متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی برق

گرایش :الکترونیک

عنوان : بررسی عملکردتقویت کننده کم نویز CMOS در باند بسیار زیاد UWB

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار براي دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی برق الکترونیک

عنوان :

بررسی عملکردتقویت کننده کم نویز CMOS در باند بسیار زیاد UWB

استاد راهنما :

دکتر فرخ حجت کاشانی

شهریور 1388

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

فهرست مطالب

 

عنوان مطالب                                                                                                    شماره صفحه

 

چکیده :…………………………………………………………………………………………………………………………… 1

 

مقدمه:…………………………………………………………………………………………………………………………….. 2

 

تاریخچه :…………………………………………………………………………………………………………………………. 4

 

فصل اول: سیستمهاي باند فرا پهن………………………………………………………………………………………….. 5

 

فراپهن باند در مقایسه با باند باریک……………………………………………………………………………………… 6

 

فرستنده ها…………………………………………………………………………………………………………………… 9

 

گیرنده ها……………………………………………………………………………………………………………………… 9

 

فصل دوم : تقویت کننده کم نویز و ساختارهاي مختلف آن…………………………………………………………. 11

 

روش اول:…………………………………………………………………………………………………………………… 12

 

روش دوم:…………………………………………………………………………………………………………………… 13

 

فصل سوم : تکنولوژیهاي نیمه هادي تقویت کننده هاي کم نویز باند فراپهن…………………………………….. 15

 

یک مثال براي ساختار 16…………………………………………………………………………………………… SiGe

 

18…………………………………………………………………………………………………………………….. CMOS

 

ساختار18………………………………………………………………………………………………………. CMOS1

 

ساختار 22…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 2

 

ساختار 24…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 3

 

ساختار 26…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 4

 

ساختار 29…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 5

 

ساختار 32…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 6

 

ساختار 35…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 7

 

ساختار 38…………………………………………………………………………………………………….. CMOS 8

 

فهرست مطالب

 

عنوان مطالب                                                                                                   شماره صفحه

 

ساختار 41……………………………………………………………………………………………………… CMOS9

 

ساختار 44……………………………………………………………………………………………………. CMOS 10

 

ساختار 46……………………………………………………………………………………………………. CMOS 11

 

ساختار 49……………………………………………………………………………………………………. CMOS 12

 

ساختار 51……………………………………………………………………………………………………. CMOS 13

 

مقایسه ساختارهاي بررسی شده :……………………………………………………………………………………… 54

 

فصل چهارم : ترانزیستورها و MMIC هاي ارائه شده براي باند فراپهن……………………………………………. 56

 

شرکت 57………………………………………………………………………………………………… (AVAGO)  HP

 

58 …………………………………………………………………………………………………………. ATF‐34143

 

شرکت 59…………………………………………………………………………………………………………… Hittite

 

59……………………………………………………………………………………………………… HMC‐ALH444

 

60……………………………………………………………………………………………………… HMC753LP4E

 

61……………………………………………………………………………………………………….. HMC772LC4

 

فصل پنجم : نتیجه گیري…………………………………………………………………………………………………… 63

 

منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………………………………………… 65

 

فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………………………………………. 65

 

فهرست منابع لاتین………………………………………………………………………………………………………….. 66

 

سایتهاي اطلاع رسانی……………………………………………………………………………………………………….. 67

 

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………….. 68

 

 

فهرست شکلها

 

عنوان شماره صفحه  
شکل -1 باند فراپهن در مقایسه با باند باریک ……………………………………………………………………………………………. 7
شکل -2 مدولاسیون فرکانسی باند باریک …………………………………………………………………………………………………. 7
شکل -3 طیف توان باند باریک …………………………………………………………………………………………………………………… 8
شکل -4 مونوپالس کدشده زمانی در فراپهن باند ………………………………………………………………………………………. 8
شکل -5 طیف توان فراپهن باند ……………………………………………………………………………………………………………….. 8 .
شکل – 6  بلوك دیاگرام یک فرستنده فراپهن باند پایه …………………………………………………………………………… 9
شکل –7  بلوك دیاگرام یک گیرنده باند فرا پهن پایه …………………………………………………………………………….. 9
شکل -8  ساختار داخلی correlator فراپهن باند ……………………………………………………………………………… 10
شکل – 9 تطبیق ساده در یک تقویت کننده کم نویز …………………………………………………………………………… 10
شکل – 10 مقایسه پاسخ تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ایده آل بـا یـک تقویـت کننـده بـا فیـدبک
سري-موازي ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 12
شکل – 11  روش اول تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ……………………………………………………………………… 13
شکل -12  روش دوم تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ………………………………………………………………………. 13
شکل -13 ساختار SiGe شماتیک UWB LNA مطرح شده …………………………………………………………….. 16
شکل -14 نمودار بهره بر حسب فرکانس در ساختار مبتنی بر …………………………………………………. SiGe 17
شکل -15 نمودار عدد نویز بر حسب فرکانس در ساختار مبتنی بر ………………………………………….. SiGe 17
شکل -16 ساختار .1 توپولوژي مدار حذف نویز LNA در باند وسیع …………………………………………………… 19
شکل -17 نمودار بهره و افت خروجی بر حسب فرکانس در ساختار ………………………………………1 19
شکل -18 نمودار عدد نویز بر حسب فرکانس در ساختار ………………………………………………………. 1 20
شکل -19 ساختار .2 شماتیک کسکد با کسکید گیت مشترك دو طبقه ، ………. UWB LNA 22

