بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مشکلات تقویت کننده های امپدانس انتقالی دینامیک رنج و بهره پایین می باشد . در راستای افزایش این دو پارامتر به تحقیق آقای ژانگ مینگ ژو می توان اشاره کرد . در این مقاله ، این تحقیق مورد بررسی و نتایج آن مورد ارزیابی قرار گرفته است .
راهکار پیشنهادی ، تقویت کننده امپدانس انتقالی با بهره بالا و محدوده دینامیکی وسیع برای سیستم دریافت کننده فیبر نوری می باشد که منجر به افزایش بهره و محدوده دینامیکی می شود همچنین از اینورتر پوش پول سری سه مرحله ای ، مدار اتوماتیک کنترل کننده بهره اوج رسانی القایی سری مدار منفرد به دیفرانسیل
وبافر خروجی استفاده شده است .
مدار با استفاده از تکنولوژی 0.18Um طراحی شده است تقویت کننده امپدانس انتقالی پیشنهادی از لحاظ پهنای باند ، محدوده ی دینامیکی ، توان ، بهره و تکنولوژی ساخت باهم مقایسه می شوند و براساس مقایسه صورت گرفته تقویت کننده امپدانس انتقالی به بهبود محدوده ی دینامیکی 123.5db و بهره 87.8db نسبت به سایر تقویت کنندههای امپدانس انتقالی دست یافته است.
مقدمه
برای کاربردهای دریافت کننده فیبر نوری، یک تقویت کننده امپدانس انتقالی - - TIA با بهره بالا و محدوده دینامیکی گستره مبتنی بر فرایند CMOS0.18 میکرو متر طراحی شده است. TIA پیشنهادی شامل اینورتر پوش پول سری - PUSHPULL - سه مرحلهای، مدار اتوماتیک کنترل کننده بهره - AGC - ،اوج رسانی القایی-سری، مدار منفرد به دیفرانسیل و بافر خروجی می باشد.
اینورتر پوش پول سری سه مرحله ای برای دست یابی به بهره کافی بالا مورد استفاده قرار گرفته است. تکنیک نقطه اوج سریهای القایی در این طراحی برای بسط بیشتر پهنای باند به کار گرفته شده است. مدار اتوماتیک کنترل بهره برای تحقق محدوده - طیف - دینامیکی گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور کاهش بازتاب سیگنال، بافر خروجی به این طراحی اضافه شده است. به علت سیگنال خروجی اینورتر پوش پول سری سه مرحلهای و ورودیهای متفاوت بافر خروجی، مدار سگنال به دیفرانسیل باید برای کامل کردن تطبیق در طراحی قرار داده شود.
یک تقویت کننده امپدانس انتقال - - TIAبه طور گسترده به عنوان ابتدا-انتهای ماژول پردازش کننده سیگنال برای تبدیل جریانهای نوری کوچک از تشخیص دهنده نور به سیگنال ولتاژ تقویت شده، مورد استفاده قرار گرفته است.
M1-M9
همزمان،TIA باید محدوده دینامیکی - DR - گسترده ای داشته باشد و نویز پایینی داشته باشد چرا که جریانهای نوری بزرگ ورودی TIAرا به اشباع میرساند و به سگنالهای ورودی غیر حساس می کند.
در کاربردهای عملی دریافت کننده فیبر نوری TIA همیشه نزدیک حالت حساس عمل نمی کند یعنی، به کارگیری پایین ترین سیگنال ورودی در نظر رفته شده است. زمانی که سیگنال های ورودی بالا پردازش شد، اشباع ممکن است اتفاق بیافتد و سیگنال خروجی را به طور قابل ملاحظهای کاهش دهد - DR - در اینجا به صورت نسبت جریان نوری ورودی بیشینه به کمینه که هنوز می تواند توسط TIA دریافت - سنس - شود، تعریف شده است. و - - DR به طور اصلی از طریق حلقه فید بک TIA تعیین شده است. هر چند که، حلقه فید بک بهره انتقال امپدانس و پهنای باند TIA را تحت تاثیر قرار می دهد. بهبود این تقاضاها ممکن است متناقض هم باشند.
به منظور حفاظت TIAاز اشباع و بهبود ظرفیت جریان ورودی، تمام محدوده جریان نوری ورودی به دو ناحیه برای بهبود محدوده دینامیکی، تقسیم بندی شده است علاوه بر این، مفهوم تراکم دو مرحله ای تشریح شده است بر اساس این مفهوم، در این طراحی تمام محدوده جریان ورودی به سه ناحیه مجزا تقسیم شدهاست: غیر فعال، یک ناحیه فعال، و هر دو فعال، بنابراین - DR - بسط بیشتر پیدا می کند و قابلیت درایوکردن بیشتر جریان ورودی افزایش می یابد.
در حال حاضر، کار روی TIA دو روند و گرایش را معرفی می کند: یکی حل تنگنای پهنای باند، و دیگری بهینه سازی حساسیت و محدوده دینامیکی است در این طراحی یک مدار - AGC - برای دست یابی به - DR - وسیع مورد استفاده قرار گرفته است.
شکل-1 بلوک دیاگرام دریافت سیستم فیبر نوری
در کنار آن، همچنین یک ترازیستور موازی برای بزرگ کردن بیشتر - - DRبه کار گرفته شده است.
