بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، یک تقویتکننده دو طبقه ترارسانایی عملیاتی فولدد کسکود با بازنشانی مجدد - DRFC 1 در تکنولوژی 180 نانومتر برای کاربردهای ولتاژ پایین ارائه شده است. در طراحی این
CMOS OTA - مدار، از یک فولدد کسکود - FC - استفاده شده است که در طبقه ورودی با استفاده از تکنیک بازنشانی مجدد منبع جریان، بهره و پهنای باند بهره 2 را نسبت به کارهای مشابه بهبود میدهد بدون CD - GBW - آنکه توان بیشتری مصرف شود.
در طبقه خروجی نیز با بهرهگیری از ساختار فیدبک مثبت باعث بهبود ترارسانایی ، امپدانس خروجی فرکانس پایین، آهنگ گردش 3 و حاشیه فاز 4 شده است. همچنین با استفاده از ترانزیستور های 5SLDدر این طبقه، برای جبرانسازی غیرمستقیم بهره گرفتهایم. تقویت کننده ارائه شده دارای پهنای باند بهره 144 مگاهرتز است که به ازای بهره 40 دسیبل دریافت میشود. ولتاژ منبع تغذیه آن 1,8ولت و توان مصرفی در حدود 967 میکرووات است. همچنین حاشیه فاز در حدود 50 درجه است که نشاندهنده پایداری مناسب مدار ارائه شده میباشد
مقدمه
تقویت کننده های عملیاتی فولدد کسکود به دلیل بهره، سرعت و سوئینگ سیگنال بالایی که دارند اساس بسیاری از طراحیهای مدارهای آنالوگ هستند . - Ferri and Sausan, 1997, Yan et al, 2012 - در این تقویتکنندهها برای ترانزیستورهای ورودی بهتر است از زوج تفافضلی PMOS استفاده شود. زیرا قطب های غیر غالب بزرگتر، نویز و سطح ورودی حالت مشترک کمتری دارد. ولی به دلیل پایین بودن تحرک حامل ها در PMOS، پهنای باند کمتری دارد. در کارهای قبلی برای بهبود عملکرد تقویتکننده فولدد کسکود، کارهایی صورت گرفته است که از جمله آنها میتوان به RFC اشاره کرد که آهنگ گردش و پهنای باند بهره را بهبود میدهد . - Assad and Silva-Martinez, 2009 - تقویتکننده RFC به دلیل داشتن یک جفت صفر و قطب بیشتر، منجر به اختلال در حاشیهفاز و کم شدن پایداری مدار میشود
اخیراً، کارهای زیادی برای بهبود عملکرد تقویتکننده فولدد کسکود بازنشانی در زمینه حاشیهفاز صورت گرفته است که تقویتکننده ترارسانایی RFC بهبود یافته نامیده میشود و در هر یک از این کارها، از روش های گوناگونی مانند فیدبک مثبت، استفاده از منابع جریان بیشتر - Yan et al, 2012, Zhao et al, 2012 - استفاده شده است. در این مقاله، یک تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی فولدد کسکود با باز نشانی مجدد - DRFC OTA - طراحی و شبیهسازی شده است.
مدار پیشنهادی با استفاده از تکنیک بازنشانی مجدد منابع جریان موازی در طبقه ورودی تقویت کننده IRFC، بهره موثر و GBW را بدون مصرف توان بیشتر افزایش میدهد. همچنین در طبقه خروجی با روش فیدبک مثبت باعث بهبود gm میشود که آن هم افزایش آهنگ گردش، بهبود حاشیه فاز و کاهش نویز و آفست ورودی را به دنبال دارد. همچنین از ترانزیستور های SLD به منظور جبران سازی غیر مستقیم در این طبقه استفاده شده است. در بخش 2 به تحلیل و طراحی مدار پیشنهادی پرداخته میشود. در بخش 3، نتایج شبیه سازی و در نهایت نتیجهگیری در بخش 4 ارائه میشود. تحلیل و طراحی مدار تقویتکننده پیشنهادی در شکل 1 مدار تقویتکننده فولدد کسکود متعارف نشان داده شده است.
ترانزیستور های M3 و M4 در طبقه ورودی این مدار، فقط به عنوان منابع جریان بایاس عمل میکنند و عملکرد این مدار زمانی بهتر میشود که با تکنیکهای خاصی بتوان gm موثر آن را افزایش داد. بهبود یافتهی مدار در شکل 2 نشان داده شده است که بهره، پهنای باند و آهنگ گردش بالاتری نسبت به مدار قبلی دارد . - Assad et al, 2009 - شکل 3، شماتیک کامل مدار تقویت کننده پیشنهادی را نشان میدهد. ترانزیستور های M9 و M10 یک جریان بزرگ را هدایت میکنند، از اینرو میتوانند یک gm بزرگ ایجاد کنند.
بنابراین، علاوه بر ترانزیستورهای M5a و M8b در RFC، ترانزیستورهای M9 و M10 نیز در تقویتکننده DRFC در درایو ورودی نقش دارند. به منظور بهره برداری از M9 و M10 به عنوان ترانزیستورهای درایو، اتصال گیت آینههای جریان M5b:M9 و M8a:M10، این اطمینان را میدهد که جریان سیگنال کوچک با نرخ فاکتور - k-1 - افزایش مییابد. در نهایت پتانسیل درین M11 و M12 برای بهبود تطابق برابر باقی میماند. این تغییرات، عملکرد مدار تقویتکننده DRFC را نسبت به تقویتکنندههای FC و RFC مطلوبتر میسازد.
