پایان نامه طراحی و تحلیل یك مخلوط كننده ی متعادل در باند فركانسی خیلی وسیع UWB با استفاده از تکنولوژی CMOS

پایان نامه طراحی و تحلیل یك مخلوط كننده ی متعادل در باند فركانسی خیلی وسیع UWB با استفاده از تکنولوژی CMOS

چکیده: 

رشد سریع تکنولوژی و پیشرفت موفق تجاری مخابرات بی سیم روی زندگی روزمره ی ما تاثیر قابل توجهی گذاشته است. امروزه به کار بردن میکسرهای فرکانس بالا در سیستم های ارتباطاتی بی سیم، دارای اهمیت خاصی می باشد. میکسرها یکی از اجزای اساسی گیرنده در مخابرات بی سیم محسوب می شوند. اجرای میکسرهای پایین آورنده در گیرنده ها به لحاظ وجود نویز و تضعیف در سیگنال دریافتی از اهمیت بیشتری برخوردار است. 

هدف اصلی این پایان نامه، تحلیل و طراحی میکسر برای کاربرد در باند فرکانسی فراپهن (UWB) و با استفاده از تکنولوژی CMOS می باشد. ابتدا عملکرد یک میکسر توزیع شده بررسی شده، سپس مدار میکسر پیشنهادی توزیع شده، ارایه می گردد. میکسر پیشنهادی دارای بهره ی تبدیل 3dB، IIP3 برابر 5/5 Bm عدد نویز 7dB، پهنای باند 3 تا 10 گیگاهرتز و توان مصرفی 52 میلی وات می باشد. میکسر فراپهن باند توزیع شده ی پیشنهادی با استفاده از تکنولوژی CMOS 0/18μm با منبع تعذیه 1/8 ولت طراحی شده است. 

مقدمه:

رشد سریع تکنولوژی و گذار از مخابرات آنالوگ به دیجیتال، ترقی سیستم های رادیویی به نسل سوم و چهار و جانشینی سیستم های سیمی با Wi-Fi و Bluetooth مشتریان را قادر می سازد به گستره عظیمی از اطلاعات از هرجا و هر زمان دسترسی داشته باشند. مخابرات UWB برای اولین بار در دهه 1960 معرفی شده و در سال 2002، FCC رنج فرکانسی 3.1 -10.6 GHz را برای کاربردهای UWB معرفی و توان انتقال آن را به 41.3- dBm محدود کرد، بدین معنا که سیستم های UWB روی فراهم کردن: توان کم، قیمت کم و عملکرد باند وسیع در مساحت کوتاه تمرکز کردند. در مقایسه با کاربردهای باند باریک طراحی المان ها در سیستم های UWB بسیار متفاوت و مشکل است. 

یکی از بلوک های مهم در گیرنده های UWB میکسرها هستند که برای تبادل اطلاعات بین تعداد زیادی کانال مشابه UWB نقش کلیدی دارند. اهمیت عملکرد میکسر به عنوان یک مبدل فرکانس، در تامین فرکانس های کاری مناسب با پایداری و نویز مطلوب است. میکسر می بایستی: 1) بهره تبدیل بالا، که اثرات نویز در طبقات بعدی را کاهش دهد، 2) عدد نویز کوچک، که LNA را از داشتن یک بهره بالا راحت کند و 3) خطی بودن بالا، که رنج دینامیک گیرنده را بهبود بخشد و سطوح اینترمدولاسیون را کاهش دهد. هر کارایی بایستی توسط مصالحه در طراحی میکسر به دست آید. میکسر سلول گیلبرت با برخی تغییرات در ساختار آن نتایج قابل قبولی برای کاربرد در سیستم های UWB به دست می دهد.

دستیابی همزمان به بهره تبدیل و خطی بودن بالا که افزایش یکی باعث کاهش دیگری می گردد یکی از چالش های طراحی میکسر می باشد، در کارهایی که تاکنون انجام شده تمرکز روی دستیابی یکی از این دو بوده به طوری که یا میکسری غیرفعال با خطی بودن قابل قبول و یا میکسری فعال با خطی بودن کم ارائه شده است. تطبیق امپدانس در کل رنج فرکانسی 7 گیگاهرتزی و همچنین عدد نویز پایین از دیگر پارامترهای مهم طراحی میکسر می باشد. 

اهداف پایان نامه

در این پایان نامه با بررسی میکسرهای فراپهن باند و مقایسه ی آن ها از نظر ساختار، بهره ی مدار،عدد نویز، تطبیق در ورودی و خروجی و خطی بودن، ساختار مناسب برای یک میکسر فرا پهن باند پیشنهاد شده و از لحاظ کارکرد در سیستم های UWB بررسی گشته است. 

بر خلاف کارهایی که تا کنون در این زمینه صورت گرفته که بر بهبود یکی از پارامترهای بهره تبدیل یا خطی بودن میکسر تاکید شده، در اینجا سعی شده است تا ضمن دستیابی به هر دو این پارامترها در اندازه های قابل قبول برای گیرنده ها، کل پهنای باند سیستم های UWB پوشش داده شود. 

بر این اساس در فصل اول سیستم های فراپهن باند بطور کامل معرفی و بررسی می گردد ، در فصل دوم به بررسی انواع میکسر، نحوه ی عملکرد و کاربرد آن ها پرداخته شده ، در فصل سوم ساختار میکسرهای توزیع شده، مشخصات و تکنی کهای بهبود کارایی آن ها و در فصل چهارم اعوجاج و نویز در میکسر بررسی گردیده اند. در فصل پنجم ساختار میکسر فراپهن باند طراحی شده به طور مفصل شرح داده شده است. در فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات و فصل هفتم نیز منابع و مأخذ مورد استفاده به تفکیک درج شده اند.