ارائه کننده: اردلان خدادادی

استاد راهنما: دکتر سعید سعیدی

استاد ناظر داخلی اول: دکتر امیر نیک‌پیک

استاد ناظر خارجی اول: دکتر محسن معزی

تاریخ: ۱۴۰۵/۰۶/۳۰

ساعت: ۱۴:۰۰

مکان: اتاق شورای دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

چکیده:

توسعه سیستم‌های مخابراتی فرکانس بالا در باند Ku نیازمند شیفت‌دهنده‌های فازی است که چالش توان مصرفی در ساختارهای فعال و پیچیدگی کنترل در بارهای آنالوگ را برطرف سازند؛ این رساله با ارائه یک معماری نوین غیرفعال به رفع این محدودیت‌ها می‌پردازد.

مرور پژوهش‌های پیشین نشان می‌دهد که طراحی شیفت‌دهنده‌های فاز عمدتاً بر پایه ساختارهای سوئیچ‌شونده، بارهای بازتابی (RTPS) و یا ترکیبی از این دو استوار بوده است. با این وجود، بارهای بازتابیِ به‌کاررفته در کارهای گذشته غالباً از نوع آنالوگ بوده‌اند؛ این امر سیستم را نیازمند مبدل‌های دیجیتال به آنالوگ (DAC) می‌کند که پیچیدگی بلوک کنترل، مساحت و توان مصرفی را به شدت افزایش می‌دهد. افزون بر این، در مقالات گذشته، جای خالیِ معماری یکپارچه‌ای که در آن تمامی طبقات شیفت‌دهنده فاز به صورت متوالی و تماماً بازتابی (Fully RTPS) بدون دخالت بخش‌های آنالوگ پیاده‌سازی شده باشد، به وضوح احساس می‌شود.

در همین راستا، هسته اصلی این پژوهش، پیاده‌سازی یک شیفت‌دهنده فاز ۵ طبقه متوالی از نوع تماماً بازتابی در تکنولوژی  65nm CMOSبا توان مصرفی DC صفر است. جهت حل معضل مبدل‌های DAC و پیچیدگی بلوک کنترل، بارهای آنالوگ مبتنی بر ورکتور با شبکه‌های ساده خازن-سوئیچ جایگزین شدند. این مدار با تفکیک به یک طبقه تنظیم ریز و چهار طبقه تنظیم درشت فاز، پوشش ۳۶۰ درجه فاز را با رزولوشن ۵.۶۲۵ درجه تامین می‌کند. استفاده از مقاومت‌های بهینه‌ساز در شبکه‌های بار، خطای دامنه را کاهش داده و تزریق ولتاژ بایاس میانی به درین سوئیچ‌ها، از هدایت ناخواسته ترانزیستورها جلوگیری و خطینگی را ارتقا می‌دهد. بهره‌گیری از کوپلر ۹۰ درجه مبتنی بر تنها ۵ سلف، مساحت تراشه را نیز به حداقل رسانده است.

شبیه‌سازی‌ها در فرکانس مرکزی ۱۵ گیگاهرتز نشان‌دهنده عملکردی کاملاً رقابت‌پذیر با پهنای باند مؤثر ۳.۷۷ گیگاهرتز است. خطای فاز مؤثر در محدوده ۰.۵ تا ۲.۸ درجه و خطای مؤثر دامنه بین ۱.۱۴ تا ۱.۵۹ دسی‌بل حفظ شده است. مدار طراحی‌شده با ماکزیمم تلفات الحاقی -13.64 dB ، تطبیق امپدانس ورودی و خروجی بهتر از -11 dB  و نقطه فشردگی ارتقایافته به  8.1 dBm، پایداری بالایی دارد. در نهایت، نتایج نشان داد این ساختار متوالی بازتابی راهکاری بهینه برای دستیابی به دقت فازی بالا با کمترین تلفات است. برای کارهای آتی، استفاده از کوپلرهای ترانسفورماتوری با موازی‌سازی لایه‌های فلزی، اندازه‌گذاری غیریکنواخت عرض و تعداد فینگرهای ترانزیستور سوئیچ جهت هموارسازی پاسخ دامنه، و بهره‌گیری از بارهای بازتابی مرتبه بالا (مانند شبکه‌های تشدیدی) جهت افزایش شیفت فاز و کاهش تعداد طبقات پیشنهاد می‌گردد.