مدارهای مجتمع فرکانس بالا برای همه وسایل الکترونیکی قابل حمل که در ارتباطات بی سیم استفاده می شوند، لازم هستند. مدارات فرکانس بالای اولیه با استفاده از تکنولوژی های sige یا gaas ، به دلیل خواص فرکانس بالای فوق العاده آنها،پیاده سازی می شدند.اخیرا، سایز ترانزیستور mos در تکنولوژی cmos به طور مداوم در حال کم شدن بوده است تا خواص فرکانس بالای آن را بهبود دهد؛ که باعث شده پروسه های cmos برای استفاده در مدارات مجتمع فرکانس بالا جذاب تر شوند.همراه با مزایای قابلیت مجتمع سازی بالا و هزینه کم برای تولید انبوه، مدارات مجتمع فرکانس بالا با قابلیت کار در باندهای فرکانسی گیگاهرتز، در تکنولوژی cmos ساخته شده اند. در یک گیرنده فرکانس بالا، تقویت کننده کم نویزبه دلیل اینکه در طبقه اول گیرنده فرکانس بالا قرار دارد، نقش مهمی ایفا می کند. در نسل جدید گیرنده ها تقویت کننده کم نویز از مهم ترین چالش های طراحی می باشد. در گیرنده های چند استانداردی lna باید مشخصه های استانداردهای مختلف مانند تطبیق امپدانس، عدد نویز و خطیت را در شرایطی که مقادیر مختلفی دارند، ارضا کند. در این پایاننامه یک تقویت کننده کم نویز برای استانداردهای بی سیم طراحی شده است. این استانداردها شامل ieee802.11a/b/g، bluetooth هستند. پایه طراحی در این کار براساس مدارات حذف نویز می باشد. فراهم کردن بهره ولتاژ بالا همزمان با القای نویز کم به سیگنال توسط مدار، در محدوده فرکانسی پهن باند، مهمترین چالش این شبیه سازی می باشد. برای دست یابی به خطینگی خوب، از یک امپدانس لود با قابلیت تنظیم در دو باند فرکانسی در خروجی طبقه اول استفاده کرده ایم. تقویت کننده کم نویز، در پروسه0.18um rf cmos با استفاده از نرم افزار ads شبیه سازی شده است.

اخیرا با گسترش استانداردهای مخابراتی نیاز به ادوات مولتی استاندارد افزایش یافته است. در این میان استاندارد ieee802.16 یاwimax به عنوان کاندیدای بعدی برای دسترسی بی سیم باند وسیع (bwa) اعلام شده است. wimax درصدد است با ترکیب نرخ دیتای بالای wlan و حوزه وسیع شبکه های سلولی نسل سوم، قابلیت انتقال و سرعت بالاتری به کاربران ارائه دهد. اما با توجه به تازگی ظهور استاندارد wimax یکی از نیازهای اساسی برای موفقیت این استاندارد وجود چیپ های الکترونیکی ارزان قیمت برای دسترسی عموم است. بنابراین پیاده سازی پروتکل wimax روی تراشه های سیلیکنی اهمیت ویژه ای پیدا می کند. هدف ما در این پایان نامه طراحی بخش پردازنده fec و بلوک های دیجیتال در باندپایه این استاندارد مخابراتی به صورت مدارمجتمع است. برای اجرای این پروژه از روش طراحی بالا به پایین استفاده شده است. پروسه مورد نظر یرای پیاده سازی، پروسه cmos 0.18um می باشد. مراحل اجرای پایان نامه شامل طراحی سیستمی، طراحی و پیاده سازی سخت افزاری و نهایتا تولید layout برای سیستم مورد نظر می باشد نتایج ارایه شده شامل نتایج شبیه سازی بلوک های طراحی شده، نتایج سنتز این بلوک ها در پروسه مورد نظر و ارایه مشخصات layout می باشد.

