Please enable javascript in your browser.
Page
of
0
طراحی و پیاده‌‌سازی نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ برای رادار خودروی 77 گیگاهرتز
کیاور، امیر ارسلان Kiavar, Amir Arsalan
Cataloging brief
طراحی و پیاده‌‌سازی نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ برای رادار خودروی 77 گیگاهرتز
پدیدآور اصلی :
کیاور، امیر ارسلان Kiavar, Amir Arsalan
ناشر :
صنعتی شریف
سال انتشار :
1400
موضوع ها :
نوسانگر کنترل شونده با ولتاژ Voltage Controlled Oscillator نوسانگرها Oscillators نوسانگر...
شماره راهنما :
05-54434
Find in content
sort by
page number
page score
Bookmark
فصل 1: مقدمه
(20)
1-1- مقدمه
(21)
2-1- تاریخچه‌‌ی رادار خودرو
(21)
3-1- کاربردهای رادار خودرو
(22)
شکل )1-1( کاربردهای مختلف رادار خودرو [2]
(23)
4-1- رادارهای موج میلیمتری
(23)
)1-1(
(23)
5-1- نحوه‌‌ی کار رادار FMCW
(24)
شکل )2-1( خلاصه‌‌ی نحوه‌‌ی عملکرد رادار FMCW [2]
(25)
1-5-1- شکل سیگنال FMCW ارسالی
(25)
)1-2(
(25)
شکل )3-1( مشکل هدف روح در سیستم FMCW که از چیرپ مثلثی استفاده می‌‌کند و استفاده از شیب‌‌های متعدد برای رفع مشکل [5]
(26)
شکل )4-1( سیگنال چیرپ دندانه ارّه‌‌ای [3]
(26)
)1-3(
(27)
)1-4(
(27)
)1-5(
(27)
)1-6(
(27)
2-5-1- مشخصات سیستمی رادار خودرو
(27)
)1-7(
(28)
)1-8(
(28)
شکل )5-1( دقت فاصله و دقت سرعت بر حسب پارامترهای حلقه
(29)
)1-9(
(29)
)1-10(
(29)
)1-11(
(29)
شکل )6-1( نسبت سیگنال به نویز سیستم به ازای نویز فاز حلقه‌‌ی قفل فاز و پهنای‌‌باندهای متفاوت
(30)
جدول (1-1) حداکثر نویز فاز قابل تحمل سیستم به ازای SNR=11dB و SNR=15dB و پهنای‌‌باندهای متفاوت
(30)
)1-12(
(30)
)1-13(
(31)
شکل )7-1( اثر غیرخطینگی بر چیرپ [2]
(31)
شکل )8-1( دقت فاصله بر حسب درصد خطینگی به ازای مقادیر مختلف پهنای‌‌باند چیرپ
(32)
6-1- سیستم رادار خودروی 77 گیگاهرتز
(32)
شکل )9-1( بلوک دیاگرام سیستم رادار خودروی 77 گیگاهرتز [9]
(33)
شکل )10-1( واحد ساعت سیستم [9]
(34)
شکل )11-1( بلوک دیاگرام حلقه‌‌ی قفل فاز دوم سیستم
(34)
7-1- محتوای رساله
(35)
فصل 2: پارامترهای طراحی نوسانگر
(36)
1-2- مقدمه
(37)
2-2- تئوری‌‌های نویز فاز
(37)
1-2-2- تئوری لیسون
(38)
شکل )1-2( طیف خروجی نوسانگر ایده‌‌آل و واقعی [15]
(38)
)2-1(
(39)
)2-2(
(39)
شکل )2-2( نمودار طیف فرکانسی یک طرفه‌‌ی نوسانگر [13]
(40)
)2-3(
(40)
)2-4(
(40)
)2-5(
(40)
شکل )3-2( مدار نوسانگر معمول [13]
(41)
2-2-2- تئوری ISF
(41)
)2-6(
(41)
)2-7(
(41)
)2-8(
(41)
)2-9(
(42)
)2-10(
(42)
شکل )4-2( تأثیر تزریق ضربه‌‌ی جریان به سیر بسته‌‌ی سیکل محدود نوسانگر
(42)
)2-11(
(43)
شکل )5-2( مدل پاسخ ضربه فاز و دامنه [13]
(43)
)2-12(
(43)
)2-13(
(43)
)2-14(
(44)
)2-15(
(44)
شکل )6-2( تبدیل جریان نویز تزریقی به فاز مازاد و نویز فاز [13]
(44)
)2-16( 61F
(45)
)2-17(
(45)
)2-18(
(45)
)2-19(
(45)
)2-20(
(45)
)2-21(
(46)
)2-22(
(46)
)2-23(
(46)
)2-24(
(46)
)2-25(
(46)
)2-26(
(47)
3-2-2- آنالیز فازوری نویز فاز
(47)
)2-27(
(47)
)2-28(
(47)
)2-29(
(47)
شکل )7-2( الف) پاسخ غیرخطینگی به ورودی مدوله شده با فاز و دامنه ب) مدلسازی غیرخطینگی با رسانایی بدون حافظه [14]
(48)
)2-30(
(48)
)2-31(
(48)
)2-32(
(48)
)2-33(
(49)
)2-34(
(49)
)2-35(
(49)
شکل )8-2( نوسانگر بدون نویز تحریک شده با منبع نویز خارجی [14]
(49)
شکل )9-2( امپدانس دیده شده توسط جریان مدوله‌‌کننده PM و AM [14]
(50)
)2-36(
(50)
)2-37(
(50)
)2-38(
(51)
)2-39(
(51)
)2-40(
(51)
)2-41(
(51)
)2-42(
(51)
)2-43(
(51)
)2-44(
(52)
)2-45(
(52)
)2-46(
(52)
شکل )10-2( نوسانگر ترارسانایی منفی هنگام ورود غیرخطینگی به ناحیه ترایود [14]
