در ادامه چند نمونه از نوسانسازهای CMOS با جزئیات بیشتر بررسی می شود.
- نوسانسازهای حلقوی
نوسانسازهای حلقوی[۱۰] از قرار دادن چند طبقه بهره به صورت متوالی و پشت سر هم در یک حلقه تشکیل شده اند. چنانچه این طبقات بهره متوالی (سیستم حلقه باز) بتوانند بهره کافی را به ازای شیفت فاز صفر ایجاد نمایند، نوسان اتفاق میافتد. برای تحقق چنین نوسانسازی میتوان در ساده ترین حالت از تقویت کننده های سورس- مشترک به عنوان طبقات بهره ذکر شده استفاده نمود. برای این کار لازم است که حداقل سه طبقه تقویتکننده سورس- مشترک را به صورت متوالی قرار داد تا امکان نوسان وجود داشته باشد. (شکل (۲-۱۰)). در چنین شرایطی شیفت فاز حلقه از صفر تا ۲۷۰- درجه (به ازای تغییر فرکانس از صفر تا بینهایت) تغییر می کند و در نتیجه فرکانسی که در آن شیفت فاز ۱۸۰- درجه می شود کوچکتر از بی نهایت بوده و در صورت کافی بودن حاصلضرب بهره سه طبقه در آن فرکانس، نوسان اتفاق میافتد.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
نوسانساز حلقوی سه طبقه
یک نوسانساز حلقوی N طبقه در شکل (۲-۱۱) نشان داده شده است.
نوسانساز حلقوی N طبقه
با توجه به اینکه بهره همه طبقات یکسان است، میتوان تابع تبدیل از ورودی به خروجی مدار را بصورت رابطه (۲-۳) نوشت.
که در آن R و L به ترتیب مقاومت و خازن خروجی هر طبقه میباشند.
در رابطه فوق ترارسانایی ترانزیستور میباشد. میتوان کل شیفت فاز حلقه را به صورت زیر نوشت
رابطه (۲-۴) بیانگر این است که نوسانساز به ازای تعداد طبقات زوج دارای فرکانس نوسان صفر بوده، یعنی نوسان نمیکند و برای نوسان باید تعداد طبقات فرد باشد. برای اینکه بتوان یک نوسانساز حلقوی با تعداد طبقات زوج داشت، باید از تقویتکننده های تفاضلی برای ایجاد سلول تأخیر استفاده کرد. همانطور که در شکل (۲-۱۲) مشاهده می شود برای تحقق نوسان باید یکی از طبقات را طوری بست که گین مثبت داشته باشد.
نوسانساز حلقوی تفاضلی با تعداد طبقات زوج
شماتیک ساده مداری نوسانساز حلقوی تفاضلی در شکل (۲-۱۳) نشان داده شده است.
شماتیک مدار نوسانساز حلقوی
- نوسانساز های LC
با پیدایش تدریجی سلفهای یک پارچه و امکان ساخت آنها در تکنولوژیهای Bipolar و CMOS در سالهای گذشته، امکان طراحی نوسانساز با بهره گرفتن از شبکه تشدیدکننده پسیو برای مدارهای مجتمع ایجاد شده است[۶]، [۷] و [۲۸]. این نوع از نوسانسازها که به نوسانسازهای LC معروفند، به دلایلی که در ادامه توضیح داده خواهد شد، پراستفادهترین نوسانسازها به عنوان نوسانسازهای کنترل شونده با ولتاژ در مدارات فرکانس بالا و سیستمهای مخابراتی میباشند. در ادامه چند نمونه از ساختارهای مختلف نوسانساز LC معرفی میشوند.
- توپولوژی تک ترانزیستوری
با توجه به مدل فیدبک ارائه شده برای بیان عملکرد نوسانساز در بخش ۲-۲ با بهره گرفتن از یک ترانزیستور، یک تانک LC و ایجاد یک مسیر فیدبک میتوان یک نوسانساز طراحی کرد. به منظور این طراحی ابتدا تانک LC را در درین ترانزیستور قرار داده و سپس برای برقرای شرط فاز بارک هوزن و ایجاد شیف فاز ۳۶۰ درجه باید فیدبکی از درین به سورس ترانزیستور ایجاد کرد. لازم به ذکر است که این فیدبک را نمی توان بین درین و گیت ترانزیستور ایجاد کرد زیرا در این حالت کل اختلاف فاز حلقه ۱۸۰ درجه خواهد شد و نوسان رخ نمیدهد. تا این قسمت از طراحی در شکل (۲-۱۴) نشان داده شده است.
فیدبک مستقیم از درین به سورس
برای ایجاد نوسان باید شرط دوم بارک هوزن که شرط بهره حلقه بزرگتر از یک است، نیز برقرار باشد. فیدبک ساده از درین به سورس نمیتواند این شرط را تامین کند، زیرا با اعمال ورودی و محاسبهی بهرهی حلقه بسته مشاهده می شود که در هیچ فرکانسی بینهایت نمی شود و مدار نوسان نمیکند[۳]. از طرفی با ایجاد این فیدبک ساده مقاومت دیده شده از سورس ترانزیستور که برابر با است، اثر بارگذاری در تانک خواهد داشت و ضریب کیفیت آن را کاهش میدهد. بنابراین برای تامین بهرهی حلقهی کافی و ایجاد نوسان در این ساختار از فیدبکهای خازنی و سلفی استفاده می شود. ساختارهای حاصل به ترتیب به نوسانساز کولپیتس و هارتلی مشهورند.
- نوسانساز کولپیتس