توضیحات
تقویت کننده کم نویز CMOS
چکیده-
این پایان نامه یک ساختار جدید برای تقویت کننده کم نویز ارائه میدهد. با قرار دادن خازن فیدبک در بین پایه های درین و سورس ترانزیستورکسکود بهره توان افزایش می‌یابد با افزایش خازن فیدبک ترانس کندوکتانس کل به علت ایجاد کندوکتانس منفی به وسیله خازن فیدبک کاهش می یابد در نتیجه بهره توان افزایش می یابد و از آنجا که از قطعات اکتیو استفاده نشده است، افزایش توان مصرفی و نویز نخواهیم داشت. به علاوه، رسیدن به مچینگ خوب در ورودی نیاز به سلف بزرگی دارد و پیاده سازی یک سلف با مقدار بزرگ روی یک چیپ سخت است و فضای زیادی اشغال می کند یک شبکه LC موازی جایگزین سلف شده است. در شبیه سازی انجام شده به جای سلف 11.25 nH از شبکه موازی با سلف 6.25 nH و خازن 3.13fF در فرکانس 2GHZ استفاده شده است. تقویت کننده کم نویز پیشنهادی بر اساس تکنولوژی 0.18 میکرومتر برای کاربردهای 2 گیگا هرتز ساخته شده است. نتایج اندازه گیری شده تلفات برگشتی ورودی و خروجی زیر -20 dB ، بهره توان 25.16dB و عدد نویز حداقل 1.88 dB را نشان میدهد. از نرم افزار کیدنس ای سی برای شبیه سازی استفاده شده است که برای اندازه گیری پارامترهای S و سایر پارامترهای مورد نیاز برای تقویت کننده کم نویز از تحلیل SP استفاده کرده ایم.
فصل اول: مقدمه ۱
۱-۱-بررسی اجمالی تقویت کننده کم نویز ۱
۱-۲-توپولوژی LNA مرسوم ۲
۱-۳-چالش های طراحی ۴
فصل دوم: مراحل طراحی و تجزیه و تحلیل اساسی ۶
۲-۱-مشخصات هدف ۶
۲-۱-۱-پارامترهای – S ۶
۲-۱-۲- گین ۷
۲-۱-۲-۱- حداکثر بهره توان مبدل یک طرفه ۸
۲-۱-۲-۲-ماگزیمم بهره توان مبدل ۸
۲-۱-۲-۳- حداکثر بهره پایدار ۹
۲-۱-۲-۷-بهره توان دایره (حلقه) ۹
۲-۱-۲-۸-بهره قابل دسترس دایره (حلقه) ۹
۲-۱-۳-عملکرد نویز ۹
۲-۱-۴- خطی سازی ۱۰
۲-۱-۵- پایداری ۱۰
۲-۱-۶- پهنای باند و فرکانس مرکزی ۱۱
۲-۱-۷- تلفات برگشتی ۱۱
۲-۱-۸-مچینگ امپدانس ورودی و خروجی ۱۲
۲-۱-۹- هدف طراحی ۱۲
۲-۲-متدهای بهینه سازی نویز ۱۳
۲-۲-۱-بهینه سازی ثابت Gm ۱۳
۲-۲-۲- بهینه‌سازی ثابت ۱۴
۲-۳- انتخاب مناسب اجزای مدار ۱۵
۲-۳-۱-مدل‌های RF ماسفت ۱۵
۲-۳-۲-مدل‌های RF سلف ۱۶
۲-۳-۳-مدل‌های RF خازن‌ها ۱۶
۲-۳-۴-طراحی LNA و گام‌های بهینه‌سازی ۱۶
۲-۴- آنالیز ۱۷
۲-۴-۱-آنالیز پارامتر – S ۱۸
۲-۴-۲- آنالیز و ۱۸
۲-۴-۳- Swept ۱۹
فصل سوم: طراحی LNA با توپولوژی‌های متفاوت ۲۰
۳-۱-single Ended LNA Design : طراحی LNA تک سر ۲۰
۳-۱-۱-گام‌های پایه و محاسبات ۲۱
۳-۱-۲-شماتیک و نتایج شبیه‌سازی ۲۴
۳-۲- طراحی LNA تفاضلی ۲۵
۳-۲-۱-Basic Step and Calculation ۲۶
۳-۲-۲-شماتیک و نتایج شبیه‌سازی ۲۷
۳-۳-current Reuse LNA (CRLNA) Design ۲۸
