16000

16000

طراحي و شبيه سازي يك مخلوط‌كننده در باند GHz45 با بهبود خطينگي

كارشناسي ارشد

الكترونيك

فروردين ماه 1395

فروردين ماه 1395

دكتر ياوند حسني

برق

چكيده در اين پايان¬نامه يك مخلوط‌كننده با خطينگي بالا جهت كاربرد در باند فركانسي GHz 45 با استفاده از تكنولوژي 0.18 μm CMOS ارائه شده است. بيشتر اعوجاج در مخلوط‌كننده ‌هاي فعال ناشي از طبقه ترارسانايي آن¬ها مي¬باشد. درنتيجه خطينگي مخلوط‌كننده پيشنهادي با خطي¬سازي طبقه¬ي ترارسانايي مي¬تواند به ميزان چشم¬گيري بهبود پيدا كند. جهت بهبود خطينگي مخلوط‌كننده يك ساختار جديد بمنظور استفاده بعنوان طبقه ترارسانايي مخلوط‌كننده پيشنهاد شده است. ساختار پيشنهادي شامل سه ترانزيستور گيت مشترك مي¬باشد كه علاوه بر بهبود خطينگي مي¬توان از آن جهت ايجاد تطبيق پهن¬باند در ورودي مخلوط‌كننده استفاده كرد. در طبقه ترارسانايي از ترانزيستورهاي گيت مشترك با سلف گيت بمنظور بهبود بهره در فركانس¬هاي بالا بهره گرفته شده است. با تنظيم سلف¬هاي سورس و گيت سه ترانزيستور موجود در طبقه ترارسانايي مخلوط‌كننده مي¬توانيم قسمت¬هاي موهوي و حقيقي ضريب سوم ترارسانايي جريان خروجي طبقه ترارسانايي را حذف كرده و در نتيجه به خطي سازي طبقه ترارسانايي مخلوط‌كننده ، خطينگي كل مخلوط‌كننده را بهبود دهيم. در اين پايان‌نامه ضرايب مربوط به سري ولترا جريان خروجي طبقه ورودي مخلوط‌كننده را محاسبه كرده و نمودارهاي مربوط به اين ضرايب و روابط آن¬ها را با مقدار سلف¬ها، ابعاد ترانزيستورها و باياس ترانزيستورها را با استفاده از نرم¬افزار متلب رسم كرده-ايم. همچنين چگونگي انتخاب اندازه و ابعاد المان¬هاي مدار جهت دسترسي به خطينگي بالا بيان شده است. جريان باياس طبقه¬هاي RF و LO را با استفاده از يك ترانسفورمر مجزا كرده¬ايم. اين امر موجب مي¬شود كه جريان باياس طبقه LO را جهت دستيابي به بهره و عدد نويز مناسب تنظيم كنيم بدون اينكه هيچ‌گونه تغييري در مقدار جريان DC طبقه RF داشته باشيم. در نتيجه ديگر نيازي به مدارهاي تزريق جريان جهت كاهش جريان طبقه LO نسبت به طبقه RF نخواهيم داشت. همچنين با توجه به ساختار پيشنهادي استفاده از ترانسفورمر موجب مي¬شود مشكلات سقف ولتاژ را نداشته باشيم و تمامي ترانزيستورها براحتي در ناحيه اشباع عمل كنند. ترانسفورمر را در نرم¬افزار كيدنس طراحي كرده¬ايم و سپس جهت استخراج پارامترهاي پراكندگي و همچنين مقدار ضريب كيفيت دورها از نرم¬افزار Sonnet استفاده شده است. در اتصال طبقه¬هاي RF و LO يك سلف جهت كاهش اثر خازن¬هاي پارازيتيكي و در نتيجه بهبود عملكرد مدار در فركانس¬هاي بالا بكار گرفته شده است. در حالت كلي طبقه ترارسانايي مخلوط‌كننده بصورت گيت مشترك-گيت مشترك مي¬باشد كه به دليل كوچك مقدار خازن درين-سورس نسبت به خازن گيت-درين موجب بهبود ايزولاسيون LO-RF در مخلوط‌كننده پيشنهادي مي¬گردد. مخلوط‌كننده موردنظر در تكنولوژي 0.18 μm CMOS با استفاده از نرم¬افزارهاي كيدنس، ADS و Sonnet شبيه¬سازي شده و جانمايي آن با استفاده از نرم¬افزار كيدنس رسم شده است. فركانس ورودي مخلوط‌كننده برابر GHz 50-40 با توان سيگنال dBm 50- و توان سيگنال طبقه كليدزني dBm 0 مي-باشد. نتايج شبيه¬سازي نشان مي¬دهد مقدار IIP3 شبيه¬سازي شده نسبت به مقالات ارائه شده در باند موج ميليمتري بهبود چشم¬گيري داشته است. اين امر كارايي ساختار پيشنهادي را در فركانس¬هاي بالا نشان مي¬دهد. مقدار بهره، عدد نويز، IIP3 مخلوط‌كننده پيشنهادي در فركانس GHz 44 به ترتيب برابر dB 39/16، dB 23/14 و dBm 4/9 مي¬باشد. همچنين توان مصرفي مخلوط‌كننده پيشنهادي با استفاده از منبع تغذيه 8/1 ولت برابر mW 17/12 مي¬باشد. كليدواژه: مخلوط‌كننده ، خطينگي، باند GHz 45، سري ولترا، پهن باند.