دانلود پروژه:طراحی و شبیه‌سازی نوسان‌ساز کنترل شونده با ولتاژ CMOS برای کاربردهای WiMAX

                                                                                      فهرست مطالب

فهرست اختصارات ص

چکیده فارسی ض

چکیده انگلیسی ط

    فصل اول: مقدمه

1-‌1 انگیزه و اهداف تحقیق 1

1-‌2 چالش‌های طراحی نوسان‌ساز کنترل شونده با ولتاژ 2

1-‌3 انتخاب تکنولوژی 4

1-‌4 استانداردهای IEEE802.11 و باند فرکانسی WiMax 5

1-‌4-‌1 استاندارد IEEE802.11a 5

1-‌4-‌2 استاندارد IEEE802.11b 5

1-‌4-‌3 استاندارد IEEE802.11e 5

1-‌4-‌4 استاندارد IEEE802.11g 6

1-‌4-‌5WiMax  6

1-‌4-‌6 روش FHSS 6

1-‌4-‌7 روش DSSS 7

1-‌5 ساختار پایان‌نامه 8

فصل دوم: مروری بر نوسان‌سازهای‌ فرکانس ثابت و کنترل شونده با ولتاژ

مقدمه 9

2-‌1 اصول اساسی سیتم‌های فیدبک 9

2-‌2 کلاس‌بندی نوسان‌سازها 12

2-‌2-‌1 نوسان‌سازهای حلقوی 12

2-‌2-‌2 نوسان‌سازها با مدار تانک LC 15

2-‌2-‌2-‌1 نوسان‌سازهای کلپیتز و هارتلی 17

2-‌2-‌2-‌‌2 نوسان‌ساز کوپلاژ تقاطعی 18

2-‌3  تعریف نوسان‌ساز کنترل شونده با ولتاژ (VCO) 21

2-‌4 مشخصه‌های یک VCO 22

2-‌4-‌1 نویز فاز 22

2-‌4-‌1-‌1  اثر نویز در حوزه‌ی RF چیست؟ 27

2-‌4-‌2 فرکانس مرکزی 29

2-‌4-‌3 توان RF 29

2-‌4-‌4 ضریب شایستگی 29

2-‌4-‌5 محدوده‌ی فرکانسی قابل تنظیم 30

2-‌4-‌6 حساسیت 30

2-‌4-‌7 تلف توان 31

2-‌4-‌8 اعوجاج هارمونیکی 31

2-‌5 تانک LC موازی 31

2-‌5-‌1 ضریب کیفیت 32

2-‌6 منابع جریان 33

2-‌7 نواحی عملکرد یک نوسان‌ساز 34

2-‌8 مروری بر روش‌های موجود برای بهبود نویز فاز و توان مصرفی برخی از نوسان‌سازهای متداول در مقالات