۳-۳-۱-Basic step and calculation ۳۰
۳-۳-۲-schematic and simulation results ۳۰
فصل چهارم: Simulation Based comparison of design LNA ۳۲
۴-۱- Gain comparison ۳۲
۴-۲-Comparison NF ۳۳
۴-۳-Comparison Figure of merit(FOM) ۳۴
فصل پنجم: آشنایی با کیدنس ۳۶
۵-۱-انالیز پارامتر S ۳۶
۵-۲-رسم بهره توان انتقالی ۳۸
۵-۳-رسم عدد نویز،VSWR،S۲۱S۱۲S۲۲S۱۱ ۳۹
۵-۴-انالیز pss برای محاسبه P۱db ۴۰
۵-۵-انالیز QPSS برای اندازه گیری IMD۳،OIP۳ ۴۲
۵-۶-رسم منحنی OIP۳ ۴۳
۵-۷-رسم طیف IMD۳ ۴۳
فصل ششم: شبیه سازی مدار پیشنهادی با کیدنس و نتیجه گیری ۴۴
۶-۱-توپولوژی تقویت کننده کم نویز با تکنیک PCSNIM ۴۴
۶-۲-توپولوژی پیشنهادی ۴۵
۶-۳-جایگزینی سلف lg با LC موازی ۴۶
۶-۴- آنالیز پایداری ۴۷
۶-۵- شبیه سازی ۴۷
فصل هفتم: نتیجه گیری و کارهای آینده ۵۱
۷-۱- نتیجه گیری ۵۱
۷-۲-کار آینده: ۵۱
منابع ۵۲
چکیده انگلیسی ۵۳
صفحه عنوان لاتین ۵۴
طراحی تقویت‌کننده‌ی کمنویز باند فراپهن CMOS
چکیده
در این پایاننامه، طراحی تقویت‌کننده‌ی کمنویز باند فراپهن در پهنای باند GHz 3/1 تا GHz 10/6 با هدف رسیدن به کم‌ترین نویز ممکن انجام شده است و سه ساختار متفاوت برای UWB LNA پیشنهاد شده است. اولین ساختار پیشنهادی که با استفاده از Advanced Design System در فنّاوری TSMC 0.18-µm CMOS شبیه‌سازی شده است شامل دو طبقه‌ی کسکود و یک طبقه‌ی خروجی است با بهره‌ی dB 1/8 ± 13 و نویز فیگر dB 0/59 ± 3/71 در پهنای باند GHz 2/7 تا GHz 10/6. ساختار دوم در Cadence Spectre RF و با فنّاوری TSMC 0.18-µm CMOS شبیه‌سازی شده است. این LNA بهره‌ی dB 1/59 ± 8/89 و نویز فیگر dB 0/25 ± 4/52 به دست آورده است. در ساختار پیشنهادی دوم به‌منظور کاهش نویز القایی بدنه به درین، سورس و بدنه‌ی هر ترانزیستور با یک مقاومت بزرگ به یکدیگر متصل شده‌اند. این کاهش نویز با روابط ریاضی و شبیه‌سازی اثبات شده است. سومین ساختار پیشنهادی نیز در Cadence Spectre RF و با استفاده از دو فنّاوری TSMC 0.18-µm CMOS و TSMC 90-nm CMOS شبیه‌سازی شده است. این ساختار در هر دو فنّاوری عملکرد بسیار خوبی دارد، در nm 180 علاوه بر بهره‌ی بالا، نویز فیگر بسیار کمی به دست می‌آورد که یکی از کم‌ترین مقادیر گزارش‌شده برای نویز فیگر در پهنای باند وسیع محسوب می‌شود. بهره و نویز فیگر این LNA به ترتیب dB 1/3 ± 12/5 و dB 0/06 ± 2/53 در باند فرکانسی GHz 3 تا GHz 10 هستند. در nm 90 برای ولتاژ V 1/2، بهره dB 0/37 ± 13/52 و نویز فیگر dB 0/24 ± 3/49 در پهنای باند GHz 3 تا GHz 11/7 و برای ولتاژ V 1، بهره dB 0/5 ± 11/35 و نویز فیگر dB 0/12 ± 3/29 در GHz 3 تا GHz 10 نتیجه شده است.