 

فهرست شکلها

 

عنوان شماره صفحه  
شکل -20 نمودار بهره ساختار 2 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………… 23
شکل -21نمودار نویز ساختار 2 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………….. 23
شکل -22 ساختار .3 شماتیک ساده شده …………………………………………..CMOS UWB LNA 25
شکل -23 نمودار بهره و نویز براي ساختار 3 بر حسب فرکانس ………………………………………………… 25
شکل -24 ساختار .4 شماتیک کامل ………………..3.1 – 10.6 GHz CMOS UWB LNA 27
شکل -25 نمودار بهره ساختار .4بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………. 28
شکل -26 نمودار نویز ساختار 4 بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………. 28
شکل -27 ساختار .5 شماتیک LNA کنترل شده با بهره سویچ ………………………………………………. 30
شکل -28 نمودار پارامترهاي S ساختار 5 بر حسب فرکانس …………………………………………………….. 31
شکل -29  نمودار نویز ساختار 5 بر حسب فرکانس ………………………………………………………………….. 31
شکل -30 ساختار .6 شماتیک کامل …………………..3 .1-10.6 GHz CMOS UWB LNA 33
شکل -31 نمودار بهره و نویز ساختار 6 بر حسب فرکانس ………………………………………………………… 34
شکل -32 ساختار LNA .7 مطرح شده ………………………………………………………………………………….. 36
شکل -33 نمودار بهره و ضریب انعکاس ورودي بر حسب فرکانس ……………………………………………. 36
شکل -34نمودار نویز ساختار 7 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………….. 37
شکل -35 ساختار.8 شماتیک LNA (فیلتر فاق متصل به پورت …………………………………………………..(X 39
شکل –36  ساختار فیلتر فاق …………………………………………………………………………………………………………………. 39
شکل -37 نمودار نویز ساختار 8 بر حسب فرکانس ………………………………………………………………………………. 40

 

فهرست شکلها

 

عنوان                                                                                                              شماره صفحه

 

 

شکل -38 نمودار بهره ساختار 8 بر حسب فرکانس…………………………………………………………… 40

 

شکل -39 ساختار .9 شماتیک مدار UWB LNA کسکد………………………………………………….. 42

 

شکل -40 نمودار نویز ساختار 9 بر حسب فرکانس…………………………………………………………… 42

 

شکل -41 نمودار پارامترهاي S ساختار 9 بر حسب فرکانس……………………………………………….. 43

 

شکل -42 ساختار .10 نمونه آزمایشی 44……………………………………………………….. UWB LNA

 

شکل -43 نمودار پارامترهاي S بر حسب فرکانس براي ساختار 45………………………………………. .10

 

شکل -44 نمودار نویز اندازه گیري شده و نویز شبیه سازي شده حاصل از ساختار 45………………. 10

 

شکل -45 ساختار LNA .11 دوباره استفاده شده 47………………………………………………….. UWB

 

شکل -46 نمودار بهره ساختار 11 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 47

 

شکل -47 نمودار نویز ساختار 11 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 48

 

شکل -48 ساختار LNA .12 مطرح شده براي خنثی سازي نویز در باند وسیع……………………….. 49

 

شکل -49 نمودار نویزساختار 12 بر حسب فرکانس …………………………………………………………. 50

 

شکل -50 نمودار بهره و تلفات بازگشتی ساختار 12 بر حسب فرکانس………………………………….. 50

 

شکل -51  ساختار.13 شکل ساده شده 52……………………………………………………………… . LNA

 

شکل -52 نمودار نویز ساختار 13 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 52

 

شکل -53 نمودار بهره ساختار 13 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 53

