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