(53)
)2-47(
(53)
)2-48(
(53)
)2-49(
(53)
)2-50(
(53)
شکل )11-2( نوسانگر استاندارد بایاس ولتاژی NMOS-تنها [14]
(54)
4-2-2- اثر گروزکوسکی69F
(54)
)2-51(
(54)
5-2-2- تبدیل نویز AM به FM در حضور واراکتور و خازن‌‌های غیرخطی [22]
(55)
شکل )12-2( نوسانگر و نحوه‌‌ی تقسیم جریان هارمونیک اصلی و سوپرهارمونیک‌‌ها در تانک [22]
(55)
)2-52(
(55)
)2-53(
(55)
)2-54(
(55)
)2-55(
(55)
)2-56(
(56)
)2-57(
(56)
)2-58(
(56)
)2-59(
(56)
شکل )13-2( تغییرات ظرفیت خازنی سیگنال کوچک یک واراکتور با ولتاژ دو سر آن [22]
(57)
شکل )14-2( منحنی I-V برای خازن خطی [22]
(57)
شکل )15-2( منحنی I-V برای خازن غیرخطی [22]
(58)
)2-60(
(58)
)2-61(
(58)
)2-62(
(58)
)2-63(
(59)
)2-64(
(59)
شکل )16-2( مدل پله‌‌ای واراکتور [22]
(59)
)2-65(
(60)
)2-66(
(60)
6-2-2- نتیجه‌‌گیری از معادلات نویز فاز
(60)
)2-67(
(60)
)2-68(
(61)
)2-69(
(61)
)2-70(
(61)
3-2- اثر مهندسی هارمونیک بر پارامترهای نوسانگر
(62)
1-3-2- طراحی تانک با قابلیت جاروب امپدانس مد مشترک و مد دیفرانسیل
(62)
شکل )17-2( نوسانگر شبیه‌‌سازی شده برای مشاهده‌‌ی اثر مهندسی هارمونیک بر مشخصات مدار
(63)
شکل )18-2( تانک با قابلیت جاروب فرکانس امپدانس مد مشترک و جدول مقادیر المان‌‌ها
(64)
شکل )19-2( تانک با قابلیت جاروب فرکانس امپدانس مد دیفرانسیل و جدول مقادیر المان‌‌ها
(64)
2-3-2- شبیه‌‌سازی ISF مدار با استفاده از PXF
(64)
)2-71(
(65)
شکل )20-2( محاسبه‌‌ی Gm و Gds نوسانگر
(65)
3-3-2- اثر امپدانس مد مشترک بر مشخصات مدار
(68)
شکل )21-2( اندازه و فاز امپدانس مد دیفرانسیل و جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک
(68)
شکل )22-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک بر (الف) اندازه هارمونیک اول تا سوم ولتاژ خروجی و (ب) اندازه هارمونیک صفر ( DC) تا سوم جریان ترانزیستور
(69)
شکل )23-2( تخت شدن ولتاژ خروجی در اثر حضور امپدانس مد مشترک در هارمونیک دوم ولتاژ) = 2f0 fcm)
(69)
شکل )24-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک بر (الف) ضریب بازدهی جریان و (ب) ضریب بازدهی ولتاژ
(70)
شکل )25-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک بر (الف) Gm و (ب) Gds (نمودار آبی رنگ با حضور رزونانس مد مشترک در فرکانس دو برابر فرکانس نوسان و نمودار قرمز رنگ در نبود آن.)
(70)
شکل )26-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک بر (الف) اندازه هارمونیک‌‌های اول تا سوم Gm، (ب) اندازه هارمونیک‌‌های اول تا سوم Gds، (ج) Gm,eff و (د)Gds,eff
(71)
شکل )27-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک بر ضرایب تابع ISF
(72)
شکل )28-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک برضریب DC تابع ISF
(72)
شکل )29-2( نمودار ISF2 و شکل موج خروجی در حالتی= 2f0 fcm باشد
(73)
شکل )30-2( نمودار ISF و ISFeff ناشی از Gm، Gds و Gm+Gds در حالتی= 2f0 fcm باشد
(73)
شکل )31-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک بر ضرایب نویز Ftank، FGds و FGm
(74)
شکل )32-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک در شبیه‌‌سازی سهم نویز
(74)
شکل )33-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک بر (الف) FOM، (ب) نویز فاز آفست دور و نزدیک، (ج) توان مصرفی و (د) همه‌‌ی مشخصه‌‌ها در یک نمودار
(75)
4-3-2- اثر امپدانس مد دیفرانسیل بر مشخصات مدار
(75)
شکل )34-2( اندازه و فاز امپدانس مد دیفرانسیل و جاروب فرکانس رزونانس مد مشترک75F
(76)
شکل )35-2( اثر جاروب امپدانس مد دیفرانسیل بر (الف) اندازه هارمونیک اول تا سوم ولتاژ خروجی و (ب) اندازه هارمونیک صفر (DC)تا سوم جریان ترانزیستور
