Design of a PLL Based Frequency Synthesizer for WiMAX Applications

توضیحات

ABSTRACT

In this paper a PLL-based frequency synthesizer for WiMAX application is designed and simulated via MATLAB and ADS2008 using a 0.13umCMOS technology. Synthesizer with fractional-N structure is utilized to achieve high resolution, high switching speed, and high noise performance. To improve the linearity and the phase noise of the VCO, we employ a gain-linearizer block at the input of VCO. The simulation results show a phase margin higher than 50o, a phase noise lower than -120dBc/Hz @1MHz, and a settling time about 3μsec. In order to reduce the power dissipation, TSPC logic is used to design a programmable counter which needs less than 1mW in 2GHz.

INTRODUCTION

WiMAX, or Worldwide Interoperability of Microwave Access, is a wireless Internet service designed to cover wide geographical areas serving large numbers of users at low cost. WiMAX is the synonym given to the IEEE 802.16 standard defining wide area wireless data networking . As the wireless transceivers systems getting growth in the worldwide, improving of the resolution, speed and lowering the power and area of the circuits, are of the most important issues. Thus one of the most challenging blocks of the wireless communication systems such as WiMAX are frequency synthesizers that can be implemented based on phase-lock-loops (PLL). The simplest structure for a PLL-based synthesizer is an Integer-N structure. This kind of synthesizer suffers from many problems. In this structure channel spacing should be the same as reference frequency (fref). So in applications with many channels and low channel spacing (fs), such as WiMAX, the above criteria forces fref to be as low as fs .According to Gardner stability criteria lower fref results in a lower loop BW, which in turn leads to a lower switching speed, a higher in band noise and a large module for counter . So we choose a Fractional-N structure for our design. In this structure, the value of fref is independent of fs, and we can set a higher fref to achieve a wider loop BW while having a lower fs to gain a fine resolution. However, one of the main strategies in is the integrability of the circuits, our focus in this paper is to satisfy this issue.

چکیده

در این مقاله یک سینت سایزر فرکانس مبتنی بر PLL برای برنامه WiMAX طراحی شده و با استفاده از تکنولوژی 0.13umCMOS با MATLAB و ADS2008 شبیه سازی شده است. برای رسیدن به وضوح بالا، سرعت سوئیچینگ بالا و عملکرد نویز بالا، سینتی سایزر با ساختار fractional-N مورد استفاده قرار می گیرد. برای بهبود خطی بودن و نویز فاز VCO، ما یک بلوک gainizer linearizer را در ورودی VCO استفاده می کنیم. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که حاشیه فاز بالاتر از 50 درجه است، نویز فاز کمتر از -120dBc / Hz @ 1MHz و زمان استقرار حدود 3μsec. برای کاهش تلفات قدرت، منطق TSPC برای طراحی شمارنده قابل برنامه ریزی مورد نیاز است که نیاز به کمتر از 1 مگاهرتز در 2 گیگاهرتز دارد.

مقدمه

وایمکس و یا قابلیت همکاری جهانی در دسترسی مایکروویو، خدمات اینترنت بی سیم طراحی شده برای پوشش مناطق جغرافیایی وسیع است که تعداد زیادی از کاربران را با هزینه کم هزینه می کنند. وایمکس مترادف با استانداردهای IEEE 802.16 است که شبکه گسترده داده های بی سیم را تعریف می کند. از آنجایی که سیستم های گیرنده بی سیم در حال رشد در سراسر جهان هستند، بهبود وضوح، سرعت و کاهش قدرت و محدوده مدارها از مهمترین مسائل است. بنابراین یکی از بلوک های پیچیده تر سیستم های ارتباطی بی سیم مانند وایمکس، سینت سایزر فرکانس است که می تواند بر اساس فاز قفل حلقه (PLL) اجرا شود. ساده ترین ساختار برای سینت سایزر مبتنی بر PLL یک ساختار Integer-N است. این نوع سینت سایزر از بسیاری مشکلات رنج می برد. در این ساختار فاصله کانال باید همان فرکانس مرجع (fref) باشد. بنابراین در برنامه های با بسیاری از کانال ها و فواصل کم کانال (fs)، مانند وایمکس، معیارهای فوق، نیروی آزاد را به حد پایین می رساند. طبق معیارهای پایداری گاردنر، fref پایین تر نتیجه BW حلقه پایین است که به نوبه خود منجر به یک سرعت سوئیچینگ پایین، در نویز باند بالاتر و یک ماژول بزرگ برای ضد. بنابراین ما برای طراحی ما یک ساختار Fractional-N را انتخاب می کنیم. در این ساختار، مقدار fref مستقل از fs است، و ما می توانیم fref بالاتر را برای رسیدن به حلقه گسترده تر BW در حالی که داشتن fs پایین تر برای به دست آوردن وضوح خوب تنظیم کنید. با این حال، یکی از استراتژی های اصلی، قابلیت انعطاف پذیری مدار است؛ تمرکز ما در این مقاله این است که این مسئله را برآورده کنیم.

Year: 2010

Publisher : Eighteenth International Energy Conference of Iran

By :  Mohsen Tamaddon, Milad Ataei, and Abdolreza Nabavi

File Information: English Language/ 7 Page / size: 1.13 MB

Download

سال :1389

ناشر : هجدهمین کنفرانس بین المللی برق ایران

کاری از : محسن تامدون، میلاد آتائی و عبدالرضا نبوی

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 7صفحه / حجم : MB 1.13

لینک دانلود