دانشگاه صنعتی بابل
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
عنوان پایان‌نامه
طراحی نوسان‌ساز Cross-Coupled LC با نویز فاز کم
جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد
در رشته مهندسی برق گرایش میکروالکترونیک
استاد راهنما:
دکتر حسین میار نعیمی
نگارش
محدثه نوذری میرارکلایی
تیر ۱۳۹۱
زندگی
صحنه یکتای هنرمندی ماست
هر کسی نغمه­ی خود خواند و از صحنه رود
صحنه پیوسته به جاست
خرم آن نغمه که مردم بسپارند به یاد
بیاد پدر
تقدیم به:
روح پرفتوح پدرم که آفتاب مهرش در آستانه قلبم، همواره پابرجاست و هرگز غروب نخواهد کرد
مادرم که وجودش شادی بخش و صفایش مایه آرامش من است
همسرم، همراه زندگیم، پناه خستگیم و امید بودنم
تشکر و قدردانی
اعتراف می­کنم که نه زبان شکر تو را دارم و و نه توان تشکر از بندگان تو، و اما بر حسب وظیفه
سپاس از
استاد فرهیخته و فرزانه جناب آقای دکتر حسین میار نعیمی که با کرامتی چون خورشید ، سرزمین دل را روشنی بخشیدند و گلشن سرای علم و دانش را با راهنمایی های کار ساز و سازنده بارور ساختند.
پدرم که عاشقانه سوخت تا گرمابخش وجودم و روشنگر راهم باشد. پدر به خود می­بالم که فرزند توام. امید به آنکه با رسیدن به این مرحله از من راضی و خشنود باشی.
مادر دلسوز و مهربانم که سجده ی ایثارش گل محبت را در وجودم پروراند و دامان گهربارش لحظه های مهربانی را به من آموخت.
همسرم که با وجود دوره کوتاه زندگی مشترک تاکنون همدلی و همگامی خود را به من اثبات نمود.
دوستانی که در انجام این پایان نامه از کمک­هایشان بی دریغ نمانده ام.
کلیه اساتید ارجمندم در طول سالهای به یاد ماندنی شاگردیشان تشکر می­نمایم.
در پایان از درگاه خداوند متعال برای تمامی این عزیزان سلامتی، موفقیت و توفیق روزافزون در همۀ عرصه های زندگی را مسئلت می نمایم.چکیده

نوسان‌سازها از جمله مهمترین اجزای تشکیل دهنده سیستم­های مخابراتی می­باشد. از آنجایی که نویز فاز یکی از پارامترهای مهم تعیین کننده­ کیفیت یک نوسان‌ساز می­باشد، طراحی نوسان‌سازهایی با نویز فاز کمتر از اهداف مهم طراحان است. در میان اسیلاتورهای مختلف، نوسان‌سازهای Cross-Coupled LC بدلیل عملکرد نویز فاز بهتر، مصرف توان کمتر، ساختار تفاضلی و پیاده­سازی آسان آن نسبت به سایر نوسان‌سازها نقش مهمی را در طراحی مدارات فرکانس بالا ایفا می­ کند. تلاش­ های زیادی در راستای کاهش نویز فاز این نوسان‌سازها صورت گرفته است و تکنیک­های مختلفی نیز ارائه شده است. یکی از روش­های موثر کاهش اثر نویز ترانزیستور در فاز خروجی نوسان‌ساز، بهینه کردن فرم جریان آن می­باشد. در این پایان نامه ابتدا به بررسی نوسان‌ساز LC و منابع نویز آن پرداخته و سپس تکنیک شکل­دهی جریان ترانزیستورها و نقش آن در کاهش نویز فاز نوسان‌ساز بیان شده است. در ادامه ساختار جدیدی برای نوسان‌سازهای Cross-Coupled LC ارائه گردیده است که در آن جریان درین ترانزیستورهای زوج تفاضلی برای کاهش نویز فاز شکل دهی شده ­اند. از آنجایی که وقتی خروجی ها در نقاط پیک خود قرار دارند منابع نویز کمترین سهم در نویز فاز را دارند، جریان درین ماکزیمم مقدار را دارد و در نقاط گذر از صفر خروجی که حساسیت فاز خروجی به نویز تزریق شده بیشترین مقدار خود را دارد، ترانزیستورها خاموش شده و یا حتی­الامکان جریان ناچیزی را هدایت کنند. بدین طریق سهم نویز فاز ادوات فعال کاهش می­یابد. در پایان معادله نویز فاز ساختار معرفی شده نیز استخراج گردیده است و نقش کاهش زاویه­ی هدایت ترانزیستورها در کاهش نویز فاز بررسی شده است.
برای ارزیابی تکنیک معرفی شده، یک اسیلاتورLC در فرکانس مرکزی ۲GHz در تکنولوژی TSMC CMOS 0.18µm در نرم افزار Agilent ADS طراحی و شبیه­سازی شده و مورد ارزیابی قرار گرفته است نتایج آزمایش‌ها نشان می­دهد اسیلاتور پیشنهادی علاوه بر کاهش قابل توجه نویز فاز از نظر FOM نیز بر اسیلاتور­های کلاسیک برتری دارد.
واژه‌های کلیدی
نویز فاز، نوسان‌سازهای LC، شکل دهی جریان ترانزیستور ، تابع حساسیت ضربه
فهرست مطالب
فصل اول : مقدمه ۱
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- اهداف و ساختار پایان نامه ۶
فصل دوم: نوسان‌سازها و تاثیر نویز بر عملکرد آنها ۷
۲-۱- مقدمه ۸
۲-۲- اصول کلی عملکرد نوسان‌سازها ۸
۲-۲-۱- مدل فیدبک نوسان‌ساز ۹
۲-۲-۲- مدل مقاومت منفی نوسان‌سازها ۱۰
۲-۳- انواع نوسان‌سازهای CMOS 11
۲-۳-۱- نوسان‌سازهای حلقوی ۱۵
۲-۳-۲- نوسان‌سازهای LC 18
- توپولوژی تک ترانزیستوری ۱۸
- توپولوژی تفاضلی Cross-Coupled 21
۲-۳-۳- نوسان‌سازهایLC مناسب­ترین انتخاب برای کاربردهای مخابراتی ۲۵
۲-۴- شبکه ­های LC پسیو ۲۶
۲-۴-۱- تانک RLC موازی ۲۶
۲-۴-۲- تانک RLC سری ۲۸
۲-۵- ضریب کیفیت تانک ۲۸
۲-۶- نویز ۳۰
۲-۶-۱- مقدار RMS نویز ۳۱
۲-۶-۲- جمع منابع نویز ۳۱