فصل اول 1
1 مقدمه 1
1-1 تقویت‌کننده‌ی کمنویز باند فراپهن (UWB LNA) 2
1-2 تقویت‌کننده‌ی کمنویز باند فراپهن CMOS 2
1-3 اهداف طراحی 3
1-4 طرح کلی پایاننامه 3
فصل دوم 5
2 مفاهیم پایه در فرکانس رادیویی 5
2-1 پارامترهای پراکندگی 5
2-2 تطبیق امپدانس 6
2-3 نویز 7
2-4 نویز فیگر 9
2-5 نویز در طبقات متوالی 10
2-6 نقطه‌ی فشردگی یک دسی‌بل (P-1 dB) 10
2-7 نقطه‌ی تقاطع مرتبه‌ی سوم (IP3) 11
2-8 پایداری 12
2-9 ضریب کیفیت 12
فصل سوم 13
3 کارهای گذشته 13
3-1 مروری بر ساختارهای متداول 13
3-1-1 تقویت‌کننده‌ی کمنویز توزیع‌شده 13
3-1-2 تقویت‌کننده‌ی گیت مشترک 13
3-1-3 حذف نویز 14
3-1-4 فیدبک مقاومتی 15
3-1-5 فیدبک راکتیو 15
3-1-6 شبکه‌ی راکتیو 16
3-2 مروری بر کارهای گذشته 16
3-2-1 تقویت‌کننده‌ی کمنویز full-band کم‌توان UWB 16
3-2-2 تقویت‌کننده‌ی کمنویز باند فراپهن با شبکه‌ی تطبیق ورودی دوشاخه‌ی RLC 19
3-2-3 تقویت‌کننده‌ی کمنویز باند فراپهن با شبکه‌ی ورودی تطبیق بهبود‌یافته‌ی p 21
3-2-4 تقویت‌کننده‌ی کمنویز باند فراپهن با شبکه‌ی تطبیق رزونانس موازی-سری 23
3-2-5 تقویت‌کننده‌ی کمنویز با فیدبک RC موازی 24
3-2-6 مقایسه‌ی نتایج تقویتکنندههای کمنویز UWB گذشته 24
فصل چهارم 26
4 ساختارهای پیشنهادی 26
4-1 تقویت‌کننده‌ی کمنویز CMOS با بهره‌ی بالا و یکنواخت در پهنای باند GHz 6/10-7/2 برای کاربردهای UWB 26
4-1-1 عملکرد مدار 26
4-1-2 نتایج شبیه‌سازی 28
4-2 طراحی یک تقویت‌کننده‌ی کمنویز باند فراپهن CMOS کم‌توان با استفاده از تکنیک کاهش نویز القایی بدنه 33
4-2-1 عملکرد مدار 33
4-2-2 نتایج شبیه‌سازی 44
4-3 طراحی و تحلیل یک تقویت‌کننده‌ی کمنویز CMOS در باند GHz 10-3 برای مخابرات باند فراپهن 53
4-3-1 عملکرد مدار 53
4-3-2 نتایج شبیه‌سازی 60
فصل پنجم 71
5 جمع‌بندی و کارهای آینده 71
5-1 جمع‌بندی 71
5-2 کارهای آینده 72
مراجع 73
مدلسازی و طراحی اسیلاتورهای کم نویز CMOS
چکیده
نوسان‌سازهای حلقوی بطور گسترده‌ای در حلقه‌های قفل فاز برای کلاک و تولید پالس ساعت در ریزپردازنده‌ها و بازیابی داده و ترکیب فرکانسی مورد استفاده قرار می‌گیرند این پایاننامه با ارائه یک رویکرد تحلیلی جدید، به استخراج معادلات فرکانس نوسان و نویز فاز نوسان‌ساز حلقوی مبتنی بر گیت معکوس‌کننده می-پردازد از نقاط قوت این اسیلاتورها قابلیت مجتمع شدن بسیار زیاد آنها و از نواقص آنها نویز فاز نامناسب در مقایسه با نوسان‌سازهای سلف و خازنی است در این پایاننامه، یک روش جدید جهت تحلیل پریود نوسان نوسان-سازهای حلقوی پیشنهاد شده است این روش برای تمام نوسان‌سازهای حلقوی مبتنی بر گیت معکوس‌کننده با تعداد طبقات فرد، قابل استفاده می‌باشد در این تحقیق، شکل موج‌های مدار با فرکانس مجهول تخمین زده می-شوند و نشان داده می‌شود ولتاژهای ورودی و خروجی یک طبقه در طول یک پریود نوسان، روی یک بیضی حرکت میکنند که با تحت پوشش قرار دادن همه نواحی که ترانزیستورها در طول یک دوره تناوب طی میکنند، معادلات حاکم بر مدار نوشته می‌شود و با قرار دادن روابط ولتاژ ورودی و خروجی در معادلات حاکم، روابط بستهای برای فرکانس نوسان بدست می‌آید در ادامه نیز، جهت محاسبه جیتر در این نوع از نوسان‌سازها، از همان نواحی که با رسم معادلات خط مربوط به نواحی کاری ترانزیستورها بدست آمد، استفاده شد به این صورت که اثر نویز در همه نواحی در نظر گرفته شد و رابطه کلی برای جیتر در نوسان‌ساز حلقوی به دست آمد جهت درست آزمایی معادلات بدست آمده، نوسان‌سازهای حلقوی سه طبقه در تکنولوژی TSMC 018 μm CMOS با پارامترهای مختلف، شبیه‌سازی و نتایج بدست آمده با نتایج تحلیلی مقایسه شده‌اند آزمایش‌های انجام شده دقت مناسبی را نشان می‌دهند