2-‌8-1 نوسان‌سازهای کوپلاژ تقاطعی متداول 35

2-‌8-2 مدار افزاینده ضریب کیفیت با استفاده از روش بایاسینگ بدنه‌ای 38

2-8-3 تکنیک تقویت کننده بهره کلپیتز 41

2-‌8-4 تکنیک بالانسینگ با استفاده از سلف‌های تزویج و خازن‌های ورکتور 44

2-‌8-5 تکنیک فیلترینگ و استفاده از ابعاد بزرگ ترانزیستورهای منبع جریان 47

2- 8-‌6 تکنیک استفاده مجدد جریان و متعادل‌سازی نوسان‌ خروجی 50

2-8-7 تکنیک استفاده مجدد جریان و مدار افزاینده ضریب کیفیت   53

فصل سوم: تانک LC

مقدمه 57

3-1 سلف‌های مدار مجتمع 57

3-1-1 مدل ساده‌ی مداری برای سلف یکپارچه 58

3-1-2 ضریب کیفیت سلف 59

3-2 وارکتور 61

3-2-1 دیود P-N بایاس معکوس 62

3-2-2 وارکتور نوع MOS 63

3-2-3 وارکتور مد معکوس 65

3-2-4 وارکتور در ناحیه‌ی انباشتگی 65

3-3 مدل‌های مداری برای یک وارکتور 66

3-3-1 مدل سانگ 66

3-3-2 مدل سامنی 66

3-3-3 مدل RF برای وارکتورهای TSMS 68

فصل چهارم: طراحی و شبیه‌سازی نوسان‌ساز کنترل شونده با ولتاژ پیشنهادی

مقدمه 69

4-1 نگاه اجمالی به طراحی نوسان‌ساز پیشنهادی با تکنیک استفاده مجدد جریان 72

4-2 تکنیک هدایت منفی اضافی توسط زوج کوپلاژ تقاطعی NMOS 72

4-3 خازن وارکتور و سلف مارپیچ پیشنهادی 76

4-4 مدار نهایی نوسان‌ساز پیشنهادی 77

4-5 محاسبات مدار نوسان‌ساز پیشنهادی 80

4-6 نتایج حاصل از شبیه‌سازی 82

فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهاد برای کارهای آینده

6-1 نتیجه‌گیری 86

6-2 پیشنهاد برای کارهای آینده 87

 مراجع 88

فهرست شکل‌ها

شکل 1-1 بلوک دیاگرام ساده‌ای از یک گیرنده 1

شکل 1-2 بلوک دیاگرام حلقه‌های قفل شونده فاز PLL 2

شکل 1-3 تضادهای موجود در طراحی RF 4

شکل 2-1 بلوک دیاگرام یک سیستم فیدبک 9

شکل 2-2 پیدایش حالت نوسانی 10

شکل 2-3 اشکال مختلف از سیستم فیدبک‌دار نوسانی 11

شکل 2-4 نوسان‌ساز به صورت یک شبکه‌ی فیدبک‌دار دارای شبکه انتخاب‌گر فرکانس 11

شکل 2-5 تشدید کننده‌ی LC 12

شکل 2-6 نوسان‌ساز حلقوی با N مدار معکوس‌گر CMOS 13

شکل 2-7 نوسان‌ساز حلقوی سه طبقه 14

شکل 2-8 شکل موج‌های یک نوسان‌ساز حلقوی سه طبقه 15

شکل 2-9 خروجی یک تانک LC بر اساس وضعیت قطب‌ها 16

شکل 2-10 نوسان‌ساز (الف) هارتلی (ب)  کلپیتز 17

شکل 2-11 ساختار کلی نوسان‌ساز کوپلاژ تقاطعی 18

شکل 2-12 شکل موج خروجی نوسان‌ساز کوپلاژ تقاطعی 19

شکل 2-13 )الف) ترانزیستورهای کوپلاژ تقاطعی نوسان‌ساز (ب) مدار معادل آن 19

شکل 2-14 نمای کلی نوسان‌سازهای یک دهانه‌ای 20

شکل 2-15 نمودار فرکانس خروجی برحسب ولتاژ کنترل 21

شکل 2-16 طیف سینوسی نوسان‌ساز (الف) در حالت ایده آل (ب) با اعمال نویز 22

شکل 2-17 تانک LC با جریان نویزی تزریق شده . 23

شکل 2-18  تغییر فاز و دامنه بر اثر جریان نویزی تزریق شده 25

شکل 2-19 ISF  و شکل موج خروجی نوسان‌ساز (الف) با مدار تانک LC (ب) حلقوی 26

شکل 2-20 شمای یک فرستنده – گیرنده‌ی معمولی 27

شکل 2-‌21 (الف) پایین آوردن باند با نوسان‌ساز (ب) ضرب شدن دو طرفه (ج) اثر نویز فاز در فرستنده‌ها 28

شکل 2-22 مشخصه غیر خطی نوسان‌‌ساز کنترل شونده با ولتاژ 31

شکل 2- 23 مدار تانک RLC در حالت موازی 32

شکل 2-‌24 (الف) تانک LC واقعی (ب) تانک LC ایده‌آل با مقاومت موازی 33

شکل 2-‌25 منبع جریان آیینه‌ای PMOS برای تغذیه مدار 34

شکل 2-‌26 ساختارهای موجود برای نوسان‌ساز کوپلاژ تقاطعی 36

شکل 2- 27 مدار معادل نوسان‌ساز کوپلاژ تقاطعی مکمل با استفاده از هسته NMOS و PMOS 38

