دانلود مطالب پژوهشی درباره طراحی نوسانساز Cross-Coupled LC با نویز فاز ... |
 |
-
- مقدمه
در فصل گذشته اصول کلی عملکرد اسیلاتورها بررسی و انواع آن معرفی شد. همچنین اسیلاتور LC به عنوان بهترین اسیلاتور در طراحی مدارات فرکانس بالا مطرح شد و منابع نویز موجود در آن بررسی و در پایان به تکنیکهایی برای کاهش نویز فاز این اسیلاتورها اشاره شده است. با توجه به اهمیت طراحی اسیلاتور LC با نویز فاز کم در این فصل این هدف دنبال شده است و تکنیکی در راستای کاهش نویز فاز این اسیلاتورها ارائه شده است و بر مبنای آن اسیلاتوری طراحی شده است که عملکرد نویز فاز خوبی از خود نشان میدهد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
در فصل قبل توضیح داده شد سه منبع نویز اصلی که در اسیلاتور LC تولید نویز فاز می کنند: تلفات تانک، ترانزیستور دنباله و ترانزیستورهای سوئیچ. تلفات تانک را با افزایش ضریب کیفیت تانک میتوان کاهش داد، ولی افزایش Q تانک با توجه به نوع تکنولوژی و فرایندهای ساخت محدودیتهایی دارد. در راستای کاهش اثر نویز حرارتی و فلیکر ترانزیستورها تاکنون تکنیکهای مختلفی ارائه شده است. همانطور که در فصل دوم اشاره شد، یکی از روشهای موثر کاهش اثر نویز فاز ترانزیستورهای سوئیچ فرمدهی مناسب جریان آنها میباشد. همچنین اشاره شد که در مدل خطی و تغییر پذیر با زمان نویز فاز (مدل حاجیمیری)، در نقاط گذر از صفر خروجی حساسیت فاز خروجی به نویز مدار بیشینه و در نقاط پیک خروجی، کمینه است. در بند پیشین نیز اشاره شد ترانزیستورها هنگامی که روشن هستند، به اسیلاتور نویز تزریق می کنند. بنابراین اگر بتوان ساختار را بگونهای طراحی کرد که در لحظات گذر از صفر خروجی ترانزیستورها خاموش شوند یا حتی الامکان جریان کمتری داشته باشند میزان نویز فاز حاصله از این منابع نویز به دلیل کاهش مقدار موثر تابع حساسیت ضربه کاهش مییابد. در واقع با این کار زاویهی هدایت ترانزیستورها ( بازهای که به ازای آن ترانزیستور هدایت می کند) کاهش مییابد. از این روش با نام تکنیک شکلدهی جریان ترانزیستور به منظور کاهش نویز فاز یاد می شود قبل از ارائه ساختار پیشنهادی، برای درک بهتر مفهوم زاویهی هدایت، ابتدا به طور مختصر جریان و زاویهی هدایت ترانزیستورهای زوج تفاضلی در نوسانساز LC کلاسیک بررسی می شود. همانطور که در شکل (۲-۴۲) نشان داده شده است، نوسانساز LC کلاسیک با جریان دنباله ثابت بایاس می شود. شکل (۳-۱) جریان ترانزیستورهای سوئیچ را در این نوسانساز نشان میدهد.
ولتاژ و جریان برای یک نوسانساز LC کلاسیک با سوئیچ ایدهآل
در حالت ایدهآل فرض می شود سوئیچ از یک ترانزیستور به ترانزیستور دیگر به سرعت انجام شود، در این حالت هر ترانزیستور فقط در نصف تناوب هدایت می کند و همانطور که در شکل (۳-۱) مشاهده می شود جریان ترانزیستورها فرم مربعی دارند. بعبارت دیگر در حوالی نقاط گذر از صفر خروجی، هر دو ترانزیستور جریان قابل ملاحظهای دارند و این سبب می شود مدار نویز فاز خوبی نداشته باشد. نمونه شکلدهی شده جریان ترانزیستورهای زوج تفاضلی در حالت ایدهآل در شکل (۳-۲) نشان داده شده است. همانطور که در این شکل مشاهده می شود سعی می شود تا ترانزیستورها فقط در حوالی پیک خروجی هدایت کنند و در سایر نقاط خاموش باشند.
فرم جریان شکل دهیشده ایدهآل ترازیستورهای سوئیچ در نوسانساز
در این حالت متوسط سطح پالسها باید برابر با همان جریان ثابت دنباله در حالت کلاسیک باشد تا توان مصرفی نوسانساز ثابت بماند و شرط نوسان حفظ شود. برای این منظور همچنان که پهنای پالسها کاهش مییابد، مقدار دامنه آنها باید افزایش یابد، به عبارت دیگر در شکلهای (۳-۱) و (۳-۲) باید . بنابراین انتظار میرود در حالت ایدهآل اگر جریان بصورت قطار ضربهای باشد که ضربههای آن در نقاط پیک نوسان اتفاق میافتد، میتوان گفت نویز ترانزیستور در فاز خروجی اختلالی ایجاد نمیکند. در شکل (۳-۲)، زاویه هدایت ترانزیستور نامیده می شود و هرچه بتوان آن را برای جریان ترانزیستورها کوچکتر کرد، نویز فاز حاصله از نویز جریان ترانزیستورها کاهش مییابد. در عمل بدلیل وجود منابع نویز گوناگون و نوع تکنولوژی و نیز با توجه به نمودار ولتاژ جریان ترانزیستور هیچوقت سوئیچ شدن ترانزیستورها به این سرعت اتفاق نمیافتد و نمی توان با این دقت پالسهای جریان ایجاد کرد. بنابراین نوسان‌سازها رفتار متفاوتی با حالت ایدهآل بیان شده دارند و جریان آنها به تدریج افزایش مییابد، بنابراین همواره سعی می شود با تکنیکهای طراحی بتوان تا حد ممکن زاویهی هدایت ترانزیستور را کاهش داد.
