طراحی و پیاده سازی یک مدولاتور دلتا-سیگما قابل استفاده در سنتز کننده های فرکانس کسری

سنتزکننده های فرکانس یکی از اجزای مهم ادوات مخابراتی هستند. کیفیت سیگنال ارسالی یا دریافتی مستقیماً به کیفیت طیف فرکانس خروجی سنتزکننده که نقش نوسان ساز محلی را ایفا می کند، بستگی دارد. از میان سه روش سنتز فرکانس: آنالوگ مستقیم، دیجیتال مستقیم و دیجیتال غیرمستقیم مبتنی بر pll، روش آخر به طور گسترده ای در ادوات مخابراتی چند کاناله قابل حمل به کار رفته است. روش سنتز غیر مستقیم فرکانس مبتنی بر pll ابتدا با مقسّم صحیح به کار گرفته شد که تنها قادر به سنتز مضارب صحیح فرکانس مرجع می باشد. در طراحی سنتزکننده های با مقسم صحیح از آنجا که فرکانس مرجع باید برابر فاصله کانال ها در استاندارد موردنظر باشد، بده و بستان شدیدی بین خلوص طیفی فرکانس سنتز شده، قدرت تفکیک فرکانسی و رفتار دینامیک حلقه pll برقرار است. سنتزکننده های فرکانس کسری که قادر به سنتز مضارب کسری از فرکانس مرجع هستند، به عنوان راه حلی برای حذف بده و بستان مذکور ارایه شدند که در آن ها نیاز به برابری فرکانس مرجع با فاصله کانال ها بر طرف شده است. در این نوع سنتزکنندها از یک پیش مقیاس دهنده با مقسّم دو یا چندتایی بهره گرفته می شود که تغییر مداوم بین این مقسّم ها مضرب کسری مورد نظر را ایجاد می کند. وجود روند تکراری در عملکرد مقسّم ها باعث ایجاد فرکانس های جعلی در طیف خروجی سنتزکننده می شود که اصلی ترین مشکل سنتزکننده های کسری است. برای حل این مشکل سعی می شود تا مقسّم ها بر اساس یک کلمه کنترل دیجیتال ورودی، به صورت تصادفی معنادار کنترل شوند. این کار توان فرکانس های جعلی را به صورت نویز سفید در می آورد. نویز حاصل در یک گام جلوتر با شکل دهی از اطراف فرکانس سنتزشده رانده می شود تا خلوص طیفی بالا حاصل شود. مدولاتورهای دلتا-سیگما که در مبدل های داده کاربرد دارند به عنوان ابزاری که قادرند کنترل تصادفی و شکل دهی به نویز را توأماً انجام دهند، شناخته شده اند. در واقع این مدولاتورها در این نوع کاربرد یک مبدل دیجیتال به آنالوگ هستند که فیلتر کاهش نرخ نمونه برداری از خروجی آن ها حذف شده است. مدولاتورهای دلتا-سیگما برای سنتزکننده های فرکانس کسری باید تا حد امکان ساده باشند تا مصرف توان افزایش نیابد، به جهت ملاحظات نویز فاز باید از نسبت سیگنال به نویز بالایی برخوردار باشند و دوره تکرار خروجی آن ها تا حد امکان زیاد باشد. اغلب مدولاتورهای مورد استفاده برای این منظور در قالب طراحی اجزای یک سنتزکننده کامل ارایه شده اند و موارد مجزا بسیار معدود هستند. دو ساختار چند طبقه (mash) و تک حلقه به طور گسترده مورد استفاده واقع شده اند که انواع تک حلقه مشخصات نویزی بهتری ارایه می دهند. در این پایان نامه یک مدولاتور جدید شامل دو طبقه پیشنهاد شده است که به صورت سری با یکدیگر قرار گرفته اند. طبقه اول که یک مدولاتور فیدبک خطای مرتبه دو است، تعداد بیت موثر کلمه کنترل ورودی را از شانزده بیت به سه بیت کاهش می دهد و طبقه دوم یک مدولاتور مرتبه سه تک حلقه بر پایه ساختار ریچی است که نقش یک تمرکزدهنده را برای ایجاد خروجی تک بیتی انجام می دهد. شکل دهی به نویز در این مدولاتور توسط طبقه دوم انجام می شود. کاهش تعداد بیت ها در طبقه اول به کاهش پیچیدگی طبقه دوم که رابطه مستقیم با تعداد بیت ورودی دارد می انجامد. علاوه بر این نویز کوتنتیزاسیون طبقه اول مانند dither برای طبقه دوم عمل می کند. برای حذف دوره های کوتاه طبقه اول، بیت با ارزش کمتر ورودی برابر یک قرار داده شده است. شبیه سازی ها و پیاده سازی fpga مدولاتور طراحی شده مقدار نسبت سیگنال به نویز بیشتری را با نرخ بیش نمونه برداری کمتر در ازای افزایش ناچیزی در منابع سخت افزاری نسبت به کار قبلی ارایه داده است. کلمات کلیدی