ارائه کننده: حامد حزنیان
استاد راهنما : دکتر امیر نیک پیک
ناظر داخلی اول : دکتر سعید سعیدی
ناظر خارجی اول : دکتر صمد شیخائی (دانشگاه تهران)
تاریخ : 1402/6/14
ساعت : 8
مکان : سالن جلسات دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

چكيده:

در این پایان‌نامه یک شیفت‌دهنده فاز فعال 5 بیتی با بهره متغیر در فرکانس مرکزی 60 گیگاهرتز در تکنولوژی CMOS-65nm LP معرفی خواهد شد که از یک مدولاتور با تکنیک Source-Switching و مولد تربیعی بر پایه ترانسفورماتور و واحد تنظیم­کننده بهره تشکیل شده است. اغلب شیفت‌دهنده‌های فاز از ساختار سلول گیلبرت استفاده می‌کنند که نیازمند یک مبدل آنالوگ به دیجیتال دقیق است که توان مصرفی شیفت ­دهنده را زیاد می‌کند. همچنین تغییر نقطه کار ترانزیستورهای واحد مدولاتور در ساختار سلول گیلبرت، سبب ایجاد عدم تطابق بین سیگنال­های متعامد I و Q خواهد شد. ساختار سلول گیلبرت به دلیل انباشته شدن ترانزیستورها روی هم، نیازمند ولتاژ تغذیه بزرگتری است که توان مصرفی را افزایش می­دهد. همچنین به دلیل کوچک بودن ولتاژ تغذیه در تکنولوژی های جدید، امکان استفاده از تکنیک استفاده مجدد از جریان با هدف کاهش توان مصرفی وجود ندارد. واحد مدولاتور پیشنهادی این پایان‌نامه، از دو تقویت‌کننده با بهره متغیر (VGA) بر پایه ساختار Source-Switching تشکیل شده است که برخلاف ساختار سلول گیلبرت، نقطه کار ترانزیستورها تغییر نمی­کند و ترانزیستورها نیز روی هم انباشته نخواهند شد. بدین ترتیب ایرادهای ساختار سلول گیلبرت را نخواهد داشت. این ساختار پیشنهادی برای تقویت­کننده، SSVGA نامگذاری شده است. ساختار SSVGA پیشنهادی، در مقایسه VGAهایی با ساختار مشابه، بهره توان را در حدود 2 برابر بهبود بخشیده است و پهنای­باند وسیع­ تری دارد.
برای کاهش سطح Sidelobeها و جبران­سازی خطای بهره بلوک شیفت­دهنده فاز در یک سیستم رادار آرایه فازی متداول، اغلب پس از بلوک شیفت‌دهنده فاز، از بلوک تنظیم‌کننده بهره یا تضعیف‌کننده بهره استفاده می‌شود تا علاوه بر ایجاد شیفت فاز مناسب، دامنه سیگنال­ها را نیز بتوان کنترل کرد. استفاده از این بلوک سبب افزایش ابعاد تراشه و در نتیجه افزایش هزینه خواهد شد. شیفت­دهنده فاز معرفی شده در پایان­نامه، قابلیت تنظیم بهره و شیفت ­فاز را توأمان دارد که می­تواند 20.6 dB کنترل بر روی بهره و 360 درجه کنترل بر روی شیفت­ فاز داشته باشد. شیفت­دهنده فاز پیشنهادی پایان­ نامه با استفاده از مدولاتور بر پایه SSVGA،  استفاده از تکنیک Current-reuse با هدف کاهش توان مصرفی و تکنیک Staggered-tuning با هدف افزایش پهنای­ باند، به توان مصرفی5 mW و پهنای‌باند متوسط 18 GHz با ماکزیمم بهره 1.2 dB دست یافته شده است. در در محدوده فرکانسی 53.5-71.5 گیگاهرتز، مقدار موثر خطای بهره برابر با 0.23-0.5 dB و مقدار موثر خطای فاز0.54-2.65  درجه است که با استفاده از کالیبراسیون فاز بدست آمده است.