در حالی که بسیاری از سنسورها به طور مستقیم به کنترل کننده ها و ایستگاه های پردازنده وصل می شوند(به طور مثال با استفاده از شبکه های محلی)تعداد فزاینده ای از سنسورها اطلاعات جمع آوری شده را بصورت بی سیم به یک ایستگاه پردازنده مرکزی می فرستند.این نکته از آن جا حایز اهمیت است که بسیاری از کاربرد های شبکه ای به صدها و هزاران گره سنسوری نیازمند است که اغلب در مناطق دوردست و غیرقابل دسترس هستند.بنابراین یک سنسور بی سیم نه تنها دارای یک بخش حسگر است،بلکه هم چنین دارای یک پردازنده(on board) ،بخش ارتباطات و قابلیت ذخیره سازی است.با این پیشرفت،یک گره سنسوری نه تنها مسئول جمع آوری اطلاعات،بلکه هم چنین مسئول تجزیه تحلیل شبکه،ارتباط و ترکیب داده های حسگر و داده های حسگرهای دیگر می باشد.زمانی که تعداد زیادی از سنسورها به صورت هماهنگ با هم یک محیط فیزیکی بزرگ را نظارت می کنند یک شبکه حسگر بی سیم را تشکیل می دهند.گره های سنسوری نه تنها با همدیگر ارتباط برقرار می کنند بلکه با استفاده از رادیوهای بی سیم خود با یک ایستگاه مرکزی نیز ارتباط برقرار می کنند که به آنها اجازه انتشار داده های سنسورشان را به منظور پردازش از راه دور،تجسم،آنالیز،و سیستم های ذخیره سازی را می دهد. به عنوان مثال شکل 1 دو محدوده سنسوری را نشان می دهد که به دو محدوده جغرافیایی مختلف نظارت می کنند.و از طریق اینترنت به ایستگاه مرکزی متصل می شوند. قابلیت های گره های سنسوری در یک شبکه حسگر بی سیم بطور گسترده ای می تواند متفاوت باشد.مثلا گره های سنسوری ساده ممکن است یک پدیده فیزیکی مجزا را نظارت کنند،در حالی که دستگاه های پیچیده تر ممکن است انواع تکنیک های سنجش(آکوستیک،نوری،مغناطیسی) را ترکیب نمایند.آنها هم چنین ممکن است در قابلیت های ارتباطی خود نیز متفاوت باشند.به عنوان مثال با استفاده از الترا سوند،مادون قرمز،یا فرکانس رادیویی با نرخ داده و زمان نهفتگی متفاوت با مرکز ارتباط برقرار کنند..در حالی که سنسور های ساده ممکن است تنها اطلاعات محیط مورد مشاهده را جمع آوری و ارسال کنند،دستگاه های قدرتمند،مثلا دستگاه هایی با قابلیت های بالای پردازش ،انرژی و ذخیره سازی ممکن است پردازش های گران قیمت و توابع تجمعی انجام دهند.چنین دستگاه هایی معمولا مسئولیت های اضافی در یک شبکه حسگر بی سیم (به عنوان مثال تشکیل دهنده ستون فقرات ارتباطات شبکه)که توسط دستگاه های حسگر منابع محدود دیگر برای رسیدن به مثلا ایستگاه پایه انجام دهند.در نهایت برخی دستگاه ها ممکن است دارای فناوری های جانبی اضافی باشند.(به عنوان مثال دارای سیستم gps). که به آنها اجازه می دهد موقعیت شان را به طور دقیق مشخص کنند.با این حال چنین سیستم هایی معمولا توان خیلی زیادی را مصرف می کنندتا در یک شبکه حسگر بی سیم قابلیت تحقق داشته باشند. ساختار گره [1]: گره های حسگر بی سیم عنصر مرکزی در شیکه حسگر بی سیم می باشند.از طریق این گره است که سنجش،پردازش،و ارتباطات انجام می گیرد.این گره اطلاعات را ذخیره می کند و پروتکل های ارتباطی و الگورریتم های پردازش اطلاعات را پیاده سازی می کند.کیفیت،اندازه،و فرکانس اطلاعات سنجش شده می تواند از شبکه استخراج شود و واین پارامترها تحت تاثیر منابع فیزیکی در دسترس گره هستند.بنابراین طراحی و پیاده سازی یک گره حسگر بی سیم یک گام مهم می باشد.هر گره از اجزا سنجش،پردازش،ارتباطات و زیر سیستم های تامین توان تشکیل یافته است(همانند شکل زیر) در چند سال گذشته بسیاری از وسایل وقطعات الکترونیکی با توجه ویژه ای نسبت به توان مصرفی آنها طراحی و ساخته شده اند.برای سیستم های الکترونیکی نظیر سیستم های بی سیم و یا دستگاه های کاشت( در کاربرد های پزشکی,نظامی…) مصرف توان یکی از بحرانی ترین بخش های طراحی می باشد.محدودیت هایی که در مورد مصرف توان داریم پیشرفت های روز افزون در تکنیک های طراحی مدارت با منابع ولتاژ و توان مصرفی کم را می طلبد. مبدل های آنالوگ به دیجیتال مقادیر آنالوگ و پیوسته را به مقادیر گسسته عددی که در پردازش اطلاعات,انتقال اطلاعات و سیستم های کنترل کاربرد دارند تبدیل میکنند.برای طراحی مدارت با توان مصرفی پایین مبدل های آنالوگ به دیجیتال عناصری کلیدی هستند.در این پایان نامه هدف طراحی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال sar با توان مصرفی بسیار پایین می باشد که به همراه مدارت جانبی،با تاکید روی بخش مقایسه کننده آن توضیح داده خواهد شد.هدف رسیدن به یک مبدل sar با وضوح 10بیت,سرعت khz 250و توان مصرفی پایین تر از 100uwمی باشد.

