پایان نامه ارشد درباره:طراحی و تحلیل یک مخلوط کنندهی متعادل در باند فرکانسی خیلی وسیع UWB با استفاده از تکنولوژی CMOS- قسمت 2

………………………………………………………………………………………………………………………… 98

 

فهرست جدول ها:

 

عنوان شماره صفحه

 

جدول 1- 1 قابلیت UWB در مقایسه با سایر استانداردهای 14…………………………………. [2] IEEE

 

جدول 1- 3 مقایسهی ساختارهای مختلف میکسرهای فراپهن باند………………………………………….. 51

 

جدول 1- 5 مقادیر سلفهای مدار نهایی………………………………………………………………………. 85

 

جدول 2- 5 عرض ترانزیستورهای مدار نهایی………………………………………………………………… 85

 

جدول 3- 5 مقادیر پارامترهای DC ترانزیستورهای میکسر توزیع شده نهایی………………………………. 85

 

جدول 4-5 مقدار نشت پورت های مختلف میکسر پیشنهادی در یکدیگر بعد از مدل سازی اثر عدم تطبیـق ابعـاد

 

ترانزیستورها، روی ولتاژ آستانه………………………………………………………………………………………….. 88

 

جدول 5- 5 مقایسهی سه ساختار به دست آمده طول طراحی………………………………………………. 90

 

جدول 6- 5 مشخصات مدار میکسر توزیع شدهی پیشنهادی………………………………………………… 90

 

جدول 7- 5 مقایسه میکسر طراحی شده در این پایان نامه با کارهای انجام شدهی قبلی………………….. 91

 

فهرست شکلها:

 

عنوان شماره صفحه

شکل 1-1 تاریخچهی تکنولوژی فراپهن باند……………………………………………………………………. 6

 

شکل 2-1 طرح ماسک توان برای سیستم UWB بر حسب فرکانس 7…………………………………….. [3]

 

شکل 3-1 سیگنال باند باریک در حوزهی (a) زمان و (b) فرکانس………………………………………….. 8

 

شکل 4-1 یک پالس با Duty Cycle کم……………………………………………………………………. 8

 

شکل 5-1 پالس UWB در حوزههای((a زمان و (b) فرکانس………………………………………………. 9

 

شکل 6-1 همزیستی سیگنالهای فراپهن باند با سیگنالهای باند باریک و باند پهن در طیف فرکانسی 10.. RF

 

شکل (a) 7-1 پدیدهی چند مسیره در انتقال بیسیم (b) اثر پدیدهی چند مسیره بر سیگنال های بانـد باریـک

 

(c) اثر پدیدهی چند مسیره بر سیگنالهای باند فرا پهن………………………………………………………………… 11

 

شکل 8-1 رفتار حوزههای زمان و فرکانس سیگنالهای UWB (a) و (b) باند باریک……………………… 13

 

شکل 9-1 طیف فرکانسی UWB به همراه سیستمهای تداخلی داخل و خارج باند………………………… 14

 

شکل 10-1 سیگنالهای (a) باند باریک، (b) طیف گسترده و (c) فراپهن باند در حوزههای زمان و فرکانس .. 16

 

شکل 11-1 روش دسترسی 16……………………………………………………………………….. TDMA

 

شکل 12-1 عملیات کد کردن در 17……………………………………………………… [5] DS-CDMA

 

شکل 13-1 نحوهی استفاده از پهنای باند در سیستم 17………………………………………. DS-CDMA

 

شکل 14-1 گروه بندی طیف فرکانسی 18…………………………………………………….. MB-OFDM

 

شکل 15-1 طیف فرکانسی 18……………………………………………………………. [7] MB-OFDM

 

شکل 1-2 ساختار گیرنده سوپر هترودین……………………………………………………………………. 20

 

شکل 2-2 میکسر به عنوان یک عنصر سه دهانه…………………………………………………………….. 21

 

شکل 3-2 میکسر غیرفعال با تعادل دوگانه با 22…………………………………………………….. CMOS

 