شکل 2-‌28 نوسان‌ساز کوپلاژ تقاطعی با استفاده از تکنیک بایاسینگ بدنه‌ای ترانزیستور 39

شکل 2-29 (الف) مدار افزایش دهنده ضریب کیفیت (ب) مدار معادل سیگنال کوچک 39

شکل 2-30 فرکانس خروجی نوسان‌ساز بر حسب ولتاژ کنترلی 40

شکل 2-31 نویز فاز اندازه‌گیری شده در فرکانس مرکزی GHz94/4 . 41

شکل 2-32 (الف) تقویت کننده گیت مشترک (ب) تقویت کننده افزایش بهره 42

شکل 2-33 نوسان‌ساز کنترل شونده با ولتاژ با استفاده از تقویت کننده بهره کلپیتز 42

شکل 2-34 فرکانس خروجی نوسان‌ساز بر حسب ولتاژ کنترلی 43

شکل 2-35 نویز فاز اندازه‌گیری شده در فرکانس آفست 1MHz 44

شکل 2-‌36 (الف) نیم مدار نوسان‌ساز کلپبتز (ب) اتصال دو نیم مدار به صورت تفاضلی 45

شکل 2-‌37 موج سینوسی خروجی تفاضلی نوسان‌ساز 46

شکل 2-‌38 فرکانس خروجی اندازه‌گیری شده برحسب ولتاژ کنترلی 46

شکل 2-39 نویز فاز اندازه‌گیری شده در فرکانس آفست MHz1 47

شکل 2-40 نوسان‌ساز کنترل شونده با ولتاژ با  استفاده از تکنیک ابعاد بزرگ منبع جریان و فیلترینگ 48

شکل 2-41 فرکانس خروجی اندازه‌گیری شده  بر حسب ولتاژ کنترلی 49

شکل 2-42 نویز فاز اندازه‌گیری شده نوسان‌ساز 49

شکل 2-‌43 (الف) نوسان‌ساز کوپلاژ تقاطعی متداول با هسته N-P (ب) نوسان‌ساز با تکنیک استفاده مجدد جریان 50

شکل 2-‌44 سه طرح پیشنهادی جهت کنترل جریان (الف) BRB  (ب) ERB  (ج) IRB 51

شکل 2- 45 نوسان‌ساز کنترل شونده با ولتاژ با استفاده از روش ترکیبی BRB و IRB 52

شکل 2-46 شکل موج خروجی تفاضلی نوسان‌ساز. 52

شکل 2-47 نویز فاز اندازه‌گیری شده نوسان‌ساز کنترل شونده با ولتاژ 53

شکل 2-‌48 نوسان‌ساز VCO با استفاده از توپولوژی استفاده مجدد جریان و تکنیک افزاینده Q 53

