33058

طراحي و شبيه سازي يك نوسان ساز حلقوي كنترل شده با ولتاژ مبتني بر روش محدوديت جريان

كارشناسي ارشد

مهندسي برق

1399

1402/12/19

دكتر سيد اديب ابريشمي فر

ندارم

مهندسي برق

نوسان¬كننده كنترل¬شده با ولتاژ قلب سيستم¬هاي فركانس راديويي است. با اين حال، طراحي نوسان¬كننده¬هاي كنترل¬شده با ولتاژ با چالش¬هايي مانند سطح مصرفي به دليل استفاده از عناصر غيرفعال مانند سلف، توان مصرفي، محدوده تنظيم فركانس وسيع و نويز فاز بهينه رو به رو است. نوسان¬كننده¬هاي كنترل¬شده با ولتاژ حلقوي به دليل قابليت مجتمع¬سازي آسان، توان مصرفي كم و محدوده تنظيم فركانس وسيع اغلب ترجيح داده مي¬شوند. در اين پايان¬نامه طراحي و شبيه¬سازي نوسان¬كننده¬هاي كنترل¬شده با ولتاژ حلقوي به دو روش محدوديت جريان و مسير تاخير دوگانه با استفاده تكنولوژي 180 نانومتر استاندارد سي¬ماس و ولتاژ تغذيه 8/1 ولت ارائه شده¬است. با استفاده از يك تقويت¬كننده هدايت انتقالي يك نوسان¬كننده كنترل¬شده با ولتاژ خطي ارائه¬شده است كه به محدوده تنظيم فركانس 3/0 تا 27/2 گيگاهرتز با حداكثر خطاي ناخطينگي 074/0دست مي¬يابد. ساختار پيشنهادي ميانگين توان7/1 ميلي وات را نيز مصرف مي¬كند. ايراد اصلي اين ساختار عملكرد نويز فاز ضعيف مي-باشد. براي رفع اين مشكل سلف فعال و مفهوم قله¬زني القايي در سلول¬هاي با تاخير دوگانه معرفي مي¬شود. يك نوسان¬كننده با تاخير دوگانه كم توان با استفاده سلف فعال Lin-Payne پيشنهاده شده¬است، كه به محدوده تنظيم فركانس 27/2 تا 6/3 گيگاهرتز با مصرف توان 4/1 ميلي وات دست مي¬يابد. نويز فاز ساختار پيشنهادي 74/90- دي¬بي در فركانس آفست يك مگاهرتز مي¬باشد. براي گسترش محدوده تنظيم فركانس يك نوسان-كننده با تاخير دوگانه با استفاده از سلف فعال Wu و سازوكار كنترل جريان پيشنهاد شده¬است. نوسان¬كننده پيشنهادي با سلف فعال Wu به محدوده تنظيم فركانس 6/1 تا 82/3 گيگاهرتز با توان مصرفي 99/1 ميلي وات مي¬رسد. نويز فاز ساختار پيشنهاديي 2/91- دي¬بي در فركانس آفست يك مگاهرتز مي¬باشد. نوسان¬كننده پيشنهادي با سلف فعال Wu مساحت 800ميكرومتر را اشغال مي¬كند. تحليل¬هاي مونت كارلو و گوشه¬هاي فرايند نيز انجام¬شده، كه تاييدي بر عمل¬كرد مطلوب ساختارهاي پيشنهادي است.

1403/12/04

Design and Simulation of a Voltage-Controlled Ring Oscillator Based on Current Starved Method

1/1/1900 12:00:00 AM

The voltage-controlled oscillator (VCO) is the heart of radio frequency systems. However, designing a voltage-controlled oscillator faces challenges such as large area consumption due to the use of passive elements like inductors, power consumption, wide frequency tuning range, and optimal phase noise. Ring voltage-controlled oscillators are often preferred due to their ease of integration, low power consumption, and wide frequency tuning range. In this thesis, the design and simulation of ring voltage-controlled oscillators have been presented using two methods: current starved and dual delay path, utilizing 180nm standard CMOS technology and a supply voltage of 1.8 V. A linear voltage-controlled oscillator (VCO) using a trans-conductance amplifier has been proposed to achieve a frequency tuning range from 0.3 to 2.7 GHz with a maximum nonlinearity error of 0.074. The proposed structure consumes an average power of 1.7 mW. However, the main drawback of this design lies in its weak phase noise performance. To solve this issue, an active inductor and the concept of inductor peaking is introduced in the proposed dual-delay cell structures. A low-power dual-delay oscillator utilizing the active inductor Lin-Payne is proposed that achieve a frequency tuning range of 2.7 to 3.6 GHz with a power consumption of 1.4 mW. The phase noise of the proposed structure is -90.74 dBc/Hz at 1MHz offset frequency. To expand the frequency tuning range, a dual-delay oscillator using the Wu active inductor and a proposed current control technique is designed and presented. The proposed oscillator with the Wu active inductor achieves a frequency tuning range of 1.6 to 8.3 GHz with a power consumption of 1.1 mW. The phase noise of the proposed structure is -91.2 dBc/Hz at 1MHz offset frequency. The Wu active inductor-based oscillator occupies an area of 800 µm2. Monte Carlo simulation and process corner analyses have also been done and reported in order to confirm the proper performance of the proposed architectures.

نوسان كننده كنترل شده با ولتاژ , محدوديت جريان , مسير تاخير دوگانه , سلف فعال

Voltage-controlled oscillator , current starved , dual-delay path , active inductor

Mahdi Alijani

Adib Abrishamifar