پایان نامه ارشد درباره:طراحی و تحلیل یک مخلوط کنندهی متعادل در باند فرکانسی خیلی وسیع UWB با استفاده از تکنولوژی CMOS

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی برق

گرایش :الکترونیک

عنوان : 

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی برق-الکترونیک

عنوان :

طراحی و تحلیل یک مخلوط کنندهی متعادل در باند فرکانسی خیلی وسیع

UWB با استفاده از تکنولوژی CMOS

استاد راهنما :

دکتر فرخ حجت کاشانی

استاد مشاور :

دکتر علی فرخی

آذر 1389

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 شماره صفحه 
چکیده:…………………………..……………………………………………………….……………………………………………………………………..1
مقدمه: …………………………..……………………………………………………….……………………………………………………………………..2
.1   فصل اول: سیستمهای فراپهن باند ………………………….. (UWB)…………………………………………..4
1-1تاریخچه تکنولوژی فراپهن باند ………………………….. UWB………………………………………………………….5
2-1مفهوم ………………………………………………………. UWB……………………………………………………………………8
3-1تعریف سیستم فراپهن باند …………………………..………………………………………………………………………………9
4-1مزایای تکنولوژی فراپهن باند ………………………….. UWB…………………………………………………………….9
1-4-1توانایی اشتراک طیف توانی …………………………..………………………………………………………………………9
2-4-1ظرفیت بالای کانال ……………………………………………………….……………………………………………………10
3-4-1توانایی کار با SNR پایین …………………………..…………………………………………………………………….10
4-4-1احتمال تشخیص و آشکارسازی کم …………………………..………………………………………………………10
5-4-1مقاومت در برابر مسدود شدن …………………………..……………………………………………………………….11
6-4-1کارایی بالا در کانالهای چند مسیره …………………………..…………………………………………………….11
5-1چالشهای تکنولوژی فراپهن باند ………………………….. UWB……………………………………………………12
1-5-1انحراف شکل پالس ……………………………………………………….……………………………………………………12
2-5-1تخمین کانال ……………………………………………………….……………………………………………………………..12
3-5-1تطبیق فرکانس بالا ……………………………………………………….……………………………………………………12
4-5-1تداخل دستیابی چندگانه …………………………..………………………………………………………………………13
6-1UWB در مقایسه با سایر استانداردهای ……………………………………………………………… IEEE13
7-1تفاوت بین UWB و طیف گسترده …………………………..……………………………………………………………..15
1-7-1رشتهی پیوستهی طیف گسترده …………………………………………………………………….. (DSSS)15
2-7-1جهش فرکانسی طیف گسترده ……………….. ……………………………………………………….(FHSS)15
3-7-1تفاوتهای اساسی بین UWB و طیف گسترده ……………………………………………………………….15
8-1روشهای پیاده سازی سیستم فراپهن باند …………………………..……………………………………………………16
1-8-1سیستم ……………………………………..(Code Division Multiple Access) CDMA16
2-8-1سیستم ………. (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) OFDM18
.2   فصل دوم: مخلوطکنندههای فرکانسی………………………………………………….MIXER19
1-2تاریخچه ……………………………………………………….…………………………………………………………………………..20
2-2انواع میکسر ……………………………………………………….……………………………………………………………………..21

 

1-2-2میکسرهای غیر فعال ……………………………………………………………………………………22 …………………….
2-2-2میکسر گیلبرت …………………………………………………………………………………………………………………..24
3-2کاربرد میکسر ……………………………………………………………………………………………………………………………28
4-2عملکرد میکسر ………………………………………………………………………………………………………………………….29
1-4-2میکسر به عنوان یک ضرب کننده ……………………………………………………………………………………..29
2-4-2عملکرد میکسر به کمک یک سوئیچ ………………………………………………………………………………….30
.3  فصل سوم: بررسی میکسرهای توزیع شدهی فراپهن باند ……………………………………………………32
1-3مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………….33
2-3مدارات توزیع شده …………………………………………………………………………………………………………………….34
3-3بررسی عملکرد سیگنال بزرگ میکسر گیلبرت به عنوان یک عنصر غیر خطی ………………………….35
4-3میکسر سلول گیلبرت توزیع شده ……………………………………………………………………………………………..39
1-4-3بهرهی تبدیل ……………………………………………………………………………………………………………………..40
2-4-3تکنیک تزریق جریان ………………………………………………………………………………………………………….40
3-4-3تکنیک پیکینگ سلفی ……………………………………………………………………………………………………….42
5-3مروری بر چند ساختار میکسر پهن باند ارایه شده …………………………………………………………………….44
1-5-3ساختار میکسر ………………………………………………………………………………………………………[18] 144
2-5-3ساختار میکسر ………………………………………………………………………………………………………[12] 245
3-5-3ساختار میکسر ………………………………………………………………………………………………………[19] 345
4-5-3ساختار میکسر ………………………………………………………………………………………………………[20] 446
5-5-3ساختار میکسر ………………………………………………………………………………………………………[21] 547
6-5-3ساختار میکسر ………………………………………………………………………………………………………[22] 648
7-5-3ساختار میکسر ………………………………………………………………………………………………………[23] 749
8-5-3مقایسه ساختار های متفاوت میکسرهای فراپهن باند ……………………………………………………….51
.4   فصل چهارم: تحلیل اعوجاج و نویز در میکسر فراپهن باند ………………………………………………….52
1-4مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………….53
2-4میکسر یک عنصر غیر خطی ……………………………………………………………………………………………………..53
3-4مدل غیر خطی گیرنده ……………………………………………………………………………………………………………..54
4-4اثرات اعوجاج در سیستمهای فراپهن باند …………………………………………………………………………………54
1-4-4تولید هارمونیک ………………………………………………………………………………………………………………….55
2-4-4فشردگی بهره ……………………………………………………………………………………………………………………..55
3-4-4اینترمدولاسیون ………………………………………………………………………………………………………………….56
4-4-4اینترمدولاسیون مرتبهی دوم …………………………………………………………………………………………….56

