Itra Wideband много безжични трансивъри се захранват от батерии, това е колебанието на напрежението е максимално. Отвъд това ниво на колебание, повишаването на тока ще стане фаза на отпадъчна мощност3 Единичен транзистор Осцилаторност положителна обратна връзка, осигурена от активно устройство В осцилатора Хартли lc мрежата има два индуктора и др. Nmosamplifier е свързан в обща конфигурация на порта Капацитетът C3 има един порт или друг порт, свързан към L2. Няма начин да замените този капацитет с товарния капацитетMLIL當Фиг. 1 AC еквивалентна схема a) Colpitts VCO с товарна бобина b) Hartley Осцилатор VCO с един превключвател (SS-vCO) и VCO с двоен превключвател (DS-vCO), използвани при проектирането на интегрирани осцилатори Фигура 2 показва опростената схема на двете топологии
Транспроводимостта в двете вериги, която се задава от отклонението За да се контролира отрицателното съпротивление и следователно да се зададе амплитудата на трептенията, използва се опашка (транзистор M3 на Фиг. 2(a), който намалява височината на трептенията, влияе върху [n ss -vCo два интегрирани индуктора или единичен диференциален индуктор с централно отклоняване може да бъде свързан с транскондуларния механизъм в Ds-vco, отколкото в CO. Танансите намаляват както честотата на трептене на tuni. Амплитудата на трептене на DS-vCO, за идентични резонатори и еднаква консумация на енергия, се очаква да да бъде два пъти по-голям от този в SS-vCo [2] По този начин DS-ntechopen
Свръхшироколентови осцилатори7 3 интегрирани пасивни индуктора влияят на характеристиките на фазовия шум и определят разсейването на мощността Тъй като pid броят на металните слоеве се увеличава, качеството (Q) на пасивите обикновено се подобрява Типични стандартни промени на включване от няколко nH с Q, вариращо от 2-10 (за честоти под 6 GHz), в зависимост от кондензатори и резистори Въпреки това, планарната индуцираща област неефективна структура, ctors често се нуждаят от големи loore широко внедрени поради техния плосък Q и стандартните процеси Типични структури на спирален индуктор на чипа са показани на Фигура 12, които се състоят от образуване на множество квадратни, осмоъгълни или кръгли спираловидни навивки. Правенето на индуктор по-широк намалява серийното съпротивление и следователно има положителен ефект върху определена степен [12 Това обаче би увеличило капацитета на намотката и допълнително намалило резонансната честота максималната ширина на метала (обикновено е около 15-30 um) обикновено се установява с помощта на оптимизация за Спиралата обикновено се прилага най-достъпния метален слой с по-голяма дебелина от долните метални слоеве, което помага за намаляването на по-нисък паразитен капацитет на субстрата, горните метални слоеве пораждат по-висока самопаралелност за намаляване на съпротивлението
Отново, тази техника ефективно приближава бобината до диаметъра на индуктора, зависи от това колко широк е индукторът, който определя зоната, която индукторът покрива. За дадена индукторна област, докато не бъде заето цялото пространство. Въпреки това, това не се препоръчва поради напрежение на загубите и фактът, че вътрешните завои са само незначителни, общата индуктивност Thiral индукторите рядко се запълват до техния максимален брой навивки и увеличаването на индуктивността обикновено се постига чрез увеличаване на радиуса на бобината, изчисленията изискват използването на полеви решаващи устройства Въпреки това, приблизителна оценка, подходяща за бързо ръчно изчисление в [12t които се отклоняват в сравнение с агоналната или кръгла спирала, докато е известно, че кръглите спирали осигуряват донякъде по-висок Q фактор. Осмоъгълните спирали се използват като следващата най-добра алтернатива [4]често кръгова геометрия, поддържана от много инструменти за оформление и не е разрешена в много технологии. Друга популярна техника, която осигурява много по-компактно оформление е да се използва aВ допълнение диференциалната структура и свързаните загуби [14] Тези предимства могат също да подобрят selfntechopen
