بخشی از مقاله
خلاصه:
در این مقاله یک روش جدید براي افزایش بهره ولتاژ تقویت کننده عملیاتی کسکود تاشده با استفاده از فیدبک مثبت ارائه شده است.تقویت کننده طراحی شده داراي مشخصات زیر است، بهره ولتاژ 72dB پهناي باند 741MHz، با حد فاز 79° و توان مصرفی1mW در ولتاژ تغذیه ./9 ولت شبیه سازي به کمک نرم افزار Hspice در تکنولوژي استاندارد/13μmCMOS .انجام شده است.
کلمات کلیدي: تقویت کننده عملیاتی، ترانزیستور با درایو بالک، کسکود تاشده، فیدبک مثبت.
- 1 مقدمه
امروزه طراحی با کارایی بالاي مدارهاي مجتمع آنالوگ همراه با کاهش ولتاژ تغذیه چالش بزرگی براي طراحان به وجود آورده است.زیرا در تکنولوژي CMOS لازمه کاهش مینیمم ابعاد کاهش ولتاژ تغذیه است و ولتاژ آستانه در تکنولوژي CMOS به نسبت ولتاژ تغذیه کاهش نمی یابد.[1] تقویت کننده هاي عملیاتی مهمترین و اساسی ترین بخش مدارهاي آنالوگ به شمار میآیند. تحقق یک تقویت کننده عملیاتی CMOS با داشتن بهره dc و فرکانس بهره واحد بالا و همچنین سوئینگ ولتاژ مناسب به طور همزمان، مخصوصا در مدارهاي ولتاژ پایین بسیار پیچیده و مشکل است. براي رسیدن به بهره dc بالا استفاده از ساختارهاي چند طبقه و توپولوژي کسکود ترانزیستور باطول کانال بالا و در سطوح جریان کم پیشنهاد میشود، در صورتیکه براي داشتن یک فرکانس بهره واحد بالا بهتر است که از یک ساختار تک طبقه با طول کانال کوچکتر و سطح جریان عبوري بیشتري استفاده شود.[2]
روش هاي مختلفی براي افزایش گین در تقویت کنندها به ویژه تقویت کننده هاي ولتاژ پایین مورد استفاده قرارگرفته است. تقویت کننده گین بوستینگ، تقویت کننده گین بوستینگ با درایو بالک[3]، تقویت کننده با فیدبک مثبت.[4]-[6] در شکل - 1 - یک نمونه تقویت کننده کسکود تاشده رایج نشان داده شده است. در تقویت کننده پیشنهادي با استفاده ترانزیستور با درایو بالک و ایجادفیدبک مثبت بهره ولتاژ این تقویت کننده را افزایش میدهیم بدون اینکه تغییر زیادي در پهناي باند و توان مصرفی این تقویت کننده ایجاد شود. مطالب مقاله به این صورت دسته بندي شده است: در بخش 2 تقویت کننده طراحی شده ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازي نیز در بخش 3 ارائه میشود و در نهایت نتیجه گیري در بخش 4 بیان میشود.
– 2 تقویت کننده بهبود یافته با درایو گیت
در این تقویت کننده براي افزایش بهره ولتاژ از ترانزیستور mf1-mf2با درایو گیت براي ایجاد فیدبک مثبت استفاده شده، که در شکل - - 2نشان داده شده است. همچنین در رابطه - 1 - بهره ولتاژ این تقویت کننده آمده است.[6]که در رابطه gm - 1 - هدایت انتفالی ترانزیستور M1,2 و Routمقاومت خروجی و مقدار ɑf در مرجع[6] آمده است.
- 1-2 تقویت کننده بهبود یافته با درایو بالک
در تقویت کننده شکل - - 3 براي افزایش بهره ولتاژ از ترانزیستور هاي mf1-mf2 با درایو بالک براي ایجاد فیدبک مثبت استفاده شده است. بهره ولتاژ این تقویت کننده در رابطه - 6 - آمده است.
– 3 نتایج شبیه سازي
تقویت کسکود رایج در شکل - 1 - و همچنین تقویت کسکود بهبود یافته با ترانزیستور درایو گیت در شکل - 2 - و تقویت کننده پیشنهادي با درایو بالک در شکل - 3 - با استفاده از تکنولوژيCMOS TSMC . /13μm به کمک نرم افزار Hspice شبیه سازي شده است. پاسخ فرکانسی هر سه تقویت کننده در شکل 4 - و - 5 آمده است نتایج شبیه سازي نشان میدهد که بهره تقویت کننده بهبود یافته با ترانزیستور درایو بالک برابر 72dB، که از بهره تقویت کننده رایج 36dB بیشتر است پهناي باند بهره واحد 781MHz با حد فاز 79° براي بار خازنی ./5 pF این تقویت کننده داراي توان مصرفی1mW در ولتاژ تغذیه ./9 ولت میباشد. مشخصات هر سه تقویت کننده طراحی شده در جدول - 1 - با هم مقایسه شده است همان طور که نشان داده شده بجز بهره تقویت کننده سایر مشخصات تغییر زیادي نکرده است.همانطور که از نتایج شبیه سازي مشخص است قطب اول تقویت کننده تقریبا در ضریب k ضرب شده است و این باعث بهبود پایداري تقویت کننده پیشنهادي شده است.