(76)
شکل )36-2( مربعی شدن شکل موج ولتاژ خروجی در اثر حضور امپدانس مد دیفرانسیل در هارمونیک سوم ولتاژ) = 3f0 fDm (
(77)
شکل )37-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس دوم امپدانس مد دیفرانسیل بر (الف) ضریب بازدهی جریان و (ب) ضریب بازدهی ولتاژ
(77)
شکل )38-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس دوم امپدانس مد دیفرانسیل بر (الف) Gm و (ب) Gds
(77)
شکل )39-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس دوم امپدانس مد دیفرانسیل بر (الف) اندازه هارمونیک‌‌های اول تا سوم Gm، (ب) اندازه هارمونیک‌‌های اول تا سوم Gds، (ج) Gm,eff و (د)Gds,eff
(78)
شکل )40-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس دوم امپدانس مد دیفرانسیل بر ضرایب تابع ISF
(78)
شکل )41-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس دوم امپدانس مد دیفرانسیل برضریب DC تابع ISF
(79)
شکل )42-2( نمودار ISF2 و شکل موج خروجی در حالتی کهfdm=3f0 باشد
(80)
شکل )43-2( نمودار ISF و ISFeff ناشی از Gm، Gds و Gm+Gds در حالتی که fdm=3f0 باشد
(80)
شکل )44-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس دوم امپدانس مد دیفرانسیل بر ضرایب نویز Ftank، FGds و FGm
(81)
شکل )45-2( اثر جاروب فرکانس رزونانس دوم امپدانس مد دیفرانسیل در شبیه‌‌سازی سهم نویز
(81)
شکل )46-2( اثر جاروب فرکانس دوم امپدانس مد دیفرانسیل بر (الف) FOM، (ب) نویز فاز آفست دور و نزدیک، (ج)توان مصرفی و (د)همه‌‌ی مشخصه‌‌ها در یک نمودار
(82)
4-2- اثر هارمونیک‌‌های جریان بر انتقال نویز فلیکر
(82)
)2-72(
(82)
)2-73(
(83)
)2-74(
(83)
شکل )47-2( شیب ولتاژ خروجی هارمونیک دوم و سوم در صورت عبور جریان‌‌های هارمونیک بالا از مسیر خازنی در لحظات گذر از صفر ولتاژ هارمونیک اول [20]
(83)
شکل )47-2( شیب ولتاژ خروجی هارمونیک دوم و سوم در صورت عبور جریان‌‌های هارمونیک بالا از مسیر خازنی در لحظات گذر از صفر ولتاژ هارمونیک اول [20]
(83)
شکل )47-2( شیب ولتاژ خروجی هارمونیک دوم و سوم در صورت عبور جریان‌‌های هارمونیک بالا از مسیر خازنی در لحظات گذر از صفر ولتاژ هارمونیک اول [20]
(83)
5-2- قابلیت اطمینان در افزاره‌‌های CMOS [26]
(84)
)2-75(
(85)
)2-76(
(85)
شکل )48-2( شیب وایبول به ازای ضخامت اکسیدهای متفاوت [26]
(85)
شکل )49-2( نمودار بر حسب ولتاژهای گیت اکسید و به ازای ضخامت اکسید متعدد [26]
(86)
)2-77(
(86)
)2-78(
(86)
)2-79(
(86)
شکل )50-2( الگوریتم محاسبه‌‌ی طول عمر مدار
(87)
شکل )51-2( نمودار طول عمر افزاره به ازای مساحت و ولتاژ گیت-اکسید متعدد.
(87)
6-2- نتیجه‌‌گیری
(88)
فصل 3: رسم ترانسفورمر
(89)
1-3- مقدمه
(90)
2-3- توابع رسم
(90)
1-2-3- تابع رسم اتصال سر وسط سلف(ctgen)
(90)
2-2-3- توابع رسم سلف
(91)
شکل )1-3( سلف نوع اول
(91)
شکل )2-3( سلف نوع دوم
(92)
شکل )3-3( سلف نوع سوم
(93)
3-2-3- رسم Gaurd Ring
(94)
3-3- ترانسفورمر ۱ به ۱ هم‌‌مرکز
(95)
شکل )4-3( ترانسفورمر ۱ به ۱ هم‌‌مرکز
(95)
4-3- ترانسفورمر ۲ به ۱ هم‌‌مرکز
(98)
شکل )5-3( شکل سه بعدی ترانسفومر 2 به 1 هم مرکز
(98)
شکل )6-3( ترانسفورمر ۲ به ۱ با انواع سر وسط
(98)
1-4-3- روش طراحی بر اساس پایگاه داده (DBBD89F )
(101)
شکل )7-3( الگوریتم DBBD برای استفاده از المانهای پسیو طراحی شده با کد AEL
(101)
5-3- نتیجه‌‌گیری
(101)
فصل 4: کلاس‌‌های نوسانگر
(102)
1-4- مقدمه
(103)
2-4- تقسیم بندی نوسانگرها
(103)
شکل )1-4( دسته بندی کلی نوسانگرها بر اساس نحوه‌‌ی قرارگیری تانک
(103)
3-4- نوسانگر با تانک موازی
(104)
شکل )2-4( حالت کلی نوسانگر با تانک موازی
(104)
1-3-4- نوسانگر کلاس B استاندارد (B-SS)
(104)
)4-1( [29]
(105)
شکل )3-4( نوسانگر کلاس B [29]