1 فصل اول: مقدمه 2
1-1 مقدمه 2
1-2 ساختار پایان¬نامه 6
2 فصل دوم: مقدمه¬ای بر نوسان¬سازها 8
2-1 مقدمه 8
2-2 شرایط کلی نوسان در یک نوسان¬ساز 8
2-2-1 مدل فیدبک منفی نوسان¬سازها 9
2-2-2 مدل مقاومت منفی نوسان¬سازها 10
2-3 انواع نوسان¬سازهای حلقوی 12
2-3-1 بررسی نوسان در نوسان¬ساز حلقوی سورس- مشترک ساده 12
2-3-2 نوسان¬ساز حلقوی مبتنی بر گیت معکوس¬کننده CMOS 15
2-4 کاربرد نوسان‌سازهای حلقوی 16
2-5 نویز 16
2-5-1 مقدار موثر(RMS) نویز 17
2-5-2 جمع منابع نویز 18
2-5-3 چگالی طیف توان نویز 18
2-6 منابع نویز در نوسان‌سازها 19
2-6-1 نویز حرارتی 19
2-6-1-1 نویز حرارتی مقاومت 19
2-6-1-2 نویز حرارتی ترانزیستورهای MOS 21
2-6-2 نویز فلیکر 21
2-7 نویز فاز در نوسان¬سازها 23
2-8 خلاصه فصل 26
3 فصل سوم: مروری بر منابع علمی 28
3-1 مقدمه 28
3-2 مدل نویز فاز 28
3-2-1 مدل لسون: مدلی تجربی برای نویز فاز 29
3-2-2 مدل حاجی میری; مدل خطی متغیر با زمان 30
3-2-2-1 تغییر پذیر با زمان بودن نوسان‌ساز 31
3-2-2-2 خطی بودن نوسان¬ساز 35
3-3 نویز فاز و جیتر در نوسان¬ساز حلقوی 36
3-4 روش عبیدی جهت محاسبه جیتر 37
3-4-1 ولتاژ موثر نویز روی خازن 38
3-4-2 رابطه جیتر 39
3-5 خلاصه فصل 41
4 فصل چهارم: تحلیل نوسان¬سازهای حلقوی 43
4-1 مقدمه 43
4-2 روابط تحلیلی جهت یافتن فرکانس نوسان 45
4-3 محاسبه جیتر 57
4-4 خلاصه فصل 60
5 فصل پنجم: نتایج و جمع¬بندی 62
5-1 مقدمه 62
5-2 مقایسه نتایج حاصل از تئوری و شبیه¬سازی فرکانس نوسان 62
5-3 مقایسه نتایج حاصل از تئوری و شبیه¬سازی جیتر 65
5-4 نتیجه¬گیری 66
مراجع 67
تقویت کننده های کم نویز برای استاندارد چندگانه با ساختار CMOS
چکیده
مفهوم استاندارد چندگانه پهن‌باند، در سالیان اخیر توجهات بسیاری را در بحث سیستم‌های مخابراتی پیشرفته بیسیم برانگیخته است. چالش اصلی در سیستم مخابرات پهن‌باند، طراحی تقویت کننده کم نویز (LNA) با استاندارد چندگانه است. استاندارد های بیسیم دیگر که در یک منطقه جغرافیایی خاص بکار گرفته شده‌اند و باندهای فرکانسی نزدیک بهم را شامل می‌شوند، محدودیت‌هایی را به لحاظ خطینگی به سیستم RF تحمیل میکنند. از آنجا که اولین جز فعال در بلوک دیاگرام یک گیرنده LNA است، لازم است از نویز کم، خطینگی بالا، توان مصرفی کم و بهره کافی برخوردار باشد. همچنین ضروری است که ایزولاسیون معکوس تا حد ممکن پایین باشد تا از تداخل با دیگر گیرنده‌ها به دلیل سیگنال محلی به آنتن اجتناب شود. علاوه بر‌این، منحنی بهره باید تا حد امکان صاف و هموار باشد تا تقویت یکسانی در کل باند فرکانسی داشته باشیم.یک LNA با استاندارد چندگانه دارای مزایایی نسبت به LNA باند باریک است که از جمله آنها می‌توان به: 1) ناحیه مرده کوچک 2) مصرف توان کمتر و 3) تطبیق پهن‌باند (البته به قیمت بدتر شدن سرعت سیستم) اشاره نمود. LNA پهن باند، یک جز اساسی از گیرنده فوق پهن باند و رادیو شناختی است.LNA پهن باند مشترک در میان چندین استاندارد برای صرفه جویی در توان و کاهش پیچیدگی ترجیح داده می شود. برای طراحی LNA، تکنولوژی‌های CMOS که به سرعت توسعه یافتند عملکرد عالی از خود نشان می دهند از جمله NF پایین، حاشیه خوب برای طراحی LNAهای با عملکرد بهتر و هزینه کم. با توجه به این توضیحات در این پایان نامه یک LNA با خطینگی بالا طراحی شد. مدار طراحی شده قابلیت مناسبی از نظر بهره، ایزولاسیون ورودی و خروجی و …. در مقایسه با آخرین مقالات موجود از خود نشان داده است. در نهایت نتایج شبیه سازی کارایی مدار را در مقایسه با مدارات مشابه نشان می دهد.