 

 

5-4-4اینترمدولاسیون مرتبهی سوم ……………………………………………………………………………………………57
6-4-4اعوجاج در سیستمهای متوالی …………………………………………………………………………………………..59
7-4-4مشخصات خطی گیرنده …………………………………………………………………………………………………….59
5-4بررسی نویز میکسر به عنوان یک عنصر غیر خطی ……………………………………………………………………60
1-5-4پردازش نویز متغیر با زمان ………………………………………………………………………………………………..60
2-5-4نویز طبقهی راهانداز (طبقهی ……………………………………………………………………………………(RF61
3-5-4نویز طبقهی سوئیچ (طبقهی ……………………………………………………………………………………(LO62
4-5-4نویز طبقهی ………………………………………………………………………………………………………………….IF63
.5   فصل پنجم: مدار پیشنهادی، طراحی مخلوط کنندهی فرکانسی فراپهن باند توزیع شده ……….64
1-5مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………….65
2-5مدل المانهای مورد استفاده …………………………………………………………………………………………………….65
3-5تحلیلگرهای استفاده شده در نرمافزار ………………………………………………………………………….ADS67
1-3-5تحلیلگر ……………………………………………………………………HARMONIC BALANCE68
2-3-5تحلیلگر ………………………………………………………………………………………………………………. LSSP68
4-5طراحی میکسر توزیع شده با سلولهای میکسر تک بالانس ……………………………………………………..69
1-4-5طراحی میکسر ……………………………………………………………………………………………………………………69
2-4-5بایاس مدار ………………………………………………………………………………………………………………………….70
3-4-5پارامترهای قابل تغییر و طراحی ………………………………………………………………………………………..71
4-4-5تحلیل و شبیهسازی …………………………………………………………………………………………………………..72
5-5طراحی میکسر توزیع شده با سلولهای میکسر سلول گیلبرت …………………………………………………74
1-5-5طراحی میکسر ……………………………………………………………………………………………………………………74
2-5-5بایاس مدار ………………………………………………………………………………………………………………………….75
3-5-5تحلیل و شبیهسازی …………………………………………………………………………………………………………..76
6-5طراحی میکسر توزیع شده با سلولهای میکسر گیلبرت و با استفاده از تکنیک پیکینگ سلفی..78
1-6-5تکنیک پیکینگ سلفی ……………………………………………………………………………………………………….78
2-6-5بایاس مدار ………………………………………………………………………………………………………………………….80
3-6-5طراحی میکسر توزیع شدهی نهایی ……………………………………………………………………………………80
4-6-5مقادیر المانهای مدار میکسر پس از طراحی ……………………………………………………………………84
5-6-5تحلیل و شبیه سازی ………………………………………………………………………………………………………….86
7-5نتیجهگیری و مقایسه ……………………………………………………………………………………………………………….90
.6   فصل ششم: نتیجهگیری و پیشنهادات ……………………………………………………………………………….92
1-6نتیجهگیری ……………………………………………………………………………………………………………………………….93

 

2-6پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………………………..94
.7   فصل هفتم: منابع و ماخذ ………………………………………………………………………………………………….95
منابع لاتین …………………………………………………………………………………………………………………………………………………96
چکیده انگلیسی: …………………………………………………………………………………………………………………………………………….98

 

فهرست جدول ها:

 

عنوان                                                                                                 شماره صفحه

 

جدول 1- 1 قابلیت UWB در مقایسه با سایر استانداردهای 14…………………………………. [2] IEEE

 