شکل 4-2 میکسر گیلبرت ساده………………………………………………………………………………. 24

 

شکل 5-2 میکسر گیلبرت با تعادل دوگانه…………………………………………………………………… 25

 

شکل 6-2 منحنی بهرهی سوئیچ میکسر گیلبرت با تعادل دوگانه…………………………………………… 26

 

شکل 7-2 میکسر گیلبرت با تعادل دوگانه با تکنیک ربودن جریان 27…………………………………… DC

 

شکل 8-2 میکسر به عنوان یک ضرب کننده 29……………………………………………………………. [3]

 

شکل 9-2 میکسر با ساختار تکی…………………………………………………………………………….. 31

 

شکل 10-2 میکسر با ساختار متوازن تکی…………………………………………………………………… 31

 

شکل 1-3 بلوك دیاگرام مدار ترکیبی توزیع شده (a) موجبر هم محور واقعی (b) مدارات LC مصنوعی33[11]

 

شکل 2-3 مدل خطوط انتقال مصنوعی………………………………………………………………………. 34

 

شکل 3-3 شمای نحوهی قرار گیری سلولهای مدار توزیع شده بین دو خط انتقال………………………….. 35

 

شکل 4-3 میکسر گیلبرت 36…………………………………………………………………………. CMOS

 

 

شکل 6-3 شکل موجهای p0(t) و 38…………………………………………………………………….. p1 (t)

 

شکل 7-3 مدار معادل خط انتقال……………………………………………………………………………. 40

 

شکل 8-3 شماتیک مدار میکسر گیلبرت با تکنیک تزریق جریان…………………………………………… 41

 

شکل 9-3 شماتیک مدار میکسر گیلبرت با طبقهی ترارسانایی مکمل………………………………………. 41

 

شکل 10-3 مدل مدار ساده شده برای (a) میکسر متداول (b) میکسر با تکنیک پیکینگ سلفی سری……. 43

 

شکل (a) 11-3 مدل سیگنال کوچک یک تقویت کننده (b) شـبکهی پسـیو اضـافه شـده بـرای ایزولـه کـردن

 

خازنهای پارازیتی (c) پیاده سازی این شبکه با سلف…………………………………………………………………… 43

 

شکل 12-3 مدار میکسر ساختار 44…………………………………………………………………………… 1

 

شکل 13-3 مدار میکسر ساختار 45…………………………………………………………………………… 2

 

شکل 14-3 مدار میکسر ساختار 46…………………………………………………………………………… 3

 

شکل 15-3 مدار میکسر ساختار 47…………………………………………………………………………… 4

 

شکل 16-3 مدار تطبیق UWB برای سیگنال ورودی 47…………………………………………………. RF

 

شکل 17-3 مدار میکسر ساختار 48………………………………………………………………………….. 5

 

شکل 18-3 مدار میکسر ساختار 49…………………………………………………………………………… 6

 

شکل 19-3 مدار میکسر ساختار 50…………………………………………………………………………… 7

 

شکل 1-4 طیف فرکانسی MB-OFDM به همراه سیستمهای تداخلی داخل و خارج باند 53…………… [7]

 

شکل (a) 2-4 مدار سوئیچ ساده (b) سیستم غیر خطی متغیر با زمان (c) سیستم خطی متغیر با زمان….. 54

 

شکل 3-4 طیف خروجی سیستم غیرخطی با درجهی دو و سه……………………………………………… 54

 

شکل 4-4 نقطه تراکم 56………………………………………………………………………………….. 1dB

 

شکل 5-4 مولفههای اینترمدولاسیون در خروجی یک سیستم غیرخطی درجهی 56…………………………. 2

 

شکل 6-4 نحوهی تداخل اینترمدولاسیون مرتبهی 2 با سیگنال مطلوب 57……………………………….. [7]

 

شکل 7-4 مولفههای اینترمدولاسیون در خروجی یک سیستم با خاصیت غیرخطی مرتبهی سوم………….. 58

 

