شماره راهنما :
1960 دكتري
پديد آورنده :
پوراحمد، علي
عنوان :
طراحي گيرنده راديويي مجتمع سي‌ماس براي سامانه ناوبري دور برد (لورن)
گرايش تحصيلي :
مدارهاي مجتمع الكترونيك
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 180ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
رسول دهقاني
استاد مشاور :
اميررضا احمدي‌مهر
واژه نامه :
فارسي به انگليسي
توصيفگر ها :
سامانه ناوبري دور برد , آنتن حلقوي فركانس پايين , نويز سوسويي , تقويت‌كننده كم‌نويز گيت-مشترك , غيرخطينگي مرتبه سوم , مدار باياس پيشخورد , كنترل بهره خودكار تمام-ديجيتال , مبدل آنالوگ-به-ديجيتال , ثبات تقريب پياپي بدون دك , مدارهاي مجتمع سي‌ماس
استاد داور :
علي فتوت احمدي، مسعود سيدي، اصغر غلامي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/07/26
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/07/30
چكيده فارسي :
در حال حاضر سامانه ناوبري دور برد (لورن) ارتقايافته يا اي-لورن (eLoran) به‌عنوان سامانه ناوبري جايگزين جي‌پي‌اس داراي مشخصات لازم است و ايستگاه‌هاي فرستنده آن نيز در سراسر جهان فعال هستند. سيگنال لورن از قطارهاي پالس با فركانس 100 و پهناي‌باند 25 كيلوهرتز تشكيل شده است كه گيرنده با تعقيب آن‌ها قادر خواهد بود تا موقعيت خود را بر مبناي ناوبري هذلولوي محاسبه كند. گيرنده‌هاي قديمي لورن از نوع محدودكننده سخت و مبتني بر آنتن‌هاي الكتريكي (E-field) يا شلاقي بودند. الگوي تابش همه‌سويه آنتن شلاقي و دو سطحي بودن ولتاژ در گيرنده محدودكننده سخت پياده‌سازي تقويت‌كننده و محاسبات مكان‌يابي را ساده مي‌نمايد. در گيرنده‌هاي اي-لورن مدرن، آنتن الكتريكي با آنتن حلقوي مغناطيسي (H-field) يا حلقوي جايگزين شده و ساختار خطي با مبدل آنالوگ-به-ديجيتال (ADC) با وضوح كافي به كار گرفته مي‌شود. بااين‌حال الگوي غير همه‌سويه تابش در آنتن حلقوي و حساسيت كمتر آن پياده‌سازي مداري گيرنده را پيچيده‌تر خواهد كرد. مسئله نويز سوسويي (1/f) در گيرنده‌هاي فركانس پايين اهميت زيادي پيدا مي‌كند. ازاين‌رو تقويت‌كننده كم‌نويز (LNA) غالباً با ترانزيستورهاي پيوندي اثر ميدان (JFET) به‌صورت گسسته و يا در فناوري دوقطبي-سي‌ماس (BiCMOS) به‌صورت مجتمع پياده‌سازي مي‌شود. از طرفي بازه تغييرات سيگنال لورن از زير ميكرو-ولت تا چند ميلي-ولت را در بر مي‌گيرد كه دست‌يابي به مشخصه خطينگي و گستره ديناميكي لازم در گيرنده را چالش‌برانگيز مي‌كند. در اين تحقيق يك گيرنده لورن مجتمع در فناوري سي‌ماس استاندارد 0.18 µm با حداقل المان‌هاي خارجي طراحي و پياده‌سازي شده است كه به كاهش هزينه ساخت، بهبود كارايي و افزايش قابليت حمل گيرنده‌هاي اي-لورن مدرن منجر مي‌گردد. تراشه گيرنده لورن مجتمع ساخته‌شده از تقويت‌كننده كم‌نويز چهار-هسته‌اي و تقويت‌كننده انتهايي سه-طبقه تشكيل شده است كه وظيفه پردازش آنالوگ سيگنال دريافتي از آنتن را تا قبل از ورود به مبدل آنالوگ-به-ديجيتال بر عهده دارد. در ولتاژ تغذيه 1٫8 ولت، توان مصرفي كل مدارات آنالوگ پايه (AFE) گيرنده برابر mW 14٫2 اندازه‌گيري شده است. مساحت تراشه گيرنده لورن مجتمع با احتساب پدهاي ورودي/خروجي برابر mm2 0٫41 و مساحت مدارات آنالوگ پايه آن كمتر از mm2 0٫15 است. دامنه سيگنال قابل‌كشف كمينه (MDS) ارجاعي به آنتن معادل µV 0٫5 است كه تشخيص صحيح سيگنال لورن را از يك آنتن حلقوي با ارتفاع مؤثر cm 2 امكان‌پذير مي‌نمايد. گستره ديناميكي (DR) گيرنده به‌طور نوعي بهتر از dB 90 و گستره ديناميكي بدون اعوجاج (SFDR) بيشينه آن نزديك dB 95 است. تقويت‌كننده كم‌نويز فركانس پايين با معماري جديد و ترانزيستورهاي ورودي گيت-مشترك (CG) تفاضلي