دانلود ترجمه مقاله تولید سیگنال CMOS 85 تا 127 گیگاهرتز با استفاده از VCO چهارتایی با کوپلینگ غیرفعال (آی تریپل ای 2015)

تولید سیگنال CMOS 85 تا 127 گیگاهرتز با استفاده از VCO چهارتایی با کوپلینگ غیرفعال و ترکیب هارمونیک پهن باند برای طیف‌سنجی چرخشی

85-to-127 GHz CMOS Signal Generation Using a Quadrature VCO With Passive Coupling and Broadband Harmonic Combining for Rotational Spectroscopy

چکیده
1 مقدمه
2 طراحی مولد سیگنال
3 طراحی مدار پیشنهادی
4 نتایج پیاده‌سازی و اندازه‌گیری
5 نتیجه‌گیری
منابع

چکیده
تربیع LC-VCO با کوپلینگ  (تزویج) پسیو و ترکیب هارمونیک باندپهن برای گسترش 4 برابری فرکانس و القاگرهای  NMOS متغیر سوئیچی به‌منظور تولید سیگنال‌هایی در فرکانس 85 تا 127 گیگاهرتز در CMOS با اندازه 65 نانومتر قرار می‌گیرند. کوپلینگ تربیع پسیو ، نیاز به Tبایاس باندپهن روی تراشه را رفع می‌کند، درحالی‌که مصرف انرژی، نویز فاز و تلفات تئوری تبدیل برای تولید هارمونیک مرتبه چهارم را به اندازه 3 دسی‌بل بیشتر از برهم‌کنش (تطابق) خطی کاهش می‌دهد. بازه تنظیم فرکانس 39٪ حداقل 4 برابر بیشتر از سایر کاربردهای CMOS دارای فرکانس مرکزی بیش از 90 گیگاهرتز است. در زمان مصرف انرژی 30 تا 45 میلی‌وات از یک منبع تغذیه 1.5 ولت، توان خروجی اندازه‌گیری شده از 15 تا 23 dBm متغیر است و نویز فاز نیز در آفست 10 مگاهرتز از 108 تا 102 dBc/Hz بالاتر از بازه فرکانس خروجی تغییر می‌کند. این مشخصه‌ها برای استفاده در طیف‌نمایی چرخشی با موج میلی‌متری مناسب است.

2- طراحی مولد سیگنال
بازه تنظیم فرکانس حدود 50% در 100 گیگاهرتز و بالاتر برای طیف‌نمایی چرخشی در هر فناوری الکترونیکی ازجمله CMOS چالش‌برانگیز است. دشواری کار در برقراری تعادل بین تنظیم فرکانس و فرکانس کار است، و از این واقعیت ناشی می‌شود که ظرفیت ترانزیستورهای مورد نیاز برای ادامه کار، به‌صورت نسبتی از ظرفیت LC (تعیین‌کننده فرکانس کار) افزایش می‌یابد. این مسئله با این واقعیت تشدید می‌شود که ضریب کیفیت ورکتور ها و ظرفیت پارازیتی ترانزیستورها با فرکانس کاهش می‌یابد که به‌نوبه خود موجب افزایش عرض ترانزیستورهای مورد نیاز برای حفظ نوسان و همچنین ظرفیت آن‌ها می‌گردد. به همین دلیل اکثر مدارهای مولد سیگنال CMOS با فرکانس‌های نوسان پایه بیشتر از 90 گیگاهرتز از ورکتورهای کوچک استفاده می‌کنند [13] – [15] و یا حتی هیچ ورکتوری ندارند [16]. اخیراً، فناوری‌های تنظیم فرکانس مغناطیسی بر مبنای ترانسفورماتورها و ورکتورها مطرح شده است [10]، [11] و همان‌طور که ذکر شد از آن‌ها برای تشریح اسیلاتور 57.5 تا 190 گیگاهرتزی استفاده شده است [10]. بااین‌حال، این مدارها اغلب دارای شکاف‌های تنظیم فرکانس هستند [10]، [17].

این محدودیت‌ها می‌تواند در ابتدا (که دستیابی به فرکانس‌های فوق‌العاده گسترده آسان است) با تولید سیگنال در فرکانس‌های نسبتاً پایین رفع شود. سپس با استفاده از فناوری‌های گسترش فرکانس باندپهن می‌توان سیگنال مورد نظر در فرکانس دلخواه را تولید کرد. ازآنجاکه گسترش فرکانس تلفات را افزایش می‌دهد، تولید سیگنال با فرکانس تا حد امکان بالا یک مسئله مهم است.

بر اساس این ملاحظات، یک روش تولید فرکانس مناسب برای طیف‌نمایی چرخشی 180 تا 300 گیگاهرتز پیشنهادی در [1] مطابق شکل 1 نشان داده شده است. ویژگی مهم این سیستم کارکردن VCO در ابتدای بازه فرکانس موج میلی‌متری است تا سیگنال‌های پایه در فرکانس 22.5 تا 37.5 گیگاهرتز تولید کند. دوما، دو VCO مشابه با یک کوپلینگ تربیع پسیو و یک شبکه ترکیب فاز برای تولید هارمونیک مرتبه چهارم در فرکانس‌های بین 90 تا 150 گیگاهرتز به یکدیگر متصل می‌شوند. برای ترکیب فرکانس، می‌توان از یک حلقه قفل فاز به‌منظور قفل خروجی پایه VCO استفاده کرد. بنابراین، این طرح نه‌تنها نیاز به طراحی اسیلاتور تنظیم گسترده در فرکانس بالا را رفع می‌کند، بلکه چالش‌های طراحی PLL را نیز کاهش می‌دهد، زیرا فقط باید سیگنال‌ها را در بازه 22.5 تا 37.5 گیگاهرتز نگه دارد.