دانلود پایان نامه ارشد:بررسی عملکردتقویت کننده کم نویز CMOS در باند بسیار زیاد UWB

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 برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی برق

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: سیستمهای 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 ساختارهای مختلف آن…………………………………………………………. 11

 

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

 

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

 

فصل سوم : تکنولوژیهای نیمه هادی تقویت کننده های کم نویز باند فراپهن…………………………………….. 15

 

یک مثال برای 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 ساختارهای بررسی شده :……………………………………………………………………………………… 54

 

فصل چهارم : ترانزیستورها و MMIC های ارائه شده برای باند فراپهن……………………………………………. 56

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

فصل پنجم : نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………… 63

 

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

 

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

 

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

 

سایتهای اطلاع رسانی……………………………………………………………………………………………………….. 67

 

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

 

 

فهرست شکلها

 

عنوانشماره 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  بلوک دیاگرام یک فرستنده فراپهن باند پایه ……………………………………………………………………………9
شکل–7  بلوک 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– 10مقایسه پاسخ تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ایده آل بـا یـک تقویـت کننـده بـا فیـدبک
سری-موازی………………………………………………………………………………………………………………………………………………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 …………………………………………………. SiGe17
شکل-15 نمودار عدد نویز بر حسب فرکانس در ساختار مبتنی بر ………………………………………….. SiGe17
شکل-16 ساختار .1 توپولوژی مدار حذف نویز LNA در باند وسیع ……………………………………………………19
شکل-17 نمودار بهره و افت خروجی بر حسب فرکانس در ساختار ………………………………………119
شکل-18 نمودار عدد نویز بر حسب فرکانس در ساختار ………………………………………………………. 120
شکل-19 ساختار .2 شماتیک کسکد با کسکید گیت مشترک دو طبقه ، ………. UWB LNA22

 

فهرست شکلها

 

عنوانشماره 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 LNA25
شکل-23 نمودار بهره و نویز برای ساختار 3 بر حسب فرکانس …………………………………………………25
شکل-24 ساختار .4 شماتیک کامل ………………..3.1 – 10.6 GHz CMOS UWB LNA27
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 پارامترهای S ساختار 5 بر حسب فرکانس ……………………………………………………..31
شکل-29  نمودار نویز ساختار 5 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………..31
شکل-30ساختار .6 شماتیک کامل …………………..3 .1-10.6 GHz CMOS UWB LNA33
شکل-31 نمودار بهره و نویز ساختار 6 بر حسب فرکانس …………………………………………………………34
شکل-32ساختار LNA .7 مطرح شده …………………………………………………………………………………..36
شکل-33 نمودار بهره و ضریب انعکاس ورودی بر حسب فرکانس …………………………………………….36
شکل-34نمودار نویز ساختار 7 بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………..37
شکل-35ساختار.8 شماتیک LNA (فیلتر فاق متصل به پورت …………………………………………………..(X39
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 پارامترهای S ساختار 9 بر حسب فرکانس……………………………………………….. 43

 

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

 

شکل -43 نمودار پارامترهای S بر حسب فرکانس برای ساختار 45………………………………………. .10

 

شکل -44 نمودار نویز اندازه گیری شده و نویز شبیه سازی 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 برای خنثی سازی 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 المانهای ساختار 20……………………………………………………………………………… 1

 

جدول -2 پارامترهای ساختار1، توپولوژی مدار حذف نویز LNA در باند وسیع 21….. …………………………..

 

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

 

جدول -4 پارامترهای ساختار3، توپولوژی26………………………………………………………………… DAs

 

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

 

جدول -6 پارامترهای ساختار 32…………………………………………………………………………………… 5

 

جدول -7 پارامترهای ساختار 34…………………………………………………………………………………… 6

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

جدول -15 مقایسه ساختارهای 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 تفاوتهـای 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 تکنولوژی CMOS مد نظر است می پردازیم.

 

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

 

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

 

 

مقدمه:

 

اخیرا کاربرد وسیع باند فرا پهن، نظر گروه کثیری از دانشمندان را به طراحی یک مدار واحد با خصوصیات عالی جلب کرده است. گسترش سریع تکنولوژیهای دیجیتال و نیمههادی عاملی برای اسـتفاده وسـیع از طیفهای پهن و عریض شده است . روشهای مختلفی از مدولاسیون و حاملهای بانـد پهـن ارایـه شـده است .