Itra Wideband回◎(cинтегрирани индуктори: (a) квадратни, (b) осмоъгълни и (c) кръгли спирали 14 Фигура 13, Двойка индуктори с единичен край (a) и диференциален индуктор (b) с подобна обща стойност използван на един и същ чип разстоянието между центровете на бобината трябва да бъде най-малко два пъти от диаметъра на бобината за всяка двойка бобини, което се очаква да увеличи Q два или три пъти, използва медни (Cu) сплави вместо Al) сплави Втората мярка е премахването на субстрат под намотката два или три пъти
Микромашинно обработените Cu индуктори могат да имат Qs до 50 и позволяват реализация на лентови филтри със загуба на вмъкване, която е по-добра от -5dB при честота около 6GHdashiell, което е Q на ther, тъй като намалява връзката до субстрата със загуби [13 ] Thial също така намалява шума, свързан от субстрата, за сметка на намаляване на резонансната честота на индуктора, така че индукторите са определени параметри на производителя в дизайна на RF веригата и в много случаи основното пречка на цялата системаntechopen
Свръхшироколентови осцилатори732 Модулиране на индуктор с технологията [2] Освен големите си физически размери, интегрираните индуктори обикновено се описват от прости групирани еквивалентни мрежи. Фигура 14(a) показва групиран T-модел за интегриран индуктор L, описва серийното съпротивление на металната латанса между следите, В силициевата технология сравнително проводимият, който резонира с индуктора rel резистивния път в субстрата, който също Q на индуктора Csub моделира капацитивното свързване от метал към субстрат, който червено интегриран индуктор(b) широколентов групиран еквивалент t-еквивалент мрежата е awband модел, валиден само в близост до тази специфична честота и не е подходящ в широколентови проекти [4] мрежата е характеристиките на coig разширена групирана еквивалентна мрежа
В резултат на това неговата валидност се отнася за много по-широк честотен диапазон и е по-подходящ за анализ на дизайна на свързване [4] Q стойността на идеала, включена в incteqt Това обаче е така, защото паразитният капацитет и загубите на субстрата показват своята значимост при по-високи честоти [12The серията постояннотоково съпротивление на индуктора е доминиращият фактор, допринасящ за загубата при ниски честоти (<1GHz) При по-висока честота съпротивлението се повишава значително, ae piral Това прави вътрешните навивки на спиралата по-малко ефективни от външните навивки и има ефекти на съпротивление, дължащи се на полета от съседни навивки водят до подобно честотно зависимоn и съответстващо увеличение на загубата Също така, токовите токове в субстрата се превръщат в допълнителни загуби, които са силна функция на съпротивлението на субстрата и стават значими като честотаntechopen
Itra Wideband В резултат Q първоначално почти с честота, тъй като загубата е доминирана от sdc серийното съпротивление на намотката. В крайна сметка ефектите на кожата и близостта, както и субстратът, стават доминиращи. По този начин Q постепенно достига пикова стойност до максимална стойност и след това бързо намалява тъй като честото въздействие на горните ефекти върху производителността на индуктора е много сложно и трябва да се използват софтуерни инструменти за неговото представяне в радиочестотните вериги, тъй като адукторите са аддукторни по отношение на технологията на производство и свързването на два транскондуктора с резистивни 15-18 Това реализиране (Фигура 15(b) което фактът на индуктивността доказва. Също така съпротивлението R между M и M3 значително увеличава индуктивността [16]
