Skip to main content
SUPERVISOR
Seyedmasoud Sayedi,Rasoul Dehghani
سید مسعود سیدی (استاد مشاور) رسول دهقانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Khalil Farrokhiyan
خلیل فرخیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Design and Implementation of a delta-sigma modulator applicable in Fractional-N Frequency Synthesizers
Frequency synthesizers are one of the main parts of transceivers. The quality of the transmitted or received signal directly depends on the quality of the frequency synthesizer output spectrum used as the transceiver local oscillator. Among the three frequency synthesizing methods; direct analog, indirect digital using PLLs and direct digital, the indirect digital frequency synthesizing using PLLs is widely used in low-cost portable multiband transceivers. The integer-N type of PLL-based frequency synthesizers was firstly used in wireless telecommunication. Their structure is fairly simple but they can synthesize just integer multiples of the reference frequency which is equal to the channel spacing. In the designing of integer-N frequency synthesizers, there is a severe trade-off among frequency resolution, spectral purity, and PLL dynamic behavior. Fractional-N frequency synthesizers which can synthesize fractional multiples of reference frequency are a solution for the mentioned trade-off. They eliminate the need for the reference frequency to be equal to channel spacing. Fractional-N synthesizers use dual (or multi) modulus prescaler to generate fractional multiple of the reference frequency. Main problem of the fractional-N synthesizers is spurious tones caused by repeated operation of prescaler. y randomizing the input control of the prescaler in such a way that its division factor is equal to the digital control word, the systematic fractional sidebands could be converted to random white noise. High pass noise shaping also can be used to improve signal to noise ratio. Delta-sigma modulators which have been using in data converters are known as a tool which can do the randomization and noise shaping together. The delta-sigma modulators in fractional-N frequency synthesizers act like digital to analog data converters without the decimation filter. The delta-sigma modulators for this purpose should have the following characteristics: low complexity to reduce power consumption, long repetition duration and high dynamic range. Delta-sigma structures for frequency synthesizers are just reported as a part of a whole synthesizer and there are few works concentrated on this subject distinctively. Two mostly-used structures of delta-sigma modulators are MASH and single loop that the second one introduces better noise characteristics. This work introduces a new delta-sigma structure consisted of two stages based on previous works. The first stage is a second order error feedback modulator which decreases the effective number of input control word bits and the second stage is a Ritchie based third order single loop modulator that acts as a concentrator to Key Words RF Transceiver, Local Oscillator, Frequency Synthesizers, PLL, Fractional-N, Spurious Tones, Phase Noise, Delta Sigma Modulation
سنتزکننده‌های فرکانس یکی از اجزای مهم ادوات مخابراتی هستند. کیفیت سیگنال ارسالی یا دریافتی مستقیماً به کیفیت طیف فرکانس خروجی سنتزکننده که نقش نوسان‌ساز محلی را ایفا می‌کند، بستگی دارد. از میان سه روش سنتز فرکانس: آنالوگ مستقیم، دیجیتال مستقیم و دیجیتال غیرمستقیم مبتنی بر PLL، روش آخر به طور گسترده‌ای در ادوات مخابراتی چند کاناله قابل حمل به کار رفته است. روش سنتز غیر مستقیم فرکانس مبتنی بر PLL ابتدا با مقسّم صحیح به کار گرفته شد که تنها قادر به سنتز مضارب صحیح فرکانس مرجع می‌باشد. در طراحی سنتزکننده‌های با مقسم صحیح از آنجا که فرکانس مرجع باید برابر فاصلة کانال‌ها در استاندارد موردنظر باشد، بده و بستان شدیدی بین خلوص طیفی فرکانس سنتز شده، قدرت تفکیک فرکانسی و رفتار دینامیک حلقة PLL برقرار است. سنتزکننده‌های فرکانس کسری که قادر به سنتز مضارب کسری از فرکانس مرجع هستند، به عنوان راه حلی برای حذف بده و بستان مذکور ارائه شدند که در آن‌ها نیاز به برابری فرکانس مرجع با فاصلة کانال‌ها بر طرف شده است. در این نوع سنتزکنندها از یک پیش‌مقیاس دهنده با مقسّم دو یا چندتایی بهره گرفته می‌شود که تغییر مداوم بین این مقسّم‌ها مضرب کسری مورد نظر را ایجاد می‌کند. وجود روند تکراری در عملکرد مقسّم‌ها باعث ایجاد فرکانس‌های جعلی در طیف خروجی سنتزکننده می‌شود که اصلی‌ترین مشکل سنتزکننده‌های کسری است. برای حل این مشکل سعی می‌شود تا مقسّم‌ها بر اساس یک کلمة کنترل دیجیتال ورودی، به صورت تصادفی معنادار کنترل شوند. این کار توان فرکانس‌های جعلی را به صورت نویز سفید در می‌آورد. نویز حاصل در یک گام جلوتر با شکل‌دهی از اطراف فرکانس سنتزشده رانده می‌شود تا خلوص طیفی بالا حاصل شود. مدولاتورهای دلتا-سیگما که در مبدل‌های داده کاربرد دارند به عنوان ابزاری که قادرند کنترل تصادفی و شکل‌دهی به نویز را توأماً انجام دهند، شناخته شده‌اند. در واقع این مدولاتورها در این نوع کاربرد یک مبدل دیجیتال به آنالوگ هستند که فیلتر کاهش نرخ نمونه‌برداری از خروجی آن‌ها حذف شده است. مدولاتورهای دلتا-سیگما برای سنتزکننده‌های فرکانس کسری باید تا حد امکان ساده باشند تا مصرف توان افزایش نیابد، به جهت ملاحظات نویز فاز باید از نسبت سیگنال به نویز بالایی برخوردار باشند و‌ دورة تکرار خروجی آن‌ها تا حد امکان زیاد باشد. اغلب مدولاتورهای مورد استفاده برای این منظور در قالب طراحی اجزای یک سنتزکنندة کامل ارائه شده‌اند و موارد مجزا بسیار معدود هستند. دو ساختار چند طبقه (MASH) و تک حلقه به طور گسترده مورد استفاده واقع شده‌اند که انواع تک حلقه مشخصات نویزی بهتری ارائه می‌دهند. در این پایان‌نامه یک مدولاتور جدید شامل دو طبقه پیشنهاد شده است که به صورت سری با یکدیگر قرار گرفته‌اند. طبقة اول که یک مدولاتور فیدبک خطای مرتبة دو است، تعداد بیت مؤثر کلمة کنترل ورودی را از شانزده بیت به سه بیت کاهش می‌دهد و طبقة دوم یک مدولاتور مرتبة سه تک حلقه بر پایة ساختار ریچی است که نقش یک تمرکزدهنده را برای ایجاد خروجی تک بیتی انجام می‌دهد. شکل دهی به نویز در این مدولاتور توسط طبقة دوم انجام می‌شود. کاهش تعداد بیت‌ها در طبقة اول به کاهش پیچیدگی طبقة دوم که رابطة مستقیم با تعداد بی کلمات کلیدی ادوات مخابراتی، سنتزکننده‌های فرکانس، سنتزکنندة کسری، فرکانس جعلی، نویز فاز، مدولاسیون دلتا-سیگما

ارتقاء امنیت وب با وف بومی