بررسی و طراحی یک مقسم فرکانس باند وسیع از نوع قفل شونده تزریقی با ضریب فرد

در سال های اخیر مخابرات بی سیم علاوه بر ایفای نقش کلیدی در کاربردهای حساس مانند کاربردهای امدادی و نظامی به عنوان جزئی از زندگی روزمره انسان ها در آمده است. در واقع محصولات مخابرات نظیر تلفن همراه، شبکه های بی سیم محلی، سیستم های موقعیت یاب جهانی، سیستم های شناسایی فرکانس بالا و.... در بیشتر کشورهای پیشرفته به جزء جدا نشدنی زندگی روزمره تبدیل شده است. بعلاوه، کاربرد های دیگری چون شبکه های سنسور بی سیم و روش های کنترل پزشکی نیز مطرح شده اند. نیاز روزافزون به محصولات بی سیم با هزینه ی پایین، توان مصرفی کم، اندازه ی کوچک و فرکانس کاری بالا موجب رشد سریع و فزاینده ی مخابرات بی سیم گردیده است. یکی ازبخشهای اصلی هر سیستم فرستنده-گیرنده بخش سنتز کننده است و تقسیم کننده ی فرکانس یکی از اجزای مهم در این قسمت به شمار می رود. همچنین در سیستم هایی مانند uwb و رادیو شناختگر که محدوده ی فرکانسی وسیعی را تحت پوشش قرار می دهند، یک شبکه ازتقسیم کننده های فرکانسی در خروجی سنتز کننده ی فرکانس قرار می گیرد. خروجی این تقسیم کننده های فرکانس باید باند وسیع فرکانس را به خوبی بپوشاند. در فرکانس های کم، معمولا تقسیم کننده های فرکانس بر پایه ی فلیپ فلاپ نوع d استفاده می شوند. اما، با افزایش فرکانس، روش های دیجیتالی برای عمل تقسیم فرکانس چندان مناسب نمی باشند، زیرا اولا توان قابل ملاحظه ای مصرف می کنند، ثانیا با افزایش فرکانس عملکرد آنها دچار اختلال می شود. بدین لحاظ معمولا در فرکانس های خیلی بالا روشهای آنالوگی به کار گرفته می شوند. تقسیم کننده های فرکانس از نوع قفل شونده با تزریق، از تقسیم کننده های آنالوگ به شمار می روند که دارای دو مزیت عملکرد صحیح در فرکانس های بالا و مصرف توان پایین می باشند. این تقسیم کننده ها قابلیت تقسیم فرکانس بر ضرایب فرد و زوج را دارا می باشند. تا کنون بر روی نسبت تقسیم زوج کارهای نسبتا زیادی شده است و مدل های تحلیلی مناسب برای طراحی این نوع تقسیم کننده ارائه گردیده است. اما بر روی تقسیم فرکانس بر عدد فرد، مطالعات بسیار کمتری صورت گرفته است. در این نوع تقسیم کننده ها مشکلات اساسی چون متعامد نبودن خروجی ها و محدوده ی قفل فرکانس کم و...وجود دارد. در حالی که امروزه اهمیت تقسیم کننده های فرکانس با نسبت تقسیم فرد در prescaler های کم مصرف، سیستم های مخابراتی چون uwb و رادیو شناختگر به خوبی حس می شود. به طور کلی تقسیم کننده های قفل شونده با تزریق به دو دسته تقسیم می شوند: تقسیم کننده های قفل شونده با تزریق بر پایه lc و تقسیم کننده های قفل شونده با تزریق حلقوی. برای فرکانس های در حدود چندین گیگاهرتز نوع حلقوی به دلیل نیاز به سطح کمتر تراشه برای پیاده سازی آن، ترجیح داده می شود. در این پایان نامه بر روی نوع حلقوی از تقسیم کننده های فرکانس قفل شونده با تزریق با ضریب تقسیم سه در فرکانس های مرتبه ی چند گیگاهرتز کار شده است. از مزایای تقسیم کننده ی پیشنهادی، محدوده ی وسیع قفل فرکانس ( با در نظر گرفتن تغییرات دما و گوشه های فرآیند)، سیگنال های ورودی- خروجی متعامد، سیکل وظیفه ی خروجی 50% و مصرف توان کم می باشد. طرح پیشنهادی علاوه بر ضریب تقسیم سه، قابلیت تقسیم فرکانس بر ضرایب دو و پنج را نیز دارا می باشد. در حالت عملکرد تقسیم بر ضریب سه، با اعمال سیگنال تزریق با توان dbm0، مدار در تمام گوشه های فرآیند و با تغییرات دما از 20- تا 100 درجه سلسیوس از فرکانس 1.05 تا 5.7 گیگاهرتز به درستی عمل می کند. ماکزیمم توان مصرفی آن در بدترین حالت (20- ff و فرکانس 5.7 گیگاهرتز)در ولتاژ 1.8 ولت، برابر 420.9 میکرووات می باشد. کلمات کلیدی: 1- نوسان ساز محلی 2- تقسیم کننده ی فرکانس از نوع قفل شونده با تزریق 3- نسبت تقسیم فرد 4– محدوده ی وسیع قفل فرکانس 5– ورودی-خروجی متعامد