بخشی از مقاله
1. خلاصه
طراحی تقویتکننده عملیاتی نسبت به طراحی مدارهای کلیدزنی-خازنی بسیار مشکلتر است بنابراین مدارکلیدزنی-خازنی برپایه مقایسهکننده - CBSC - به وجود آمده است که در مدار پیشنهاد شده به جای استفاده از مقایسه کنندههای پیوسته در زمان از یک مقایسهکننده بر پایه دینامیک لچ استفاده شده است که سبب میشود همراه با افزایش سرعت نیاز به افزایش توان مصرفی مدار نباشد
در این مقاله شبیه سازی بر اساس تکنولوژی 90nm انجام شده است. در مدار CBSC از مقایسه کننده لچ دینامیک با تعقیب دوبل با تأخیر 130ps و مصرف توان 190uw استفاده شده است و زمان لازم برای تولید خروجی مناسب در مدار CBSC ، 2/1ns است در مدار نمونه بردار نیز از سوییچ خود راهانداز با بایاس بدنه استفاده شده است تا اعوجاج وابستگی مقاومت سوییچ به VGS و Vth به حداقل برسد.
.1 مقدمه
طراحی تقویتکننده عملیاتی بسیار مشکلتر از طراحی مدارهای کلیدزنی-خازنی در تکنولوژیهای کمتر از میکرون CMOS است . مشکلات تغذیه کوچک باعث تغییرات کم خروجی شده که جهت افزایش ظرفیت الکتریکی مدار برای دستیابی به محدوده پویا مورد نیاز است و همچنین برای دستیابی به سرعت عملکرد بالاتر نیاز به افزایش توان مصرفی است ، اضافه بر آن مقاومت کوچک خروجی در مقیاسهای کمتر از میکرون قطعات سبب کم شدن ضریب بهره تقویتکننده عملیاتی میشود.
راه حل ارائه شده برای افزایش بهره استفاده از تقویتکننده آبشاری است که این شیوه مشکل تغییرات خروجی حداکثر را بدتر میکند و همچنین استفاده از تقویتکننده های چند طبقه پشت سرهم با ضریب بهره کم،موجب پیچیدگی و ایجاد مشکل در پایداری تقویتکننده میشود.[1] یکی از روش های به کار گرفته شده برای پایداری جبران کننده میلر است که نیاز به توان بالاتر برای رسیدن به سرعت مشابه در آن کاربرد را موجب میشود .
برای دستیابی به چالشهای طراحی مدارهای آنالوگ در اندازههای کوچکCMOS مدارCBSC ایجاد شده است که در مسیر سیگنال به تقویتکننده عملیاتی نیاز ندارد. ترکیب یک مقایسهکننده و منبع جریان جایگزین تقویتکننده عملیاتی می شوند. بسیاری از روشها و معماریهای ارائه شده و استفاده شده در مدارهای کلید زنی-خازنی با تقویتکننده عملیاتی میتوانند در مدارهای CBSC استفاده شوند .
.2 اصول پایه عملکرد CBSC
طبقه اصلی CBSC مانند مدارهای کلیدزنی-خازنی مبتنی بر تقویتکننده عملیاتی - OBSC - 1 در یک چرخه دو مرحله ای عمل میکند، مرحله نمونه گیری 1 - - و مرحله انتقال شارژ - 2 - که به سه مرحله کوچکتر تقسیم میشود : مرحله تنظیم اولیه - P - ، مرحله انتقال شارژ اصلی - E1 - و مرحله انتقال شارژ کوچک ثانویه - E2 - در شکل - 1 - مرحله انتقال بار الکتریکی در طبقه اصلی CBSC نشان داده شده است مرحله تنظیم اولیه - P - برای تضمین آغاز Vx در کمتر از زمین مجازی استفاده میشود بعد از کامل شدن نمونه برداری در آخر مرحله 1 ولتاژ Vx برابر با ولتاژ Vcm است . در زمان بازنشانی خروجی طبقه به کمترین ولتاژ سیستم متصل میشود این عمل باعث میشود ولتاژ Vx کمی کمتر از Vcm شود و اطمینان ایجاد میکند مقدار اولیه Vx0 برای همه مقادیر محدوده ولتاژ ورودی کمتر از Vcm است . همچنین کلید نمونه برداری S در طول دوره باز نشانی2بسته است تا خازن بار، راه اندازی مجدد شود .
الف- شماتیک مدار CBSC جفت شیب
ب- ولتاژ گرهها و سیگنالهای زمانبندی مدار CBSC
شکل.1 عملکرد یک نمونه مدار [2]CBSC
مرحله انتقال شارژ اصلی - E1 - برای دستیابی به سرعت و ایجاد ولتاژ خروجی و موقعیت زمین مجازی استفاده میشود . بعد از مرحله P و با شروع مرحله E1 با فرمان مقایسه کننده، منبع جریان I1 روشن شده و شبکه خازنیC1، C2 و CL را شارژ میکند. با شارژ خازنها ولتاژهای VxوVo بهصورت رمپ به طرف مقادیر ایدهآل و پایانی خود صعود می-کنند. با رسیدن Vx به ولتاژ VCM، مقایسه کننده منبع جریان I1 را خاموش کرده و شارژ خازنها متوقف میشود.تأخیر محدود مقایسهکننده و شیب زیاد رمپ یک فراجهش در خروجی ایجاد میکند .
مرحله انتقال شارژ کوچک ثانویه - E2 - برای رسیدن به اندازه دقیق تر زمین مجازی و در نتیجه ایجاد مقدار دقیقتر خروجی به کار می رود . جریان این مرحله - I2 - بسیار کوچکتر از جریان مرحله اصلی - I1 - و با علامت مخالف است که اجازه می دهد تا مقایسهکننده یک تأخیر طولانی بدون ایجاد فراجهش خیلی بزرگ داشته باشد. هنگامی که مقایسهکننده عبور از آستانه را مشخص میکند کلید نمونه برداری S باز شده و موجب تشخیص لحظه انتقال شارژ نمونه گیری شده به خازن بار - CL - میشود.
.3 اجزای CBSC
1؛3سوییچ
مدارهای کلیدزنی- خازنی برای انجام عمل نمونه برداری صحیح ولتاژ ورودی روی خازنهای نمونه بردار، احتیاج به سوئیچهای دقیق دارند.
