Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός ταλαντωτή εμβολής, ο οποίος θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως διαιρέτης συχνοτήτων. Ο ταλαντωτής και ο διαιρέτης συχνοτήτων, αποτελούν εξέχουσας σημασίας δομικά στοιχεία των RF πομποδεκτών και τοποθετούνται κατά κύριο λόγο μέσα στο βρόχο κλειδώματος φάσης-PLL, ο οποίος επιλέγεται ως συνθέτης συχνοτήτων στα περισσότερα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Αφού μελετήσαμε τη δομή και τις κυριότερες τοπολογίες που χρησιμοποιούνται στη σχεδίαση των ταλαντωτών, προχωρήσαμε στην ανάλυση της εφαρμογή της μεθόδου της εμβολής (injection locking), με σκοπό τη βελτίωση των χαρακτηριστικών της εξόδου τους και ιδιαίτερα τη μείωση του θορύβου φάσης. Επίσης, περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των αναλογικών και των ψηφιακών διαιρετών, ενώ δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην ανάλυση της λειτουργίας των αναλογικών διαιρετών συχνότητας που βασίζονται σε ταλαντωτές εμβολής και είναι ευρύτερα γνωστοί ως injection-locked διαιρέτες συχνότητας (ILFDs). Η επιλογή για περαιτέρω μελέτη και υλοποίηση ενός Colpitts και ενός διαφορικού ταλαντωτή, βασίστηκε στα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν οι συγκεκριμένες τοπολογίες, με αποτέλεσμα την ευρεία χρήση τους σε RF εφαρμογές υψηλών συχνοτήτων. Επίσης οι ταλαντωτές εμβολής που προκύπτουν από τους ταλαντωτές αυτούς, επιδεικνύουν χαμηλή κατανάλωση ισχύος και πολύ καλή συμπεριφοράς ως προς τον θόρυβο φάσης. Ως συχνότητα λειτουργίας των προτεινόμενων κυκλωμάτων, επιλέχθηκε η πολύ σημαντική για τα ασύρματα συστήματα τηλεπικοινωνιών, συχνότητα των 5GHz. Προτείνεται και υλοποιείται λοιπόν ένας Colpitts ταλαντωτής και ο αντίστοιχος ταλαντωτής εμβολής, όπου όπως αποδεικνύεται τόσο από τις εξομοιώσεις όσο και από τα πειραματικά αποτελέσματα, μπορεί να λειτουργεί ως διαιρέτης συχνότητας δια-2 (Divide-by-2 ILFD). Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μέτρηση του υλοποιημένου ταλαντωτή εμβολής, γίνεται ακόμη αντιληπτό ότι ο θόρυβος φάσης είναι εμφανώς βελτιωμένος, όπως αναμενόταν λόγω της εφαρμογής του σήματος εμβολής. Τέλος, σχεδιάστηκε και εξομοιώθηκε ένας διαφορικός ταλαντωτής (differential oscillator), από τον οποίο με κατάλληλη τροποποίηση της τοπολογίας του, προέκυψε ένας injection-locked divide-by-2 διαιρέτης συχνότητας. Το συγκεκριμένο κύκλωμα χρησιμοποιείται ευρέως για τη λειτουργία της διαίρεσης δια-2, εξαιτίας του ότι η τοπολογία του παρέχει ένα φυσικό divide-by-2 injection σημείο. / The subject of the present diplomatic project is the design and implementation of an injection locked oscillator, which might also be used as a frequency divider. The oscillator and the frequency divider, constitute distinguished important structural elements of RF transceivers and are mostly placed into the phase-locked-loop (PLL), which is selected as frequency synthesizer in most wireless telecommunications systems. After we studied the structure and the main topologies used in the design of oscillators, we advanced in the analysis and the application of injection locking method, aiming at the improvement of characteristics of their output and particularly the reduction of phase noise. Also, the basic characteristics of analog and digital dividers are described, while particular emphasis is given in the analysis of operation of analog frequency dividers that is based on injection-locked oscillators, more widely known as injection-locked frequency dividers (ILFDs). The choice for further study and implementation of a Colpitts and differential oscillator, was based on the advantages of the particular topologies, which result in their wide use in high-frequencies RF applications. Also the injection-locked oscillators that result from these oscillators, demonstrate low power consumption and very good behavior as far the phase noise. As operation frequency for the proposed circuits, was selected the very important for the wireless telecommunications systems, frequency of 5GHz. Therefore, it is proposed and implemented a Colpitts oscillator and the corresponding injection-locked oscillator, where as it is proved by the simulations as much as by the experimental results, can function as a divide-by-2 injection-locked frequency divider. From the results that resulted from the measurement of implemented injection-locked oscillator, it becomes clear that the phase noise is obviously improved, as it was expected due to the application of the injection signal. Finally, a differential oscillator was designed and simulated, from which with suitable modification of its topology, resulted a divide-by-2 injection-locked frequency divider. This particular circuit is used widely for the operation of division by-2, because its topology provides a natural divide-by-2 injection point.

Ο στόχος της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η μελέτη ενός διαφορικού ταλαντωτή Collpits ο οποίος λειτουργεί ως διαιρέτης συχνότητας με έγχυση ρεύματος στην πηγή, χαμηλού θορύβου και διαφορικής εισόδου, ως προς την κατανάλωση και το θόρυβο. Επίσης συγκρίνεται η απόδοσή του σε αυτούς τους τομείς με την απόδοση άλλων τοπολογιών αναλογικών διαιρετών συχνότητας αλλά και ψηφιακών. / The objective of this thesis is to study a Collpits differential oscillator which works as a low noise and differential input, current source injection frequency divider, by taking into account consumption and noise. Also the performance in these areas is compared with other topologies of analogue and/or digital frequency dividers.