا 4-5شك

NMOS ]30[ ................................................................................... 46 يبر مبنا CML يهیسایتار پا 4-6شك

CML ]30[ ........................................................................................................... 47 يشده يمدار تكم 4-7شك

CP ]30[ .................................................................................................................... 48مدار کام سلول 4-8شك

فهرست اشكال

و

CP ............................................................................... 50واحدِ ياشده بر يطراح Push-Pullسایتار 4-9شك

CP ............................................................................................ 52واحدِ يبه کار رفته در یروج لتريف 4-10شك

55 ......... ]1[ونيبراسيکال يو حلقه لترهايها، فچیيفرستنده شام سو RFقهمت اگرامیبلوك د 5-1شك

56 ..........................................................................................لبرتيآنالوگ سلول گ يمدار ضرب کننده 5-2شك

57 ............................................................................................ يسازهيشب يبرا mV يکننده ديمدار تول 5-3شك

57 .................................................. بالا يبا بهره ياتيعمل يکننده تیمدار به کار رفته به عنوان تقو 5-4شك

58 ......... اژآل کنترل شده با ولتدهیبا استفاده از منبع ا mV گناليس ديتول يمدار به کار رفته برا 5-5شك

60 ................................................................................................ سازنوسان يیروج گنالياز س يانمونه 5-6شك

0.9V .................................. 60ولتاژ کنترل يساز به ازانوسان يیروج گناليتوان س فيط يچگال 5-7شك

60 ...................................................................................................سازنوسان يمدار م ادل بار در یروج 5-8شك

PFD.................................................................................................... 62 يو یروج يورود يهاگناليس 5-9شك

TSPC ........................................................................... 63 يفرکانه يهاکننده ميتقه يهايیروج 5-10شك

DFF ................................................................................................ 64 يهاکننده ميتقه يهايیروج 5-11شك

65 ........................................................................................ ونيبراسيکال يمستلف حلقه يهاگناليس 5-12شك

66 ................................................. باند آن يپهنا شیدر اثر افزا ونيبراسيکال يدر حلقه يداریناپا 5-13شك

67 ...................................................................................... هیحام ِ پا گناليسازِ سهيمدارِ شب يیروج 5-14شك

68 ............................... در مُد ارسال اطلاعات RFساز نوسان يیروج گناليتوان س فيط يچگال 5-16شك

فهرست جداول

ز

صفحه هاجدولفهرست عنوان

RF ............................................................................................................................ 28 سازنوسان يطراح 3-1ولجد

29 ............................................................................................................................ کنندهم كوآ يطراح 3-2جدول

TSPC ............................................................................................................................. 33 سلول يطراح 3-2جدول

NAND ............................................................................................................................ 34 تيگ يطراح 3-3جدول

34 .......................................................................................................................هاکننده م كوآ يطراح 3-5جدول

NAND .................................................................................................................... 42 يهاتيگ يطراح 4-1جدول

42 .......................................................................................................................هاکننده م كوآ يطراح 4-2جدول

CP .................................................................................................................................... 52 واحدِ يطراح 4-3جدول

58 ............................................................................................................................. کننده تیتقو يطراح 5-1جدول

61 ...................................................................................................... سازنوسان يیروج در بار يالمانها 5-2جدول

فهرست علائم

ح

فهرست علائم

هاعلائم لاتین و ثابت

𝝁𝒏 هاموبيليتي یا قابلت حرکت الكترون

𝝁𝒑 هاموبيليتي یا قابليت حرکت حفره

𝑽𝑻𝑯 رارتي ترانزیهتور ماسفتولتاژ ح

𝑾 پهناي گيت ترانزیهتور ماسفت

𝑳 طول کانال ترانزیهتور ماسفت

𝑪𝑶𝑿 یازن بر واحد سطح اکهيد ترانزیهتور ماسفت

Abstract

83

منابع و مراجع

Abstract

84

[1] Mohamed Ali , Heba Shawkey, Abdelhalim Zekry, and Mohamad Sawan, Fellow, IEEE ,“One Mbps

1 nJ/b 3.5–4 GHz Fully Integrated FM-UWB Transmitter for WBAN Applications”, October 31,

2017, IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS–I: REGULAR PAPERS.

[2] A. Ba et al., “A 0.33 nJ/bit IEEE 802.15.6/proprietary MICS/ISM wireless transceiver with scalable

data rate for medical implantable applications,” IEEE J. Biomed. Health Informat., vol. 19, no. 3, pp.