شکل 8-4 تداخل اینترمدولاسیون مرتبهی 3 با سیگنال مطلوب 58……………………………………….. [7]

 

شکل (a) 9-4 دامنهی نقطه تقاطع مرتبهی سوم ورودی (b) نقطه تقاطع مرتبـهی سـوم ورودی و خروجـی بـه

 

صورت لگاریتمی 59………………………………………………………………………………….. [5] (IIP3,OIP3)

 

شکل 10-4 میکسر فعال تک بالانس 61……………………………………………………………… CMOS

 

شکل 11-4 شکل موج 62………………………………………………………………………………… p1 (t)

 

شکل 1-5 بلوك دیاگرام مدار توزیع شده (a)خطوط انتقال واقعی (b) پیاده سازی با مدارات LC (خـط انتقـال

 

مصنوعی)…………………………………………………………………………………………………………………. 65

 

شکل 2-5 مدل ترانزیستور 66…………………………………………………………………………. TSMC

 

شکل 3-5 مدل مدار معادل برای یک ترانزیستور 66………………………………………. [26] RF nMOS

 

شکل 4-5 مدل سلف 67………………………………………………………………………………. TSMC

 

شکل 5-5 نمای Layout سلف در تراشه……………………………………………………………………. 67

 

شکل 6-5 مدار معادل یک سلف استاندارد 67…………………………………………………………….. [26]

 

شکل 7-5 تحلیلگر HARMONIC BALANCE در نرم افزار 68………………………………… ADS

 

شکل 8-5 تحلیلگر LSSP در نرم افزار 68………………………………………………………………. ADS

 

شکل 9-5 ساختار میکسر توزیع شدهی تک بالانس…………………………………………………………. 69

 

شکل 10-5 شماتیک میکسر توزیع شدهی تک بالانس در نرم افزار 70…………………………………. ADS

 

شکل 11-5 مدار بایاس طبقهی 70…………………………………………………………………………. RF

 

شکل 12-5 مدار بایاس گیت ترانزیستورهای طبقهی 71…………………………………………………… LO

 

شکل 13-5 مدار بایاس درین ترانزیستورهای طبقهی 71………………………………………………….. LO

 

شکل 14-5 روابط به کار رفته در نرمافزار ADS برای محاسبهی 72……………………………………. IIP3

 

شکل 15-5 نمودار عدد نویز میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس……………………………………… 72

 

شکل 16-5 نمودار IIP3 میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس………………………………………… 73

 

شکل 17-5 نمودار IIP2 میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس………………………………………… 73

 

شکل 18-5 نمودار بهرهی تبدیل میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس………………………………… 73

 

شکل 19-5 نمودار ضریب انعکاس ورودی میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس……………………….. 74

 

شکل 20-5 نمودار ضریب انعکاس خروجی میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس………………………. 74

 

شکل 21-5 ساختار میکسر توزیع شدهی گیلبرت…………………………………………………………… 75

 

شکل 22-5 شماتیک میکسر توزیع شدهی گیلبرت در نرم افزار 75…………………………………….. ADS

 

شکل 23-5 نمودار بهرهی تبدیل میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت…………………………………….. 76

 

شکل 24-5 نمودار ضریب انعکاس ورودی میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت…………………………… 77

 

شکل 25-5 نمودار ضریب انعکاس خروجی میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت………………………….. 77

 

شکل 26-5 نمودار عدد نویز میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت…………………………………………. 77

 

شکل 27-5 نمودار IIP3 میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت…………………………………………….. 78

 

شکل 28-5 ساختار میکسر توزیع شدهی گیلبرت با تکنیک پیکینگ سلفی……………………………….. 79

 

شکل 29-5 ساختار میکسر توزیع شدهی گیلبرت با تکنیک پیکینگ سلفی در نرم افزار 79…………… ADS

 

شکل 30-5 مدار بایاس درین ترانزیستورهای طبقهی 80………………………………………………….. LO

 

شکل 31-5 نمودار جریان مصرفی میکسر بر حسب تغییرات عرض ترانزیستورها…………………………… 81

 