عنوان
چکیده 1
فصل اول: کلیات پژوهش
1-1- مقدمه 3
1-2-بیان مسئله 3
1-3-مفاهیم اصلی موردبحث 5
1-4-هدف پژوهش 7
1-5-ساختار پایاننامه 7
فصل دوم: مروری بر منابع مطالعاتی
2-1- مقدمه 9
2-2-کارهای انجام‌شده 9
2-3-نتیجه‌گیری 35
عنوان صفحه
فصل سوم: مباحث تئوری تقویت‌کننده‌ها به اختصار
3-1- مقدمه 37
3-2-طراحی DC 37
3-3- طراحی تقویتکنندههای یک طبقه 40
3-4-تقویت‌کننده کم نویز 42
3-5- تقویت‌کننده پهن باند 43
3-6-تقویت‌کننده‌ی بازخورد 43
3-7-تقویت‌کننده کسکود 45
3-8-تقویت‌کننده توزیع‌شده و تقویت‌کننده ماتریسی 45
3-9-تکنیک بهبود خطینگی 46
3-10-نتیجه‌گیری 48
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها
4-1- مقدمه 51
4-2-مدار پیشنهادی 51
4-3-بررسی خطینگی مدار تقویت‌کننده کم نویز پیشنهادی مرجع 53
4-4-مدار پیشنهادی 59
4-5-شکل موج‌های و نتایج شبیه‌سازی: 60
4-6-نتیجه‌گیری 71
عنوان صفحه
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
5-1-نتیجه گیری 74
5-2-پیشنهادات 70
منابع و مآخذ 77
طراحی و تحلیل یک تقویت کننده کم نویز باند Xدر تکنولوژی CMOS
چکیده
در سال های اخیر تکنولوژی های مخابراتی پیشرفت بسیار زیادی داشته است، رشد فوق العاده صنعت بیسیم، دسترسی جهانی به اینترنت و افزایش تقاضای انتقال اطلاعات با سرعت بالا، برداشتن گام های بزرگ در زمینه تکنولوژی های مخابراتی را ضرورتی اجتناب ناپذیر می نماید. یک گیرنده مخابراتی به عنوان یکی از ارکان سیستم های مخابراتی سیگنالی در حدود نانو ولت را دریافت می کند، بنابراین تقویت کننده کم نویز به عنوان دومین بخش این گیرنده ها برای اینکه سیگنال را بدون اعوجاج عبور دهد باید بهره توان بالا و عدد نویز پایینی داشته باشد، عموما در ساختارهایی که در سال های اخیر طرح گردیده است، بهبود یکی از دو پارامتر بهره توان و عدد نویز هدف بوده و از توجه همزمان به این دو پارامتر خودداری گشته است اما با توجه به تاثیرات بسیار زیاد بهره توان و عدد نویز بر یکدیگر، در این پایان نامه به بهبود عدد نویز و بهره توان در یک تقویت کننده کم نویز بصورتی موازی پرداخته شده است. مطابق با قانون فریز تمرکز طراحی ها بر روی طبقه ورودی قرار می گیرد و بنابراین برای دستیابی به عدد نویزی پایین و در کنار آن بهره توانی بالا، المان هایی که باعث کاهش بهره توان و افزایش عدد نویز در طبقه ورودی می شوند از مدار حذف می گردند، حذف این المان ها ایجاد تطبیق را دچار مشکلاتی خواهد کرد که برای جبران آن، بکارگیری سلف های تزویج پیشنهاد می شود .در این پایاننامه، یک ساختار برای یک تقویت کننده کم نویز در بازه فرکانسی بیشتر از 10 گیگاهرتز ، در تکنولوژی 180 نانومتر CMOS پیشنهاد شده است. در این مدار پیشنهادی از ساختار کسکود دو طبقه سورس-مشترک و همچنین از دو سلف میانی در شاخه درین ترانزیستور ورودی و در شاخه درین ترانزیستور خروجی به منظور دستیابی به بهره بالا و عدد نویز پایین استفاده شده است.