920–929, May 2015.

[3] N. Cho, J. Bae, and H. J. Yoo, “A 10.8 mW body channel communication/MICS dual-band

transceiver for a unified body sensor network controller,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 44, no.

12, pp. 3459–3468, Dec. 2009.

[4] A. Batra, Multi-Band OFDM Physical Layer Proposal for IEEE 802.15 Task Group 3a, IEEE

Standard P802. 15-03/268r3, 2004.

[5] W. Fan and C.-S. Choy, “Robust, low-complexity, and energy efficient downlink baseband receiver

design for MB-OFDM UWB system,” IEEE Trans. Circuits Syst. I, Reg. Papers, vol. 59, no. 2, pp.

399–408, Feb. 2012.

[6] K. K. Lee and T. S. Lande, “A wireless-powered IR-UWB transmitter for long-range passive RFID

tags in 90-nm CMOS,” IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, vol. 61, no. 11, pp. 870–874, Nov.

2014.

[7] Y. Shim et al., “A 520 pJ/pulse IR-UWB radar for short range object detection,” in Proc. IEEE Radio

Freq. Integr. Circuits Symp., Jun. 2011, pp. 1–4.

[8] E. M. Staderini, “UWB radars in medicine,” IEEE Aerosp. Electron. Syst. Mag., vol. 17, no. 1, pp.

13–18, Jan. 2002.

[9] Y. Zhao, Y. Dong, J. F. M. Gerrits, G. van Veenendaal, J. R. Long, and J. R. Farserotu, “A short

range, low data rate, 7.2 GHz-7.7 GHz FM-UWB receiver front-end,” IEEE J. Solid-State Circuits,

vol. 44, no. 7, pp. 1872–1882, Jul. 2009.

[10] N. Saputra and J. R. Long, “A short-range low data-rate regenerative

FM-UWB receiver,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 59, no. 4, pp. 1131–1140, Apr. 2011.

[11] F. Chen, W. Zhang, W. Rhee, J. Kim, D. Kim, and Z. Wang, “A 3.8-mW 3.5–4-GHz regenerative

FM-UWB receiver with enhanced linearity by utilizing a wideband LNA and dual bandpass filters,”

IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 61, no. 9, pp. 3350–3359, Sep. 2013.

[12] J. F. M. Gerrits, M. H. L. Kouwenhoven, P. R. van der Meer, J. R. Farserotu, and J. R. Long,

“Principles and limitations of ultrawideband FM communications systems,” EURASIP J. Appl. Signal

Process., vol. 2005, pp. 382–396, Jan. 2005. [Online].

Available: http://dx.doi.org/10.1155/ASP.2005.382

[13] P.Nilsson, J. F. M. Gerrits, and J. Yuan, “A low complexity DDS IC for FM-UWB applications,” in

Proc. 16th IST Mobile Wireless Commun. Summit, Jul. 2007, pp. 1–5.

[14] B. Zhou, R. He, J. Qiao, J. Liu, W. Rhee, and Z. Wang, “A low data rate FM-UWB transmitter with-

based sub-carrier modulation and quasicontinuous frequency-locked loop,” in Proc. IEEE Asian

Solid-State

Circuits Conf., Nov. 2010, pp. 1–4.

[15] B. Zhou et al., “A 1Mb/s 3.2–4.4 GHz reconfigurable FM-UWB transmitter in 0.18μm CMOS,” in

Proc. IEEE Radio Freq. Integr. Circuits Symp., Jun. 2011, pp. 1–4.

Abstract

85

[16] B. Zhou et al., “A gated FM-UWB system with data-driven front-end power control,” IEEE Trans.

Circuits Syst. I, Reg. Papers, vol. 59, no. 6, pp. 1348–1358, Jun. 2012.

[17] N. Saputra, J. R. Long, and J. J. Pekarik, “A 900μW, 3–5 GHz integrated

FM-UWB transmitter in 90 nm CMOS,” in Proc. ESSCIRC, Sep. 2010, pp. 398–401.

[18] N. Saputra and J. R. Long, “A fully-integrated, short-range, low data rate FM-UWB transmitter in 90

nm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 46, no. 7, pp. 1627–1635, Jul. 2011.

[19] B. Zhou, F. Chen, W. Rhee, and Z. Wang, “A reconfigurable FMUWB transceiver for short-range

wireless communications,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 23, no. 7, pp. 371–373, Jul.

