کاهش نویز فاز اسیلاتورها توسط تقویت کننده های پارامتری
چکیده
تا کنون روش های متعددی برای کاهش نویز فاز اسیلاتورها ارائه شده است. معمولاً اکثر این روش ها منحصر به نوع خاصی از اسیلاتورها بوده و همه جا قابل استفاده نیستند. در این پایان نامه برای اولین بار با استفاده از تقویت کننده های پارامتری حساس به فاز، روشی کاملاً جامع برای کاهش نویز فاز اسیلاتورها ارائه نموده ایم. در این روش اسیلاتور به عنوان یک بلوک در نظر گرفته شده و سیگنال خروجی آن پس از عبور از یک تقویت کننده حساس به فاز پارامتری، در شرایطی خاص، نویز فاز آن به طور قابل توجهی کاهش می یابد. تقویت کننده های پارامتری نوع خاصی از تقویت کننده ها هستند که به جای تأمین توان لازم جهت تقویت از منابع dc، این توان را از منابع سیگنال متناوب با فرکانس خاصی که منبع pump نامیده می شوند، تأمین می نمایند. در این پایان نامه پس از معرفی و بررسی انواع ساختارهای تقویت کننده های پارامتری، بر روی ساختارهای حساس به فاز پارامتری متمرکز شده و ایده کاهش نویز فاز را توسط آنان شرح نموده ایم. بدین منظور چهار ساختار مختلف حساس به فاز را از نظر تأثیر بر روی نویز فاز سیگنال، مورد بررسی قرار داده و برای هر یک مدل تحلیلی مناسبی استخراج نموده-ایم. سپس مدل های تحلیلی ارائه شده برای هر ساختار را با نتایج شبیه سازی نرم افزاری مقایسه و صحت آن ها را تایید نموده ایم. یکی از ساختارهای جدیدی که مورد بررسی قرار داده ایم ساختارهای پارامتری upconverter حساس به فاز می باشند. خاصیت جالب توجه این ساختارهای جدید این است که سیگنال upconvert شده خروجی آن ها می تواند نویز فازی بهتر از نویز فاز سیگنال ورودی داشته باشد. با بیان این خاصیت، این تقویت کننده ها قابلیت تولید سیگنال های با نویز فاز کم، در فرکانس های بالا را به وسیله اسیلاتورهای فرکانس پایین تر ایجاد می کنند به طوری که می توان انتظار داشت که در محدوده فرکانسی موج میلی متری و تراهرتز کاربردهای وسیعی پیدا کنند. روش مطرح شده همچنین در تکنولوژی های مدار مجتمع که ساخت مدار به طور یکپارچه بسیار حائز اهمیت است کاربردی بوده و توسط آن می توان اسیلاتورهای با نویز فاز مناسب و کاملاً یکپارچه طراحی نمود. پس از تشریح روش پیشنهادی و یافتن مدل های تحلیلی، برای نشان دادن کاربرد روش پیشنهادی دو ساختار از این تقویت کننده های پارامتری را با استفاده از عناصر موجود در پروسه 0.18µm cmos و به عنوان نمونه طراحی نموده ایم. تقویت کننده های طراحی شده از نوع تقویت کننده های پارامتری توزیع شده هستند. مدار اول، تقویت کننده تبهگنی همدوس موج رونده با فرکانس 2.5ghz و مدار دوم از نوع موج ایستان با فرکانس 10ghz می باشد. در ساختار اول، نویز فاز خروجی 8db و در ساختار دوم 10db نسبت به نویز فاز سیگنال ورودی بهبود یافته است.