جدول 1- 3 مقایسهی ساختارهای مختلف میکسرهای فراپهن باند………………………………………….. 51

 

جدول 1- 5 مقادیر سلفهای مدار نهایی………………………………………………………………………. 85

 

جدول 2- 5 عرض ترانزیستورهای مدار نهایی………………………………………………………………… 85

 

جدول 3- 5 مقادیر پارامترهای DC ترانزیستورهای میکسر توزیع شده نهایی………………………………. 85

 

جدول 4-5 مقدار نشت پورت های مختلف میکسر پیشنهادی در یکدیگر بعد از مدل سازی اثر عدم تطبیـق ابعـاد

 

ترانزیستورها، روی ولتاژ آستانه………………………………………………………………………………………….. 88

 

جدول 5- 5 مقایسهی سه ساختار به دست آمده طول طراحی………………………………………………. 90

 

جدول 6- 5 مشخصات مدار میکسر توزیع شدهی پیشنهادی………………………………………………… 90

 

جدول 7- 5 مقایسه میکسر طراحی شده در این پایان نامه با کارهای انجام شدهی قبلی………………….. 91

 

فهرست شکلها:

 

عنوان                                                                                                 شماره صفحه

شکل 1-1 تاریخچهی تکنولوژی فراپهن باند……………………………………………………………………. 6

 

شکل 2-1 طرح ماسک توان برای سیستم UWB بر حسب فرکانس 7…………………………………….. [3]

 

شکل 3-1 سیگنال باند باریک در حوزهی (a) زمان و (b) فرکانس………………………………………….. 8

 

شکل 4-1 یک پالس با Duty Cycle کم……………………………………………………………………. 8

 

شکل 5-1 پالس UWB در حوزههای((a زمان و (b) فرکانس………………………………………………. 9

 

شکل 6-1 همزیستی سیگنالهای فراپهن باند با سیگنالهای باند باریک و باند پهن در طیف فرکانسی 10.. RF

 

شکل (a) 7-1 پدیدهی چند مسیره در انتقال بیسیم (b) اثر پدیدهی چند مسیره بر سیگنال های بانـد باریـک

 

(c) اثر پدیدهی چند مسیره بر سیگنالهای باند فرا پهن………………………………………………………………… 11

 

شکل 8-1 رفتار حوزههای زمان و فرکانس سیگنالهای UWB (a) و (b) باند باریک……………………… 13

 

شکل 9-1 طیف فرکانسی UWB به همراه سیستمهای تداخلی داخل و خارج باند………………………… 14

 

شکل 10-1 سیگنالهای (a) باند باریک، (b) طیف گسترده و (c) فراپهن باند در حوزههای زمان و فرکانس .. 16

 

شکل 11-1 روش دسترسی 16……………………………………………………………………….. TDMA

 

شکل 12-1 عملیات کد کردن در 17……………………………………………………… [5] DS-CDMA

 

شکل 13-1 نحوهی استفاده از پهنای باند در سیستم 17………………………………………. DS-CDMA

 

شکل 14-1 گروه بندی طیف فرکانسی 18…………………………………………………….. MB-OFDM

 

شکل 15-1 طیف فرکانسی 18……………………………………………………………. [7] MB-OFDM

 

شکل 1-2 ساختار گیرنده سوپر هترودین……………………………………………………………………. 20

 

شکل 2-2 میکسر به عنوان یک عنصر سه دهانه…………………………………………………………….. 21

 

شکل 3-2 میکسر غیرفعال با تعادل دوگانه با 22…………………………………………………….. CMOS

 

شکل 4-2 میکسر گیلبرت ساده………………………………………………………………………………. 24

 

شکل 5-2 میکسر گیلبرت با تعادل دوگانه…………………………………………………………………… 25

 

شکل 6-2 منحنی بهرهی سوئیچ میکسر گیلبرت با تعادل دوگانه…………………………………………… 26

 

شکل 7-2 میکسر گیلبرت با تعادل دوگانه با تکنیک ربودن جریان 27…………………………………… DC

 

شکل 8-2 میکسر به عنوان یک ضرب کننده 29……………………………………………………………. [3]

 

شکل 9-2 میکسر با ساختار تکی…………………………………………………………………………….. 31

 

شکل 10-2 میکسر با ساختار متوازن تکی…………………………………………………………………… 31

 

شکل 1-3 بلوک دیاگرام مدار ترکیبی توزیع شده (a) موجبر هم محور واقعی (b) مدارات LC مصنوعی33[11]

 

شکل 2-3 مدل خطوط انتقال مصنوعی………………………………………………………………………. 34

 

شکل 3-3 شمای نحوهی قرار گیری سلولهای مدار توزیع شده بین دو خط انتقال………………………….. 35

 

شکل 4-3 میکسر گیلبرت 36…………………………………………………………………………. CMOS

 

