عنوان پایان‌نامه
بررسی و مدلسازی اثرات پارازیتیکی و نویز زیر لایه در تقویت کننده کم نویز و نوسانگر کنترل شده با ولتاژ در فرکانس ۵ گیگا هرتز
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 38351;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 1445
- تاریخ دفاع
- ۱۴ مرداد ۱۳۸۷
- دانشجو
- ثریا اقنوت
- استاد راهنما
- ناصر معصومی
- چکیده
- چکیده امروزه، تقاضا برای کاهش ابعاد و قیمت تجهیزات الکترونیکی موجب شده است که تمایل به مجتمع¬سازی بخش¬های فرکانس رادیویی و آنالوگ به همراه بخش¬های دیجیتال بر روی یک تراشه ، فزونی یابد. اما یکی از مهمترین چالش¬ها بر سر راه پیاده¬سازی یک سیستم بر روی یک تراشه ، بروز تداخل¬های ناخواسته است. زیرا نویز کلیدزنی ناشی از مدارهای دیجیتال می¬تواند با انتشار در داخل زیرلایه و خطوط تغذیه و زمین، خود را به مدارهای آنالوگ حساس برساند و موجب کاهش کارایی آنها گردد. به همین دلیل، تزریق نویز زیرلایه را می¬توان تنگنای اصلی در طراحی مدارهای مجتمع سیگنال مختلط و پیاده¬سازی سیستم¬های تک تراشه¬ای دانست. در این پژوهش، به منظور شناخت هر چه بیشتر اثرات نامطلوب نویز زیرلایه بر مدارهای آنالوگ حساس، نخست با بررسی منابع تولید نویز زیرلایه، اتصالات میانی حاوی سیگنال¬های پرسرعت را به عنوان یک منبع مهم تولید نویز زیرلایه معرفی می¬کنیم. سپس به بررسی اثر نویز زیرلایه بر یکی از متداول¬ترین ساختارهای نوسانگرهای سلفی- خازنی کنترل شده با ولتاژ می¬پردازیم. برای این هدف پس از رسم جانمایی مدار، مدل مداری زیرلایه را استخراج و آن را به فهرست اتصالات نوسانگر اضافه می¬کنیم و با تزریق نویز زیرلایه، رفتار نوسانگر را مورد مطالعه قرار می¬دهیم. نشان می¬دهیم که اتصال زمین مدار نوسانگر، مسئول اصلی پذیرش نویز زیرلایه است. با تکیه بر این دانش و با استفاده از روابط مداری، نشان خواهیم داد که نویز زیرلایه چگونه موجب بروز نوسان در ولتاژ خروجی نوسانگر و در نهایت بروز نویز فاز می¬گردد. در مرحله بعد با انتخاب یکی از متداول¬ترین ساختارهای تقویت کننده کم نویز ، اثر نویز زیرلایه بر عملکرد آن را مورد بررسی قرار می¬دهیم. در این قسمت با شبیه¬سازی سیگنال نویز زیرلایه به صورت مشتق سیگنال پالسی، اثر آن بر تقویت کننده کم نویز را مورد مطالعه قرار می¬دهیم. ملاحظه خواهیم کرد که تزریق نویز زیرلایه موجب بروز تعداد بسیار زیادی مولفه¬های ناخواسته در طیف خروجی تقویت کننده کم نویز می¬گردد. در ادامه و با بررسی فرکانسی اثرات نویز زیرلایه بر طیف خروجی تقویت کننده کم نویز، به مدلی ساده، کارآمد و دقیق برای پیشگویی اثر نویز زیرلایه بر تقویت کننده کم نویز تک انتهایی می¬رسیم. این مدل می¬تواند برای پیش¬بینی اثرات نویز زیرلایه بر مدار تقویت کننده کم نویز تک انتهایی در مراحل اولیه طراحی بکار رود تا از بروز اشکالات احتمالی ناشی از نویز زیرلایه در مرحله پس از پیاده¬سازی، جلوگیری بعمل آورد.
- Abstract
- Abstract Nowadays, the demand for lower cost and smaller size of IC's has motivated the integration of radio-frequency (RF) analog circuits with baseband digital circuitry to realize system-on-chip (SoC) designs. One of the most significant challenges in the realization of SOC is the unwanted interference. Digital switching noise, also called substrate noise, travels through the supply lines and the conductive silicon substrate degrading the performance of sensitive RF/analog circuits. Therefore, the substrate noise is becoming a major obstacle for single chip integration. In this research, following the study of the most significant sources of the substrate noise, we introduce the long interconnect lines driving GHz switching clocks as a significant source of the substrate noise. As a part of this research, we investigate the effects of the substrate noise on the performance of a commonly used LC-Tank VCO. So, after drawing the layout and extracting the substrate model as a three dimensional resistive-capacitive network, we simulate the VCO circuit including the substrate network. We show that the coupling through the analog ground of the VCO is the main mechanism of the substrate noise coupling which degrades the VCO performance. Then, using analytical expressions, we derive the output voltage fluctuations and the phase noise degradations caused by the substrate noise. Furthermore, we study the effects of substrate noise on the performance of a commonly used single-ended LNA in a lightly doped substrate. We consider the substrate noise as an impulse-form signal and simulate its impact on the LNA. We see that the substrate noise causes many spurious tones to appear in the LNA output spectrum. Then, by studying the effects of the substrate noise in the frequency domain, we propose a new and efficient modeling method to predict, prior to processing, the LNA performance degradation due to the substrate noise. The proposed methodology facilitates the estimation of the substrate noise effects in the early stages of a design. As a verification, we have shown that for various amplitudes of the substrate noise and within a wide range of the frequency, the accuracy of the results is better than 87%.
