عنوان : مطالعه عملکردتقویت کننده کم نویز CMOS در باند بسیار زیاد UWB

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی برق الکترونیک

عنوان :

مطالعه عملکردتقویت کننده کم نویز CMOS در باند بسیار زیاد UWB

استاد راهنما :

دکتر فرخ حجت کاشانی

شهریور 1388

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
فهرست مطالب
 
عنوان مطالب                                                                                                    شماره صفحه
 
چکیده :…………………………………………………………………………………………………………………………… 1
 
مقدمه:…………………………………………………………………………………………………………………………….. 2
 
تاریخچه :…………………………………………………………………………………………………………………………. 4
 
فصل اول: سیستمهای باند فرا پهن………………………………………………………………………………………….. 5
 
فراپهن باند در مقایسه با باند باریک……………………………………………………………………………………… 6
 
فرستنده ها…………………………………………………………………………………………………………………… 9
 
گیرنده ها……………………………………………………………………………………………………………………… 9
 
فصل دوم : تقویت کننده کم نویز و ساختارهای مختلف آن…………………………………………………………. 11
 
روش اول:…………………………………………………………………………………………………………………… 12
 
روش دوم:…………………………………………………………………………………………………………………… 13
 
فصل سوم : تکنولوژیهای نیمه هادی تقویت کننده های کم نویز باند فراپهن…………………………………….. 15
 
یک مثال برای ساختار 16…………………………………………………………………………………………… SiGe
 
18…………………………………………………………………………………………………………………….. CMOS
 
ساختار18………………………………………………………………………………………………………. CMOS1
 
ساختار 22…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 2
 
ساختار 24…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 3
 
ساختار 26…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 4
 
ساختار 29…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 5
 
ساختار 32…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 6
 
ساختار 35…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 7
 
ساختار 38…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 8
 
فهرست مطالب
 
عنوان مطالب                                                                                                   شماره صفحه
 
ساختار 41……………………………………………………………………………………………………… CMOS9
 
ساختار 44……………………………………………………………………………………………………. CMOS 10
 
ساختار 46……………………………………………………………………………………………………. CMOS 11
 
ساختار 49……………………………………………………………………………………………………. CMOS 12
 
ساختار 51……………………………………………………………………………………………………. CMOS 13
 
مقایسه ساختارهای مطالعه شده :……………………………………………………………………………………… 54
 
فصل چهارم : ترانزیستورها و MMIC های ارائه شده برای باند فراپهن……………………………………………. 56
 
شرکت 57………………………………………………………………………………………………… (AVAGO)  HP
 
58 …………………………………………………………………………………………………………. ATF‐34143
 
شرکت 59…………………………………………………………………………………………………………… Hittite
 
59……………………………………………………………………………………………………… HMC‐ALH444
 
60……………………………………………………………………………………………………… HMC753LP4E
 
61……………………………………………………………………………………………………….. HMC772LC4
 
فصل پنجم : نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………… 63
 
منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………………………………………… 65
 
فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………………………………………. 65
 
فهرست منابع لاتین………………………………………………………………………………………………………….. 66
 
سایتهای اطلاع رسانی……………………………………………………………………………………………………….. 67
 
چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………….. 68
 
 
فهرست شکلها
 

عنوان شماره صفحه  
شکل -1 باند فراپهن در مقایسه با باند باریک ……………………………………………………………………………………………. 7
شکل -2 مدولاسیون فرکانسی باند باریک …………………………………………………………………………………………………. 7
شکل -3 طیف توان باند باریک …………………………………………………………………………………………………………………… 8
شکل -4 مونوپالس کدشده زمانی در فراپهن باند ………………………………………………………………………………………. 8
شکل -5 طیف توان فراپهن باند ……………………………………………………………………………………………………………….. 8 .
شکل – 6  بلوک دیاگرام یک فرستنده فراپهن باند پایه …………………………………………………………………………… 9
شکل –7  بلوک دیاگرام یک گیرنده باند فرا پهن پایه …………………………………………………………………………….. 9
شکل -8  ساختار داخلی correlator فراپهن باند ……………………………………………………………………………… 10
شکل – 9 تطبیق ساده در یک تقویت کننده کم نویز …………………………………………………………………………… 10
شکل – 10 مقایسه پاسخ تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ایده آل بـا یـک تقویـت کننـده بـا فیـدبک
سری-موازی ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 12
شکل – 11  روش اول تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ……………………………………………………………………… 13
شکل -12  روش دوم تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ………………………………………………………………………. 13
شکل -13 ساختار SiGe شماتیک UWB LNA مطرح شده …………………………………………………………….. 16
شکل -14 نمودار بهره بر حسب فرکانس در ساختار مبتنی بر …………………………………………………. SiGe 17
شکل -15 نمودار عدد نویز بر حسب فرکانس در ساختار مبتنی بر ………………………………………….. SiGe 17
شکل -16 ساختار .1 توپولوژی مدار حذف نویز LNA در باند وسیع …………………………………………………… 19
شکل -17 نمودار بهره و افت خروجی بر حسب فرکانس در ساختار ………………………………………1 19
شکل -18 نمودار عدد نویز بر حسب فرکانس در ساختار ………………………………………………………. 1 20
شکل -19 ساختار .2 شماتیک کسکد با کسکید گیت مشترک دو طبقه ، ………. UWB LNA 22