مدار - - AGCاز طریق استفاده از تشخیص دهندهپیک - یااوج - ، شیفت دهنده - تغییر - سطح، و بافر به جای ترانزیستور MOS و مقاومت سری، ارتقا یافته است. مقاومت فیدبک موازی با ترانزیستور موازی
MOS جایگزین شدهاست. بنابراین تغیر پردازش به طور موثر کاهش یافته و محدوده دینامیکی گسترده تر و پهن تر می شود. به منظور کاهش بازتاب سیگنال، بافر خروجی در این طراحی اضافه شده است. مدار منفرد به دیفرانسل برای تحقق تطابق سیگنال خروجی با دیفرانسیل ورودی به کار گرفته شده است.
پیاده سازی مدار
TIA پیشنهادی شامل اینورتر پوش پول سری سه مرحله ای، کنترل اتوماتیک بهره - AGC - نقطه اوج رسان سری القایی، مدار منفرد به دیفرانسلی، و بافر خروجی می باشد، اینورتر پوش پول سری سه مرحلهای هستهی TIA است، و - AGC - میتواند بهره هسته را مطابق با دامنه سیگنال ورودی تنظیم کند، بلوک بعدی خروجی، درایو خروجی تمام دیفرانسلی اهمی را فراهم آورده و بازتاب سیگنال را کاهش می دهد. اینورتر پوش پول سری سه مرحله ای برای دست یابی به بهره در بار - تقاضا - استفاده شده است. به منظور بسط بیشتر پهنای باند، تکنیک اوج القایی-سری در این طراحی استفاده شده است. شکل 3 ساختار مدار اینورتر پوش پول سری سه مرحلهای با اوج رسانی سری-القایی را نشان می دهد. مدار اینورتر پوش پول سری سه مرحلهای شامل ترانزیستورهای میباشد.
ترازیستورهای PMOS و NMOS در اینورتر پوش پول در ناحیه اشباع می تواند به هر دو صورت برای بیشینه کردن اندوکتانس انتقالی، بایاس شود و تولید پهنای باند کل ساختار را افزایش دهدافت ولتاژ مقاومت فیدبک Rf میتواند ولتاژ بایاس برای ترانزیستور MOS را بدون منبع بایاس اضافی فراهم آورد و تطابق ورودی را تنظیم کند.
ترانزیستورهای M3, M6, M9 به عنوان بار فعال - اکتیو - به کار مقدار مقاومت ترانزیستور M10 با ولتاژ کنترل مختلف تغییر خواهد گرفته میشوند به طوری که ترانزیستورهای تقویت کننده می توانند کرد بداین گونه بهره امپدانس انتقالی تنظیم می شود.
اندازه خودشان را برای اجتناب از جهش اضافی - اور شوت - افزایش دهند. علاوه بر این می تواند پهنای باند را افزایش داده و تاثیر میلر را کمینه سازند. تکنیک به اوج رسانی القایی-سری از طریق القاگر L جاگذاری شده در ورودی اینورتر پوش پول سری سه مرحله ای، تحقق می یابد.
شکل -2 نمودار کلی مدار
شکل-3معکوس کننده ی پوش پول سه مرحلهای
در مقایسه با القاگر اکتیو - فعال - که به طور طبیعی شامل ترانزیستور
MOS و یک مقاومت است، القاگر خارج از تراشه حلزونی در این طراحی مورد استفاده قرار گرفته است که می تواند مقدار اندوکتانس بالاتری را در مدارات با سرعت-بالا و ولتاژ-کم فراهم آورد. قطب غالب اینورتر پوش پول سری سه مرحلهای در ترمینال ورودی نهفته است.
شکل-4 مدار کنترل اتوماتیک بهره
در قسمت B ترنزیستور M11 به عنوان ترانزیستور موازی عمل می کند و مسیر جریان موازی را تشیل می دهد. زمانی که ترانزیستور M11 روشن است، بخشی از جریان نوری از طریق M11 به زمین جریان پیدا خواهد کرد بدین ترتیب محدوده دینامیکی افزایش بیشتری پیدا می کند. مقاومت R1, R2 به عنوان تقسیم کننده مقاومتی ملاحظه می شوند. تمام محدوده جریان ورودی به سه ناحیه تقسیم شده است که شامل غیر فعال، یکی-فعال، وهردو -فعال می شود. در ناحیه غیر فعال، جریان ورودی بسیار کوچک است و ترانزیستورهای M11,M12 خاموش میباشند، بهره امپدانس انتقالی به مقدار مقاومت M10 تقریب زده می شود.
TIA به طور خطی به جریان ورودی پاسخ می دهد، در ناحیه یکی-فعال که جریان ورودی مقدار متوسطی است، ترانزیستور M12 شروع به روشن شدن می کند در حالی که M11 هنوز خاموش است، بهره امپدانس انتقالی از طریق ولتاژ گیت ترانزیستور M10 تنظیم می شود، در حالی که در ناحیه هردو-فعال، جریان ورودی به اندازه کافی بزرگ است، بنابراین هر دو ترانزیستورM11,M12 باید روشن باشند، و بهره امپدانس انتقالی با جدیت بیشتری کاهش پیدا می یابد که به آسانی نمی تواند محاسبه شود. به منظور کاهش بازتاب سیگنال، بافر خروجی در این طراحی اضافه شدهاست
