طراحی مخلوط کننده فرا پهن باند با قابلیت خطی سازی بالا و توان کم

گسترش روز افزون سیستم های مخابرات بی سیمrf مانند تلفن های بدون سیم، ماهواره موقعیت یابی جهانی gps، شبکه های محلی بی سیم lan واستانداردهایی نظیر بلوتوث و نیاز به انتقال اطلاعات با سرعت های بالا در سال های اخیر، موجی قوی در جهت توسعه استانداردها و گیرنده های جدید ایجاد نموده است. در این میان تکنولوژی فراپهن باند خود را به عنوان یک کاندیدای خوب برای ارسال داده با نرخ بالا معرفی کرده است. پهنای باند وسیع تکنولوژی فراپهن باند در کنار مزایای زیادی که با خود به همراه دارد، طراحی بخش گیرنده را بسیار چالش زا نموده است. در میان بلوک های یک گیرنده، میکسر که سیگنالrf را به باندif منتقل می کند، نقش وسیعی در تعیین مشخصه های سیستم مانند بهره تبدیل، عدد نویز و خطی بودن دارد. در طراحی cmos های مرسوم، از ضرب کننده سلول گیلبرت به عنوان میکسر پایین آورنده که از تقویت کننده هدایت انتقالی rf و طبقه سوییچ کننده تشکیل شده است، استفاده می شود. پهنای باند این مدار توسط ثابت زمانی rc مخصوصا در پورت rf و lo محدود شده است، از این رو لازم است که پهنای باند میکسر بر مبنای سلول گیلبرت برای کار در سیستم uwb بهبود یابد. با پیشرفت تکنولوژی و ظهور سیستم های مخابراتی جدید که نیازمند کار در محیط های پر تداخل و گیرنده های چند استانداردی می باشد و از سویی کاهش حداقل طول ترانزیستورها و در نتیجه غیر خطی تر شدن عملکرد آنها، نیاز به تکنیک های خطی سازی بیش از پیش خود نمایی می کند. غیرخطی بودن rf front-end که مستقیما به مصونیت در برابر تداخل های مختلف مربوط می شود، مشکلات زیادی نظیر تولید هارمونی، فشردگی بهره، اعوجاج اینترمدولاسیون و مدولاسیون متقابل و... را ایجاد می کند. در میکسر پایین آورنده که در مسیر دریافت بکار می رود، سیگنال تقویت شده با lna (که احتمالا از فیلتر حذف تصویر گذشته است) به ورودی rf وارد می شود، بنابراین این ورودی باید نویز کم و خط سانی بالایی داشته باشد، زیرا تداخل کننده های مجاور با lna تقویت می شوند و مولفه های اینترمدولاسیون قوی ممکن است تولید شود. هنگا میکه یکی از مولفه های im در باند مورد نظر می افتد، دامنه مولفه اصلی خراب می شود. همچنین این اثر هنگامیکه اطلاعات در فاز یا فرکانس سیگنال باشند نیز، اهمیت دارد زیرا نقاط عبور از صفر سیگنال مطلوب با محصول اینترمدولاسیون خراب می شود. از طرف دیگر پهنای باند گسترده سیستم های uwb منجر به افزایش سیگنال های تداخلی ناشی از مولفه های اینتر مدولاسیون بویژه مرتبه دو و سه در گیرنده می شود. بنابراین برای تحقق المان های گیرنده فرا پهن باند بسیار خطی نظیر میکسر همراه با مصرف توان ناچیز و بهره تبدیل قابل قبول در رنج دینامیکی مناسب، حذف اعوجاج مرتبه دوم و سوم ضروری است. خط سانی میکسر را می توان با افزایش ولتاژ موثر گیت – سورس نیز افزایش داد، اما در جریان بایاس معین ولتاژ موثر بالاتر به معنی ترارسانایی کم می باشد، بنابراین عدد نویز و توان مصرفی افزایش یافته و بهره تبدیل کاهش می یابد، به همین دلیل در طراحی ولتاژ- پایین تضاد بین خط سانی و بهره میکسر اغلب مشکل آفرین است. در سالهای اخیر میکسر های فعالی جهت استفاده در پهنای باند گسترده مورد بررسی قرار گرفته و تکنیک هایی جهت حذف اعوجاج مرتبه دو و سه و در نتیجه رسیدن به iip2 و iip3 بالا ارائه گردیده است. این در حالی است که خط سانی بالای میکسر ها در مقابل از دست دادن بهره، افزایش عدد نویز و توان مصرفی می باشد، از این رو رسیدن به این مهم بسیار چالش انگیز است. با توجه به مطالب فوق، طراحی یک میکسر توان پایین با پهنای باند وسیع، بسیار خطی و کم نویز برای گیرنده فراپهن باند، مسئله بسیار پیچیده ایست که راه را برای ارائه ایده های جدید باز می گذارد. بنابراین در این پروژه، یک مخلوط کننده جدید فراپهن باند با قابلیت خطی سازی بالا و توان کم جهت استفاده درگیرنده rf front-end فراپهن باند، سیستم های رادار و گیرنده های بی سیم ارائه خواهد شد. این میکسر توازن دوگانه فعال که بر مبنای توپولوژی سلول گیلبرت می باشد، با تکنولوژی cmos پیاده سازی می شودو بهره تبدیل تقریبا یکنواختی بر روی رنج وسیعی از فرکانس ورودی به منظور کاهش نویز طبقات بعدی گیرنده دارا می باشد و همچنین جهت دستیابی به مشخصه بسیار خطی، هارمونی ها و مولفه های مزاحم خارج از باند در سیگنال ارسالی را به اندازه کافی حذف و از اثرات متقابل آنها جلوگیری می نماید.