 
فهرست شکلها
 

عنوان شماره صفحه  
شکل -20 نمودار بهره ساختار 2 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………… 23
شکل -21نمودار نویز ساختار 2 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………….. 23
شکل -22 ساختار .3 شماتیک ساده شده …………………………………………..CMOS UWB LNA 25
شکل -23 نمودار بهره و نویز برای ساختار 3 بر حسب فرکانس ………………………………………………… 25
شکل -24 ساختار .4 شماتیک کامل ………………..3.1 – 10.6 GHz CMOS UWB LNA 27
شکل -25 نمودار بهره ساختار .4بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………. 28
شکل -26 نمودار نویز ساختار 4 بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………. 28
شکل -27 ساختار .5 شماتیک LNA کنترل شده با بهره سویچ ………………………………………………. 30
شکل -28 نمودار پارامترهای S ساختار 5 بر حسب فرکانس …………………………………………………….. 31
شکل -29  نمودار نویز ساختار 5 بر حسب فرکانس ………………………………………………………………….. 31
شکل -30 ساختار .6 شماتیک کامل …………………..3 .1-10.6 GHz CMOS UWB LNA 33
شکل -31 نمودار بهره و نویز ساختار 6 بر حسب فرکانس ………………………………………………………… 34
شکل -32 ساختار LNA .7 مطرح شده ………………………………………………………………………………….. 36
شکل -33 نمودار بهره و ضریب انعکاس ورودی بر حسب فرکانس ……………………………………………. 36
شکل -34نمودار نویز ساختار 7 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………….. 37
شکل -35 ساختار.8 شماتیک LNA (فیلتر فاق متصل به پورت …………………………………………………..(X 39
شکل –36  ساختار فیلتر فاق …………………………………………………………………………………………………………………. 39
شکل -37 نمودار نویز ساختار 8 بر حسب فرکانس ………………………………………………………………………………. 40

 
فهرست شکلها
 
عنوان                                                                                                              شماره صفحه
 
 
شکل -38 نمودار بهره ساختار 8 بر حسب فرکانس…………………………………………………………… 40
 
شکل -39 ساختار .9 شماتیک مدار UWB LNA کسکد………………………………………………….. 42
 
شکل -40 نمودار نویز ساختار 9 بر حسب فرکانس…………………………………………………………… 42
 
شکل -41 نمودار پارامترهای S ساختار 9 بر حسب فرکانس……………………………………………….. 43
 
شکل -42 ساختار .10 نمونه آزمایشی 44……………………………………………………….. UWB LNA
 
شکل -43 نمودار پارامترهای S بر حسب فرکانس برای ساختار 45………………………………………. .10
 
شکل -44 نمودار نویز اندازه گیری شده و نویز شبیه سازی شده حاصل از ساختار 45………………. 10
 
شکل -45 ساختار LNA .11 دوباره بهره گیری شده 47………………………………………………….. UWB
 
شکل -46 نمودار بهره ساختار 11 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 47
 
شکل -47 نمودار نویز ساختار 11 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 48
 
شکل -48 ساختار LNA .12 مطرح شده برای خنثی سازی نویز در باند وسیع……………………….. 49
 
شکل -49 نمودار نویزساختار 12 بر حسب فرکانس …………………………………………………………. 50
 
شکل -50 نمودار بهره و تلفات بازگشتی ساختار 12 بر حسب فرکانس………………………………….. 50
 
شکل -51  ساختار.13 شکل ساده شده 52……………………………………………………………… . LNA
 
شکل -52 نمودار نویز ساختار 13 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 52
 
شکل -53 نمودار بهره ساختار 13 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 53
 
شکل -54  نمودار بهره ATF31434 بر حسب فرکانس…………………………………………………….. 58
 
شکل -55 نمودار عدد نویز ATF34143 بر حسب فرکانس………………………………………………… 58
 
فهرست شکلها
 
عنوان                                                                   شماره صفحه
 
 
شکل 60…………………………………………………………………………………….. HMC753LP4E-57
 
شکل 61………………………………………………………………………………………. HMC772LC4– 58
 
 
فهرست جدول ها
 
عنوان                                                                      شماره صفحه
 
 
جدول -1 مقادیر المانهای ساختار 20……………………………………………………………………………… 1
 
جدول -2 پارامترهای ساختار1، توپولوژی مدار حذف نویز LNA در باند وسیع 21….. …………………………..
 
