Die Verbesserung der digitalen Steuerbarkeit von Breitband-RF-Transceiver-Frontends trägt dazu bei, den Bereich der Betriebsbedingungen und Anwendungen, in denen solche Systeme eingesetzt werden können, zu erweitern. Technologische Einschränkungen und Designherausforderungen behindern häufig die umfassende Einführung der digitalen Steuerbarkeit in HF-Frontends. Diese Arbeit konzentriert sich auf drei Hauptaspekte im Zusammenhang mit dem Entwurf und der Implementierung eines digital steuerbaren HF-Transceiver-Frontends für eine verbesserte digitale Steuerung.

Zunächst wird der Einfluss der Wahl der Halbleitertechnologie für eine System-on-Chip-Integration digitaler Verstärkungsregelkreise untersucht. Die digitale Steuerung der Verstärkung wird durch die Verwendung von Dämpfungsglieder erreicht, die aus kaskadierten geschalteten Dämpfungsstufen bestehen. Der Einfluss der ausgewählten Technologie auf die Leistung der drei herkömmlich verwendeten Topologien mit geschalteten Dämpfern wird bewertet, um die Einschränkungen zu untersuchen, die die für hohe Verstärkung geeignete Technologie für die Leistung des Dämpfers darstellt.

Zweitens wird ein neuartiger Ansatz zur integrierten Implementierung des Gain-Slope-Equalizers vorgestellt und die Eignung des vorgeschlagenen Ansatzes für die Integration innerhalb des RF-Frontends überprüft.

Drittens wird eine sensitivitätsbewusste Implementierung eines Spitzenleistungsdetektors vorgestellt. Der verstärkte Einsatz der digitalen Verstärkungsregelung erhöht auch die Anforderungen an die Empfindlichkeit des Leistungsdetektors, der für die adaptive Leistungs- und Verstärkungsregelung eingesetzt wird. Das Design, die Implementierung und die Messergebnisse eines hochmodernen Breitband-Leistungsdetektors mit hoher Empfindlichkeit und großem Dynamikbereich werden vorgestellt. Das Design wurde optimiert, um einen großen Offset-Unterdrückungsbereich bereitzustellen, und der Einfluss von Offset-Unterdrückungsschaltungen auf die Empfindlichkeit des Leistungsdetektors wird untersucht. Darüber hinaus werden Entwurfsüberlegungen für ein Hochempfindlichkeitsverhalten des Leistungsdetektors untersucht und die Rauschbeiträge von einzelnen Teilschaltungen bewertet.

Schließlich wird ein Breitband-RF-Transceiver-Front-End unter Verwendung einer im Handel erhältlichen SiGe-BiCMOS-Technologie realisiert, um die Verbesserungen der digitalen Steuerbarkeit des Systems zu demonstrieren. Das RF-Front-End hat eine Bandbreite von 500 MHz bis 2,5 GHz, einen Eingangsdynamikbereich von 20 dB, einen digitalen Verstärkungsregelbereich von mehr als 30 dB und einen digitalen Verstärkungssteilheitsausgleichsbereich von 1.49 dB/GHz bis 3.78 dB/GHz und verwendet einen Leistungsdetektor mit einer Empfindlichkeit von -56 dBm und Dynamikbereich von 64 dB. Die digitale Steuerung im RF-Frontend erfolgt über eine On-Chip-Seriell-Parallel-Schnittstelle (SPI), die von einem externen Mikrocontroller gesteuert wird. Eine prototypische Implementierung des RF-Front-End-Systems wird als Teil eines RFIC vorgestellt, der für die Verwendung in optischen Transceivermodulen für Fiber-to-the-x-Anwendungen vorgesehen ist.