در فصل گذشته چند نمونه از تکنیکهای کاهش زاویه هدایت ترانزیستور بررسی شد. در این فصل نیز نمونه دیگری از نوسانساز LC با جریان شکلدهی شده بررسی می شود. مزیت این ساختار نسبت به ساختارهای گذشته این است که بدون افزودن المان دیگری به ساختار مدار این شکلدهی ایجاد شده است. بنابراین نویزی ناشی از افزودن المان جدید به مدار بوجود نمیآید.
-
- تحلیل و طراحی نوسانساز LC با جریان شکل دهی شده
در این بخش ساختاری برای نوسان‌سازهای Cross-Coupled LC تحلیل گشته است که در آن یکی از روشهای سادهی شکلدهی جریان درین ترانزیستورهای زوج تفاضلی برای کاهش نویز فاز تحلیل شده است. پالسهای جریان در نقاطی از نوسان خروجی که حساسیت به منابع نویز بالاست در کمترین مقدار خود قرار دارند. بر مبنای تئوری حاجی میری، این شکلدهی باعث کاهش نویز فاز میگردد. برای این منظور از خازنهایی موازی با درین-سورس ترانزیستور استفاده شده است. در [۴۲] نوسان‌سازی ارائه شده است که در آن از این تکنیک به منظور کاهش نویز فاز اشاره شده است و در آن علت کاهش نویز فاز افزایش دامنه نوسان بیان شده است. در بخش بعد نشان داده می شود که درواقع این افزایش دامنه نوسان از کاهش زاویهی هدایت ترانزیستورهای سوئیچ ناشی شده است که در [۴۲] اشارهای به آن نشده است. این تکنیک هرچند بهبودی خیلی زیادی در نویز فاز ایجاد نمیکند ولی در ادامه به کمک این روش ساختار بهبود یافتهای پیشنهاد می شود که عملکرد خوبی در نویز فاز از خود نشان خواهد داد.
-
- فرم جریان در نوسانساز LC کلاسیک
همانطور که در بخش قبل اشاره شد، در نوسانساز LC مرسوم ترانزیستور دنباله جریان ثابتی را به مدار تزریق می کند. به عنوان نمونه در یک شبیهسازی نوسانساز LC کلاسیک با جریان دنباله ثابت ۱mA، فرم جریان ترانزیستورهای زوج تفاضلی در نوسانساز LC مرسوم بصورت شکل (۳-۳) است. همانطور که مشاهده می شود ترانزیستورها در نقاط گذر از صفر خروجی نوسانساز جریان قابل ملاحظهای دارند که باعث تزریق نویز قابل توجهی به خروجی می شود. به منظور کاهش جریان در این نقاط، خازن تانک بجای موازی شدن با سلف به موازات ترانزیستورهای سوئیچ قرار میگیرد. ساختار این نوسانساز در شکل (۳-۴) نشان داده شده است.
فرم جریان ترانزیستورها در نوسانساز LCکلاسیک
نوسانساز LC با جریان شکل دهی شده
در این ساختار علاوه بر اینکه المان جدیدی به مدار اضافه نشده است، به دلایلی که در ادامه توضیح داده می شود سبب بهبودی نویز فاز نسبت به ساختار قبل خود می شود.
-
- بررسی شرایط نوسان و محاسبه فرکانس نوسان
همانطور که در فصل دوم به طور مبسوط بیان شد، طبق شرایط بارک هوزن، برای برقراری نوسان دو شرط دامنه و فاز باید برقرار باشند که در رابطه (۳-۱) نشان داده شده است.
در این رابطه تابع تبدیل حلقه باز نوسانساز از ورودی به خروجی میباشد. برای محاسبهی تابع تبدیل در نوسانساز، حلقهی فیدبک را از نقطهای باز کرده و با اعمال یک ورودی براحتی میتوان خروجی را محاسبه کرد. حلقهی فیدبک باز شده نوسانساز فوق در شکل (۳-۵) نشان داده شده است. تابع تبدیل حلقه باز نوسانساز در رابطه (۳-۲) نشان داده شده است.
حلقهی فیدبک باز شده نوسانساز شکل(۳-۴)
با اعمال دو شرط نوسان فوق در رابطه (۳-۲) فرکانس و شرط نوسان به صورت زیر محاسبه می شود:
فرم در حال بارگذاری ...
|
[جمعه 1400-09-05] [ 10:53:00 ب.ظ ]
|