(105)
شکل )4-4( مدار معادل نوسانگر کلاس B برای محاسبه‌‌ی امپدانس دیده شده از دو سر المانهای فعال [28]
(105)
)4-2(
(105)
شکل )5-4( مقایسه‌‌ی مسیر هارمونیک اول جریان ترانزیستور در نوسانگرهای کلاس B-SS و B-DS
(106)
شکل )6-4( مقایسه‌‌ی کلاس B استاندارد و کلاس B متممی
(107)
2-3-4- نوسانگر کلاس C
(107)
شکل )7-4( ساختار نوسانگر کلاس C [32]
(108)
)4-3(
(108)
)4-4(
(108)
)4-5(
(109)
شکل )8-4( شکل موج جریان و ولتاژ نوسانگر کلاس C در حالت FOM بهینه
(109)
)4-6(
(109)
)4-7(
(110)
)4-8(
(110)
)4-9(
(110)
)4-10(
(110)
شکل )9-4( حالت کلی نوسانگر CPP
(111)
3-3-4- نوسانگر کلاس B با رزونانس مد مشترک در فرکانس زوج (کلاس B2)
(111)
شکل )10-4( چرخش هارمونیک‌‌های فرد جریان در قسمت فوقانی مدار [36]
(112)
شکل )11-4( نوسانگر کلاس B با فیلتر نویز در دم
(113)
شکل )12-4( جاروب سلف دم و اثر آن بر پارامترهای مدار در حالت (a) سلف بدون ضریب کوپلینگ در تانک (b) سلف با ضریب کوپلینگ در تانک [29]
(114)
)4-11(
(114)
)4-12(
(114)
شکل )13-4( (a) نوسانگر کلاس B2 با رزونانس مد مشترک خارجی (b) مدار معادل AC با جابه‌‌جایی مرجع مدار به سورس ترانزیستورها (c) محاسبه‌‌ی امپدانس مد دیفرانسیل (d) محاسبه‌‌ی امپدانس مد مشترک [29]
(115)
)4-13(
(115)
)4-14(
(115)
)4-15(
(116)
)4-16(
(116)
شکل )14-4( اثر نسبت C2/C1 بر ENF نوسانگر [37]
(117)
شکل )15-4( اثر مقاومت خروجی ترانزیستورهای هسته بر نویز فاز خروجی [29]
(118)
شکل )16-4( اثر گین حلقه و ولتاژ آستانه بر FOM نوسانگر کلاس B2 به ازای جاروب خازن دیفرانسیل به تک‌‌سر متفاوت [29]
(118)
شکل )17-4( مدل فرکانس بالای نوسانگر کلاس B2 با رزونانس مد مشترک خارجی [39]
(119)
شکل )18-4( نوسانگر کلاس B2 متممی با رزونانس مد مشترک خارجی [37]
(120)
)4-17(
(121)
شکل )19-4( مقایسه‌‌ی شکل موج دو نوسانگر کلاس B2 با رزونانس‌‌های مد مشترک خارجی و ذاتی [29]
(121)
شکل )20-4( سلف نوسانگر B2-I [29]
(122)
شکل )21-4( نوسانگر کلاس B2-I متممی
(122)
)4-18(
(123)
)4-19(
(123)
شکل )22-4( شکل موج ولتاژ و ISF به ازای مقادیر مختلف
(123)
)4-20(
(123)
)4-21(
(124)
)4-22(
(124)
شکل )23-4( تانک ترانسفورمری [27]
(124)
)4-23(
(124)
شکل )24-4( نسبت فرکانس رزونانس‌‌های تانک ترانسفورمری به ازای جاروب ضریب X [27]
(124)
)4-24(
(125)
شکل )25-4( دیاگرام بود تابع گین ثانویه به اولیه ترانسفورمر [27]
(125)
شکل )26-4( شماتیک نوسانگر کلاس F [27]
(126)
شکل )27-4( تحمیل مسیر مقاومتی برای جریان‌‌های هارمونیک دوم و سوم تانک برای مقابله با پدیده‌‌ی گروزکوسکی [20]
(126)
شکل )28-4( ترانسفورمر F2 [20]
(127)
شکل )29-4( تانک نوسانگر کلاس F23
(127)
4-4- نوسانگر با تانک مخلوط
(128)
شکل )30-4( نوسانگر کلاس D [41]
(128)
5-4- نوسانگرهای سری (Class-S)
(129)
)4-25(
(129)
)4-26(
(129)
شکل )31-4( نوسانگر سری [42]
(129)
1-5-4- پیاده‌‌سازی نوسانگر سری
(130)
شکل )32-4( روش‌‌های پیاده‌‌سازی نوسانگر سری [42]
(130)
شکل )33-4( نوسانگر سری با استفاده از معکوس‌‌کننده‌‌ی CMOS [43]
(131)
شکل )34-4( نوسانگر سری با استفاده از معکوس‌‌کننده‌‌ی NMOS-تنها [42]
(131)
2-5-4- مشخصات نوسانگر کلاس S
(131)
)4-27(
(132)
)4-28(
(132)
)4-29(
(132)
)4-30(
(132)
)4-31(
(133)
)4-32(
(133)
6-4- نوسانگرهای پیشنهادی
(133)
7-4- نوسانگر کلاس SF3
(133)
1-7-4- ساختار SF3
(134)
)4-33(
(134)
شکل )35-4( نوسانگر پیشنهادی کلاس SF3
(135)
شکل )36-4( اندازه‌‌ی امپدانس ورودی تانک پیشنهادی
(135)
شکل )37-4( سلف F2 پیشنهادی برای حالت L1≠L3
(136)
شکل )38-4( نتیجه شبیه‌‌سازی الکترومغناطیسی سلف F2 پیشنهادی برای حالت L1≠L3
(136)
2-7-4- شبیه‌‌سازی نوسانگرهای کلاس S وکلاس SF3 در CMOS-65nm