پياده‌سازي شده است كه عملكرد نويز و خطينگي بالايي دارد. تقويت‌كننده كم‌نويز گيت-مشترك از يك طبقه ترارسانايي به همراه يك تقويت‌كننده امپدانس انتقالي تشكيل شده است. در ساختار پيشنهادي حذف غيرخطينگي مرتبه سوم با تنظيم مقاومت فيدبك طبقه امپدانس انتقالي قابل انجام است به‌طوري‌كه دامنه نقطه تلاقي مرتبه سوم (IIP3) به بيش از V 3 مي‌رسد. همچنين يك روش باياس جديد مبتني بر كنترل پيشخورد ولتاژ ابداع شده است كه ترانزيستورهاي مدار را نسبت به تغييرات پروسه، ولتاژ و دما (PVT) در نقطه كار صحيح قرار داده و دست‌يابي به عملكرد مطلوب را تحت شرايط مختلف تضمين مي‌كند. مزيت ديگر به‌كارگيري مدار باياس پيشخورد، اضافه شدن قابليت تطبيق با ولتاژ تغذيه در تقويت‌كننده است. اندازه نويز ولتاژ ورودي تقويت‌كننده كم‌نويز چهار-هسته‌اي در فركانس kHz 100 كمتر از nV/√Hz 1٫1 و توان مصرفي آن بين mW 12٫9–4٫0 است. مدارات آنالوگ پايه گيرنده با بهره برنامه‌پذير در 256 پله طراحي شده است كه توسط يك الگوريتم ساده و كارآمد به‌صورت تمام-ديجيتال كنترل مي‌گردد. در روش كنترل بهره خودكار ابداعي، از آشكارساز قله استفاده نشده و از عدد خروجي مبدل آنالوگ-به-ديجيتال مستقيماً جهت تنظيم بهره و تقويت سيگنال تا حد مقياس-تمام مبدل استفاده مي‌شود. در اين تحقيق يك مبدل آنالوگ-به-ديجيتال تقريب پياپي بدون دك با امكان پيكربندي مجدد نيز طراحي و شبيه‌سازي شده است كه بدون نياز به كاليبراسيون كاركرد بهينه خود را در مقابل تغييرات پروسه، ولتاژ و دما حفظ مي‌كند. مبدل تقريب پياپي بدون دك پيشنهادي با وضوح 8-بيت و نرخ نمونه‌برداري MS/s 2 معادل µW 150 توان مصرف مي‌كند و گستره ديناميكي بدون اعوجاج و تعداد بيت مؤثر (ENOB) آن به ترتيب برابر dB 62 و bits 7٫8 است.
چكيده انگليسي :
Legacy low frequency (LF) communication systems still maintain limited but vital applications, such as long range navigation (Loran) and time service. The LF radio signals are conventionally received by BJT-input low noise amplifier (LNA) to conquer the flicker noise issue, preceded by a H-filed or loop antenna. In this work an integrated Loran receiver in 0.18 µm CMOS process is designed which can compete with the prior bipolar solutions. The developed quad-core LF LNA employs a new PVT-robust feedforward bias circuit and it is evaluated for the Loran-C band at 100 kHz via measurements. The proposed common-gate (CG) LNA topology provides differential input along with capability of suppressing the 3rd-order intermodulation (IM3) and robust common-mode rejection. For enhancing the noise/power performance, a point-to-point paralleling method is employed that gives four programmable modes of gain/noise level with a power consumption of 4.0–12.9 mW at 1.8 V supply voltage. The input-referred noise and sensitivity of the fabricated LF LNA is 1.1 nV/√Hz and 0.5 µV, respectively, in the Loran-C band. The dynamic range (DR) of the LF LNA is typically better than 90 dB and the peak spurious-free dynamic range (SFDR) exceeds 95 dB. Furthermore, an all-digital automatic gain control (ADAGC) and a reconfigurable DAC-less successive approximation register (DLSAR) analog-to-digital converter (ADC) are developed to facilitate digital processing of the Loran signal.
استاد راهنما :
رسول دهقاني
استاد مشاور :
اميررضا احمدي‌مهر
استاد داور :
علي فتوت احمدي، مسعود سيدي، اصغر غلامي