پیاده سازی گره های wsn به صورت یکپارچه بر روی یک ic، یک تکنولوژی بسیار مهم در طراحی شبکه های بیسیم سنسوری می باشد. هسته اصلی هر گره wsn، بخش فرستنده گیرنده آن می باشد که امکان ارتباط بیسیم بین گره ها را فراهم می آورد. در این میان عمل انتقال اطّلاعات از فرکانس باند پایه به فرکانس های بالا توسط مدار میکسر انجام می شود. همچنین سیگنال فرکانس بالای موجود در خروجی میکسر باید توسط تقویت کننده توان به محیط ارسال شود. این دو مدار که مدارات بخش انتهایی فرکانس بالای هر فرستنده رادیویی می باشند، نقش مهمی در کیفیت سیگنال های ارسال شده به محیط و توان مصرف شده در سیستم ایفا می کنند.

طی چند سال اخیر استفاده از شبکههای حسگر بیسیم به منظور استفاده در کاربردهای متفاوت از جمله صنایع نظامی، نظارت و کنترل پروسه صنعتی، کنترل کشاورزی، نظارت بر سلامت افراد و ... گسترش یافته است. چنین کاربردهایی لازم میدارد که گرههای حسگری توان مصرفی بسیار پایینی داشته باشند. بنابراین طراحی گرههای حسگری بیسیم که توان مصرفی بسیار پایینی داشته و به این ترتیب قادر به کار با یک باتری به مدت طولانی میباشند، پیشرفت قابل ملاحظهای در گسترش استفاده از این سیستمها را به دنبال خواهد داشت. استاندارد ieee802.15.4/zigbee با هدف کاربردهای کمتوان و هزینهی نهایی ساخت ارزان برای استفاده در شبکههای حسگر بیسیم طراحی شده است. یکی از بلوکهای اصلی یک گره حسگر بیسیم گیرنده رادیویی است، که توان مصرفی قابل ملاحظهای از کل سیستم را به خود اختصاص میدهد. در این پایاننامه مدارات بخش باند پایهی یک گیرنده رادیویی منطبق با مشخصات باند فرکانسی 2.4ghz استاندارد ieee802.15.4/zigbee برای استفاده در شبکههای حسگر بیسیم ارائه شده است. تمامی ساختارها بر پایهی توان مصرفی پایین انتخاب و مشخصات آنها با ارائهی روشهای مداری جدید بهبود داده شدهاند. تمامی مدارات در تکنولوژی tsms cmos 0.18µm طراحی و در نرمافزار cadence rf-spectre شبیهسازی شده است. مدارات باند پایهی طراحی شده با توان مصرفی برابر با 2.9mw در دو مسیر inphase و quadrature از ولتاژ تغذیهی 1.8v تمامی مشخصات لازم در سیستم کل گیرنده که به منظور تأمین نیازمندیهای استاندارد ieee802.15.4/zigbee طراحی میشود را تأمین میکند.

