بررسی و تحلیل رفتار نویز فاز در نوسانسازهای ‎lc-cmos‎ و ارائه روشهایی جهت بهبود آن

رشد فزاینده مخابرات بی سیم در دو دهه گذشته نیاز به ساخت فرستنده-گیرنده های با قابلیت های بالاتر، اندازه کوچکتر، توان مصرفی کمتر و ارزان تر را ایجاب نموده است. در ساختار فرستنده-گیرنده از بخش های آنالوگ، دیجیتال و مد ترکیبی استفاده می شود. تکنولوژی ‎cmos‎ با ظرفیت های عظیم خود امکان ساخت کلیه بخش های یک سیستم مخابراتی روی چیپ را با کمترین هزینه و توان مصرفی فراهم آورده است. به علاوه با پیشرفت روز افزون مدارات مجتمع دیجیتال و افزایش سرعت پردازش آنها بیشتر عملیات پردازشی از بخش آنالوگ به دیجیتال منتقل گردیده است. با این وجود نه تنها از اهمیت بخش آنالوگ کاسته نشده است، بلکه روز به روز بر اهمیت این بخش افزوده شده است. از مهمترین مواردی که در قسمت آنالوگ فرکانس بالا در فرستنده-گیرنده امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است، ساخت اسیلاتور کنترل شونده با ولتاژ در تکنولوژی ‎cmos‎ با نویز فاز پایین است. به عنوان مثال پارامتر نویز فاز در سیستم های مخابراتی با مدولاسیون نوع ‎ofdm‎ از اهمیت ویژه ای برخوردار است. البته اهمیت نویز فاز تنها به دنیای آنالوگ محدود نمی شود و حتی در دنیای دیجیتال نیز، نویز فاز تحت عنوان جیتر حائز اهمیت می باشد. ساختارهای مختلفی برای اسیلاتورهای کنترل شونده با ولتاژ وجود دارد که مهمترین و پرکاربردترین آنها اسیلاتورکنترل شونده با ولتاژ ‎cmos‎ نوع ‎lc‎ است‎‎ که دارای مشخصات بسیار مناسبی از جمله نویز فاز بسیار پایین نسبت به سایر ساختارها می باشد. مکانیزم تبدیل منابع نویز مختلف موجود در این مدار به نویز فاز خروجی به دلیل خاصیت غیرخطی و سیگنال بزرگ مدار اسیلاتور بسیار پیچیده می باشد. در طول سالها تلاش های گوناگونی در آنالیز نویز فاز صورت گرفته است که باعث ایجاد مدل های مختلف گردیده است. هر کدام از این مدل ها دارای نقاط ضعف و قوت خاص خود می باشند و تأثیر برخی از پارامتر ها روی نویز فاز را مشخص می نمایند. از مهمترین این مدل ها، مدل ‎leeson‎ و مدل جدیدتر ارائه شده توسط ‎hajimiri‎ می باشد. براساس مدل های مختلف، در طول سال ها روش های مختلفی برای کاهش نویز فاز اسیلاتورها به کار گرفته شده اند که همگی سعی در کاهش این پدیده مخرب با حداقل هزینه دارند. در این پایان نامه ابتدا به معرفی اصول عملکرد و انواع اسیلاتور های فرکانس بالا و مفاهیم نویز فاز و جیتر و تأثیر آن بر عملکرد سیستم مخابراتی می پردازیم. سپس مدل های ارائه شده برای نویز فاز اسیلاتور ‎lc‎ را معرفی و روابط مربوط به این مدل ها بررسی می کنیم. در ادامه با بررسی پایه ای این اسیلاتور اثر تغییر هر کدام از پارامتر های موثر در نویز فاز آن به تنهایی بررسی و شبیه سازی های لازم صورت خواهد گرفت. روابط دقیق تری برای دامنه نوسان اسیلاتور بر حسب نسبت ابعاد ترانزیستور های سوئیچ و در نتیجه تعیین یک نسبت بهینه برای مشخصات مناسب به دست می آید و اثر ضریب تزویج بین دو سلف بر عملکرد اسیلاتور مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه روش های کاهش نویز در اسیلاتور ‎lc‎ مورد بررسی قرار می گیرد و روش هایی برای کاهش نویز اسیلاتورها ارائه و با شبیه سازی تأیید می شوند.