 

شکل 6-3 شکل موجهای p0(t) و 38…………………………………………………………………….. p1 (t)

 

شکل 7-3 مدار معادل خط انتقال……………………………………………………………………………. 40

 

شکل 8-3 شماتیک مدار میکسر گیلبرت با تکنیک تزریق جریان…………………………………………… 41

 

شکل 9-3 شماتیک مدار میکسر گیلبرت با طبقهی ترارسانایی مکمل………………………………………. 41

 

شکل 10-3 مدل مدار ساده شده برای (a) میکسر متداول (b) میکسر با تکنیک پیکینگ سلفی سری……. 43

 

شکل (a) 11-3 مدل سیگنال کوچک یک تقویت کننده (b) شـبکهی پسـیو اضـافه شـده بـرای ایزولـه کـردن

 

خازنهای پارازیتی (c) پیاده سازی این شبکه با سلف…………………………………………………………………… 43

 

شکل 12-3 مدار میکسر ساختار 44…………………………………………………………………………… 1

 

شکل 13-3 مدار میکسر ساختار 45…………………………………………………………………………… 2

 

شکل 14-3 مدار میکسر ساختار 46…………………………………………………………………………… 3

 

شکل 15-3 مدار میکسر ساختار 47…………………………………………………………………………… 4

 

شکل 16-3 مدار تطبیق UWB برای سیگنال ورودی 47…………………………………………………. RF

 

شکل 17-3  مدار میکسر ساختار 48………………………………………………………………………….. 5

 

شکل 18-3 مدار میکسر ساختار 49…………………………………………………………………………… 6

 

شکل 19-3 مدار میکسر ساختار 50…………………………………………………………………………… 7

 

شکل 1-4 طیف فرکانسی MB-OFDM به همراه سیستمهای تداخلی داخل و خارج باند 53…………… [7]

 

شکل (a) 2-4 مدار سوئیچ ساده (b) سیستم غیر خطی متغیر با زمان (c) سیستم خطی متغیر با زمان….. 54

 

شکل 3-4 طیف خروجی سیستم غیرخطی با درجهی دو و سه……………………………………………… 54

 

شکل 4-4 نقطه تراکم 56………………………………………………………………………………….. 1dB

 

شکل 5-4 مولفههای اینترمدولاسیون در خروجی یک سیستم غیرخطی درجهی 56…………………………. 2

 

شکل 6-4 نحوهی تداخل اینترمدولاسیون مرتبهی 2 با سیگنال مطلوب 57……………………………….. [7]

 

شکل 7-4 مولفههای اینترمدولاسیون در خروجی یک سیستم با خاصیت غیرخطی مرتبهی سوم………….. 58

 

شکل 8-4 تداخل اینترمدولاسیون مرتبهی 3 با سیگنال مطلوب 58……………………………………….. [7]

 

شکل (a) 9-4 دامنهی نقطه تقاطع مرتبهی سوم ورودی (b) نقطه تقاطع مرتبـهی سـوم ورودی و خروجـی بـه

 

صورت لگاریتمی 59………………………………………………………………………………….. [5] (IIP3,OIP3)

 

شکل 10-4 میکسر فعال تک بالانس 61……………………………………………………………… CMOS

 

شکل 11-4 شکل موج 62………………………………………………………………………………… p1 (t)

 

شکل 1-5 بلوک دیاگرام مدار توزیع شده (a)خطوط انتقال واقعی (b) پیاده سازی با مدارات LC (خـط انتقـال

 

مصنوعی)…………………………………………………………………………………………………………………. 65

 

شکل 2-5 مدل ترانزیستور 66…………………………………………………………………………. TSMC

 

شکل 3-5 مدل مدار معادل برای یک ترانزیستور 66………………………………………. [26] RF nMOS

 

شکل 4-5 مدل سلف 67………………………………………………………………………………. TSMC

 

شکل 5-5 نمای Layout سلف در تراشه……………………………………………………………………. 67

 

شکل 6-5 مدار معادل یک سلف استاندارد 67…………………………………………………………….. [26]

 

شکل 7-5 تحلیلگر HARMONIC BALANCE در نرم افزار 68………………………………… ADS

 

شکل 8-5 تحلیلگر LSSP در نرم افزار 68………………………………………………………………. ADS

 

شکل 9-5 ساختار میکسر توزیع شدهی تک بالانس…………………………………………………………. 69

 

شکل 10-5 شماتیک میکسر توزیع شدهی تک بالانس در نرم افزار 70…………………………………. ADS

 

شکل 11-5 مدار بایاس طبقهی 70…………………………………………………………………………. RF

 

شکل 12-5 مدار بایاس گیت ترانزیستورهای طبقهی 71…………………………………………………… LO

 