شکل 32-5 نمودار تطبیق ورودی میکسر بر حسب تغییرات عرض ترانزیستورها در فرکانس 82…… 10 GHz

 

شکل 33-5 نمودار بهرهی تبدیل میکسر بر حسب تغییرات عرض ترانزیستورها…………………………….. 82

 

شکل 34-5 نمودار IIP3 میکسر بر حسب تغییرات عرض ترانزیستورها…………………………………….. 83

 

شکل 35-5 نمودار بهرهی تبدیل میکسر بر حسب تغییرات سلفهای پیکینگ در سه فرکانس……………… 83

 

شکل 36-5 بهرهی تبدیل میکسر بر حسب فرکانس و مقادیر مختلف سلفهای پیکینگ……………………. 84

 

شکل 37-5 نمودار IIP3 میکسر بر حسب تغییرات سلفهای پیکینگ در سه فرکانس……………………… 84

 

شکل 38-5 نمودارضرایب انعکاس ورودی و خروجی میکسر توزیع شدهی پیشنهادی………………………. 86

 

شکل 39-5 نمودار بهره میکسر طراحی شده با دو سلول گیلبرت و با تکنیک پیکینگ سلفی……………… 86

 

شکل 40-5 نمودار نشت پورت LO در 87…………………………………………………………………. RF

 

شکل 41-5 نمودار نشت پورت LO در 87………………………………………………………………….. IF

 

شکل 42-5 نمودار نشت پورت RF در 87…………………………………………………………………. LO

 

شکل 43-5 نمودار نشت پورت RF در 88………………………………………………………………….. IF

 

شکل 44-5 عدد نویز میکسر طراحی شده با دو سلول گیلبرت و با تکنیک پیکینگ سلفی……………….. 88

 

شکل 45-5 نقطه تقاطع مرتبه سوم ورودی (IIP3) میکسر طراحـی شـده بـا دو سـلول گیلبـرت و بـا تکنیـک

 

پیکینگ سلفی…………………………………………………………………………………………………………… 89

 

شکل 46-5 نقطه تقاطع مرتبه دوم ورودی (IIP2) میکسـر طراحـی شـده بـا دو سـلول گیلبـرت و بـا تکنیـک

 

پیکینگ سلفی…………………………………………………………………………………………………………… 89

شکل 47-5 نمودار P1dB میکسر طراحی شده با دو سلول گیلبرت و با تکنیک پیکینگ سلفی…………… 90

 

 

چکیده:

 

رشد سریع تکنولوژی و پیشرفت موفق تجاری مخابرات بی سیم روی زنـدگی روزمـره ی مـا تـاثیر قابل توجهی گذاشته است. امروزه بهکار بردن میکسرهای فرکانس بالا در سیستم های ارتباطاتی بیسـیم، دارای اهمیت خاصی میباشد. میکسرها یکی از اجزای اساسـی گیرنـده در مخـابرات بـیسـیم محسـوب میشوند. اجرای میکسرهای پایین آورنده1 در گیرنده ها به لحاظ وجود نویز و تضعیف در سیگنال دریافتی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

هدف اصلی این پایان نامه، تحلیل و طراحـی میکسـر بـرای کـاربرد در بانـد فرکانسـی فـراپهن (UWB) و با استفاده از تکنولوژی CMOS می باشد. ابتدا عملکرد یک میکسر توزیع شده بررسی شده، سپس مدار میکسر پیشنهادی توزیع شده، ارایه می گردد. میکسر پیشنهادی دارای بهـره ی تبـدیل 3dB، IIP3 برابر 5/5dBm، عدد نویز 7dB، پهنـای بانـد 3 تـا 10 گیگـاهرتز و تـوان مصـرفی 52 میلـی وات میباشد. میکسر فراپهن باند توزیع شدهی پیشنهادی با استفاده از تکنولوژی CMOS 0/18μm با منبع تغذیه 1/8 ولت طراحی شده است.

 

مقدمه:

 

رشد سریع