جدول -3 پارامترهای ساختار .2 کسکد با کسکید گیت مشترک دو طبقه ، 24…………. UWB LNA
 
جدول -4 پارامترهای ساختار3، توپولوژی26………………………………………………………………… DAs
 
جدول -5 پارامترهای ساختار 29……………………………………………………………………… OFDM .4
 
جدول -6 پارامترهای ساختار 32…………………………………………………………………………………… 5
 
جدول -7 پارامترهای ساختار 34…………………………………………………………………………………… 6
 
جدول -8 پارامترهای ساختار LNA.7 با ترنسفورمر 37……………………………………. …………………………..
 
جدول -9 پارامترهای ساختار LNA.8 با 41…………………………………………………….. notch filter
 
جدول -10 پارامترهای ساختار 43…………………………………………………………………………………. 9
 
جدول -11 پارامترهای ساختار 46……………………………………………………………………………….. 10
 
جدول -12 پارامترهای ساختار 48……………………………………………………………………………….. 11
 
جدول -13 پارامترهای ساختار LNA.12 با حذف نویز 51……………………………….. …………………………..
 
جدول -14 پارامترهای ساختار 53……………………………………………………………………………….. 13
 
جدول -15 مقایسه ساختارهای CMOS مطالعه شده 55………………………………… …………………………..
 
جدول -16  مشخصات قطعه 60…………………………………………………………….. HMC-ALH444
 
جدول-17 مشخصات قطعه 60……………………………………………………………… HMC753LP4E
 
جدول-18 مشخصات قطعه 61…………………………………………………………………. HMC772LC4
 
چکیده :
 
در این گزارش ما آغاز به معرفی و شناخت UWB و بررسـی تفاوتهـای آن بـا بانـد باریـک (  narrow
 
(band میپردازیم. سپس ساختار کلی گیرنده و فرستنده را بطور اختصار آورده ایم . در ادامـه بـه مـرور
 
چند ساختار تقویت کننده کم نویز ، که در این گزارش تکنولوژی CMOS مد نظر می باشد می پردازیم.
 
در انتهای مطالعه 13 ساختار CMOS ، آنها را در یک جدول با مشخصات بهره ، عدد نویز ، پهنـای بانـد کار و تکنیک مورد بهره گیری کنار هم قرار دادیم تا یک دید کلی بر روی فعالیت های انجام شده تـا کنـون بدست آوریم.
 
در دو فصل آخر این گزارش لیستی از ترانزیستور های موجود در بازار و شرکتهای تولید کننده های آنهـا را تهیه کرده ایم. در پایان نتیجه گیری و پیشنهاد آمده می باشد.
 
 
مقدمه:
 
اخیرا کاربرد وسیع باند فرا پهن، نظر گروه کثیری از دانشمندان را به طراحی یک مدار واحد با خصوصیات عالی جلب کرده می باشد. گسترش سریع تکنولوژیهای دیجیتال و نیمههادی عاملی برای اسـتفاده وسـیع از طیفهای پهن و عریض شده می باشد . روشهای مختلفی از مدولاسیون و حاملهای بانـد پهـن ارایـه شـده می باشد .
انتخاب سیگنال باند فرا پهن و مدولاسیون آن، به قابلیت بهره گیری ، سادگی و هزینه کم بـرای یـک کانـال بدون سیم ارتباطی شامل همه مراحل پردازش سیگنال ، بستگی دارد. کانال ممکن می باشد محدودیت هـای دیگری را هنگام عبور سیگنال به ما تحمیل کند.
 
اساسا هر سیستم باند فراپهن از قسمتهای زیر تشکیل شده می باشد.
 

