وبلاگ

 

 

 

• شکل­دهی جریان ترانزیستورهای سوئیچ با ساختار کسکود

 

در راستای کاهش نویز فاز ساختاری طراحی شده است که هدف شکل­دهی جریان ترانزیستورهای سوئیچ بوده است. بدین معنی که ترانزیستورها در زمان­هایی که حساسیت زیادی به منابع نویز موجود در مدار دارند خاموش شوند یا حتی المکان جریان کمتری هدایت کنند و تا حدودی توانسته ­اند این شکل دهی را انجام دهند. یک نمونه از این طراحی­ها ساختار معرفی شده به نام Cascode Cross-Coupled می­باشد [۳۱].

 

الف
ب

 

جریان و ولتاژ نوسان‌ساز شکل (۲-۴۹) الف: عدم حضور خازن موازی. ب: در حضور خازن موازی
در این ساختار برای بایاس کردن نوسان‌ساز­­­ LC Cross-Coupled از یک ساختار کسکود بجای ترانزیستور دنباله استفاده کرده و از این طریق ناحیه تفاضلی بین جریان ترانزیستورها را از بین رفته است، بدین طریق نویز فاز بهبود یافته است. در یک نمونه از نوسان‌ساز­­­ LC ساده شبیه­سازی شده جریان ترانزیستورها به فرم شکل (۲-۵۱) می­باشند. همانطور که مشاهده می­ شود هر ترانزیستور تقریبا در نصف تناوب هدایت می­ کند و یک ناحیه تفاضلی نیز بین جریان­ها وجود دارد.

وقتی سوئیچ کامل رخ دهد و همه جریان دنباله از یک ترانزیستور بگذرد بعلت وجود امپدانس زیاد در سورس این ترانزیستور، نویزی به خروجی انتقال داده نمی­ شود. ولی وقتی M₂ وM₁ در مد تفاضلی عمل کنند، سورس تقریبا همانند زمین مجازی عمل کرده و بدلیل امپدانس کم در سورس

فرم جریان درین در نوسان‌ساز LC کلاسیک
در این حالت نویز زیادی به خروجی تزریق می­ شود. این لحظات همان نقاط گذر از صفر بیان شده در مقاله حاجی میری می­باشند که ISF در این نقاط مقدار ماکزیممی دارد. در ساختار Cascode Cross-Coupled معرفی شده این مد تفاضلی حذف شده است. شماتیک نوسان‌ساز­­­ Cascode Cross-Coupled در شکل (۲-۵۲) نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می­ شود ترانزیستور جریان دنباله برداشته شده و ترانزیستورهای زوج تفاضلی با یک ساختار Cascode Cross-Coupled جایگزین شده است که بایاس مدار را نیز تامین می­ کند.

ساختار Cascode Cross-Coupled[31]
همان­طور که در روش فیلترینگ نویز دنباله در بخش ۲-۱۲-۱ نیز اشاره شد، منبع جریان دنباله دو نقش مهم در نوسان‌ساز­­­ را ایفا می­ کند که عبارتند از: تامین کننده­ جریان بایاس و ایجاد امپدانس زیاد در سورس ترانزیستورهای زوج تفاضلی برای جلوگیری از کاهش ضریب کیفیت تانک LC در لحظاتی که ترانزیستورهای M₁ و M₂ ناحیه­ی تریود را تجربه می­ کنند. در ساختار شکل (۵۲-۲) بخش Cascode همان نقش منبع جریان در نوسان‌ساز­­­ Cross-Coupled را ایفا می­ کند.
در این ساختار بایاس ترانزیستورهای ورودی از طریق کوپلینگ خازنی از خروجی مجزا شده است و M₁ و M₂ از طریق V_B1 که اندکی بیشتر از V_th است بایاسDC شده است تا آنها را در وضعیت روشن با جریان ناچیز قرار دهد. ولتاژ AC خروجی نیز از طریق یک خازن به گیت M₁ و M₂ اعمال می شود. با این ساختار ترانزیستورها دقیقا در نصف تناوب هدایت کرده و هیچ مد تفاضلی وجود نخواهد داشت. لازم به ذکر است که V_B2 نیز باید به­گونه ای طراحی شود که ترانزیستورهای کسکود ( M₃ , M₄) وارد ناحیه تریود نشوند. فرم جریان ترانزیستورهای M₁ و M₂ در شکل (۲-۵۳) نشان داده شده است. همان­طور که مشاهده می­ شود جریان بگونه­ای فرم­دهی شده است که در نقاط تفاضلی جریان ناچیز است.

جریان ترانزیستورهای سوئیچ در نوسان‌ساز شکل (۲-۵۲)
برای بررسی نویز فاز در این نوسان‌ساز­­­ دو حالت را باید در نظر گرفت:

 

• جریان از شاخه چپ بگذرد: در این حالت ترانزیستورهای M₁, M₃خاموش هستند و نویزی از آنها به خروجی انتقال داده نمی­ شود.

 

• جریان از شاخه راست بگذرد: در این حالت چون M₃ترانزیستور کسکود است، بعلت وجود ترانزیستور M₁ و امپدانس زیاد در سورس M₃ باز هم نویز زیادی به خروجی انتقال نمی­یابد..

 

در حالت دوم می­توان دو حالت را بررسی کرد. M₁ روشن است، پس در دو ناحیه می ­تواند کار کند:

 

• اشباع: در این حالت امپدانس زیادی بین درین و سورس آن وجود دارد و متعاقبا امپدانس زیادی در سورس M₃ وجود خواهد داشت و نویز آن از بین می­رود.

 

• تریود: در این حالت ولتاژ V_out,p نزدیک پیک مثبت خود قرار دارد و V_out,n نزدیک پیک منفی خود قرار دارد. چون ISF در این نقاط نزدیک صفر است حتی اگر نویز M₃ هم زیاد باشد، ISF نزدیک صفر است و M₃ سهم زیادی در نویز ندارد.

 

بنابراین در هر دوحالت M₃ سهم ناچیزی در نویز دارد و به این ترتیب در این ساختار هر ترانزیستور در نیم سیکل هدایت کرده و در ناحیه گذر از صفر خروجی­ها، جریان درین ترانزیستورها صفر است، در مجموع نمی­ توان به پالس­ها باریکی دست یافت بنابراین این کار نتوانسته است بهبودی زیادی در نویز فاز ایجاد کند.

 

•  

 

 

 

• • •  

   

   

 

 

 

• تفکیک بایاس گیت از خروجی نوسان‌ساز

 

در نمونه ­ای دیگر از روشی برای شکل دهی جریان ترانزیستورها استفاده کرده است که توانسته به پالس­های باریک­تری برای جریان ترانزیستور­ها دست یابد. در این ساختار سطح DC گیت ترانزیستورهای زوج تفاضلی از سطح DC خروجی مجزا شده است [۳۲]. در شکل (۲-۵۴) دو نوع نوسان‌ساز­­­ LC مرسوم و نوسان‌ساز­­­ مورد بررسی نشان داده شده است.