شکل 13-5 مدار بایاس درین ترانزیستورهای طبقهی 71………………………………………………….. LO

 

شکل 14-5 روابط به کار رفته در نرمافزار ADS برای محاسبهی 72……………………………………. IIP3

 

شکل 15-5 نمودار عدد نویز میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس……………………………………… 72

 

شکل 16-5 نمودار IIP3 میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس………………………………………… 73

 

شکل 17-5 نمودار IIP2 میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس………………………………………… 73

 

شکل 18-5 نمودار بهرهی تبدیل میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس………………………………… 73

 

شکل 19-5 نمودار ضریب انعکاس ورودی میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس……………………….. 74

 

شکل 20-5 نمودار ضریب انعکاس خروجی میکسر طراحی شده با سلول تک بالانس………………………. 74

 

شکل 21-5 ساختار میکسر توزیع شدهی گیلبرت…………………………………………………………… 75

 

شکل 22-5 شماتیک میکسر توزیع شدهی گیلبرت در نرم افزار 75…………………………………….. ADS

 

شکل 23-5 نمودار بهرهی تبدیل میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت…………………………………….. 76

 

شکل 24-5 نمودار ضریب انعکاس ورودی میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت…………………………… 77

 

شکل 25-5 نمودار ضریب انعکاس خروجی میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت………………………….. 77

 

شکل 26-5 نمودار عدد نویز میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت…………………………………………. 77

 

شکل 27-5 نمودار IIP3 میکسر طراحی شده با سلول گیلبرت…………………………………………….. 78

 

شکل 28-5 ساختار میکسر توزیع شدهی گیلبرت با تکنیک پیکینگ سلفی……………………………….. 79

 

شکل 29-5 ساختار میکسر توزیع شدهی گیلبرت با تکنیک پیکینگ سلفی در نرم افزار 79…………… ADS

 

شکل 30-5 مدار بایاس درین ترانزیستورهای طبقهی 80………………………………………………….. LO

 

شکل 31-5 نمودار جریان مصرفی میکسر بر حسب تغییرات عرض ترانزیستورها…………………………… 81

 

شکل 32-5 نمودار تطبیق ورودی میکسر بر حسب تغییرات عرض ترانزیستورها در فرکانس 82…… 10 GHz

 

شکل 33-5 نمودار بهرهی تبدیل میکسر بر حسب تغییرات عرض ترانزیستورها…………………………….. 82

 

شکل 34-5 نمودار IIP3 میکسر بر حسب تغییرات عرض ترانزیستورها…………………………………….. 83

 

شکل 35-5 نمودار بهرهی تبدیل میکسر بر حسب تغییرات سلفهای پیکینگ در سه فرکانس……………… 83

 

شکل 36-5 بهرهی تبدیل میکسر بر حسب فرکانس و مقادیر مختلف سلفهای پیکینگ……………………. 84

 

شکل 37-5 نمودار IIP3 میکسر بر حسب تغییرات سلفهای پیکینگ در سه فرکانس……………………… 84

 

شکل 38-5 نمودارضرایب انعکاس ورودی و خروجی میکسر توزیع شدهی پیشنهادی………………………. 86

 

شکل 39-5 نمودار بهره میکسر طراحی شده با دو سلول گیلبرت و با تکنیک پیکینگ سلفی……………… 86

 

شکل 40-5 نمودار نشت پورت LO در 87…………………………………………………………………. RF

 

شکل 41-5 نمودار نشت پورت LO در 87………………………………………………………………….. IF

 

شکل 42-5 نمودار نشت پورت RF در 87…………………………………………………………………. LO

 

شکل 43-5 نمودار نشت پورت RF در 88………………………………………………………………….. IF

 

شکل 44-5 عدد نویز میکسر طراحی شده با دو سلول گیلبرت و با تکنیک پیکینگ سلفی……………….. 88

 

شکل 45-5 نقطه تقاطع مرتبه سوم ورودی (IIP3) میکسر طراحـی شـده بـا دو سـلول گیلبـرت و بـا تکنیـک

 

پیکینگ سلفی…………………………………………………………………………………………………………… 89

 

شکل 46-5 نقطه تقاطع مرتبه دوم ورودی (IIP2) میکسـر طراحـی شـده بـا دو سـلول گیلبـرت و بـا تکنیـک

 

پیکینگ سلفی…………………………………………………………………………………………………………… 89

شکل 47-5 نمودار P1dB میکسر طراحی شده با دو سلول گیلبرت و با تکنیک پیکینگ سلفی…………… 90

 

 

چکیده:

 

