بهبود عملکرد اسیلاتور کراس کوپل با استفاده از سلف ممزی
چکیده
در سال¬های اخیر استفاده از دستگاه¬های مخابراتی از رشد چشم گیری برخوردار بوده است. از جمله مهمترین مداراتی که در سیستم¬های مخابراتی مورد استفاده قرار می گیرند اسیلاتورها می¬باشند. یکی از مهمترین فاکتورهایی که در ارزیابی اسیلاتورها اهمیت دارد ، نویز فاز آن می¬باشد که از تلفات عناصر موجود در مدار آن ناشی می¬شود . به همین منظور طراحی اسیلاتوری که نویز فاز کمی داشته باشد از اهمیت بالایی برخوردار است . منابع اصلی ایجاد کننده نویز در اسیلاتورها را می¬توان شامل عناصری همچون سلف و ترانزیستورها دانست. در واقع تلفات موجود در سلف موجب کاهش ضریب کیفیت آن می شود و افزایش نویز فاز را به همراه خواهد شد . در فرکانس های بالا دستیابی به سلف های با ضریب کیفیت بالا مشکل می¬باشد. به همین منظور طرح های متعددی برای کاهش نویز فاز مدار اسیلاتور ارائه شده است تا فقدان ضریب کیفیت پایین سلف را جبران کند، ولی علاوه بر اینکه حجم مدار را اضافه کرده است ، توان مصرفی را نیز بالا برده است . سلف های ساخته شده با تکنولوژی mems به دلیل ضریب کیفیت بالا و تلفات بسیار کم و همچنین قابلیت فشرده سازی با عناصر دیگر همچون ترانزیستورهای cmos می¬توانند جایگزین بسیار مناسبی برای سلف های معمولی باشند و در صورت استفاده در مدار اسیلاتور ، نویز فاز را کاهش دهند. در این پژوهش به بررسی پارامترهای مهم طراحی سلف و تلفات موجود در آن می پردازیم . سپس به روش تحلیلی به بررسی تاثیر پارامترهای طراحی سلف بر مقدار اندوکتانس و ضریب کیفیت آن پرداخته و با توجه به نتایج بدست آمده اقدام به طراحی سلف در نرم افزار ads می نماییم . در این پژوهش سعی شده با طراحی سلفی که در فرکانس های بالا ضریب کیفیت بالا نیز داشته باشد نویز فاز موجود در مدار اسیلاتور کاهش داده شود . همچنین با توجه به اینکه سلف در روی زیر لایه مساحت خیلی زیادی اشغال می کند ، علاوه بر اینکه ضریب کیفیت سلف بهبود داده شده است مساحت اشغال شده توسط سلف نیز کاهش داده شده که موجب کاهش هزینه ساخت و اندازه نهایی مدار می¬شود . مقدار ماکزیمم ضریب کیفیت در فرکانس 26.56 ghz و برابر با 42/84 بدست آمد همچنین مقدار اندوکتانس سلف در فرکانس 5 ghz برابر با 0.61 nh و مقدار ضریب کیفیت در این فرکانس برابر با 26/94بدست آمده است . مقدار srf سلف برابر با 65.5 ghz می باشد و ابعاد نهایی آن نیز برابر با 185×200 μm² می باشد . همچنین مقایسه¬ای بین سلف طراحی شده و کارهای پیشین صورت گرفته است که برتری سلف طراحی شده از نظر ضریب کیفیت و ابعاد را نشان می دهد . سپس با قرار دادن سلف طراحی شده در مدار اسیلاتور cross-coupled پیشنهاد شده به بررسی مشخصه نویز فاز و چگالی طیف توان آن می پردازیم . توان مصرفی اسیلاتور برابر با 4.32 mw می باشد . بعلاوه میزان نویز فاز بدست آمده در آفست 100 khz برابر با -99.46 dbc/hz و در آفست 1 mhz برابر با -121.6 dbc/hz می باشد همچنین میزان fom در آفست 100 khz برابر با 187/15 و در آفست 1 mhz برابر با 189/33 بدست آمد . در پایان مقایسه ای بین اسیلاتور پیشنهادی با سلف mems و سایر کارهای پیشین از نظر نویز فاز و fom صورت گرفته است .