وبلاگ

( الف ) (ب) شکل ۲-۴ (الف) سیگنال خروجی متناظر با مدار شکل ۲-۳- الف (ب) سیگنال خروجی متناظر با مدار شکل ۲-۳- ج همان طور که در شکل های ۲-۴- الف و ۲-۴- ب، نشان داده شده است، سیگنال های خروجی به دست آمده خطی نمی باشند. بنابراین برای بدست آوردن سیگنال های خروجی خطی از ساختار متقارن و دو طرفه ی ارائه شده در شکل ۲-۵، در این پایان نامه استفاده شده است. خاطر نشان می شود که با راهنمایی های جناب آقای دکتر حدیدی،برای بالا بردن میزان خطی بودن سیگنال های خروجی تا THD بیشتر از dB60و نیز خارج شدن از حالت pseudo differential ، منابع جریان به صورت دوطرفه قرار گرفته اند. سیگنال های خروجی در شکل ۲-۶، نشان داده شده اند. شکل ۲-۵ ساختار اسیلاتورLC مورد استفاده شکل ۲-۶ سیگنال های خروجی ساختار اسیلاتورLC مورد استفاده به علت دو طرفه بودن ساختار ونیز با فرض طراحی انجام شده برای های یکسان دو طرف ، مقدار مقاومت منفی برابر خواهد بود با: = = (۹-۲) محدود شدن مقاومت منفی و نیز وجود ساختار دو طرفه و منابع جریان ، سبب محدود شدن دامنه‏ی سیگنال های خروجی می شود . ولی این محدودیت در بهبود نویز فاز تاثیر دارد[۹]. از طرفی این ساختار دارای swing متقارن بوده و خروجی روی قابل تنظیم است و این ساختار متقارن، سبب بهبود خطی بودن سیگنال های خروجی شده است. برای تحلیل بیشتر وبه دست آوردن فرکانس کاری مدار،شکل ۲-۵را در نظر می‏گیریم . همانطور که در این شکل دیده می شود اگر دو طرف را یکسان در نظر بگیریم، می توان روابط زیر را به دست آورد: ?= + + (۱۰-۲) ? = + (۱۱-۲) = ?L(12-2) ? = + + + (۱۳-۲) که اگر مقادیر پارازیت مدار سلفی– خازنی با مقاومت منفی جبران گردد ؛ فرکانس کاری برابر خواهد بود با : = (۱۴-۲) بنابراین،برای برقراری شرایط نوسان ، رابطه زیر باید برقرار گردد : (۱۵-۲) که ۲برابر با مقدار safety factor درطراحی در نظر گرفته می شود. ۲-۲- مفاهیم اولیه ۲-۲-۱- نویز فاز با توجه به اینکه ، نویز فاز هم در دامنه و هم فاز سیگنال خروجی تاثیر گذار است ، لذا سیگنال خروجی برابر خواهد بود با : (t) = A(t) sin(t + )(17-2) با توجه به اینکه A(t) و تابعی از زمان هستند ، خروجی فرکانس (t) دارای باندهای جانبی نویزی نسبت به فرکانس اصلی نوسان خواهد بود. همانطور که در شکل ۲-۷- الف نشان داده شده است ، نویز فاز با در نظر گرفتن قدرت نویز در یک باند فرکانسی ?Hz ، به فاصله از فرکانس حامل ، مورد سنجش واقع می شود: L{} = ?? log ()(18-2) که بر اساس dBc/Hz می باشد. همچنین شکل۲-۷- ب، نشان دهنده ی نویز فاز بر اساس فرکانس offset ، ، در محدوده ی فرکانسی لگاریتمی است. (ب) (الف) شکل ۲-۷ (الف) خروجی یک اسیلاتور با نویز فاز (ب) مدل نویز فاز یک اسیلاتور نویز فاز در مقالات متعددی بررسی شده است [۱۰-۱۳]. یکی از مدل های ارائه شده ، مدل ثابت زمانی و خطی Lesson می باشد که طبق رابطه زیر ارائه شده است [۱۰]: L{} =?? log { [? + ].