نوسان‌ساز LC کلاسیک به همراه منابع نویز آن
همان­طور که در بخش ۲-۷ اشاره شد این نویز­ها را می­توان با یک منبع جریان نویز موازی با المان مورد نظر مدل کرد. در شکل (۲-۴۵) نوسان‌ساز­­­ LC با منابع نویز آن مشاهده می­ شود. با شناسایی منابع نویز موجود در نوسان‌ساز­­­ LC در ادامه به معرفی روش­های کاهش اثر نویز این منابع در تغییر فاز خروجی پرداخته و چند تکنیک ارائه شده در راستای کاهش نویز فاز این نوسان‌ساز­­­ بررسی خواهد شد.

1. 1. روش­های کاهش نویز فاز

در چند سال گذشته تکنیک­های مختلفی برای ارائه نوسان‌ساز­­­هایی با نویز فاز کمینه ارائه شده است [۲۵]-[۴۱]. منابع ایجاد نویز فاز در اسیلاتورها، نویزهای موجود در عناصر الکترونیکی مانند ترانزیستورها و مقاومت­ها هستند. در بین منابع نویز موجود در نوسان‌ساز­­­ LC ترانزیستور دنباله نویز قابل توجهی به نوسان‌ساز­­­ تزریق می­ کند. در راستای کاهش این نویز بعضی طراحان سعی در حذف این منبع جریان داشتند[۲۷] و [۲۶]-[۲۸]. ولی با حذف آن حساسیت نوسان‌ساز­­­ به نویز منبع تغذیه افزایش می­یابد. در طراحی­های زیادی تلاش بر کاهش اثر نویز منبع جریان دنباله می­باشد مانند فیلتر کردن خازنی نویز در ترانزیستور دنباله [۲۵] و [۲۸]، فیلتر کردن نویز با فیلتر LC در دنباله [۲۷] و [۴۰]. یکی از روش­های موثر کاهش اثر نویز ترانزیستورها در فاز خروجی نوسان‌ساز­­­، بهینه کردن فرم جریان آن­ها می­باشد. بسته به وضعیت نوسان‌ساز­­­ نویز ولتاژ یا جریان موجود در اجزای تشکیل دهنده نوسان‌ساز­­­ به نویز در دامنه یا فاز خروجی تبدیل می­ شود [۲۴] و [۲۳].

1. 1. روش فیلترینگ نویز دنباله

روش فیلترینگ نویز]۱۱[ یکی از مهمترین تکنیک ارائه شده برای کاهش نویز فاز نوسان‌ساز­­­های CMOS نوع LC می­باشد. این روش بر پایه­ فیلتر کردن نویز منبع جریان دنباله که از منابع مهم تولید نویز فاز در نوسان‌ساز­­­ LC برشمرده می­ شود، بنا شده است. قبل از ارائه تکنیک فیلتر نویز ابتدا باید نقش منبع جریان دنباله در نوسان‌ساز­­­ LC بررسی شود.

• • نقش منبع جریان دنباله

برای بررسی نقش منبع جریان دنباله در نوسان‌ساز­­­ LC دو حالت را باید درنظر گرفت.
در حالت اول فرض می­ شود منبع جریان واقع در سورس با یک اتصال کوتاه جایگزین شود (شکل (۲-۴۶) (الف)). ابتدا دقت کنید که ساختار نوسان‌ساز­­­ ایجاب می­ کند که ولتاژ  دو ترانزیستور هم اندازه با ولتاژ خروجی دیفرانسیلی نوسان‌ساز­­­ اما با علامت مخالف یکدیگر باشند. در لحظه گذر از صفر ولتاژ دیفرانسیلی خروجی، هر دو ترانزیستور در ناحیه اشباع به سر می­برند و هدایت دیفرانسیلی منفی که توسط زوج دیفرانسیل ایجاد می­ شود باعث تحریک و شروع نوسان می­ شود. هنگامی که ولتاژ خروجی نوسان‌ساز­­­ از مقدار  عبور می­ کند، ولتاژ  یکی از ترانزیستورها از  بیشتر شده و در نتیجه وارد ناحیه تریود می­ شود و ولتاژ  ترانزیستور دیگر از  کمتر شده و عمق قرار گرفتن آن در ناحیه اشباع بیشتر می­ شود. مقدار  ( عکس مقاومت ناحیه­ی تریودی ترانزیستور) ترانزیستوری که وارد ناحیه خطی می­ شود متناسب با ولتاژ خروجی شروع به افزایش می­ کند و باعث افزایش تلفات شبکه LC می­ شود. در نیم سیکل بعدی  ترانزیستور دیگر باعث ایجاد تلفات در رزناتور می­ شود و در نتیجه می­توان گفت که دو ترانزیستور باعث کاهش ضریب کیفیت متوسط شبکه LC در یک دوره تناوب می­شوند.