Поради ниската стойност на индуктивност и тесния честотен обхват на горната топология, подобрена структура на каскод, използваща активатори съответно в fe16(a) и Фигура 16(b), този активен индуктор използва регулируемо съпротивление на обратната връзка, реализирано чрез свързване на резистора( R) в паралел с транзистор Напрежението на Thete-източник (Vune) в този транзистор контролира общото ефективно съпротивление (re) Това намалява изходната проводимост и подобрява качеството factIZin15(a) Схема на заземен с каскод активен индуктор с обратна връзка (b) )ntechopen
Свръхшироколентови осцилатори Еквивалентният капацитет, индуктивност и резистори са [19Фигура, 16(aTAlb)Еквивалентен модел на активен индукторo3C2C(R,g2+1)m32m3Cg2(Rg2+1)8m18m28m3+@gm28m3 C2g ds2+r, gdsIn(12 ), ефектът на резистора за обратна връзка е показан с (R,8ds2 +I), който е проектиран от единица
Намаляването на Rey с помощта на R resulкачествен фактор и входния импеданс на TAI може да бъде получено от Intechopen
Itra Wideband(R1+RG1+(OL /R4)(+Re Ge -@ leo Ce)+ja(Re Ce+Le Geo) Обърнете внимание, че в конвенционалната топология на TAI, Vi=константа (вижте Фигура 16(a) Като може да има (10), (11) и (13), активният резистор има пряк ефект върху Въпреки това, това увеличение на Ro ще влоши фактора на качеството, който трябва да се използва като допълнително напрежение за настройка за контрол на газа на12 По този начин индуктивността и факторът на качеството, постигнати от друго подобрение на квантовата индуктивност, може да се използва съпротивлението за обратна връзка на транзистора m5th, показано на Фигура 17(b)[18]
Този транзистор, който в зоната на прекъсване, CMOS технология, може да постигне регулируемо съпротивление от 10022 до 16 ks [18 за Vtune12v до Vune"0 4V, както е показано на Фигура 17(a) на ефективно съпротивление спрямо настройка напрежения (b) Предложено съпротивление с паралелен MOSFET (c) Промяна на капацитета в предложеното активно съпротивление Стойностите на всеки компонент на модела на еквивалентна схема се изразяват като
нисък (Еквивалентен капацитет на M2aC, Regas? Re antechopenСвръхшироколентови осцилатори20CefrRoCRgm1gds2gds3(CPC(17gml 8m2 8m3 +0 Cgm1gm?cKeff Sds?gm28 m3Cn), за да имаме Leg по-голям и reg по-малък от другите конвенционални индуктори, следните изводи трябва да са задоволителни sfiedgCgvaractorents осцилатори с контролирано напрежение (VCOs) заслужават възможност за изпълнение (Cmax/Cmin), линейност на CV като цяло са разработени два типа варактори за RF CMOS процесите, MOS кондензатор в режим на натрупване (MOS варактор) и CMOS диод MOS диодните варактори са основно обратни предубедени p-n преходи, които могат да бъдат реализирани с помощта на наличните дифузии и p-ямки [4] Тези варактори показват възможност за настройкаDe, използвани при фина настройка на капацитет
Освен това те осигуряват по-добра линейност от MOS варакториshe mos варактори канарактори, Тази desxотлична регулируемостdефективно висок Q фактор Производителността на този варактор се подобрява с технологиятаHA)Варакторът за свързване е в литературата с почти линейно съотношение на C-V настройка от 31 и Q, надвишаващо 100 при 2 GHz[8]ntechopen
Свръхшироколентовите осцилаториCO показват по-добро представяне на фазовия шум в сравнение с SS-vCO Въпреки това, първият изисква по-високо захранващо напрежение от втория, поради допълнителното подреждане на P1P2DDVtuneM2M3Фигура 2 Опростени схеми на (a) SS-VCO и ( б) DS-vCO Най-критичната спецификация за производителност на осцилатор е неговата спектрална чистота
Иносцилатор, спектърът има мощност, разпределена около желаната честота на трептене (n, известна като фазов шум, в допълнение към мощността, намираща се на хармонична честота. Фиг. 3 Практически осцилаторни вериги, свързани заедно. Разгледайте линейния модел на обратна връзка, изобразен на Фигура 4ntechopen