(? + )} (۱۹-۲) که F ، K و T به ترتیب فاکتور نویز افزایشی ، ثابت بولتزمن و دما برحسب کلوین هستند. همچنین ، توان مصرفی متوسط ، ضریب کیفیت مدار سلفی-خازنی و فرکانس گوشه ای بین نواحی و نشان داده شده در شکل ۲-۷-ب می باشد. مهم ترین اشکال این مدل ، فرض خطی بودن و ثابت زمانی بودن آن است. تخمین مقادیراین مدل بسیار دشوار بوده و کمک زیادی در طراحی عملی مدار نمی کند. در نهایت ، مدل دیگری در [۹]پیشنهاد شده است که مطابق رابطه زیر بوده و در طراحی عملی ، کمک شایانی می‏کند : L{} = (20-2) که مقاومت سری معادل ، VA دامنه‏‏ی ولتاژ خروجی و A فاکتور نویز افزایشی است کهبرابر با مقدار Safety factor در نظر گرفته می شود . این بدان علت است که وقتی A = ? باشد، قسمت فعال نوسانگر هیچ نویزی به مدار نمی دهد و وقتی A = 1 است ، هر دو قسمت فعال و سلفی – خازنی مدار ، نویز یکسانی اعمال می کنند . با برابر گرفتن مقادیر A و Safety factor ، مقدار نویز اعمالی ناشی از قسمت فعال مدار نسبت به قسمت سلفی – خازنی آن ، بیشتر در نظر گرفته می شود. این مدل بر اساس معادله ی Lesson ،استخراج شده است[۹] . ۲-۳-۳- ضریب شایستگی برای اسیلاتورهای مختلف‏،‏ضریبیکه شامل تمام پارامترهای فرکانس مرکزی،نویز فاز و توان مصرفی ‏باشد را در نظر می‏گیرند و هرچه قدر مطلق این مقدار بیشتر باشد کارکرد اسیلاتور بهتر خواهد بود‏: (۲۵-۲) فصل۳ طراحی Varactor ۳-۱- مقدمه امروزه طراحی Varactorها‏،‏بخش مهمی در مدارات RF محسوب می‏شود. در طراحی Varactorها، از عناصر فعال نظیر ترانزیستورها و دیودها استفاده می‏شود. اساس کار بر مبنای تغییر مقادیر خازنی این عناصر فعال توسط ولتاژ بایاس بیرونی است که به آن ولتاژtune هم گفته می‏شود. در نتیجه فرکانس خروجی مدار با تغییر این ولتاژ‏،‏تغییر خواهد کرد. در بسیاری از موارد‏،ضریب کیفیت Varactorها‏ به حد کافی زیاد می‏باشد که تاثیر منفی در نویز نگذارند. از جمله ساختارهای Varactorها‏ می‏توان به ساختارهای دیودی بایاس معکوس پیوند p-n و Varactorها‏ی ساخته شده از ترانزیستورهای MOS به سه روش مختلفرامطرح کرد که در ادامه توضیح داده خواهند شد. ۳-۲- Varactor ساخته شده از دیود بایاس معکوسپیوندp-n : در یک پروسس نمونه یn-well‏،‏به سه روش می‏توان از این ساختار استفاده کرد که عبارتند از‏n+/p-bulk ، p+/n-well و n-well/p-bulk ، که مناسبترین آنها روش دوم می‏باشد [۱۵-۱۶]. زیرا در این پروسه p-bulk به طور پیش فرض به زمین وصل می‏باشد و بر خلاف سایر روش‏ها‏،‏نیازی به ولتاژ منفی جهت بایاس معکوس وجود ندارد. همچنین در این ساختار مقاومت سری با خازن مورد نظر به علت n-well doping بالا‏،‏خیلی مقدار کمی دارد. شکل‏های ۳-۱- الف و ۳-۱- ب ، به ترتیب نشان دهنده‏ِی ساختار مذکور و مقدار خازن بدست آمده بر حسب ولتاژ معکوس می‏باشند. مقدار خازن بدست آمده از رابطه‏ی زیر قابل محاسبه است: (۱-۳) (ب) (الف) شکل ۳-۱ (الف) ساختار دیودی p+/n-well (ب) نمودار C-Vساختار دیودیp+/n-well که Vref همان ولتاژ بایاس معکوس و V˳ ولتاژ contact می‏باشند و m مقدار ثابتی است که به ساختار فیزیکی Varactor وابسته بوده و بین ? و ? می‏باشد. با توجه به شکل ۳-۲ ضریب کیفیت این Varactor برابر است با [۱۶] :