الف

 

ب

 

 

 

نوسان‌ساز LC . الف: کلاسیک. ب: پیشنهادی [۳۲]
در مدل مرسوم ساختار کراس کوپل ولتاژ خروجی مستقیما روی گیت قرار می­گیرد ولی در مدل مورد بررسی، گیت بطور مجزا بایاس می­ شود. مقدار V_B و R_B نشان داده شده در شکل به­گونه ­ای تعیین می­ شود که سطح DC گیت کمتر از سطح DC ولتاژ خروجی باشد(R_B>>R_P , V_B<V_DD). ولتاژ AC خروجی نیز از طریق خازن C_B به گیت ترانزیستورها اعمال می­ شود. نمودار ولتاژ خروجی و جریان درین ترانزیستورها در حالت پالسی­تر شدن در شکل (۲-۵۵) نشان داده شده است. منحنی خط­چین جریان ترانزیستورها در حالت مرسوم را بیان می­ کند. همان­طور که مشاهده می­ شود، در حالت پالسی­تر جریان، زاویه هدایت ترانزیستور کاهش یافته است و متناسبا سطح DC تابع حساسیت ضربه کاهش می­یابد و نویز فاز بهتر می­ شود.
V_B در اینجا کلید طراحی است. اگر V_B=V_DDباشد نوسان‌ساز­­­ همان نوسان‌ساز­­­ LCمعمول می­ شود. هرچه V_B کمتر شود ترانزیستورها به ازای دامنه بزرگتری از خروجی هدایت می­ کنند و
منحنی­های V_o و I_d و  نوسان‌سازهای شکل (۲-۵۴ ب)
جریان ترانزیستورها به پالسی نزدیکتر می­ شود(شکل (۲-۵۶))،ولی V_B را نمی­ توان خیلی کوچک اختیار کرد زیرا با ترانزیستور دنباله محدود می­ شود، بدین طریق که با کاهش V_B ولتاژ Ncs یا همان ولتاژ درین ترانزیستور دنباله کاهش می­یابد، بعبارتی ولتاژ درین سورس ترانزیستور دنباله کاهش یافته و سبب می شود که این ترانزیستور به تریود رود، نتیجتا دامنه خروجی کاهش یافته و نویز فاز را خراب می­ کند. برای V_Bهای خیلی کوچک نیز ترانزیستور دنباله به تریود عمیق رفته و دیگر شرایط نوسان نوسان‌ساز­­­ فراهم نمی­ شود.

و  نوسان‌ساز شکل (۲-۵۴ ب) به ازای V_Bهای مختلف
مشکل این ساختار این است که منبع جریان دنباله و خازن موازی با آن مانع از افزایش دامنه نوسان خروجی شده و نمی­ توان بایاس گیت را از سطح خاصی کمتر کرد زیرا ترانزیستورها به تریود رفته و نویزفاز را خراب می­ کند.

 

 

•  

 

 

 

 

 

•  

 

 

•  

 

 

 

 

 

 

 

• شبکه­ بایاس آینه­ جریان به منظور شکل­دهی جریان ترانزیستورهای سوئیچ

 

 

در ادامه­ ساختارهای قبل در راستای شکل­دهی جریان و کاهش نویز فاز، برای افزایش دامنه نوسان در [۳۲] شبکه بایاس RC برداشته شده و یک شبکه بایاس جدید برای نوسان‌ساز­­­های کلاس C ارائه شده است[۳۴]. شکل (۲-۵۷). مشاهده می­ شود که ترانزیستورهای با اتصال دیودی، شبکه­ بایاس با امپدانس کمی را در گیت ترانزیستورهای Cross-Coupled ایجاد می­ کند.( M₃ و M₄ جریان M₁ و M₂ را آینه می­ کند.) در این طراحی نیاز به مقاومت­های بزرگ با امپدانس زیاد در شبکه­ بایاس رفع شده است که حجم زیادی را در نوسان‌ساز­­­ نسبت به [۳۲] اشغال می­ کند. برای داشتن یک تزویج خوب از سیگنال خروجی به گیت، خازن گیت سورس ترانزیستورهای بایاس (M₃ و M₄) باید کاملا کوچک نگه داشته شوند. بنابراین ابعاد ترانزیستورهای بایاس در این طراحی کوچک انتخاب می­شوند. از آنجایی که هیچ بایاس جریانی در دنباله استفاده نشده است، به ترانزیستورهای M₁ و M₂ اجازه داده می­ شود تا همدیگر را سوئیچ کنند و سوئینگ ولتاژ خروجی را افزایش دهد. بنابراین M₁ و M₂ ناحیه قطع عمیقی را تجربه می­ کنند. از جمله فواید دیگر این ساختار بکار بردن اتصالات دیودی ترانزیستورها بعنوان شبکه بایاس است که سطح کمتری نسبت به شبکه ­های RC یا RL اشغال می­ کند.