۱ مقدمه ۹
۱-۱ پیش‌گفتار ۹
۲-۱ تقویت کنندههای کم نویز در محدوده X-Band ۱۱
۱-۳ اهداف پایاننامه ۱۲
۱-۴ ساختار کلی پایاننامه ۱۳
۲ مروری بر تقویت کنندههای کم نویز ۱۴
۲-۱ مقدمه ۱۴
۲-۲ سیستم های مخابراتی ۱۵
۲-۲-۱انواع ساختارهای گیرنده ۱۵
۳-۲ سیستم های باند وسیع ۱۹
۱-۳-۲ تاریخچه ۱۹
۲-۳-۲ تعریف یک سیستم باند وسیع ۲۰
۲-۳-۳ تعریف سازمان تنظیم ارتباطات مخابراتی ۲۰
۲-۴ پارامترهای مهم در یک تقویت کننده کم نویز ۲۱
۲-۴-۱ عدد نویز ۲۱
۲-۴-۲ بهره ۲۲
۲-۴-۳ اتلاف برگشتی در ورودی ۲۲
۲-۴-۴ پایداری ۲۳
۲-۴-۵ پهنای باند و توان مصرفی ۲۳
۵-۲ ساختارهای تقویت کنندههای کم نویز ۲۴
۲-۶ ساختارهای سورس مشترک ۲۵
۲-۷ مروری بر ساختارهای تقویت کنندههای کم نویز در مقالات ۲۹
۳ طراحی ساختار پیشنهادی و شبیه سازی در سطح مداری ۳۲
۳-۱ مقدمه ۳۲
۲-۳ طراحی ساختار پیشنهادی ۳۳
۳-۲-۱ طراحی شبکه تطبیق امپدانس ورودی ۳۵
۳-۲-۲ تحلیل بهره ۳۸
۳-۲-۳ طراحی بایاس DC ۴۲
۴-۲-۳ تحلیل نویز ۴۵
۳-۲-۴-۱ نویز حرارتی ۴۶
۲-۴-۲-۳ نویز القایی گیت ۴۷
۴ نتایج حاصل از شبیه سازی ساختار پیشنهادی ۵۲
۴-۱ مقدمه ۵۲
۴-۲ نتایج شبیه سازی بهره ۵۳
۴-۳ نتایج شبیه سازی عدد نویز ۵۴
۴-۴ نتایج شبیه سازی تطبیق امپدانس در ورودی و خروجی ۵۶
۴-۵ نتایج شبیه سازی پارامتر پایداری ۵۸
۶-۴ آنالیز خطا ۵۹
۴-۷ نتایج حاصل از شبیه سازی در کرنرهای مختلف ۶۱
۴-۸ نتیجه گیری ۶۳
۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۶۴
۵-۱ نتیجه گیری ۶۴
۵-۲ پیشنهادات ۶۶
بهینه سازی توان در تقویت کننده های کم نویز CMOS برای کاربردهای بیوپزشکی
چکیده
در این پایان نامه ابتدا جایگاه و کاربرد تقویت کننده های کم نویز در بیوپزشکی و پارامترهای مهم در این تقویت کننده ها بیان شده است.در ادامه ساختارهای تقویت کننده های کم نویز وکارهای گذشته در تکنولوژی CMOS با توان پایین بررسی شده است.سپس راهها و روشهای کاهش توان و نویز در تقویت کننده های کم نویز و برقراری مصالحه بین این دو پارامترآورده شده است. در انتها هم با تحلیل،تغییر و بهینه سازی یک تقویت کننده بهره بالا و کم نویز، تقویت کننده ای دارای بهره پایدار 84db طراحی شده است. که برای تقویت سیگنالهایی که مقداری در حدود چند ده میکرو ولت دارند بسیار مناسب است .همچنین فرکانس قطع بالای تقویت کننده 60Khz است. این تقویت کننده با استفاده از تکنولوژی 18/. میکرومتر طراحی شده است و دارای توان مصرفی7/4 میکرووات از منبع تغذیه 1/8ولت است.