رشد سریع تکنولوژی و پیشرفت موفق تجاری مخابرات بی سیم روی زنـدگی روزمـره ی مـا تـاثیر قابل توجهی گذاشته است. امروزه بهکار بردن میکسرهای فرکانس بالا در سیستم های ارتباطاتی بیسـیم، دارای اهمیت خاصی میباشد. میکسرها یکی از اجزای اساسـی گیرنـده در مخـابرات بـیسـیم محسـوب میشوند. اجرای میکسرهای پایین آورنده1 در گیرنده ها به لحاظ وجود نویز و تضعیف در سیگنال دریافتی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

هدف اصلی این پایان نامه، تحلیل و طراحـی میکسـر بـرای کـاربرد در بانـد فرکانسـی فـراپهن (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 بهـره ی تبـدیل 3dB، IIP3 برابر 5/5dBm، عدد نویز 7dB، پهنـای بانـد 3 تـا 10 گیگـاهرتز و تـوان مصـرفی 52 میلـی وات میباشد. میکسر فراپهن باند توزیع شدهی پیشنهادی با استفاده از تکنولوژی CMOS 0/18μm با منبع تغذیه 1/8 ولت طراحی شده است.

 

مقدمه:

 

رشد سریع تکنولوژی و گذار از مخابرات آنالوگ به دیجیتال، ترقی سیستم های رادیویی بـه نسـل سوم و چهارم و جانشینی سیستم های سیمی با Wi-Fi و Bluetooth مشـتریان را قـادر مـی سـازد بـه گستره ی عظیمی از اطلاعات از هرجا و هر زمان دسترسی داشته باشند. مخابرات UWB برای اولین بـار در دهــهی 1960 معرفــی شــد و در ســال 2002، FCC1 رنــج فرکانســی 3.1~10.6GHz را بــرای کاربردهای UWB معرفی و توان انتقال آنرا به -41.3dBm محدود کرد، بدین معنا کـه سیسـتمهـای

 

UWB روی فراهم کردن: توان کم، قیمت کم و عملکرد باند وسیع در مساحت کوتـاه تمرکـز کردنـد. در مقایسه با کاربردهای باند باریک طراحی المانها در سیستمهای UWB بسیار متفاوت و مشکل است.

 

یکی از بلوکهای مهم در گیرندههای UWB میکسرها هستند کـه بـرای تبـادل اطلاعـات بـین تعداد زیادی کانال مشابه UWB نقش کلیدی دارند. اهمیـت عملکـرد میکسـر بـه عنـوان یـک مبـدل فرکانس، در تامین فرکانسهای کاری مناسب با پایداری و نـویز مطلـوب اسـت. میکسـر مـیبایسـتی: (1

بهرهی تبدیل بالا، که اثرات نویز در طبقات بعدی را کاهش دهـد، (2 عـددنویز کوچـک، کـه LNA را از داشتن یک بهرهی بالا راحت کند و (3 خطی بودن بالا، که رنج دینامیک گیرنده را بهبود بخشد و سطوح اینترمدولاسیون2 را کاهش دهد. هر کارایی بایستی توسط مصالحه در طراحی میکسر بهدست آید. میکسر سلول گیلبرت با برخی تغییرات در ساختار آن نتایج قابل قبـولی بـرای کـاربرد در سیسـتمهـای UWB

 

بهدست میدهد.

 

دستیابی همزمان به بهره ی تبدیل و خطی بودن بـالا کـه افـزایش یکـی باعـث کـاهش دیگـری می گردد یکی از چالش های طراحی میکسر می باشد، در کارهایی کـه تـا کنـون انجـام شـده تمرکـز روی دستیابی یکی از این دو بوده به طوریکه یا میکسری غیر فعال با خطی بودن قابل قبـول و یـا میکسـری فعال با خطی بودن کم ارائه شده است. تطبیق امپدانس در کل رنج فرکانسی 7 گیگا هرتـزی و همچنـین عدد نویز پایین از دیگر پارامترهای مهم طراحی میکسر میباشد.

 

9 اهداف پایان نامه

 

در این پایان نامه با بررسی میکسرهای فراپهن باند و مقایسهی آنها از نظر ساختار، بهرهی مدار، عدد نویز، تطبیق در ورودی و خروجی و خطی بودن، سـاختار مناسـب بـرای یـک میکسـر فـراپهن بانـد پیشنهاد شده و از لحاظ کارکرد در سیستمهای UWB بررسی گشته است.

 

بر خلاف کارهایی که تا کنون در این زمینه صورت گرفته که بر بهبود یکی از پارامترهای بهـره ی تبدیل یا خطی بودن میکسر تاکید شده، در اینجا سعی شـده اسـت تـا ضـمن دسـتیابی بـه هـر دو ایـن پارامترها در اندازههای قابل قبول برای گیرندهها، کل پهنای باند سیستمهای UWB پوشش داده شود.

