X-bant hüzme şekillendirici yongaları için veri dönüştürücü modüllerinin VLSI tasarımı
VLSI design of data converter modules for X-band beamforming chips
Yazar: MERVE DENİZ TÜRKOĞULLARI
Danışman: PROF. DR. ALİ TANGEL
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Faz kaydırıcılar, faz dizili antenlerden oluşan hüzme şekillendirme sistemlerinin en önemli elemanlarından birisidir. Burada amaç, her bir antene gelen sinyalin zamanda geciktirilmesi ve faz açısının değiştirilmesi ile, istenilen hüzme açısının mekanik değişikliğe gerek duyulmadan elektronik olarak elde edilmesidir. Bunlar farklı topolojilerde gerçekleştirilir ve aktif ve pasif olarak iki kategoride toplanabilir. Aktif faz kaydırıcılarda yüksek frekansta çalışan sinyallerle ilgili uygulamalarda genellikle transistor, işlemsel yükselteçler vb. aktif yarı iletken bileşenler kullanılarak bir sinyalin fazı yani zaman içindeki pozisyon değişimi elde edilirken, pasif faz kaydırıcılarda, direnç kondansatör ve bobin gibi pasif bileşenler kullanılarak bir sinyalin faz değişimi elde edilir. Bu çalışmada aktif X-Bant faz kaydırıcı yapılarına odaklanılmış olup, özellikle bu yapılarda kullanılan veri dönüştürücü (ADC ve DAC) mimarileri yakından incelenmiştir. Literatür taraması ile incelenmesi hedeflenen veri dönüştürücü parametreleri, seçilen mimari, çözünürlük değerleri, doğrusallık düzeyleri, giriş ve çıkış gerilim düzeyleri, çalışma hızları, güç harcanımları ve faz kaydırıcı yongası içindeki kullanım amaçlarına yönelik olmuştur. Ancak konuyla ilgili yapılan literatür araştırması sonucunda, bu parametrelerin tümüyle ilgili detaylı bilgiye malesef ulaşılamamıştır. Elde edilebilen bilgiler bu çalışmada özetlenerek paylaşılmıştır. Ayrıca, elde edilen bilgiler ışığında, aktif hüzme şekillendirici yonga tasarımlarında kullanılabilecek özellikte, 7 bit flash ADC ile 8 bit R-2R DAC örnek tasarımları ve benzetimlerinin 180nm CMOS teknolojide gerçeklenmesi bu çalışmanın nihai hedefidir. Gelinen nokta itibariyle yapılan tasarım çalışması sonuçları burada paylaşılmıştır. Bu amaca yönelik tümleşik devrelerin yerli imkânlar ile tasarlanıp üretilebilmesi stratejik öneme sahiptir. Bu çalışma ile bu amaca katkı sağlanmış olunacaktır.

Abstract:
Phase shifters are one of the most important elements of beam forming systems consisting of phased array antennas. Here, the aim is to achieve the desired beam angle electronically without the need for mechanical changes by delaying the signal arriving at each antenna in time and changing its phase angle. They are realized in different topologies and can be grouped into two categories as active and passive. In active phase shifters, the phase of a signal, that is, its position over time, is obtained using active semiconductor components such as transistors, operational amplifiers, etc., at high frequencies. In passive phase shifters, phase change of a signal is achieved using passive components like resistors, capacitors and inductors.
In this study, we focused on active X-Band phase shifter structures, especially examining the architectures of data converters (ADC and DAC) used in these structures. The data converter parameters targeted for examination through literature review are the chosen architecture, resolution values, linearity levels, input and output voltage levels, operating speeds, power consumptions, and their purposes within the phase shifter chip. However, a detailed review of the literature on the subject unfortunately did not provide detailed information on all these parameters. The available information has been summarized and shared in this study. Additionally, in light of the information obtained, it is the ultimate goal of this study to realize sample designs and simulations of 7 bit flash ADC with 8-bit R-2R DAC, suitable for use in active beamforming chip designs, in 180nm CMOS technology. The results of the design work done so far have been shared here. The ability to design and manufacture these integrated circuits with domestic facilities is of strategic importance. This study will contribute to this goal.