فصل اول: معرفی تقویتکنندههای کم نویز- کم‌توان
1-1. مقدمه 2
1-2. لزوم وجود تقویتکنندههای کم نویز 3
1-3. اساس طراحی تقویت‌کننده کم نویز 4
1-4. پارامترهای مهم در LNA 5
1-4-1. خط انتقال 5
1-4-2. پارامترهای (S) 7
1-4-3. عدد نویز (NF) 8
1-4-4. IIP3 9
1-4-5. بهره توان 9
1-4-6. امپدانس ورودی 10
1-4-7. امپدانس خروجی 10
1-4-8. توان مصرفی 11
فصل دوم: بررسی ساختارهای پایه
2-1. بررسی ساختارهای پایه 13
2-2. تطبیق امپدانس در تقویت‌کننده کم نویز فرا پهن باند 14
2-2-1. پایانه مقاومتی 14
2-2-2. پایانه گیت مشترک 16
2-2-3. ساختار فیدبک مقاومتی 17
2-2-4. ساختار سلف دیجنریشن 20
2-3. بررسی تکنیک‌های کاهش نویز در مدارات CMOS LNA 22
2-3-1. تقویتکنندههای کم نویز گیت مشترک (CG) 22
2-3-2. فیدبک مقاومتی 23
2-3-3. توپولوژی Capacitive Cross-Coupling 25
2-3-1. LNA های سورس مشترک با سلف دیجنریشن 27
2-3-2. LNA های سورس مشترک با فیدبک مقاومتی 30
2-3-4. تقویتکنندههای کم نویز، حذف نویز 31
فصل سوم: چالش‌های طراحی تقویت‌کننده‌ای کم نویز
3-1. ویژگی سیگنال‌های عصبی 33
3-1-1. استفاده از مدار مجتمع CMOS در ساخت تقویت‌کننده 34
3-2. چالش‌های طراحی در تقویت‌کننده سیگنال‌های عصبی 34
3-2-1. نویز کوچک 34
3-2-2. مصرف توان کم 35
3-2-3. ابعاد کوچک 35
3-2-4. فرکانس قطع 36
3-2-5. آفست DC 36
3-2-6. سایر ملاحظات 36
3-3. برخی از پارامترها و ویژگی‌های ترانزیستور در تکنولوژی0.18µm 37
3-4. مروری بر کارهای گذشته 40
فصل چهارم: تحلیل و طراحی مدار پیشنهادی و نتایج شبیه‌سازی
4-1. تحلیل و طراحی مدار پیشنهادی و نتایج شبیه‌سازی 54
4-1-1. تقویت‌کننده کم‌توان 54
4-1-2. نویز حرارتی 56
4-1-3. نویز فلیکر 56
4-2. تحلیل نویز 56
4-3. منابع جریان 59
4-6. نتایج شبیه‌سازی 63
4-7. معیار شایستگی 64
4-8. بررسی گوشه‌های فرایند ساخت 66
4-9. مقایسه و نتیجه‌گیری 67
منابع 68
طراحی و شبیه‌سازی تقویت کننده کم نویز UWB با فناوری 0.18μm CMOS
چکیده
با توجه به گسترش روز افزون سیستم‌های باند فرا پهن و کاربردهای مهم آن در سیستم‌های مخابراتی از قبیل مخابرات بی سیم، رادارهای تشخیص محل دقیق اشیاء و کاربردهای پزشکی نظیر تصویربرداری پزشکی، بهینه سازی این سیستم‌ها از اهمیت برخوردار است. این تقویت کننده‌ها باید پهنای باند وسیع، بهره توان بالا، تطبیق ورودی مناسب و عدد نویز کمی داشته باشند و توان مصرفی آنها تا حد ممکن پایین باشد. در حال حاضر، چالش‌های جدی در پیاده سازی اجزاء مختلف گیرنده فوق پهن باند وجود دارد. یکی از مهم ترین چالش‌ها، مربوط به پیاده سازی تقویت کننده کم نویز است.در این پایاننامه هدف اصلی طراحی یک تقویت‌کننده کمنویز فراپهن‌باند است که ویژگی‌های لازم را داشته باشد. از این رو از جمله ویژگی‌های اصلی آن باید بازه فرکانسی GHz 10/6-3/1، نویز کمتر از dB 4، بهره توان متوسط در حد dB 15، توان مصرفی کمتر از mw 30 و از نظر خطی بودن کافی باشد. آن‌چه این تحقیق را از دیگر کارها متمایز می‌سازد، ارائه طرحی است که در آن عدد نویز کاهش بسیاری داشته، همچنین پایداری مدار در بازه فرکانسی گسترده بررسی شده است.در این طرح ابتدا سیستم‌های باند فرا پهن را بررسی کرده سپس ساختارهای مختلف تقویت کنندههای کم نویز و روشهای کاهش نویز در آنها بررسی خواهد شد. همچنین روشهای بکار رفته در پیاده سازی مدارهای فرا پهن باند در منابع معتبر موجود مطالعه و بررسی می گردد. در نهایت یک تقویت کننده کم نویز فرا پهن باند با استفاده از فناوری 0.18µm CMOS طراحی خواهد شد که حداقل عدد نویز آن 0.5dB با ماکزیمم بهره 17dB و توان مصرفی 22.9mw رسیده ایم . شبیه سازی ها در این پروژه با استفاده از نرم افزار معتبر Advanced Design System (ADS) 2009 انجام و نتایج حاصله با کارهای قبلی مقایسه می شود.