شکل 2-49 نیم مدار نوسان‌ساز با تکنیک افزایندهQ 54

شکل 2-50 فرکانس خروجی نوسان‌ساز بر حسب ولتاژ کنترلی 55

شکل 2-‌51 نویز فاز اندازه‌گیری شده در فرکانس حامل GHz81/5 در آفست MHz 56

شکل 3-1 اشکال هندسی مختلف سلف‌های مارپیچی مسطح 57

شکل 3-2 مدل ساده‌ی فشرده برای یک سلف مارپیچی 58

شکل 3-3 مدل یک دهانه‌ی سلف یکپارچه با عناصر فشرده 59

شکل 3-4 مدار معادل یک دهانه‌ای سلف یکپارچه با عناصر فشرده 60

شکل 3- 5 نماد مداری دیود بایاس  معکوس و مدل‌ ساده شده‌ی مداری آن 63

شکل 3- 6 ساختارهای متداول دیود بایاس معکس   P-N (الف) (ب) یکسو 63

شکل 3- 7 (الف) تغییرات خازن بر حسب 64

شکل 3-8 (الف) ساختمان وارکتور مد معکوس 65

شکل 3- 9 (الف) ساختمان MOS از نوع انباشتگی 66

شکل 3-‌10 مدل فیزیکی وارکتور سانگ 67

شکل 3-‌11 مدل اسپایس برای وارکتور سامنی 67

شکل 3-‌12 مدل معادل RF برای یک وارکتور 68

شکل 4-‌1 (الف) مدار نوسان‌ساز کوپلاژ تقاطعی متداول  (ب) مدار نوسان‌ساز با روش استفاده مجدد جریان 70

شکل 4-‌2 عملکرد نوسان‌ساز در دو نیم سیکل مثبت و منفی 70

شکل 4-3 (الف) شکل موج سینوسی در دو نیم سیکل (ب) شکل موج سینوسی تفاضلی 71

شکل 4-4 (الف) افزودن زوج کوپلاژ تقاطعی  NMOSبه مدار نوسان‌ساز (ب) مدار عمومی نوسان‌ساز با تانک LC 72

شکل 4-‌5 تانک LC موازی 73

شکل 4-‌6 مدار معادل نوسان‌ساز پیشنهادی با تلفات پارازیتی 74

شکل 4-‌7 خازن وارکتور 76

شکل 4-‌8 تغییر ظرفیت وارکتور با ولتاژ اعمالی متغیر 76

شکل 4-‌9 ضریب کیفیت سلف مارپیچ بر حسب فرکانس 77

شکل 4-‌10 مدار نوسان‌ساز پیشنهادی نهایی 78

شکل 4-‌11 استفاده از خازن‌های موازی در زوج کوپلاژ تقاطعی NMOS 79

شکل 4-‌12شکل موج سینوسی خروجی سرهای مثبت و منفی مدار نوسان‌ساز 83

شکل 4-‌13 شکل موج سینوسی خروجی تفاضلی مدار نوسان با فرکانس 17/4 گیگاهرتز 83

شکل 4-‌14 محدوده فرکانسی قابل تنظیم بر حسب ولتاژ کنترلی 84

شکل 4-‌15 نویز فاز شبیه‌سازی در آفستMHz 100 و MHz1 84

شکل 4-16 نویز فاز در کل محدوده فرکانسی قابل تنظیم 85

فهرست جدول‌ها

جدول 1-‌1 استانداردهای مخابرات بی‌سیم 7

جدول 2-1 مشخصات کلی نوسان‌ساز شکل 2-29 41

جدول 2-2 مشخصات کلی نوسان‌ساز شکل 2-‌ 34‌ 47

جدول 2-3 مشخصات کلی نوسان‌ساز شکل 2-‌ 37‌ (ب) 47

جدول 2-4 مشخصات کلی نوسان‌ساز شکل 2-‌41‌ 49

جدول 2-5 مشخصات کلی نوسان‌ساز شکل 2-‌49 56

جدول 4- 1 مشخصات کلی تکنولوژی TSMC 0.18µm 80

جدول 4- 2 مقادیر عددی عناصر استفاده شده در نوسان‌ساز پیشنهادی 82

جدول 4-3 مشخصات کلی نوسان‌ساز پیشنهادی 85

جدول 6-1 مقایسه نوسان‌ساز پیشنهادی با کارهای پیشین 86

 

فهرست اختصارات

VCO                                          Voltage Controlled Oscillator

CMOS                                       Complementary Metal Oxide Semiconductor

WiMax                                      Worldwide Interoperability for Microwave Access

RF                                              Radio Frequency

DSSS                                         Direct-Sequence Spread System

FHSS                                         Frequency Hopping Sequence Spectrum

FOM                                          Figure Of  Merit

IC                                               Integrated Circuit

dBc                                            Decibel Below Carrier

LNA                                          Low Noise Amplifier

ISF                                             Impulse Sensitive Function

TSMC                                       Taiwan Semiconductor Manufacturing Company

ADS                                          Advanced Design System