 

بر این اساس در فصل اول سیستم های فراپهن باند بطور کامل معرفـی و بررسـی مـی گـردد، در فصل دوم به بررسی انواع میکسر، نحوهی عملکرد و کاربرد آنها پرداختـه شـده، در فصـل سـوم سـاختار میکسرهای توزیع شده، مشخصات و تکنیکهای بهبود کارایی آنها و در فصل چهارم اعوجـاج و نـویز در میکسر بررسی گردیدهاند. در فصل پنجم ساختار میکسر فراپهن باند طراحی شده بـه طـور مفصـل شـرح داده شده است. در فصل ششم نتیجهگیری و پیشنهادات و فصل هفتم نیز منابع و مأخذ مورد استفاده بـه تفکیک درج شدهاند.

 

.1  فصل اول: سیستمهای فراپهن باند (UWB)

 

1-1   تاریخچه تکنولوژی فراپهن باند UWB

 

در طول دهههای اخیر پیشرفت سریع ارتباطات باعث ایجاد تقاضا برای قطعات بهتـر و ارزانتـر و همچنین تکنولوژیهای پیشرفتهتر شده است. افزایش تقاضا برای انتقال سریع و افزایش نرخ اطلاعـات در عین مصرف کم توان تاثیرات شگرفی را بر تکنولوژی ارتباطات ایجاد کرده است. در هر دو بخش مخابرات بیسیم و سیمی این گرایش منجر به استفادهی هرچه بیشتر از مدولاسیونهایی با استفادهی بهینـهتـر از طیف فرکانسی و یا افزایش پهنای کانالها گشته است. این روشها به همـراه روشهـای مهندسـی بـرای کاهش توان، به منظور تولید تراشه های ارزان و با مصرف توان کم در صنعت استفاده میشود.

 

افزایش و گسترش استانداردها نه تنها باعث شده که سیستمها با طیفهای شلوغتری از لحاظ فرکانسی روبرو باشند بلکه باعث شده است تا سیستمها به سوی چند استاندارده بودن سوق داده شده و قابلیت انطباق با استانداردهای مختلف را داشته باشند. در حقیقت این پیشرفت تکنولوزی منجر به طراحی و تولید دستگاههایی شده است که قابلیت کارکرد در باندهای وسیعتری را داشته باشند، مانند تکنولوژی فرا پهن باند . (UWB)

 

تکنولوژی فراپهن باند (UWB) در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفتـه اسـت. مـیتـوان گفت که شروع استفاده از دانش UWB مربوط به انتهای قرن نوزدهم می باشد. اولین سیستم بی سیم که توسط گاگلیرمو مارکونی1 در سال 1987 نمایش داده شد، خصوصیات رادیوی فـراپهن بانـد را دارد. رادیـو ساخته شده توسط مارکونی از پهنای باند وسیعی برای انتقال اطلاعات بهره می گرفت. اولین فرستنده های جرقه ای مارکونی فضای زیادی از طیف (از فرکانس هـای بسـیار پـایین تـا فرکـانس هـای بـالا) را اشـغال می کردند. همچنین این سیستم ها به طور غیراتوماتیک از پردازش زمان اسـتفاده مـی نمودنـد. چـون کـد مورس توسط اپراتورهای انسانی ارسال و دریافت می شد. پس از آن مفهوم UWB مجدداً در دهـه 1960

 

برای ساخت رادارهای ایمن در برابر تداخل با مصرف توان کم مورد توجه قرار گرفت .[1]

 

در اوایل پیدایش ، UWB به نامهای Carrier free ، باند پایه یا ضربه رایج بود که در حقیقت متضمن این نکته بود که استراتژی تولید سیگنال نتیجه یک پالس با Rise time بسیار سریع و یـا یـک ضربه میباشد که یک آنتن باند پهن را تحریک میکند. در اوایل سال 2002 میلادی تکنولوژی باند بسیار پهن (UWB) برای کاربردهای تجاری تصویب شد. این تکنولوژی جدید شـیوه ی جدیـدی در ارتباطـات بدون سیم ابداع کرد:”استفاده از حوزه زمان به جای حوزه فرکانس”.

 

تکنولوژی فرا پهن باند (UWB) به شیوهی کاملاً متفاوتی از سایر تکنولوژی ها از بانـد فرکانسـی استفاده میکند. این سیستمها از پالسهای باریک و پـردازش سـیگنال در حـوزهی زمـانی بـرای انتقـال

 

اطلاعات استفاده میکنند، بدین صورت سیستمهـای فـرا پهـن بانـد (UWB) قادرنـد در بـازهی زمـانی مشخص اطلاعات بیشتری را نسبت به سیستمهای قدیمیتر منتقل کنند زیرا حجـم انتقـال اطلاعـات در سیســتمهــای مخــابراتی بــه صــورت مســتقیم بــا پهنــای بانــد تخصــیص یافتــه و لگــاریتم SNR (Signal to Noise Ratio) متناسب است. استفاده از یک پهنای بانـد خیلـی وسـیع چنـدین مزیـت دارد: ظرفیت بالا، مخفی بودن، مقاومت در برابر مسدود شدن و همزیستی با سایر سیستم های رادیویی.