(136)
شکل )39-4( نتایج شبیه‌‌سازی نوسانگر کلاس S (الف) شکل موج خروجی معکوس‌‌کننده (ب) سیگنال ربعی98F تولید‌‌شده در خروجی (پ) نویز فاز خروجی (ت) FOM نوسانگر
(137)
جدول (1-4) مقادیر المانهای نوسانگر سری کلاس S
(137)
جدول (2-4) مقادیر المانهای نوسانگر SF3
(138)
شکل )40-4( نتایج شبیه‌‌سازی نوسانگر کلاس SF3 (آبی S و قرمز SF3) (الف) ولتاژ درایوکننده‌‌ی تانک (ب) ولتاژ هارمونیک اصلی (ت) نویز فاز خروجی (ث) FOM خروجی
(138)
شکل )41-4( نتایج شبیه‌‌سازی نوسانگر کلاس SF3 (الف) جریان تانک (ب) ولتاژ خروجی بین سلف L3 و C3 (پ) اندازه‌‌ی هارمونیک‌‌های جریان تانک در حوزه‌‌ی فرکانس (ت) اندازه‌‌ی هارمونیک‌‌های ولتاژ خروجی بین سلف L3 و C3
(139)
جدول (3-4) سهم نویز المانهای مختلف نوسانگر کلاس S و کلاس SF3
(139)
3-7-4- نتیجه‌‌گیری از مقایسه‌‌ی نوسانگر کلاس S و SF3
(140)
جدول (4-4) مقایسه‌‌ی نوسانگرهای کلاس S و SF3
(140)
8-4- نوسانگر با رزونانس مد مشترک ذاتی ترانسفورمری با گین پسیو (کلاس PD)
(141)
1-8-4- شماتیک نوسانگر کلاس PD
(141)
شکل )42-4( شماتیک نوسانگر Pseudo-D
(142)
2-8-4- طراحی ترانسفورمر نوسانگر کلاس PD با استفاده از الگوریتم DBBD
(142)
شکل )43-4( ترانسفورمر کلاس Pseudo-D
(143)
جدول (5-4) مشخصات ترانسفورمر استفاده شده برای طراحی نوسانگر کلاس PD
(143)
شکل )44-4( مشخصات ترانسفورمر طراحی شده در محدوده‌‌ی فرکانسی طراحی
(143)
3-8-4- پیاده‌‌سازی رزونانس مد مشترک
(143)
)4-34(
(144)
)4-35(
(144)
شکل )45-4( مدل ترانسفورمر F2
(144)
)4-36(
(144)
شکل )46-4( اندازه‌‌ی امپدانس مد مشترک و مد دیفرانسیل رزوناتور طراحی شده برای نوسانگر کلاس PD
(145)
جدول (6-4) مقدار المانهای مختلف تانک
(145)
4-8-4- انتخاب اندازه‌‌ی کلیدها در نوسانگر کلاس PD
(145)
شکل )47-4( اثر اندازه‌‌ی عرض کل ترانزیستور (1.73u*3*nr) بر FOM، نویز فاز نرمالیزه به فرکانس 1 گیگاهرتز در آفست 10 مگاهرتز، توان نرمالیزه بر 1mW و مجموع سهم توان و نویز فاز نرمالیزه در FOM
(146)
شکل )48-4( (الف) پیک ولتاژ سیگنال درین (ب) اندازه‌‌ی هارمونیک اول سیگنال درین
(147)
شکل )49-4( اثر اندازه‌‌ی کل ترانزیستورها بر نرخ Kpush
(147)
5-8-4- شکل موج‌‌های نوسانگر کلاس PD
(147)
شکل )50-4( شکل موج ولتاژ درین و گیت نرمالیزه به اندازه‌‌ی ولتاژ تغذیه
(148)
شکل )51-4( شکل موج ولتاژ و جریان در نوسانگر کلاس PD
(148)
شکل )52-4( معیار FOM نوسانگر کلاس PD
(149)
شکل )53-4( نویز فاز نوسانگر کلاس PD
(149)
6-8-4- نوسانگر PD در حضور واراکتور و شبکه کلید-خازن
(149)
شکل )54-4( شکل موج ولتاژ نرمالیزه به ولتاژ تغذیه
(150)
شکل )55-4( (الف) محدوده‌‌ی فرکانسی (ب) FOM (پ) نویز فاز نرمالیزه به فرکانس 915 مگاهرتز در آفست 10مگاهرتز (ت) مصرف توان
(151)
شکل )56-4( ضریب Kpush در نوسانگر کلاس PD
(151)
جدول (7-4) مشخصات نوسانگر کلاس PD پیشنهادی
(152)
7-8-4- نوسانگر شبه D در مقابل شبه F
(152)
شکل )57-4( (الف) مقایسه‌‌ی نوسانگرهای کلاس PD و PF از لحاظ نویز فاز، نسبت و اندازه‌‌ی ولتاژ هارمونیک دوم نرمالیزه به اندازه‌‌ی تغذیه (ب) مقایسه‌‌ی شکل موج ولتاژ نوسانگرهای PF و PD (پ) مقایسه‌‌ی شکل موج جریان
(153)
8-8-4- مزایا و کاربرد نوسانگر کلاس PD
(153)
9-4- نتیجه‌‌گیری و جمع‌‌بندی
(154)
جدول (8-4) نمونه‌‌هایی از هسته‌‌های VCO و مدار جانبی‌‌های استفاده شده در رادارهای ۷۷ گیگاهرتز خودرو
(155)
فصل 5: نوسانگرکنترل‌‌شونده با ولتاژ باند K برای کاربرد رادار FMCW
(156)
فصل 5: نوسانگرکنترل‌‌شونده با ولتاژ باند K برای کاربرد رادار FMCW
(156)
فصل 5: نوسانگرکنترل‌‌شونده با ولتاژ باند K برای کاربرد رادار FMCW
(156)
1-5- مقدمه
(157)
2-5- مهندسی محدوده‌‌ی فرکانسی
(157)