با گسترش دامنه استفاده از مدارهای الکترونیکی و افزایش روز افزون پیچیدگی مدارهای مذکور، زمان مورد نیاز برای طراحی و ساخت اینگونه مدارها به یکی از دغدغه های چالش برانگیز برای پژوهش گران و متخصصین این زمینه تبدیل شده است. طبق پیش بینی های itrc تعداد پردازنده ها در mpsoc در هر گره تکنولوژی چهار برابر می شود و از این رو در آینده نزدیک طراحی معماری ارتباطات در سیستم های بر چیپ مهمترین مسئله این حوزه از علم خواهد بود. لذا در این پایان نامه در مورد مدلسازی معماری ارتباطات و ارائه راهکارهایی برای تسریع روند طراحی بحث شده است. در این راستا ابتدا محیطی مبتنی بر osci tlm-2.0 ارائه شده است که امکان ایجاد خودکار و دینامیک یک معماری ارتباطی را به صورت مجرد فراهم می کند. در این محیط بدون اینکه نیازی به مدلسازی جداگانه حالات مختلف باشد، مشخصات معماری مورد مطالعه در قالب فایلهایی با فرمت مشخص گرفته شده و به صورت خودکار مدل مجرد بر مبنای فایلهای دریافتی ایجاد شده، شبیه سازی می شود. محیط پیاده شده امکان بررسی حالات مختلف و کاوش فضای حالت معماری های ارتباطات در سطح چیپ را فراهم می سازد. در فاز بعدی از این پایان نامه روشی برای مدلسازی معماری ارتباطات توسط شبکه های پتری به نام capn ارائه شده است. در این روش که از امکانات شبکه های پتری زمانی و رنگی استفاده شده است امکان مدلسازی فرمال معماری ارتباطات در سطح سیستم و بدون بیان جزییات محاسباتی فراهم شده است. روش ارائه شده دارای ویژگی سلسله مراتبی می باشد که این ویژگی امکان بیان قسمت هایی و یا کل سیستم را در سطوح تجرید پایین تر و با جزیات بیشتر فراهم می سازد. مقایسه نتایج حاصل از مدل های capn با شبیه سازی مدل های tlm نشان می دهد پاسخ های حاصل از مدل های capn تقریبا بیش از 80% با نتایج شبیه سازی tlm شباهت دارد و از این رو از دقت و صحت کافی برخوردار است. هدف نهایی در این پایان نامه ، سنتز ارتباطات سطح بالا برای soc ها می باشد. در این راستا با بهره گیری از ساختار ارائه شده و امکانات مانیتورینگ و تحلیل کارایی نرم افزار cpn tools ، اطلاعاتی برای سنتز معماری ارتباطی برای soc استخراج شده است. در این قسمت فرض بر آن است که بر اساس نیاز های ارتباطی، ساختار اولیه ای توسط کاربر ارائه شده است و پس از آن با راهکارهایی و با پالایش مدل اولیه ساختار اولیه بهبود یافته است