Itra Wideband4 Basic Oscillator feed backhe обща трансферна функция frol(s)a(s) 1-a(sf(s)Thistput без никакъв вход, докато количеството a(s)f(s),e усилването на контура , е единица и фазовото отместване около веригата е нулева величина на усилването, по-големите нелинейности в усилвателя ще намалят величината до точно работа. Ако приемем, че a(s) има нулево фазово отместване, можем да приложим f(s) като резонатор, реализиран с паралелен LC резервоар, с нулево фазово изместване при желаната честота на трептене. Друго, когато осцилаторът е точно балансиран от отрицателно съпротивление -Ra на веригата, отрицателното съпротивление компенсира загубите в резонатора и трептенията в стационарно състояние са ActiveCurcuitRFig
5 Изглед на два еднопортови мрежи на осцилатор 51 Еднопортов изглед на фазов шум Фигура 6 показва еквивалентен еднопортов модел на LC осцилатор, в който in(o) означава alin веригата Да предположим, че thentechopen
Свръхшироколентови осцилатори Assurlinear поведение, инвариантно във времето, общата плътност на мощността на шума Pn(o)/Ao може да бъде изчисленаPn(o thA(o)41()Z(ah, Z(o)I е амплитудната характеристика на резервоараRIActiveFig 6 One-port модел на активен LC осцилатор осцилаторът Второ, той е възможно най-тесен, т.е. трябва да се използва висок качествен фактор (Q) за 5
2 Двупортов изглед на фазовия шум Връщайки се към двупортовия модел, показан на Фигура 4, RLC резервоар, както е показано на Фигура 7(a) Големината и pha на такива (b) Както беше обсъдено преди нуждата от нула градуса нетна фазово изместена обратна верига (всяко цяло число, множество градуси) Тъй като източниците на шум в осцилаторната верига ще доведат до временни фазови измествания в обратната връзка, моментната честота на трептене ще се променя така, че резервоарът произвежда компенсиращо фазово изместване, поддържайки общото фазово изместване около веригата еднакво. По този начин краткосрочната нестабилност на фазата в честотата на трептене [3] Фазовият шум, означен с L(Aolis, дефиниран като L[△o}=10logwhereAw) представлява мощността на единичната странична лента, измерена в честотна лента от 1 Hz и разположена на честотно изместване Ao от честотата на трептене oo P, представлява общия sio pes, като пикална диаграма на L(Aolis, показана на Фигура 8. Обърнете внимание на съществуването на региони на ntechopen
Itra Wideband Както бе споменато по-горе, за намаляване на фазовия шум амплитудната характеристика на резервоара трябва да бъде възможно най-остра, т.е. трябва да има много коефициент QZrFig
7(a) Паралелен RLC резервоар(b) Магнитуд и фазова характеристикаL{△o}↑Фигура 8 Общ вид на едностраничнолентови фазови noal lc резервоари съдържат adWo=1/vLC, импедансът на резервоара е чисто съпротивителен във фазата на импедансентехопен
Отговорът на свръхшироколентовите осцилатори е точно нула При честоти под (над) паралелната RLC мрежа е предимно индуктивна (капацитивна) За серийни RLC мрежи, това Качественият фактор на резонаторите, Q, обикновено се определя като съхранена енергия Средна разсеяна мощност Факторът на качеството, който показва способността от енергията на резервоара, често C VCOs Също така, Q показва стръмността на импеданса остротата на пиковия импеданс при (o Следователно Q може също да бъде описан от Q тук AO-3dB е честотната лента от -3db на отговора на импеданса
Ясно е, че по-голямото Q води до по-високо отхвърляне на спектралната енергия далеч от резонансната честота, водеща чистота на изходния резонанс на осцилатора, Q на RlC мрежите се дава от RWorc (паралелен rlc) (серия RLC), а паралелните RLC мрежи са очевидни широколентови COs, eq показва симулираното Q на стандартна налична CMOS технология [2 забелязано е, че Q е линеен, стремейки се към широколентов vCO, работещ между 3-6 G, интересът да има Q на най-високата честота и може да бъде намален с печалбата в Q Въпреки това, вариациите в Q cawanted ефекти върху изходната амплитуда Този проблем ще бъде разгледан по-подробно в sectionntechopen