نوسان‌ساز کلاس C با سوئینگ نوسان بالا[۳۴]
از جمله معایب این ساختار مصرف توان بالاتر آن نسبت به نوسان‌ساز­­­ LC مرسوم بدلیل حذف منبع جریان دنباله است. شکل(۲-۵۸) شبیه­سازی سوئینگ نوسان و نویز فاز ساختار مورد بررسی را نشان می­دهد.

سوئینگ ولتاژ و نویز فاز نوسان‌ساز شکل (۲-۵۷)

 

 

•  

 

 

 

 

 

• ضریب شایستگی ( FOM )

 

 

^[۳۱]FOM کمیتی برای ارزیابی عملکرد نوسان‌ساز­­­ می­باشد. نویز فاز با پارامترهایی مانند توان مصرفی و فرکانس نوسان در تضاد است. به عبارت دیگر با افزایش فرکانس نویز فاز افزایش یافته و با افزایش توان مصرفی طبیعتا دامنه نوسان افزایش یافته و متعاقبا نویز فاز کاهش می­یابد. بنابراین برای اینکه بتوان مقایسه­ درستی با دیگر طرح­ها داشت پارامتر FOM تعریف شده است که رابطه­ بین نویز فاز، توان مصرفی و فرکانس نوسان را بیان می­ کند و در رابطه­ (۲-۵۷) نشان داده شده است.

در رابطه­ (۲-۵۷)  افست فرکانسی از فرکانس نوسان،  نویز فاز نوسان‌ساز­­­ در افست فرکانسی  و  توان مصرفی نوسان‌ساز­­­ بر حسب میلی­وات می­باشد. معیار FOM هرچه برای یک نوسان‌ساز­­­ بزرگ­تر باشد نشان­دهنده عملکرد بهتر آن نوسان‌ساز­­­ می­باشد.

 

 

•  

 

 

 

 

 

• خلاصه­ی فصل

 

 

در این فصل اصول کلی نوسان نوسان‌ساز­­­ها بررسی شد و در بین انواع نوسان‌ساز­­­های CMOS معرفی شده، به دلایلی که در متن توضیح داده شد نوسان‌ساز­­­ LC به عنوان مهمترین و پرکاربردترین نوسان‌ساز­­­ در مدارات فرکانس بالا معرفی شد. همچنین نویز به عنوان یکی از مهمترین پارامترها در توصیف عملکرد یک نوسان‌ساز­­­ برشمرده شد. بنابراین به معرفی مهمترین منابع نویز در نوسان‌ساز­­­ LC که نوسان‌ساز­­­ مورد بررسی در این پایان نامه است پرداخته و چند نمونه از روش­های ارائه شده توسط طراحان برای کاهش اثر نویز در تغییر فاز خروجی بررسی شده است. بدلیل اهمیت مسئله نویز فاز در نوسان‌ساز­­­ها در این پایان نامه نیز تلاش بر این است تا بتوان ساختاری برای نوسان‌ساز­­­های LC ارائه کرد که عملکرد نویز فاز خوبی داشته باشد.

 

 

• فصل سوم

 

 

 

• طراحی یک نوسان‌سازLC

 

 

 

• با جریان شکل­دهی شده ترانزیستورها

 

 

 

 

 

•