چکیده: این پایان¬نامه، تقویت کننده توان کلاس e کاملاً یکپارچه، دارای توان خروجی کم و با بازدهی بالا در فرکانس 2.4 ghz و تکنولوژی tsmc 0.18-μm cmos را پیشنهاد می¬دهد که مناسب فرستنده¬های کم¬توان مانند شبکه حسگر بی¬سیم است. در طراحی این تقویت کننده توان، خازن پد و سلف باندینگ-وایر گره خروجی را، به عنوان قسمتی از شبکه خروجی در نظر گرفته¬ایم که در برقراری شرط zvs و تطبیق امپدانس مقاومت 50 اهم آنتن به مقاومت خروجی تقویت کننده توان، دخیل هستند. همچنین روش جدیدی برای بهبود سوئیچینگ ترانزیستور پیشنهاد شده است که به افزایش بازدهی کمک می-کند. با اعمال این تکنیک به ترانزیستور اصلی مدار، بازدهی کل مدار از 2.25 % تا 3.07 % افزایش می-یابد. این تقویت کننده توان، دارای محدوده توان خروجی از 2.69 dbm تا 7.21 dbm با ولتاژ اعمالی500 mv تا 850 mv و بازدهی توان کل 57.27 % تا 60.66 % است. علاوه بر این، در این تقویت کننده توان به نسبت دیگر تقویت کننده¬های توان (برای کاربردهای با توان خروجی پایین)، از سلف کمتری استفاده شده است که باعث کوچکتر شدن سایز تراشه می¬شود. لازم به ذکر است که این تقویت کننده توان، پربازده¬ترین تقویت کننده توانی است که تا به حال برای کاربردهای با توان خروجی پایین گزارش شده است.

بردهای مدار چاپی نقش به سزایی در کارایی، سرعت و توان مصرفی سیستم های الکترونیکی ایفا می کنند. استفاده از بردهای مدار چاپی چندلایه در سیستم های الکترونیکی پیچیده و سریع تحلیل و طراحی آن ها را با مشکلات زیادی همراه ساخته است. کاهش فاصله بین مسیرها و افزایش فرکانس سیگنال های عبوری از آن ها چالش های اجتناب ناپذیری در طراحی سیستم های ایجاد کرده است، که از مهمترین آن ها می توان به پدیده ی نویز همشنوایی اشاره کرد. افزایش تزویج الکترومغناطیسی بین مسیرها در بردهای مدار چاپی موجب بروز پدیده ی نویز هم شنوایی می گردد. این پدیده منجر به افزایش توان مصرفی سیستم، اعوجاج سیگنال عبوری از مسیرها می شود. روش معمول کاهش نویز هم شنوایی در بردهای مدار چاپی افزایش فاصله ی، بین مسیر مهاجم و قربانی می باشد. اما این روش منجر به افزایش ابعاد نهایی برد شده و در سیستم های امروزی کاربردی نمی باشد. در سال-های اخیر روش های جدیدتری مانند تغییر شکل مسیرها به صورت مارپیچی، دندانه ای و یا امپدانس پله ای معرفی شده است. اما این روش های هر کدام دارای چالش هایی در طراحی بردهای مدار چاپی می باشند. به عنوان نمونه استفاده از مسیرهای دندانه ای و مارپیچی منجر تخریب شکل موج عبوری از مسیرها می شود که مطلوب نیست. روش امپدانس پله ای نیز، تنها در مسیرهای تغذیه و زمین قابل استفاده بوده و همچنین منجر به افزایش مقاومت سری در مسیرها می شود. هدف اصلی این پایان نامه ارائه یک روش کارامد برای کاهش نویز هم شنوایی می باشد، به گونه ای که در تابع تبدیل مسیرهای سیگنال تغییر مخرب ایجاد نشود. روش معرفی شده برای این منظور استفاده از تشدیدگرهای حلقه باز در میان مسیرهای سیگنال می باشد. در این روش تشدیدگرهای حلقه باز به گونه ای تنظیم می شوند که در محل هارمونیک های اصلی نویز هم شنوایی نوسان کرده و موجب کاهش نویز هم شنوایی می شود. بنابراین کاهش چشم گیری در میزان نویز هم شنوایی حاصل می شود.

یکی از بلوک های کلیدی یک فرستنده گیرنده فرکانس بالا، بلوک تولید سیگنال حامل است. از آنجایی که این بلوک در بالاترین فرکانس سیستم کار می کند، بخش اعظمی از توان کل سیستم را مصرف می کند. در این پایان نامه یک سنتزکننده فرکانسی n-کسری با توان مصرفی پایین و فرکانس کاری ghz2.4 به عنوان اسیلاتور محلی برای استفاده در گره wsn منطبق بر استاندارد ieee802.15.4/zigbee ارائه شده است.

چکیده ندارد.