2013.

[20] M. Ali, M. Sawan, H. Shawkey, and A. Zekry, “PLL based BFSK subcarrier generator for FM-UWB

transmitter,” in Proc. 14th IEEE Int. New Circuits Syst. Conf. (NEWCAS), Jun. 2016, pp. 1–4.

[21] F. Chen et al., “A 1.14mW 750kb/s FM-UWB transmitter with 8-FSK subcarrier modulation,” in

Proc. IEEE Custom Integr. Circuits Conf., Sep. 2013, pp. 1–4.

[22] N. Saputra, “An FM-UWB transceiver for autonomous wireless systems,” Ph.D. dissertation, TU

Delft, Delft Univ. Technol., Delft, The Netherlands, 2012.

[23] Razavi, Behzad “Design of Analog CMOS Integrated Circuits”, McGraw-Hill, 2001.

[24] Carusone, T.C., Johns, D. A., Martin, K. W. “Analog Integrated Circuit Design” 2nd Ed., Wiley 2012.

[25] J. P. Carmo, P. M. Mendes, and J. H. Correia, “A 4.2 mW 5.7-GHz frequency synthesizer with

dynamic-logic (TSPC) frequency divider,” in Proc. Int. Conf. Telecommun., May 2009, pp. 309–312.

[26] N. Saputra and J. R. Long, “A fully-integrated, short-range, low data rate FM-UWB transmitter in 90

nm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 46, no. 7, pp. 1627–1635, Jul. 2011. [27] PFD Design

[27] Carusone, T.C., Johns, D. A., Martin, K. W. “Analog Integrated Circuit Design” 2nd Ed., Wiley 2012.

[28] Heedley, Perry, EEE 232 Class Notes (Unpublished), California State University Sacramento 2015.

[29] Razavi, Behzad “Design of Analog CMOS Integrated Circuits”, McGraw-Hill, 2001.

[30] Jeffrey Morgan, DESIGN OF A PHASE FREQUENCY DETECTOR AND CHARGE PUMP FOR

A PHASE-LOCKED LOOP IN 0.18µm CMOS, Presented to the faculty of the Department of

Electrical and Electronic Engineering California State University, Sacramento, spring 2017

[31] Pelgrom, M., Duinmaijer, A., Welbers, A. “Matching Properties of MOS Transistors” IEEE Journal

of Solid-State Circuits, Vol. 24, No. 5, October 1989.

Abstract

86

Abstract

Electrical engineering has functioned in a manner that has many

applications in medicine. In this regard, electrical engineering does not play a

role in assessing an illness or treating it, however it aids the medical

professional in both assessing and treating patients. This is done by collecting

biological signals, processing them, and transmitting them. In other words,

monitoring patients’ health utilizes medical professionals in detecting an

illness, and comprehending which treatment method would be more effective.

Electrical engineering can be of use in any of the three given procedures, that

is, collecting data related to various sensors, the course of building these

sensors and putting them to use to efficiently interact with the body, processing

the acquired data which can be used to make more effective assessments, and

finally transmitting this data in order to monitor peoples biological state, in

order to maximize the control, we have over their health.

This study focuses on transmitting biological data using sensors on the

body. Specific medical functions set certain criteria for the transmitter inside

the body. These criteria are low power usage, low dissipation of power, low bit

rate and appropriate speed in sending data. All of these criteria have been the

center of this study. The mentioned transmitter was 3.5-4GHZ, and it was Ultra

Wide-Band, with a width of 500 MHz. It also used frequency modulation to

transmit data with a speed of 1Mbit/sec. The technology used was TSMC and

was replicated in HSpice. The transmitter consisted of two parts: the producer

of the subcarrier signal and the radiation frequency segment which is

responsible for producing the frequency’s modulated signal with the use of a

subcarrier signal. This study has concentrated on RF in the transmitter, and the

different blocks it consists of such as Phase Frequency Detector, Charge Pump,

True Signal Phase Clock, and D-Flip-Flop divider were designed and

evaluated. It is necessary to mention that in order to replicate the first segment

of the transmitter, Gilbert’s cells and ideal voltage sources were used.

Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic)

Electrical Engineering Department

Bachelor of Science Thesis

Design and Simulation UWB Transmitter by

Efficient Modulation for WBAN Application

By

Seyyed Mohammad Mozaffari

Supervisor

Dr. Mohammad Yavari

September 2019