 

شکل -54  نمودار بهره ATF31434 بر حسب فرکانس…………………………………………………….. 58

 

شکل -55 نمودار عدد نویز ATF34143 بر حسب فرکانس………………………………………………… 58

 

فهرست شکلها

 

عنوان                                                                   شماره صفحه

 

 

شکل 60…………………………………………………………………………………….. HMC753LP4E-57

 

شکل 61………………………………………………………………………………………. HMC772LC4– 58

 

 

فهرست جدول ها

 

عنوان                                                                      شماره صفحه

 

 

جدول -1 مقادیر المانهاي ساختار 20……………………………………………………………………………… 1

 

جدول -2 پارامترهاي ساختار1، توپولوژي مدار حذف نویز LNA در باند وسیع 21….. …………………………..

 

جدول -3 پارامترهاي ساختار .2 کسکد با کسکید گیت مشترك دو طبقه ، 24…………. UWB LNA

 

جدول -4 پارامترهاي ساختار3، توپولوژي26………………………………………………………………… DAs

 

جدول -5 پارامترهاي ساختار 29……………………………………………………………………… OFDM .4

 

جدول -6 پارامترهاي ساختار 32…………………………………………………………………………………… 5

 

جدول -7 پارامترهاي ساختار 34…………………………………………………………………………………… 6

 

جدول -8 پارامترهاي ساختار LNA.7 با ترنسفورمر 37……………………………………. …………………………..

 

جدول -9 پارامترهاي ساختار LNA.8 با 41…………………………………………………….. notch filter

 

جدول -10 پارامترهاي ساختار 43…………………………………………………………………………………. 9

 

جدول -11 پارامترهاي ساختار 46……………………………………………………………………………….. 10

 

جدول -12 پارامترهاي ساختار 48……………………………………………………………………………….. 11

 

جدول -13 پارامترهاي ساختار LNA.12 با حذف نویز 51……………………………….. …………………………..

 

جدول -14 پارامترهاي ساختار 53……………………………………………………………………………….. 13

 

جدول -15 مقایسه ساختارهاي CMOS بررسی شده 55………………………………… …………………………..

 

جدول -16  مشخصات قطعه 60…………………………………………………………….. HMC-ALH444

 

جدول-17 مشخصات قطعه 60……………………………………………………………… HMC753LP4E

 

جدول-18 مشخصات قطعه 61…………………………………………………………………. HMC772LC4

 

چکیده :

 

در این گزارش ما ابتدا به معرفی و شناخت UWB و بررسـی تفاوتهـاي آن بـا بانـد باریـک (  narrow

 

(band میپردازیم. سپس ساختار کلی گیرنده و فرستنده را بطور خلاصه آورده ایم . در ادامـه بـه مـرور

 

چند ساختار تقویت کننده کم نویز ، که در این گزارش تکنولوژي CMOS مد نظر است می پردازیم.

 

در انتهاي بررسی 13 ساختار CMOS ، آنها را در یک جدول با مشخصات بهره ، عدد نویز ، پهنـاي بانـد کار و تکنیک مورد استفاده کنار هم قرار دادیم تا یک دید کلی بر روي فعالیت هاي انجام شده تـا کنـون بدست آوریم.

 

در دو فصل آخر این گزارش لیستی از ترانزیستور هاي موجود در بازار و شرکتهاي تولید کننده هاي آنهـا را تهیه کرده ایم. در پایان نتیجه گیري و پیشنهاد آمده است.

 

 

مقدمه:

 

اخیرا کاربرد وسیع باند فرا پهن، نظر گروه کثیري از دانشمندان را به طراحی یک مدار واحد با خصوصیات عالی جلب کرده است. گسترش سریع تکنولوژيهاي دیجیتال و نیمههادي عاملی براي اسـتفاده وسـیع از طیفهاي پهن و عریض شده است . روشهاي مختلفی از مدولاسیون و حاملهاي بانـد پهـن ارایـه شـده است .

انتخاب سیگنال باند فرا پهن و مدولاسیون آن، به قابلیت استفاده ، سادگی و هزینه کم بـراي یـک کانـال بدون سیم ارتباطی شامل همه مراحل پردازش سیگنال ، بستگی دارد. کانال ممکن است محدودیت هـاي دیگري را هنگام عبور سیگنال به ما تحمیل کند.

 

اساسا هر سیستم باند فراپهن از قسمتهاي زیر تشکیل شده است.