نقش منبع جریان. الف: بدون منبع جریان. ب: با منبع جریان ایده­آل بدون نویز
حال فرض کنید منبع جریان مطابق شکل(۲-۴۶ب) در مدار قرار گیرد. در نزدیکی نقاط گذر از صفر هر دو ترانزیستور هدایت کرده و یک مقاومت منفی در دو سر شبکه LC ایجاد می­ شود. با فرض اینکه در حالت تعادل و هنگامی که هر یک از دو ترانزیستور جریان  را عبور می­ دهند، مقدار  به نحوی انتخاب شود که رابطه  برقرار باشد، در این صورت هنگامی که ولتاژ دیفرانسیلی خروجی، یکی از ترانزیستورها را به ناحیه خطی ­برد، ترانزیستور دیگر وارد ناحیه قطع می­ شود. از آنجایی که هیچ جریانی امکان جاری شدن در  ترانزیستور واقع در ناحیه خطی را ندارد، این ترانزیستور باعث بار کردن شبکه LC نشده و ضریب کیفیت آن را کاهش نمی­دهد. زوج دیفرانسیل تنها در بازه­های زمانی کوچکی که هر دو ترانزیستور وصل می­باشند، سبب تزریق نویز به شبکه LC می­ شود. به عبارت دیگر می­توان گفت منبع جریان در مدار نوسان‌ساز­­­ دو وظیفه را به صورت هم زمان انجام می­دهد: ایجاد جریان بایاس و فراهم آوردن یک امپدانس بالا به صورت سری با ترانزیستورهای زوج دیفرانسیل. اما در هر مدار متقارن، هارمونیک­های فرد تنها در مسیر دیفرانسیلی می­چرخند و هارمونیک­های زوج امکان جاری شدن در مسیر مود مشترک و گذشتن از رزناتور و سوئیچ ها در مسیر تغذیه تا زمین را پیدا می­ کنند. بنابراین می­توان گفت که منبع جریان باید امپدانس بالایی در فرکانس­های زوج ایجاد نماید که از بین این فرکانس­ها، هارمونیک دوم به علت اندازه بزرگتر از اهمیت بیشتری برخوردار است.

• • تکنیک فیلترینگ نویز

با توجه به توضیحات بیان شده در بخش قبل توجه به دو نکته حائز اهمیت است:

1. 1. فقط نویز حرارتی منیع جریان دنباله اطراف هارمونیک دوم آن در نویز فاز خروجی تاثیر بسزایی دارد.

1. 1. برای جلوگیری از کاهش اثر بارگذاری در لحظاتی که ترانزیستورهای سوئیچ وارد تریود می­شوند، یک امپدانس زیاد در دنباله در هارمونیک دوم نیاز است.

توجه به این نکات باعث ایجاد ایده­ استفاده از یک فیلتر باند باریک به منظور تضعیف مؤلفه­ های مؤثر در ایجاد نویز فاز مربوط به منبع جریان شده است که به طور هم زمان از طریق ایجاد امپدانس بالا مشکلی نیز در مسئله­ بار شدن شبکه­ LC ایجاد نکند]۱۱[ .
بدین منظور همان­طور که در شکل (۲-۴۷الف) مشاهده می­ شود، در قدم اول یک خازن بزرگ به موازات ترانزیستور منبع جریان قرار داده می­ شود تا مؤلفه های نویز واقع در  آن را توسط ایجاد یک مسیر با امپدانس کم و اتصال کوتاه کردن آن حذف نماید. این همان کاری است که حاجی­میری پیشنهاد کرد. اما اگر خازن تنها اضافه شود، با وجود مشکل بار شدن شبکه LC ممکن است تأثیر خاصی در بهبودی نویز فاز ایجاد نشود. در نتیجه برای حل این مشکل مطابق شکل(۲-۴۷ب) سلفی بین منبع جریان و سورس ترانزیستورها سری می­ شود. اندوکتانس سلف به­ گونه ­ای انتخاب می­ شود که در فرکانس  با کلیه­ خازن­های پارازیتی موجود از سورس ترانزیستورهای زوج دیفرانسیل تا زمین تشدید نماید و در نتیجه یک امپدنس بالا ایجاد نماید. به مجموعه­ خازن و سلف اضافه شده به مدار نوسان‌ساز­­­ فیلتر کاهش نویز گفته می­ شود.