عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت سامانه نوسان ساز با قابلیت تنظیم خطی فرکانس برای کاربرد در طیف نمای فرکانس قابل حمل
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2954;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75302;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2954;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75302
- تاریخ دفاع
- ۲۳ مرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- یاس حسینی طهرانی
- استاد راهنما
- ناصر معصومی
- چکیده
- سامانه نوسان‌ساز فرکانس یکی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین عناصر سامانه‌های الکترونیکی فرکانس بالا است. این سامانه در مواردی نظیر نوسان‌ساز محلی طیف‌نمای فرکانس سوپرهتروداین ، رادار FMCW، درست‌آزمایی خودکار سامانه‌های الکترونیکی و مخابراتی، نظیر تقویت‌کننده توان و یا سامانه اندازه‌گیری بلادرنگ فرکانس، کالیبراسیون سامانه‌های الکترونیکی و دستگاه‌های اندازه‌گیری کاربرد دارد. محدوده باند فرکانسی وسیع، دقت بالای فرکانس، نویز فاز کم و زمان قفل شدن کوتاه، ازجمله مشخصات مطلوب و کلیدی یک سامانه نوسان‌ساز فرکانس است. در این پایان‌نامه پس از بررسی ساختار‌های متفاوت سامانه نوسان‌ساز، ساختار سیگما دلتای کسری با یک حلقه قفل فاز برای پیاده‌سازی سامانه نوسان‌ساز با دقت فرکانسی بالا و پهنای باند وسیع انتخاب می‌شود. در ساختار طراحی‌شده، از روش‌های پیشرفته برای بهبود مشخصات عملکردی سامانه استفاده می‌شود. برای افزایش دقت فرکانسی سامانه نوسان‌ساز الگوریتم جدیدی به نام الگوریتم یاس، برای تنظیم فرکانس پیشنهاد خواهد شد. الگوریتم یاس با تنظیم دقیق‌تر مقدار مقسم فرکانسی در مسیر فید‌بک حلقه قفل‌فاز کسری، دقت فرکانسی سامانه نوسان‌ساز فرکانس را افزایش می‌دهد. الگوریتم یاس و الگوریتم متداول در MATLAB و بخش کنترلی سامانه نوسان‌ساز پیاده‌سازی می‌شوند. نتایج شبیه‌سازی و تست، بیان‌گر دقت فرکانسی بالاتر الگوریتم یاس در مقایسه با الگوریتم متداول است. در ادامه بورد مدار چاپی سامانه نوسان‌ساز فرکانس، با استفاده از نرم‌افزار Pads طراحی‌شده و پس از تحلیل دما با نرم‌افزار Hyper Lynx، ازنقطه‌نظر دما و تغییرات دما اصلاح و بهبود داده می‌شود. درنهایت پس از مونتاژ و ساخت سامانه نوسان‌ساز فرکانس، مشخصات کلیدی سامانه با روش‌های استاندارد و متداول اندازه‌گیری می‌شود. محدوده فرکانس خروجی سامانه نوسان‌ساز، 54 مگاهرتز الی 6800 مگاهرتز است. نویز فاز سامانه در فرکانس 3 گیگاهرتز، با فاصله فرکانس 1 کیلوهرتز برابر با -95 dBc?Hz است. توان و فاز سیگنال خروجی سامانه به ترتیب در محدودهdbm 4- الی dbm 5+ و 0 درجه الی 180 درجه قابل تنظیم است. جریان مصرفی سامانه 300 می‌آمپر است و می‌تواند با باتری لیتیومی کارکند. واژه‌های کلیدی: سامانه نوسان‌ساز فرکانس، حلقه قفل فاز، جاروب خطی، دقت فرکانسی بالا و محدوده فرکانس وسیع.
- Abstract
- Frequency synthesizers play an important and principle role in communication systems. They are found in many modern systems, including radio receivers, mobile telephones, satellite receivers, GPS systems, super-heterodyne spectrum analyzers, FMCW radars, automatic test measurement systems, calibrators, etc. A well-designed frequency synthesizer system should meet relevant requirements such as wide output frequency range, high precision, low phase noise, and fast lock time. General architectures and the basic operation theory of the frequency synthesizer are discussed in this thesis. The proposed frequency synthesizer uses only a single fractional-N PLL to enhance the loop stability and reduce the lock time. Different techniques are employed to improve performance of the system. To demonstrate the validity of the designed system, simulation results are presented. One of the critical challenges in the design and implementation of the frequency synthesizer is proper tuning of the output frequency. The calculation of the N-counter value results in a very fine frequency resolution with no residual frequency error. The conventional frequency tuning algorithm adressed in the literatures, is not capable of providing a high precise frequency. In this thesis a new frequency tuning algorithm, named Yas algorithm is presented. MATLAB simulation and experimental measurement results are presented to confirm the validity and better performance of the Yas algorithm. The schematic and printed circuit board of the system are designed using Pads mentor graphics software. Thermal analyses are performed using HyperLynx Thermal software. Then the optimized thermal printed circuit board of the system is designed. In order to analyze proper operation of the fabricated frequency synthesizer, experimental measurements are performed. The output frequency of the implemented system is ranged from 56MHz to 6.8GHz. The output power is tunable between -4dBm to +5dBm. The system has a phase adjust feature that allows shifting the output phase in relation to the reference oscillator ranged from 0° to 180°. It consumes 300mA and can be powered by a Li-Ion battery. The output phase noise is -95/55dBc/Hz at 1kHz offset from 3GHz. Therefore, the proposed frequency synthesizer can be used for applications, such as oscillator of spectrum analyzer, automatic test equipment, FMCW radars, high-performance clock source for high speed data converter, satellite communications, and measurement systems. Keywords: Frequency Synthesizer, Phase Locked Loop, Linear Fequency Sweep, and High precision.