Itra Wideband1046811214161820of Merit Повечето дизайнери на осцилатори обикновено отчитат стойност на ефективността (FoM) за тяхната специфично използвана FoM в нормализираната (PFTN) стойност на ефективността (FOM) на RF общността, както е дефинирана в [4, 6FoM=10 loO,max-a и L(Aol е фазовият шум, измерен при отместване Ao от theAlso, (xmaxnd aomin обозначават честотите от високата страна и от ниската страна на диапазона за настройка, съответно В CMOS VCO вериги, намирайки оптималното оформление и за двете пасивните и активните устройства са важни за постигане на възможно най-добра производителност Едно въздействие на теразитика в оформлението на устройството с технологично мащабиране Така се минимизират паразитите и източниците на шум, е много важно Този раздел е посветен на тези въпроси, включително интегрирането на спирални индуктори с високо качество фактор, активни индуктори, кондензатори, варактор, резистори и транзистори за реализиране на крайната цел на vCo дизайна
71 Резистори Достойностите на резисторите са листово съпротивление, толеранс, паразитен капацитет, напрежение и температурни коефициенти. Технологията е съпротивлена от полисилиция на затвора, активните области на източника/източването и металните полюсни резистори често се използват интегрирани схеми за тяхното напрежение и температура A ниско легиран p-тип полисилициев резистор се използва за applicatintechopen
Свръхшироколентови осцилатори, окабеляващи високо съпротивление Въпреки добрия си паразитен капацитет, този резистор показва 25% добавка p-тип полисилициеви резистори са предпочитани в повечето случаи поради доброто им съвпадение и ниски парази Несалицидният високоустойчив полимер има листова устойчивост между 800- 1200 ома/Несалицидно P+(N+) полирезистентност има листово съпротивление от 280-455(95-180)ohm/квадрат. Тези несалицидни полирезистори могат да се използват за високочестотни вериги. Salicide P+/Npoly съпротивление има листово съпротивление от 2-15 ома/квадрат, с малък паразитен капацитет Paraso% tolerSalicide p+/nt diffusionInce има листова голяма паразитна несалицидна P+(N+)дифузия има листово съпротивление от 110-190 (60-100)ohm/квадрат Несалицидна дифузия резисторите са подходящи само за нискочестотни вериги, напр. те често се използват за ESD защита. Поради тяхната силна зависимост от напрежението те обикновено се използват за захранване. Друг високоефективен резистор е оформен от тънък метален филм, по-нагоре от субстрата в нивата на окабеляване [ 9]
Има листово съпротивление от 0025 до 0 115 ома/квадрат, с няколко атрактивни характеристики като ниска толерантност7 2 Capacitorst5Motal 4Фиг. 10 Четири подредени кондензатора за страничен поток Пръсти с тъмни напречни сечения са свързани един порт Останалите пръсти са свързани към другия порт [101ntechopen
Itra Wideband кондензатори могат да бъдат реализирани二от всеки два различни, получени с помощта на производителността. За постигане на голям капацитет на единица площ е обичайно да се използват няколко кондензатора тип сандвич и да се свържат паралелно (Фигура 11) За да се получат два кондензатора с използвано фиктивно устройство Съвпадащи с относително висок Q също могат да бъдат реализирани приложения за ltance (005-05pF)
С повече метални слоеве модерен метален-изолатор-металтра-тънък умивалник със загуби от силициев нитрид или междинен метален слой. Техният типичен Q надвишава 100 при 1GHz, с относителен капацитет (1% или по-малко)[4MIM кондензатори и метални пръстови кондензатори могат да се свързват в мрежа, където R представлява последователната загуба от крайното съпротивление на металната плочаsetalMetal3AMetal3C3Metal2MetalНапречно сечение Фигура 11 Напречно сечение на вертикален мрежест кондензатор (вляво) и страничен изглед(вдясно)(10]ntechopen