1-2-5- تنظیم فرکانسی در عدم حضور شبکه‌‌ی کلید-خازن
(158)
)5-1(
(158)
)5-2(
(159)
2-2-5- تنظیم فرکانسی به ازای یک کلید در شبکه‌‌ی کلید-خازن
(159)
)5-3(
(159)
)5-4(
(159)
)5-5(
(159)
شکل )1-5( تنظیم فرکانسی شبکه‌‌ی کلید-خازن در حضور یک کلید
(160)
3-2-5- تنظیم فرکانسی به ازایn کلید در شبکه‌‌ی کلید-خازن
(160)
)5-6(
(160)
)5-7(
(161)
شکل )2-5( تنظیم فرکانسی شبکه‌‌ی کلید-خازن در حضور دو کلید
(161)
4-2-5- تعیین محدوده‌‌ی ولتاژ کنترلی و تعداد کلیدهای شبکه‌‌ی کلید-خازن
(161)
جدول (1-5) مقادیر KVCO به ازای تعداد کلیدها و محدوده‌‌ی ولتاژ کنترلی مختلف
(162)
شکل )3-5( حالت‌‌های فرکانسی به ازای تعداد کلیدهای مختلف
(162)
3-5- اثر غیرخطینگی KVCO بر مشخصه‌‌ی خطینگی حلقه
(163)
)5-8(
(163)
)5-9(
(163)
1-3-5- فرم کلی فرکانس خروجی نوسانگر با KVCO غیرایده‌‌آل
(163)
)5-10(
(163)
)5-11(
(163)
2-3-5- مدل خطی KVCO
(164)
)5-12(
(164)
)5-13(
(164)
)5-14(
(164)
شکل )4-5( مدل خطی KVCO متغیر به ازای E=0، E=80M و E=160M
(164)
3-3-5- مدل سهموی
(165)
)5-15(
(165)
)5-16(
(165)
)5-17(
(165)
)5-18(
(165)
)5-19(
(165)
)5-20(
(165)
شکل )5-5( مدل سهموی KVCO متغیر به ازای E=0:0.2:1
(166)
4-3-5- روش اندازه‌‌گیری خطای غیرخطینگی چیرپ
(166)
شکل )6-5( نمونه‌‌ای از چیرپ ایجاد شده در حلقه و رسم خط حالت ایده‌‌آل
(166)
شکل )7-5( سیگنال خطای چیرپ
(167)
5-3-5- شبیه‌‌سازی خطای غیرخطینگی چیرپ با استفاده از مدل‌‌های خطی و سهموی
(167)
شکل )8-5( حلقه‌‌ی قفل فاز مورد استفاده در سیستم رادار خودرو
(167)
جدول (2-5) مشخصات حلقه‌‌ی قفل فاز سیستم
(168)
شکل )9-5( PLL در حضور VCO ایده‌‌آل (الف) ضریب تقسیم حلقه (ب) KVCO (پ) DKVCO (ت) فرکانس خروجی (ث) ولتاژ کنترلی نوسانگر (ج) خطای لحظه‌‌ای چیرپ (چ) خطای RMS خطینگی (ح) خطای RMS خطینگی با صرف نظر از 5/2 درصد ابتدایی چیرپ (خ) خطای غیرخطینگی
(168)
شکل )9-5( PLL در حضور VCO ایده‌‌آل (الف) ضریب تقسیم حلقه (ب) KVCO (پ) DKVCO (ت) فرکانس خروجی (ث) ولتاژ کنترلی نوسانگر (ج) خطای لحظه‌‌ای چیرپ (چ) خطای RMS خطینگی (ح) خطای RMS خطینگی با صرف نظر از 5/2 درصد ابتدایی چیرپ (خ) خطای غیرخطینگی
(168)
شکل )10-5( PLL در حضور VCO با گین خطی (الف) ضریب تقسیم حلقه (ب) KVCO (پ) DKVCO (ت) فرکانس خروجی (ث) ولتاژ کنترلی نوسانگر (ج) خطای لحظه‌‌ای چیرپ (چ) خطای RMS خطینگی (ح) خطای RMS خطینگی با صرف نظر از 5/2 درصد ابتدایی چیرپ (خ) خطای غیرخطینگی
(169)
شکل )10-5( PLL در حضور VCO با گین خطی (الف) ضریب تقسیم حلقه (ب) KVCO (پ) DKVCO (ت) فرکانس خروجی (ث) ولتاژ کنترلی نوسانگر (ج) خطای لحظه‌‌ای چیرپ (چ) خطای RMS خطینگی (ح) خطای RMS خطینگی با صرف نظر از 5/2 درصد ابتدایی چیرپ (خ) خطای غیرخطینگی
(169)
شکل )11-5( ولتاژ کنترلی VCO با گین خطی در داخل PLL به ازای مقادیر مختلف E
(170)
شکل )12-5( ERMS به ازای DKVCO پیش‌‌بینی شده با استفاده از مدل خطی KVCO
(170)
شکل )13-5( PLL در حضور VCO با گین سهموی (الف) ضریب تقسیم حلقه (ب) KVCO (پ) DKVCO (ت) فرکانس خروجی (ث) ولتاژ کنترلی نوسانگر (ج) خطای لحظه‌‌ای چیرپ (چ) خطای RMS خطینگی (ح) خطای RMS خطینگی با صرف نظر از 5/2 درصد ابتدایی چیرپ (خ) خطای غیرخطینگی
(171)
شکل )13-5( PLL در حضور VCO با گین سهموی (الف) ضریب تقسیم حلقه (ب) KVCO (پ) DKVCO (ت) فرکانس خروجی (ث) ولتاژ کنترلی نوسانگر (ج) خطای لحظه‌‌ای چیرپ (چ) خطای RMS خطینگی (ح) خطای RMS خطینگی با صرف نظر از 5/2 درصد ابتدایی چیرپ (خ) خطای غیرخطینگی
(171)
شکل )14-5( ولتاژ کنترلی VCO با گین سهموی در داخل PLL به ازای مقادیر مختلف E
(172)
شکل )15-5( ERMS به ازای DKVCO پیش‌‌بینی شده با استفاده از مدل سهموی KVCO
(172)