 

پایه و اساس سیستم های نوین فراپهن باند در دهه 80 توسط راس و با کار انجـام شـده در مرکـز تحقیقاتی Sperry بنیان گذاشته شد. تأکید بر استفاده از UWB بـه عنـوان یـک ابـزار تحلیلـی بـرای کشف خصوصیات شبکه های مایکروویو و خصوصیات ذاتی مـواد بـود. ایـن تکنیـک هـا بـه طـور منطقـی گسترش یافتند تا تحلیل و تولید تجربی المان های آنتن را انجام دهند. موفقیـتهـای اولیـه باعـث تولیـد سیستمی خانگی شد تا خصوصیات پاسخ ضربه اهداف یا موانع را اندازهگیری کند.

 

با افزایش درخواست کاربران برای ظرفیت بالاتر، سرویس های سریعتر و مخابرات بی سیم امن تـر، تکنولوژی های جدید مجبورند جایگاه خود را در طیف فوق العاده شلوغ و امن رادیـویی بیابنـد. بـه دلیـل اینکه هر تکنولوژی رادیویی یک بخش خاص از طیف را اشغال میکند و با معرفی سـرویس هـای جدیـد رادیویی محدودیت دسترسی طیف RF سخت گیرانه تر شده است. در این شرایط تکنولـوژی UWB یـک راه حل نوید بخش برای محدودیت دسترسی به طیف RF با اجازه به سرویس های جدید برای هم زیستی با سیستمهای رادیویی جاری با تداخل حداقل یا بدون تداخل است.

در فوریه ی سال 2002، FCC اولین طراحی و استاندارد مربوط بـه بانـدها و تـوان مجـاز بـرای کاربران UWB را صادر کرد. بدین ترتیب باند فرکانسی 3.1GHz تا 10.6GHz به UWB اختصـاص یافت. در همین زمان FCC مجوزی صادر کرد که حدود و میزان تشعشع عمدی یا سهوی دسـتگاه هـای مخابراتی در باندهای مختلف را مشخص نمود. این تشعشع مجاز در باندهای مورد استفاده، مبنـایی بـرای طراحی دستگاه های UWB شد. با گسترش تحقیقات در این زمینه، IEEE کمیتـه ی مخصوصـی بـرای استاندارد سازی این سیسـتم هـا تحـت عنـوان 802.15.3.x تشـکیل داد. شـکل 1-1 تاریخچـه ی ایـن تکنولوژی را به اختصار نشان میدهد .[2]

 

 

 

شکل 1-1 تاریخچهی تکنولوژی فراپهن باند

 

 

در اولین گام FCC توان خروجی سیستم های UWB را به -41.3dBm/MHz محدود کرد، این محدودیت این امکان را برای سیستم های UWB ایجاد میکند که بدون اینکه توان سیگنال خروجی آنها توسط سیستمهای باند باریک مجاور احساس شود از پهنای باند وسیعی برای انتقال اطلاعات خود استفاده کنند. محدودیت هایی که برای توان انتشار این سیستم ها ایجاد شد ، عمدتاً محدودیتهایی بودند که برای حفاظت از سیستم GPS و سایر سیستم های دولتی که در باند فرکانسی 690MHZ~1610MHz کار میکنند مطرح شده بود. همانطور که در شکل 2-1 نشان داده شده است این ماسک توان همچنین برای سایر سیستمهای دولتی که عملکرد آنها در فاصلهی 3.1GHz~10.6GHz

 

یعنی باندی که برای کاربرد داخلی UWB تعریف شده است نیز کاربرد دارد.

 

شکل 2-1 طرح ماسک توان برای سیستم UWB بر حسب فرکانس [3]

 

بنا به تعریف FCC پهنای باند -10dB یک سیگنال UWB بزرگتر از %25 فرکانس مرکزی یا بزرگتر از 1.5GHz میباشد. سیستمهای فرا پهـن بانـد بـا عـرض بانـد بـیش از 7GHz در بـازه فرکانسـی

 

3.1GHz~10.6GHz با سطح توان مجاز -41.3dBm/MHz فعالیت مـیکننـد. هـر کانـال رادیـویی در ایـن سیستمها بسته به فرکانس مرکزی خود میتواند عرض بانـدی بـیش از 500MHz داشـته باشـد. طـرح

 

انتقال OFDM1 به عنوان اولین کاندیـدا بـرای UWB در مـارچ 2003 در جلسـهی گروهـی IEEE 802.15.3a مطرح شد.

(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 : 142

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