  • فرستنده: در حال حاضر حجم گستردهای از پردازش اطلاعات به صورت دیجیتالی صورت می-گیرد که در آن از پالسهایی با دو سطح بالا و پایین بهره گیری میشود. یک مولد سیگنال با توان پایین اطلاعات دیجیتال را به پالسهای متوالی تبدیل می ‌کند یا به اصطلاح مدوله می ‌کند. برای این مقصود از مدولاسیونهای مختلفی مانند مدولاسیون مکان پالس و مدولاسیون دامنه پالس و … بهره گیری میشود. سپس سیگنال حاصل به مولد/تقویت کننده سیگنال توان بالای خروجی میرود. در بعضی فرستندههای باند فرا پهن از مولد توان بالا بهره گیری میشود بدین معنی که سیگنال پالسی ایجاد شده توسط بخش توان پایین با روشن و خاموش کردن ترانزیستورهای مولد مشابه همین پالسها را با توان بسیار بالا در خروجی ایجاد می ‌کند. در بعضی فرستندههای دیگر نیز ممکن می باشد مشابه سیستمهای رایج باند باریک از همان تقویت کنندههای توان بالا برای تقویت سیگنال پالسی بهره گیری گردد.
این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد:برنامه ریزی بهره برداری از منابع تولید پراکنده،ذخیره سازها و راهکارهای مدیریت سمت مصرف در محیط رقابتی

 

  • آنتن (گیرنده/فرستنده): آنتن در فرستنده در حقیقت پذیرای پالسهای بسیار باریک فرستنده میباشد بدین معنی که یک جریان لحظهای بسیار زیاد به آنتن فرستاده میشود. در گیرنده آنتن

 
مانند بقیه سیستمهای باند باریک اقدام می ‌کند. ضمنا آنتن ممکن می باشد باعث افت انتشار و
 
اعوجاج نیز گردد.
 

  • گیرنده: در آغاز گیرنده سیستم باند فراپهن مانند سایر سیستمهای باند باریک با پهنای باند فراپهن سیگنال پالس دریافت شده به وسیله آنتن را توسط تقویتکننده کم نویز و فیلتر تقویت و فیلتر کرده و سپس آن را دمدوله و اطلاعات ارسال شده را استخراج می ‌کند.

 
بعضی فاکتورها مثل تنظیم فرکانس و امکان تداخل میان سیستمهای باند فرا پهـن و سسـیتمهـای بانـد باریک دیگر بایستی به خوبی مد نظر قرار گیرند. واضح اسـت کـه اسـتفاده از حامـل هـارمونیکی سیسـتم را
 
پیچیده تر می ‌کند. به واسطه افزایش سرعت حالتهای گذرای High-Low میتوان حالتهـای گـذرای
 
کوتاه را مستقیماً در فضا پراکنده نمود . و حامل هارمونیکی را حذف نمود . اما بعضی کارها مانند شکل-
 
دهی و بحثهای مربوط به توان ضروری می باشد .
 
طبق گزارش FCC باند فرکانسی 3.1-10.6GHz به UWB اختصاص یافته می باشد. تکنولوژی باند فرا پهن فرصت خوبی را برای نرخ اطلاعات خیلی بالا برای خطوط ارتباطی گیگا بایت ، با سرویس بی سـیم ارایـه
 
می دهد.مقررات FCC ، چگالی طیفی توان مـاکزیمم را دربانـد 3.1-10.6GHz ، روی -41.3 dBm/MHz
 
محدود می کند.
 
در گیرنده ی UWB ، تقویت کننده کم نویز توسط یک یا چند طبقه گـین بدسـت مـی آیـد. بنـابر ایـن نمایش نویز گیرنده به عدد نویز و بهره توان تقویت کننده کم نویز بستگی دارد.
 
در گیرنده UWB ، بر خلاف عملکرد در باند باریک ، تقویت کننده کم نویز یک بلـوک بحرانـی اسـت کـه
 
سیگنال های ضعیف را از کل باند UWB می گیرد و آنها را با نسبت سیگنال به نـویز خـوب تقویـت مـی کند. بعلاوه بهره توان بالا و یکنواخت ، تطبیق امپدانس ورودی و عدد نویز مناسب در کل بانـد فرکانسـی
 
UWB مورد نیاز می باشد.
 
تاریخچه :
 
ریشه پیدایش تکنولوژی باند فراپهن به سالهای 1960 بر میگردد . زمانی کـه کارهـایی در زمینـه الکترومغناطیس بعد زمانی انجام میشد . البته در اقدام ریشه باند فراپهن به سالهای 1890 زمانی
 
که مارکنی از جرقه برای انتقال اطلاعات بهره گیری نمود، بر میگردد. باند فراپهن آغاز برای کـاربرد-
 
های نظامی به کار برده گردید و کاربرد اولیه آن در رادارها بود .
 
