بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله پروسه کامل تحلیل، طراحی و شبیهسازی یک تقویتکننده کم نویز فراپهنباند با جزئیات کامل و دقیق به همراه مسائل و چالشهای مهم پیرامون فراهم ساختن شرایط برای تحقق پوشش کامل باند فراپهن از فرکانس 3/1 تا 10/6 گیگاهرتز، کاهش عدد نویز پایین ، بالا بردن ضریب شایستگی و ... ارائه شد.
پهنای باند بسیار بالا و 7/5 گیگاهرتزی تقویتکننده کم نویز پیشنهادی، تطبیق امپدانس مناسب در ورودی و خروجی آن به طوری که پارامترهای S11 و S22 به ترتیب پایینتر از -10/489 و -14/630 دسی بل، بهره ولتاژ و بهره توان نسبتاً بالا به ترتیب برابر با 20/501 و 13/311 دسی بل، عدد نویز خوب در محدوده -2/521 2/149 دسی بل، خطسانی مطلوب در محدوده فرکانس کاری مدار به طوری که شاخص نقطه تقاطع مرتبه سوم - - IIP3 برابر با 0 dBm است، از نقاط قوت برجسته و قابل توجه طرح پیشنهادی میباشد به طوریکه این موارد به ضریب شایستگی - - FOM برابر با +38/25 دسی بل منجر شده است که بسیار قابل توجه میباشد.
-1 مقدمه
انتقال، ذخیره و پردازش اطلاعات از عمدهترین نیرو محرکههای پیشرفت علمی در سالهای اخیر بوده است. برای ارسال اطلاعات از مبدأ و دریافت آنها در مقصد به سیستمهای فرستنده-گیرنده نیاز است. در شکل زیر بلوک دیاگرام یک فرستنده-گیرنده که در فرکانسهای رادیویی کار میکند، نشان داده شده است:
شکل - 1 - بلوک دیاگرام فرستنده-گیرنده فرکانس رادیویی
در سیستمهای مخابراتی فرستنده وظیفه ارسال دادهها با توان نسبتاً بالا را بر عهده داشته و گیرنده مسئول بازیابی اطلاعات ارسالی از سیگنال ضعیف دریافتی که در معرض نویز و تداخل بوده است، میباشد. بنابراین گیرنده میبایست بهره بالا و عدد نویز - NF - پایینی داشته باشد. همانطور که در شکل 1 نیز نشان داده شده است، در سمت فرستنده بلوکهایی چون سنتزکننده فرکانسی ، مبدلهای دیجیتال به آنالوگ - DAC - ، میکسر یا ضربکننده بالا برنده ، فیلترها و نیز تقویتکننده توان قرار دارد و گیرنده نیز شامل بلوکهایی مانند تقویتکننده کم نویز ، میکسر پایین آورنده ، فیلترها و مبدلهای آنالوگ به دیجیتال - ADC - میباشد
-2متن مقاله
در این بخش به معرفی ساختار جدیدی برای تقویتکننده کم نویز فرا پهنباند خواهیم پرداخت که به طور همزمان علاوه بر پوشش کامل باند فرکانسی فراپهن - 3/1 تا 10/6 گیگاهرتز - ، قابلیت کار با ولتاژ تغذیه پایین 1/2 ولتی و به تبع آن توان مصرفی نسبتاً پایینی در مقایسه با دیگر تقویتکنندههای کم نویز فرا پهنباند ارائه شده در سالهای گذشته داشته باشد. طراحی بسیاری از مدارات الکترونیکی به ویژه تقویتکنندههای کم نویز در حقیقت فراهم ساختن شرایطی به منظور ایجاد مصالحه، تعامل و تعادل میان داشتهها یا همان امکانات موجود در دست مهندس طراح مدار و خواستهها یا همان اهداف نهایی یک پروژه است. به همین منظور ابتدا قبل از هر چیز میبایست طراح با چالشهای پیش روی خویش آشنا شده و با آگاهی کامل مبادرت به طراحی مدار مورد نظر خود در فرکانسهای بالا و در تکنولوژیهای کانال کوتاه همانند 180، 130 نانومتر و یا پایینتر از اینها نماید.
1؛-2 طراحی تقویتکننده کم نویز فرا پهنباند در این مقاله ساختار گیت مشترک را برای طبقه ورودی مدار برمیگزینیم. با استفاده از ساختار گیت مشترک میتوان به تطبیق پهنباندتری نسبت به ساختار سورس مشترک دست یافت، علاوه بر این خطسانی ذاتی آن نیز بهتر از ساختار سورس مشترک است ولی عدد نویز آن بیشتر است که میبایست با تدبیر مناسب در انتخاب درست و چینش صحیح المانها و با توجه به محدودیتهای توان مصرفی، میتوان اثر نویز این طبقه را در عدد نویز ساختار پیشنهادی تا حدود زیادی تقلیل داد. از دلایل دیگری که از ساختار گیت مشترک در طبقه ورودی تقویت کننده کمنویز استفاده نمودیم آن است که تطبیق امپدانس ورودی را با کمترین تعداد سلف بر روی تراشه و کاهش ابعاد ساختار پیشنهادی محقق نماییم.
برای افزایش بهره به میزان مطلوب یک طبقه سورس مشترک را میتوان بلافاصله پس از طبقه گیتمشترک ورودی قرار داد زیرا در این صورت بهره حاصل از بستن دو طبقه پشت سر هم که برابر با حاصل ضرب بهره هر یک از این دو به تنهایی میباشد، به طور مناسبی زیاد خواهد شد. ساختارهای کسکود همانند شکل که در حقیقت استفاده مجدد جریان را در آنها شاهد هستیم را میتوان از تغییر در شکل یا فرم قرار گرفتن ساختارهای پشت سر هم بدون کوچکترین تغییری در نوع و مکانیزم تقویتکنندگی هر یک از طبقات تشکیل دهنده آن انجام شود، ایجاد نمود.
شکل - - 2 چینش ساختار گیت مشترک و سورس مشترک بصورت کسکود یا آبشاری
یکی از اهداف اصلی و مهم این پروژه، ارائه یک تقویتکننده کم نویز با ولتاژ و توان مصرفی پایین است، لذا از ساختار کسکود با قابلیت استفاده مجدد جریان در آن استفاده مینماییم. المانهای پسیو موجود میان دو طبقه گیت مشترک - - M1 و سورس مشترک - - M2 به سیگنال RF این امکان را میدهد که ابتدا از میان ترانزیستور M1 عبور نموده و در ادامه از ترانزیستور M2 گذر کند بدون اینکه نیاز به یک مسیر عبور جریان DC اضافی به منظور کشیدن جریان از منبع تغذیه باشد.