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

 

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

 

  • فرستنده: در حال حاضر حجم گستردهای 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 پالسهای متوالی تبدیل میکند یا به اصطلاح مدوله میکند. برای این منظور از مدولاسیونهای مختلفی از جمله مدولاسیون مکان پالس و مدولاسیون دامنه پالس و … استفاده میشود. سپس سیگنال حاصل به مولد/تقویت کننده سیگنال توان بالای خروجی میرود. در بعضی فرستندههای 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 ترانزیستورهای مولد مشابه همین پالسها را با توان بسیار بالا در خروجی ایجاد میکند. در بعضی فرستندههای دیگر نیز ممکن است مشابه سیستمهای رایج باند باریک از همان تقویت کنندههای توان بالا برای تقویت سیگنال پالسی استفاده شود.

 

  • آنتن (گیرنده/فرستنده): آنتن در فرستنده در حقیقت پذیرای پالسهای بسیار باریک فرستنده میباشد بدین معنی که یک جریان لحظهای بسیار زیاد به آنتن فرستاده میشود. در گیرنده آنتن

 

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

 

اعوجاج نیز شود.

 

  • گیرنده: در ابتدا گیرنده سیستم باند فراپهن مانند سایر سیستمهای باند باریک با پهنای 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 سیستمهای باند فرا پهـن و سسـیتمهـای 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 حالتهای گذرای High-Low میتوان حالتهـای گـذرای

 

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

 

دهی و بحثهای مربوط به توان ضروری است .

 

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

 

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

 

محدود می کند.

 

در گیرنده ی 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 بلـوک بحرانـی اسـت کـه

 

سیگنال های 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 ورودی و عدد نویز مناسب در کل بانـد فرکانسـی

 

UWB مورد نیاز است.

 

تاریخچه :

 

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

 

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

 

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

 

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

 

توسـط (DARPA)Defense Advanced research Projects Agency در مطالعـات راداری در سال 1990 بوجود آمد. این واژه در حقیقت برای ایجاد تمایز بین رادارهای مرسوم اولیه و رادارهای با شکل موجهای پالس کوتاه با پهنای باند نسبتا بزرگتر (بزرگتر از ( %25 تعریـف شـد.

 

اولین کارهای بنیادی مربوط به سیستمهای ارتباطی باند فراپهن مربوط به تکنولـوژی پـالس بانـد پایه در سال 1973 میباشد .

 

در اوایل پیدایش ، باند فراپهن به نامهای 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 مـیلادی تکنولوژی فراپهن باند برای کاربردهای تجاری تصویب شد. این تکنولوژی جدید شیوه جدیـدی در ارتباطات بدون سیم ابداع کرد که همان استفاده از حوزه زمان به جای حوزه فرکانس بود.

FCC پهنای باند -10dB یک سیگنال فراپهن باند را بزرگتر از %25 فرکانس مرکزی یا بزرگتر از

 

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

 

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

 

فصل اول

 

 

سیستمهای باند فرا پهن

 

 

فصل اول: سیستمهای باند فرا پهن

 

 

فراپهن باند در مقایسه با باند باریک

 

باند فراپهن (UWB) تنها یک نام است که به بعضی تکنیکهای سیگنالینگ که کاملا بـا سیسـتمهای 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 پهنای باند بسیار زیاد در ارتباطات میباشد. این تکنولوژی اخیـرا پس از تخصیص پهنای باند 3/1 گیگاهرتز تا 10/6 گیگاهرتز به آن ، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

 

همانطور که میدانیم در سیستمهای باند باریک از یک IF برای 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 تکنولوژی بسیار ابتدایی بر مبنای فرستادن پالسهایی از انرژی به گیرنده استفاده مـیشـود.

 

در این روش تنها این پالسها که پالسهای 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 سیسـتمهای باند باریک فرکانس باند پایه بسیار بالاتر میباشد.

پهنای باند سیستم های باند فرا پهن به گونه ای اختصاص داده می شوند که حتی الامکان با سیستم های

 

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 هـای 802.11a در فرکـانس 5.2GHz تـداخل

 

دارند. برای جلوگیری از این تداخل، از یک فیلتر میان نگذر در فرکانس 5.2GHz در فرستندههای 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 :        09309714541 (فقط پیامک)        serderehi@gmail.com

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.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید