تحلیل، طراحی و بهینه سازی حلقه قفل فاز باینری و استفاده از آن در استاندارد sonet

امروزه از فیبر نوری به دلیل داشتن پهنای باند بسیار بالا، جهت انتقال حجم زیادی از داده استفاده می شود. اما داده پس از عبور از فیبر به دلیل اثرات غیرایده آل آن خراب می شوند. بنابراین نیاز است که داده های انتقالی توسط فیبر در سیستم گیرنده توسط مدار بازیابی کلاک و داده (cdr) بازیابی شوند که حلقه های قفل فاز (pll) نقش اصلی را در این مدارها دارند. از میان حلقه های قفل فاز، حلقه قفل فاز باینری یا بنگ- بنگ به دلیل داشتن بهره ی بالا در فرکانس (سرعت) بالاتر استفاده می شوند. زیرا در حلقه های قفل فاز مبتنی بر آشکارساز فاز خطی در صورت وجود اختلاف فاز، پالسی متناسب با اختلاف فاز تولید می شود. اما اگر فرکانس بالا باشد، پهنای پالس تولید شده بسیار باریک است و در نتیجه ولتاژ لازم برای تنظیم فرکانس نوسان ساز فراهم نمی شود و مدار بازیابی کلاک و داده به درستی عمل نمی کند. اما مشخصه ایده آل آشکارساز فاز بنگ- بنگ (bbpd) از تابع علامت پیروی می کند که رفتار غیرخطی شدید دارد. بنابراین آشکارساز فاز بنگ- بنگ به دلیل داشتن رفتاری مشابه تابع علامت، در صورت وجود اختلاف فاز چه کوچک و چه بزرگ، یک ولتاژ ثابت و بزرگ در خروجی خود تولید می کند تا حلقه ی cdr را به سمت قفل ببرد. این سبب می شود بتوان از آن در فرکانس (سرعت) بالاتر استفاده نمود. در حالت کلی تحلیل یک حلقه ی قفل فاز باینری (bpll) دارای یک چالش بسیار مهم می باشد که آن تحلیل جیتر می باشد. زیرا جیتر منجر به رخ دادن خطای بیت می شود. آنچه سبب ایجاد چالش در تحلیل حلقه قفل فاز باینری می شود، وجود آشکارساز فاز غیرخطی در ساختار آن است که سبب ایجاد رفتار غیرخطی در سیستم می شود. در این رساله حلقه قفل فاز باینری بطور کامل مورد تحلیل قرار گرفته شده است و در نهایت مشخصه های جیتر با استفاده از روش های تحلیل سری فوریه و بیان ریاضی شکل موج های حوزه زمان بدست آمده است. مهمترین مزیت تحلیل ارائه شده نسبت به پژوهش های پیشین آن است که به هیچ فرض اضافی برای پارامترهای حلقه نیاز ندارد و تحلیل در حالت کلی انجام شده است. از طرف دیگر، در عمل چون آشکارساز فاز باینری در سطح ترانزیستور پیاده سازی می شود، مشخصه آن از تابع علامت فاصله دارد. به همین جهت در این رساله مدل عملی آشکارساز فاز باینری در تحلیل درنظر گرفته شده است. موضوعی که کمتر منابعی به آن توجه کرده است و یکی از نوآوری های مهم این رساله است. در نهایت با در نظرگرفتن مدل عملی برای آشکارساز فاز، معادله دیفرانسیل غیرخطی سیستم بدست آمده است و از ابزار قدرتمند بسط سری ولترا برای تحلیل آن استفاده شده است. یکی از علاقمندی های طراحان bpll آن است که بتوانند با روشی کارآمد پارامترهای حلقه را برای کاربرد خاص و به طور مثال برای استفاده در استاندارد sonet طراحی نمایند. یکی از چالش های مهم در طراحی، برآورده نمودن مشخصات جیتر و درنظر گرفتن مصالحه های بین آنهاست که در پژوهش های پیشین کمتر به آن توجه شده است. بنابراین در این رساله، روش طراحی مناسب بر مبنای تحلیل های ارائه شده برا ی رسیدن به مشخصات مطلوب ارائه شده است. در نهایت برای ارزیابی تحلیل های انجام شده طراحی و شبیه سازی در سطح ترانزیستور، برای گیرنده فیبر با نرخ داده 2.5gb/s در تکنولوژی cmos 0.18?m و با ولتاژ تغذیه 1.8v انجام شده است. نزدیکی نتایج تحلیلی و شبیه سازی اعتبار نتایج تحلیلی را تایید می کند.