شکل )16-5( Lin به ازای DKVCO پیش‌‌بینی شده با استفاده از مدل سهموی KVCO
(172)
4-5- رویه‌‌ی عمر نوسانگر
(173)
شکل )17-5( رویه‌‌ی عمر نوسانگر به ازای ولتاژهای اکسید و مساحت‌‌های مختلف
(173)
5-5- تأثیرگذاری رزونانس امپدانس مد مشترک در باند K
(173)
جدول (3-5) مشخصات نوسانگر برای آزمایش جاروب فرکانس مد دیفرانسیل
(174)
شکل )18-5( بررسی اثر مهندسی هارمونیک بر مشخصات مدار در باند K، جاروب فرکانس رزونانس مد مشترک به ازای fDM=20GHz
(174)
شکل )19-5( FOM نوسانگر به ازای جاروب فرکانس رزونانس امپدانس مد مشترک در آفست‌‌های مختلف با fDM=20GHz
(175)
شکل )20-5( FOM نوسانگری با fcm=2fdm در آفست‌‌های مختلف به ازای جاروب فرکانس مد دیفرانسیل fDM
(176)
شکل )21-5( شکل موج خروجی نوسانگر (الف) fDM=1GHz (ب) fDM=20GHz
(176)
شکل )22-5( سهم نویز فلیکر و حرارتی در نویز فاز کل در آفست 1 مگاهرتز که به فرکانس 77 گیگاهرتز نرمالیزه شده‌‌اند
(176)
6-5- سهم نویز ترانزیستور در نوسانگر کلاس B2-E در فرکانس‌‌های مختلف
(177)
شکل )23-5( شماتیک نوسانگر کلاس B2-E جهت بررسی اثر فرکانس مرکزی نوسانگر بر مشخصه‌‌ی نویز فاز
(177)
شکل )24-5( (الف) FOM نوسانگر در آفست 1 مگاهرتز (ب) نویز فاز نوسانگر در آفست 1 مگاهرتز نرمالیزه شده به فرکانس 77 گیگاهرتز
(178)
شکل )25-5( (الف) دامنه‌‌ی ولتاژ هارمونیک اول خروجی (ب) توان مصرفی نوسانگر
(178)
شکل )26-5( سهم نویز فاز ترانزیستور و نویز فاز کل در آفست 1 مگاهرتز نرمالیزه شده به فرکانس 77 گیگاهرتز
(178)
7-5- طراحی نوسانگر کلاس B2-E کنترل‌‌شونده با ولتاژ برای کاربرد رادار خودرو
(179)
1-7-5- نحوه‌‌ی اتصال نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ به مقسم فرکانسی و بافر تست
(179)
شکل )27-5( شمای کلی نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ به همراه بافر
(179)
2-7-5- طراحی نوسانگر کلاس B2-E
(180)
شکل )28-5( نوسانگر کلاس B2-E برای کاربرد رادار خودرو
(180)
شکل )29-5( شبکه‌‌ی واراکتور خطی‌‌سازی شده
(182)
جدول (4-5) سهم نویز ترانزیستور و مقاومت R در شبکه‌‌ی واراکتور 3 تایی
(183)
شکل )30-5( شبکه‌‌ی واراکتور پیشنهادی
(183)
جدول (5-5) مقادیر المانهای نوسانگر و نحوه‌‌ی انتخاب آن‌‌ها
(184)
3-7-5- بافرهای درایور مقسم فرکانسی و بافر تست
(185)
)5-21(
(185)
شکل )31-5( بافر مقاومتی استفاده شده در Buf1 و Buf2
(186)
شکل )32-5( مدار معادل بافر مقاومتی برای محاسبه‌‌ی ادمیتانس ورودی [48]
(186)
جدول (6-5) مقادیر المانهای بافرهای مقاومتی
(187)
شکل )33-5( شماتیک بافر تست درایوکننده‌‌ی 50 اهم
(187)
جدول (7-5) مقادیر المانهای بافر تست Buf50
(187)
8-5- جانمایی مدار‌‌ها
(188)
شکل )34-5( نمای کلی نوسانگر به همراه بافرها و مقسم فرکانسی
(188)
1-8-5- جانمایی نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ
(188)
شکل )35-5( نمای سه بعدی نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ
(189)
شکل )36-5( اتصالات هسته و اثر آن بر نویز فاز نوسانگر در آفست 1 مگاهرتز
(189)
شکل )37-5( سلف تانک و محل قرارگیری شبکه‌‌ی تنظیم فرکانس (الف) افزایش طول پاهای سلف و قرارگیری شبکه‌‌ی تنظیم در خارج از محدوده‌‌ی گارد رینگ سلف (ب) سلف در حالت معمولی و قرارگیری شبکه‌‌ی تنظیم فرکانسی در داخل گاردرینگ سلف
(190)
شکل )38-5( مقایسه‌‌ی ضریب کیفیت سلف شماتیکی، سلف EM شده و سلف با پاهای امتداد داده شده
(191)
2-8-5- جانمایی بافر درایور 50 اهم
(192)
شکل )39-5( نمای سه بعدی جانمایی بافر درایور 50 اهم
(192)
9-5- نتایج شبیه‌‌سازی
(192)
1-9-5- شکل موج خروجی
(192)
شکل )40-5( سیگنال VGS ترانزیستور در ساختار EM شده
(193)
شکل )41-5( سیگنال درین ترانزیستورهای هسته در ساختار EM شده
(193)