فصل 1: سیستم های Ultra Wide Band (فرا پهن باند) 1
1-1- مقدمه 2
1-2- تاریخچه ی سیستم های فرا پهن باند 3
3-1- سیستم های فراپهن باند 3
1-3-1- تعریف سیستم های فراپهن باند 4
1-3-2- تفاوت سیستم های فراپهن باند با سیستم های باند باریک 4
4-1- ویژگی های متداول سیستم های فراپهن باند 5
1-5- سامانه های گیرنده فراپهن باند 6
1-6- طراحی سیستم های فراپهن باند 7
7-1- جمع بندی 8
فصل 2: تقویت کنندههای کم نویز فرا پهن باند 9
2-1- مقدمه 10
2-2- مدل مداری LNA 11
2-3- نویز 12
2-4- انواع نویز 12
2-4-1- نویز حرارتی 13
2-4-2- نویز ترانزیستور 13
2-4-3- نویز فیلیکر 15
2-5- طراحی تقویت کننده کم نویز در باند فراپهن 16
2-6- تطبیق امپدانس در تقویت کننده کم نویز فراپهن باند 16
2-6-1- پایانه مقاومتی 16
2-6-2- پایانه گیت مشترک (1/gm) 17
3-6-2- ساختار فیدبک مقاومتی 19
2-6-4- ساختار سلف تضعیف گر 20
2-7- گسترش پهنای باند 21
8-2- خطی بودن 23
2-8-1- تعریف و ویژگی ها 23
2-9- بهره توان مستقیم و معکوس 24
2-10- توان مصرفی 25
2-10-1- استفاده از تکنیک مجدد جریان 26
11-2- پایداری 26
2-12- جمع بندی 27
فصل 3: بررسی ساختار کاهش نویز 28
3-1- نمایش نویز در مدارها 29
3-1-1- نویز طبقه گیت مشترک 29
3-1-2- نویز طبقه سورس مشترک 30
3-1-3- نویز طبقه کسکد 31
3-2- بررسی تکنیک های کاهش نویز در مدارات CMOS LNA 32
3-2-1- تقویت کننده های کم نویز گیت مشترک 32
3-2-2- فیدبک مقاومتی 33
3-2-3- توپولوژی سورس مشترک با سلف تضعیف گر 34
3-2-4- سورس مشترک با فیدبک مقاومتی 37
3-2-5- LNA با تکنیک حذف نویز 39
3-3- جمع بندی 40
فصل 4: بررسی ساختار چند تقویت کننده 41
4-1- مقایسه ساختارهای مختلف 42
4-1-1- ساختار آبشاری 42
2-1-4- ساختار گیت مشترک 43
4-1-3- ساختار با فیدبک مقاومتی 45
4-1-4- ساختار با فیدبک القایی 47
4-1-5- ساختار با شبکه LC چند بخشی برای تطبیق ورودی 47
4-1-6- ساختار LNA با وجود سلف درسورس 48
4-2- جمع بندی 48
فصل 5: طراحی مدار پیشنهادی 49
5-1- مقدمه 50
5-2- مدار اصلی با بهره ی توان بالا، نویز کم، توان مصرفی و خطی بودن مناسب 50
5-2-1- مدل سیگنال کوچک مدار 52
5-2-2- بخش خروجی مدار 53
5-2-3- ساختار ترانزیستور 53
5-2-4- شبیه سازی مدار (1) در ADS 55
5-3- مدار دوم در مقاله [39] 57
1-3-5- شبیه سازی مدار(2) در ADS 59
2-3-5- بررسی پایداری مدار 61
5-4- بررسی مدار(2) با اضافه کردن سلف 63
5-5- مدار پیشنهادی اول 67
1-5-5- شبیه سازی مدار پیشنهادی اول 68
2-5-5- بهبود توان مصرفی مدار (4) 70
5-5-3- شبیه سازی مدار(4) با تکنیک Dual-resonant 71
5-6- مدار پیشنهادی دوم 74
5-7- مقایسه با کارهای دیگران 82
فصل 6: 84
1-6- نتیجه گیری 85
6-2- پیشنهادها 85
نقد و بررسی‌ها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.