 

  • فرستنده: در حال حاضر حجم گستردهاي از پردازش اطلاعات به صورت دیجیتالی صورت می-گیرد که در آن از پالسهایی با دو سطح بالا و پایین استفاده میشود. یک مولد سیگنال با توان پایین اطلاعات دیجیتال را به پالسهاي متوالی تبدیل میکند یا به اصطلاح مدوله میکند. براي این منظور از مدولاسیونهاي مختلفی از جمله مدولاسیون مکان پالس و مدولاسیون دامنه پالس و … استفاده میشود. سپس سیگنال حاصل به مولد/تقویت کننده سیگنال توان بالاي خروجی میرود. در بعضی فرستندههاي باند فرا پهن از مولد توان بالا استفاده میشود بدین معنی که سیگنال پالسی ایجاد شده توسط بخش توان پایین با روشن و خاموش کردن ترانزیستورهاي مولد مشابه همین پالسها را با توان بسیار بالا در خروجی ایجاد میکند. در بعضی فرستندههاي دیگر نیز ممکن است مشابه سیستمهاي رایج باند باریک از همان تقویت کنندههاي توان بالا براي تقویت سیگنال پالسی استفاده شود.

 

  • آنتن (گیرنده/فرستنده): آنتن در فرستنده در حقیقت پذیراي پالسهاي بسیار باریک فرستنده میباشد بدین معنی که یک جریان لحظهاي بسیار زیاد به آنتن فرستاده میشود. در گیرنده آنتن

 

مانند بقیه سیستمهاي باند باریک عمل میکند. ضمنا آنتن ممکن است باعث افت انتشار و

 

اعوجاج نیز شود.

 

  • گیرنده: در ابتدا گیرنده سیستم باند فراپهن مانند سایر سیستمهاي باند باریک با پهناي باند فراپهن سیگنال پالس دریافت شده به وسیله آنتن را توسط تقویتکننده کم نویز و فیلتر تقویت و فیلتر کرده و سپس آن را دمدوله و اطلاعات ارسال شده را استخراج میکند.

 

بعضی فاکتورها مثل تنظیم فرکانس و امکان تداخل میان سیستمهاي باند فرا پهـن و سسـیتمهـاي بانـد باریک دیگر باید به خوبی مد نظر قرار گیرند. واضح اسـت کـه اسـتفاده از حامـل هـارمونیکی سیسـتم را

 

پیچیده تر میکند. به واسطه افزایش سرعت حالتهاي گذراي High-Low میتوان حالتهـاي گـذراي

 

کوتاه را مستقیماً در فضا پراکنده کرد . و حامل هارمونیکی را حذف کرد . اما بعضی کارها از جمله شکل-

 

دهی و بحثهاي مربوط به توان ضروري است .

 

طبق گزارش FCC باند فرکانسی 3.1-10.6GHz به UWB اختصاص یافته است. تکنولوژي باند فرا پهن فرصت خوبی را براي نرخ اطلاعات خیلی بالا براي خطوط ارتباطی گیگا بایت ، با سرویس بی سـیم ارایـه

 

می دهد.مقررات FCC ، چگالی طیفی توان مـاکزیمم را دربانـد 3.1-10.6GHz ، روي -41.3 dBm/MHz

 

محدود می کند.

 

در گیرنده ي UWB ، تقویت کننده کم نویز توسط یک یا چند طبقه گـین بدسـت مـی آیـد. بنـابر ایـن نمایش نویز گیرنده به عدد نویز و بهره توان تقویت کننده کم نویز بستگی دارد.

 

در گیرنده UWB ، بر خلاف عملکرد در باند باریک ، تقویت کننده کم نویز یک بلـوك بحرانـی اسـت کـه

 

سیگنال هاي ضعیف را از کل باند UWB می گیرد و آنها را با نسبت سیگنال به نـویز خـوب تقویـت مـی کند. بعلاوه بهره توان بالا و یکنواخت ، تطبیق امپدانس ورودي و عدد نویز مناسب در کل بانـد فرکانسـی

 

UWB مورد نیاز است.

 

تاریخچه :

 

ریشه پیدایش تکنولوژي باند فراپهن به سالهاي 1960 بر میگردد . زمانی کـه کارهـایی در زمینـه الکترومغناطیس بعد زمانی انجام میشد . البته در عمل ریشه باند فراپهن به سالهاي 1890 زمانی

 

که مارکنی از جرقه براي انتقال اطلاعات استفاده کرد، بر میگردد. باند فراپهن ابتدا براي کـاربرد-

 

هاي نظامی به کار برده شد و کاربرد اولیه آن در رادارها بود .