شکل )42-5( شکل موج جریان در ساختار EM شده
(194)
2-9-5- محدوده‌‌ی تنظیم فرکانسی
(194)
شکل )43-5( حالت‌‌های فرکانسی ساختار به ازای ولتاژهای کنترلی و حالت‌‌های متعدد در ساختار EM شده
(194)
)5-22(
(194)
)5-23(
(195)
شکل )44-5( توابع کنترلی پیشنهادی به ازای حالت‌‌های مختلف شبکه کلید-خازن (x=0 همه‌‌ی کلیدها خاموش و x=7 همه‌‌ی کلیدها روشن) در ساختار EM شده
(195)
شکل )45-5( KVCO و DKVCO نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ در ساختار EM شده
(196)
شکل )46-5( تقریب حالت فرکانسی ساختار EM شده با نمودار درجه سه
(196)
شکل )47-5( الف) سیگنال چیرپ تولید شده با استفاده از نوسانگری با حالت فرکانسی نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ ساخته شده (ب) سیگنال خطای چیرپ لحظه‌‌ای و خطای RMS با صرف نظر کردن از 6 درصد ابتدایی از سیگنال چیرپ
(197)
3-9-5- نویز فاز، مصرف توان و FOM نوسانگر
(197)
شکل )48-5( نویز فاز نوسانگر در آفست‌‌های (الف) 10 کیلوهرتز (ب)100 کیلوهرتز (پ) 1 مگاهرتر و (ت) توان مصرفی نوسانگر در گوشه‌‌ی TT و دمای 25 درجه در ساختار EM شده
(198)
شکل )49-5( نویز فاز نوسانگر در آفست‌‌های (الف) 10 کیلوهرتز (ب)100 کیلوهرتز (پ) 1 مگاهرتر و (ت) توان مصرفی نوسانگر در گوشه‌‌ی TT و دمای 125 درجه در ساختار EM شده
(198)
شکل )50-5( نویز فاز نوسانگر در آفست‌‌های (الف) 10 کیلوهرتز (ب)100 کیلوهرتز (پ) 1 مگاهرتر و (ت) توان مصرفی نوسانگر در گوشه‌‌ی FF و دمای 25 درجه در ساختار EM شده
(199)
شکل )51-5( نویز فاز نوسانگر در آفست‌‌های (الف) 10 کیلوهرتز (ب)100 کیلوهرتز (پ) 1 مگاهرتر و (ت) توان مصرفی نوسانگر در گوشه‌‌ی FF و دمای 125 درجه در ساختار EM شده
(199)
شکل )52-5( نویز فاز نوسانگر در آفست‌‌های (الف) 10 کیلوهرتز (ب)100 کیلوهرتز (پ) 1 مگاهرتر و (ت) توان مصرفی نوسانگر در گوشه‌‌ی SS و دمای 25 درجه در ساختار EM شده
(200)
شکل )53-5( نویز فاز نوسانگر در آفست‌‌های (الف) 10 کیلوهرتز (ب)100 کیلوهرتز (پ) 1 مگاهرتر و (ت) توان مصرفی نوسانگر در گوشه‌‌ی SS و دمای 125 درجه در ساختار EM شده
(200)
4-9-5- ضریب Kpush و اثر نویز تغذیه
(201)
)5-24(
(201)
جدول (8-5) KPush چند نمونه از VCO باند K
(201)
شکل )54-5( بیشینه نویز تغذیه‌‌ی مجاز به ازای جاروب KPush برای نوسانگری با FOM=187dBc/Hz، PDC=17mW و f=19GHz
(202)
شکل )55-5( سیگنال Kpush نوسانگر کلاس B2-E به ازای جاروب ولتاژ تغذیه و ولتاژهای کنترلی متعدد و بیشینه‌‌ی مقدار Kpush به ازای سیگنال‌‌های متعدد کنترلی
(202)
)5-25(
(202)
شکل )56-5( اثر نویز تغذیه بر نویزفاز آفست ۱ مگاهرتز در ساختار EM شده
(203)
شکل )57-5( شیب تخریب نویز فاز به ازای نویز تغذیه‌‌های متعدد در ساختار EM شده
(203)
شکل )58-5( Bootstrap کردن نویز تعذیه به مدار با استفاده از فیلتر حلقه
(204)
شکل )59-5( اثر نویز تغذیه بر نویزفاز آفست ۱مگاهرتز در ساختار EM شده باBootstrap کردن تغذیه در ساختار EM شده
(204)
شکل )60-5( شیب تخریب نویز فاز به ازای نویز تغذیه‌‌های متعدد پس از Bootstrap کردن در ساختار EM شده
(204)
5-9-5- توان خروجی بافر تست 50 اهم
(205)
شکل )61-5( توان خروجی بافر درایوکننده‌‌ی 50 اهم در ساختار EM شده
(205)
10-5- نتیجه‌‌گیری
(205)
جدول (9-5) نتایج نهایی شبیه‌‌سازی الکترومغناطیسی نوسانگر کنترل‌‌شونده با ولتاژ
(206)
جدول (10-5) مقایسه‌‌ی نوسانگر با برخی دیگر از نوسانگرهای باند K
(206)
شکل )62-5( جانمایی نهایی چیپ ساخته شده
(207)
فصل 6: نتیجه‌‌گیری
(208)
فصل 7: پیشنهاد پژوهشی
(211)
منابع و مأخد
(213)
55. غفاری، علیرضا (1397). طراحی نوسان‌ساز موج میلیمتری با نویز فاز کم و بازدهی بالا در تکنولوژیCMOS ، پایاننامه کارشناسی ارشد، چاپ شده دانشگاه صنعتی شریف
(217)