اما بعداً در سال 1998 توسط FCC جنبه تجاری پیدا نمود . واژه باند فراپهن یـا همـان UWB
 
توسـط (DARPA)Defense Advanced research Projects Agency در مطالعـات راداری در سال 1990 به وجودآمد. این واژه در حقیقت برای ایجاد فرق بین رادارهای مرسوم اولیه و رادارهای با شکل موجهای پالس کوتاه با پهنای باند نسبتا بزرگتر (بزرگتر از ( %25 تعریـف شـد.
 
اولین کارهای بنیادی مربوط به سیستمهای ارتباطی باند فراپهن مربوط به تکنولـوژی پـالس بانـد پایه در سال 1973 میباشد .
 
در اوایل پیدایش ، باند فراپهن به نامهای Carrier free ، باند پایـه یـا ضـربه رایـج بـود کـه در
 
حقیقت بیانگر این نکته بود که تولید سیگنال نتیجه یک پالس با Rise time بسـیار سـریع و یـا یک ضربه میباشد که یک آنـتن بانـد پهـن را تحریـک مـیکنـد. در اوایـل سـال 2002 مـیلادی تکنولوژی فراپهن باند برای کاربردهای تجاری تصویب گردید. این تکنولوژی جدید شیوه جدیـدی در ارتباطات بدون سیم ابداع نمود که همان بهره گیری از حوزه زمان به جای حوزه فرکانس بود.
FCC پهنای باند -10dB یک سیگنال فراپهن باند را بزرگتر از %25 فرکانس مرکزی یا بزرگتر از
 
1/5 گیگاهرتز تعریف نمود. چندین دهه بود که فراپهن باند در زمینههای راداری بکار میرفت، امـا با تصویب یک آیین نامه جدید، کاربرد باند فراپهن در مخابرات بدون سیم در پهنای باند فرکانسـی
 
3/1 گیگاهرتز تا 10/6 گیگاهرتز عیان گردید.
 
فصل اول
 
 
سیستمهای باند فرا پهن
 
 
فصل اول: سیستمهای باند فرا پهن
 
 
فراپهن باند در مقایسه با باند باریک
 
باند فراپهن (UWB) تنها یک نام می باشد که به بعضی تکنیکهای سیگنالینگ که کاملا بـا سیسـتمهای بانـد
 
باریک مثل شبکه بی سیم محلی WLAN یا Bluetooth متفاوت هستند داده شده می باشد. همـانطور کـه از نام آن نیز پیداست، این سیستم نیازمند پهنای باند بسیار زیاد در ارتباطات میباشد. این تکنولوژی اخیـرا پس از تخصیص پهنای باند 3/1 گیگاهرتز تا 10/6 گیگاهرتز به آن ، بسیار مورد توجه قرار گرفته می باشد.
 
همانطور که میدانیم در سیستمهای باند باریک از یک IF برای مدوله کردن یک سیگنال حامل اسـتفاده میشود. پس با این اقدام یک چگالی طیف توان بالا و بسیار باریک ایجاد مـیشـود. در مقابـل در بانـد فراپهن از یک تکنولوژی بسیار ابتدایی بر مبنای فرستادن پالسهایی از انرژی به گیرنده بهره گیری مـیشـود.
 
در این روش تنها این پالسها که پالسهای مونوسیکل نامیده میشوند فرستاده میشـوند و مدولاسـیون بـا تغییر وقفه بین پالسها در آن اعمال میشود؛ از این رو میتوان ایـن مدولاسـیون را مدولاسـیون موقعیـت
 
پالس (pulse position) نامید. پس هیچ حامل RF یا بـالا بـردن فرکانسـی (upconversion) وجـود ندارد و پالسها در فرکانس باند پایه مدوله میشوند. این بدین معنی می باشد کـه در مقایسـه بـا سیسـتمهای باند باریک فرکانس باند پایه بسیار بالاتر میباشد.
پهنای باند سیستم های باند فرا پهن به گونه ای اختصاص داده می شوند که حتی الامکان با سیستم های
 
باند باریک مانند 802.11b/g در باند (2.4GHz) ISM تداخل نداشته باشد امـا همـانطور کـه در شـکل
 
(1) نظاره می گردد، این سیستم ها به ناچار بـا سیسـتم هـای 802.11a در فرکـانس 5.2GHz تـداخل
 
دارند. برای جلوگیری از این تداخل، از یک فیلتر میان نگذر در فرکانس 5.2GHz در فرستندههای باند فرا پهن بهره گیری می گردد.
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
تعداد صفحه : 106
قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

دسته‌ها: مهندسی برق