Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε, σχεδιάστηκε, προσομοιώθηκε και κατασκευάστηκε ένα σύστημα ενός ταλαντωτή το οποίο μειώνει τον θόρυβο φάσης (phase noise) σε εικονικά οποιονδήποτε ήδη υπάρχον ταλαντωτή ελεγχόμενου από τάση (VCO). Για να το πετύχει αυτό η προτεινόμενη τεχνική δανείζεται από την ιδέα του βρόχου κλειδωμένης φάσης (Phase Locked Loop) και με λίγα επιπλέον ηλεκτρονικά στοιχεία καθιστά δυνατή την μείωση του phase noise επηρεάζοντας σε μικρό βαθμό τα χαρακτηριστικά του VCO αλλά και δίνοντας την δυνατότητα παραμετροποίησης των χαρακτηριστικών ποιοτικών στοιχείων του τελικού ταλαντωτή που προκύπτει. Το σύστημα του ταλαντωτή κατασκευάστηκε σε πλακέτα(PCB) με διακριτά στοιχεία τα οποία παρέχονταν από το Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Εφαρμογών. Το σύστημα αυτό μπορεί να ανταποκριθεί στις ραγδαία αυξανόμενες απαιτήσεις απόδοσης των ταλαντωτών στις σημερινές εφαρμογές, όσο αφορά στον χαμηλό θόρυβο φάσης, την χαμηλή κατανάλωση, την μικρή πολυπλοκότητα στο σχεδιασμό, την μικρή επιφάνεια και την ευκολία στην ολοκλήρωση. / The present diploma thesis pertains the study, design, simulation and implementation of an oscillator system that reduces phase noise in virtually any given already existing voltage controlled oscillator (VCO). To achieve that the proposed technique borrows from the idea of the Phase Locked Loop and with just a few extra electronic components it enables the reduction of phase noise ,by affecting the core characteristic qualities of the employed VCO only by a small fraction, as well as the optimization of the specifications of the resulting oscillator. This oscillator system was manufactured on a printed circuit board and implemented with discrete components which were supplied by the Applied Electronics Lab. This system can measure up to the increasing performance demands for oscillators by todays applications in terms of low phase noise, low power consumption, small design complexity, small area and ease of integration.

Η χρήση ταλαντωτών γίνεται σε όλα τα τηλεπικοινωνιακά και στα περισσότερα ψηφιακά κυκλώματα. Αποτελεί βασικό πυλώνα πάνω στον οποίο στηρίζεται η ποιότητα του τηλεπικοινωνιακού σήματος. Για να παράγει έξοδο για διαφορετικά κανάλια μιας τηλεπικοινωνιακής περιοχής, θα πρέπει ο ταλαντωτής μας να αλλάζει την παραγόμενη συχνότητα του. Μια ειδική κατηγορία αυτών είναι οι ταλαντωτές ελεγχόμενοι από τάση, VCO . Οι ταλαντωτές που χρησιμοποιούνται σήμερα ανήκουν σε 2 βασικές κατηγορίες: ● Ταλαντωτές LC, όπου χρησιμοποιείται ένα συντονιζόμενο κύκλωμα, αποτελούμενο από επαγωγή L και χωρητικότητα C, που από κοινού καθορίζουν την συχνότητα λειτουργίας του ταλαντωτή. ● Ταλαντωτές δακτυλίου, χρησιμοποιούν κυκλώματα RC μετάθεσης φάσης Οι πρώτοι υπερέχουν στον χαμηλότερο θόρυβο και κατανάλωση, οι δεύτεροι σε μικρότερη επιφάνεια υλοποίησης και μεγαλύτερη περιοχή συχνοτήτων. Η μελέτη έγινε για ολοκληρωμένο κύκλωμα ASIC, BiCmos 0,35μm της Austriamicrosystems. Η περιοχή συχνοτήτων του VCO είναι 10GHz – 10,5GHz. Η πορεία πέρασε από την εξομοίωση των επιμέρους τμημάτων του ταλαντωτή και σταδιακά στην σύνθεσή τους. Το ζητούμενο ήταν να επιτευχθεί η χαμηλότερη στάθμη θορύβου, στα προδιαγεγραμμένα όρια λειτουργίας. Το γεγονός αυτό οδήγησε σε διαρκείς εξομοιώσεις. Στην συνέχεια μετεξελίχθηκε σε ορθογώνιο ταλαντωτή QVCO με την ίδια περιοχή εξόδου. Η διαδικασία επαναλήφτηκε για την επίτευξη της μέγιστης απόδοσης. Για την εξομοίωση χρησιμοποιήθηκε το Advanced Design System της Agilent. Η τροφοδοσία του κυκλώματος είναι στα 3volts. Η κατανάλωση 42mw για τον ταλαντωτή VCO, 90mW για τον ταλαντωτή QVCO. Ο θόρυβος φάσης είναι χαμηλότερος από -114dBc/Hz στα 10KHz για το VCO και -100dBc/Hz στα 10KHz για το QVCO. / Design of an integrated ASIC Austriamicrosystems (AMS), 0.35mm technology, quadrature voltage controlled oscillator in the range of 10GHz. The design and simulation environment had occurred in the ADS of Agilent. This design was aimed at the lowest possible noise level.