 

ولی بعداً در سال 1998 توسط FCC جنبه تجاري پیدا کرد . واژه باند فراپهن یـا همـان UWB

 

توسـط (DARPA)Defense Advanced research Projects Agency در مطالعـات راداري در سال 1990 بوجود آمد. این واژه در حقیقت براي ایجاد تمایز بین رادارهاي مرسوم اولیه و رادارهاي با شکل موجهاي پالس کوتاه با پهناي باند نسبتا بزرگتر (بزرگتر از ( %25 تعریـف شـد.

 

اولین کارهاي بنیادي مربوط به سیستمهاي ارتباطی باند فراپهن مربوط به تکنولـوژي پـالس بانـد پایه در سال 1973 میباشد .

 

در اوایل پیدایش ، باند فراپهن به نامهاي Carrier free ، باند پایـه یـا ضـربه رایـج بـود کـه در

 

حقیقت بیانگر این نکته بود که تولید سیگنال نتیجه یک پالس با Rise time بسـیار سـریع و یـا یک ضربه میباشد که یک آنـتن بانـد پهـن را تحریـک مـیکنـد. در اوایـل سـال 2002 مـیلادي تکنولوژي فراپهن باند براي کاربردهاي تجاري تصویب شد. این تکنولوژي جدید شیوه جدیـدي در ارتباطات بدون سیم ابداع کرد که همان استفاده از حوزه زمان به جاي حوزه فرکانس بود.

FCC پهناي باند -10dB یک سیگنال فراپهن باند را بزرگتر از %25 فرکانس مرکزي یا بزرگتر از

 

1/5 گیگاهرتز تعریف کرد. چندین دهه بود که فراپهن باند در زمینههاي راداري بکار میرفت، امـا با تصویب یک آیین نامه جدید، کاربرد باند فراپهن در مخابرات بدون سیم در پهناي باند فرکانسـی

 

3/1 گیگاهرتز تا 10/6 گیگاهرتز آشکار شد.

 

فصل اول

 

 

سیستمهاي باند فرا پهن

 

 

فصل اول: سیستمهاي باند فرا پهن

 

 

فراپهن باند در مقایسه با باند باریک

 

باند فراپهن (UWB) تنها یک نام است که به بعضی تکنیکهاي سیگنالینگ که کاملا بـا سیسـتمهاي بانـد

 

باریک مثل شبکه بی سیم محلی WLAN یا Bluetooth متفاوت هستند داده شده است. همـانطور کـه از نام آن نیز پیداست، این سیستم نیازمند پهناي باند بسیار زیاد در ارتباطات میباشد. این تکنولوژي اخیـرا پس از تخصیص پهناي باند 3/1 گیگاهرتز تا 10/6 گیگاهرتز به آن ، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

 

همانطور که میدانیم در سیستمهاي باند باریک از یک IF براي مدوله کردن یک سیگنال حامل اسـتفاده میشود. بنابراین با این عمل یک چگالی طیف توان بالا و بسیار باریک ایجاد مـیشـود. در مقابـل در بانـد فراپهن از یک تکنولوژي بسیار ابتدایی بر مبناي فرستادن پالسهایی از انرژي به گیرنده استفاده مـیشـود.

 

در این روش تنها این پالسها که پالسهاي مونوسیکل نامیده میشوند فرستاده میشـوند و مدولاسـیون بـا تغییر وقفه بین پالسها در آن اعمال میشود؛ از این رو میتوان ایـن مدولاسـیون را مدولاسـیون موقعیـت

 

پالس (pulse position) نامید. بنابراین هیچ حامل RF یا بـالا بـردن فرکانسـی (upconversion) وجـود ندارد و پالسها در فرکانس باند پایه مدوله میشوند. این بدین معنی است کـه در مقایسـه بـا سیسـتمهاي باند باریک فرکانس باند پایه بسیار بالاتر میباشد.

پهناي باند سیستم هاي باند فرا پهن به گونه اي اختصاص داده می شوند که حتی الامکان با سیستم هاي

 

باند باریک از جمله 802.11b/g در باند (2.4GHz) ISM تداخل نداشته باشد امـا همـانطور کـه در شـکل

 

(1) مشاهده می شود، این سیستم ها به ناچار بـا سیسـتم هـاي 802.11a در فرکـانس 5.2GHz تـداخل

 

دارند. براي جلوگیري از این تداخل، از یک فیلتر میان نگذر در فرکانس 5.2GHz در فرستندههاي باند فرا پهن استفاده می شود.

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

تعداد صفحه : 106

قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ———- (فقط پیامک)        [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

*********  ********* *********

دسته بندی : مهندسی برق