بخشی از مقاله
چکیده
سیستم مخابرات نوری از یک فرستنده، محیط انتقال و یک گیرنده تشکیل شده است. در یک سیستم گیرنده مخابرات نوری ابتدا فوتودیود، داده های نوری را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. سیگنال الکتریکی دریافتی در طبقه تقویت کننده امپدانسی انتقالی، تقویت شده و سپس به ولتاژ تبدیل می شود. بعد از این طبقه یک تقویت کننده محدودساز قرار گرفته است، که باعث انتقال سیگنال به طبقات بعد در بلوک گیرنده نوری شده و همچنین بهره سیگنال و میزان سوئینگ ولتاژ خروجی را افزایش می دهد.
در این مقاله ساختار تقویت کننده محدود ساز با استفاده ازترانزیستور نانوتیوب کربن 32 نانومتر در نرم افزار HSPICE طراحی شده است. برای طراحی تقویت کننده محدود ساز پیشنهادی، ابتدا از یک تقویت کننده زوج تفاضلی استفاده شده است. در یک تقویت کننده تفاضلی میزان بهره و پهنای باند بسیار کم - کمتر از فرکانس های گیگاهرتز - می باشد. بنابراین برای اینکه پاسخ فرکانسی یک تقویت کننده تفاضلی را بهبود دهیم از ساختار تقویت کننده تفاضلی چند طبقه استفاده شده است. در ساختار چند طبقه به پاسخ فرکانسی 21.9GHZ دست یافتیم که افزایش چشم گیر پاسخ فرکانسی را به دنبال داشته است.
مقدمه
-1-1 ضرورت استفاده از ترانزیستورهای نانولوله ای
گوردونمور1درسال1965در مقالهای روند افزایش چگالی مجتمع سازی را بررسی کرد و نشان دادکه تعداد ترانزیستورهایی که کی توتن روی سطح ثابتی از تراشه جای داد تقریباً هر 18ماه تا 24ماه دوبرابرمی شود، او پیشبینی کرد که این روند ادامه یابد.[1] تولیدکنندگان تراشه از کاهش ابعاد ترانزیستورها استفاده کردهاند تا تعداد ترانزیستورها را به صورت نمایی افزایش دهند، ولی کاهش ابعاد ترانزیستورها در تکنولوژی CMOS به زودی پایان خواهد یافت. در واقع موانعی مانند مسائل مربوط به توان، قابلیت اطمینان، افزایش هزینههای ساخت، محدودیتهای فیزیکی نقش نگاری نوری و اندازه ترانزیستور وجود دارد.
به عنوان مثال، بخشهایی از ترانزیستورها تنها به اندازه چند اتم ضخامت دارند و با کاهش ابعاد ترانزیستورها کوچکتر هم میشوند؛ بنابراین وقتی ابعاد به محدوده ضخامت یک یا دو اتم برسند، کاهش ابعاد باید متوقف شده و تکنولوژی جدیدی مورد استفاده قرار گیرد. یک جایگزین مناسب برای مدارات مجتمع مبتنی بر نقش نگاری نوری، بهرهگیری از فناوری نانو و قطعات الکترونیکی در مقیاس نانو است.[2]
پیش بینیها توسط ITRS 2 نشان میدهد که مقیاس کردن CMOS در حدود سال 2018 با رسیدن به عرض کانال 20 نانومتر به پایان خواهد رسید. درنتیجه استفاده از قطعات نانو الکترونیک یک گزینه مناسب بوده که امکان مجتمع کردن قطعه در یک سانتیمتر مربع را فراهم خواهد کرد. در ضمن طبق گزارشهای ITRS در سال 2018 قادر خواهیم بود که ترانزیستور را در هر سانتیمتر مربع بسازیم.[2]
-2-1 سیستم مخابرات نوری
سیستم مخابرات نوری در کلیات شبیه هر سیستم مخابراتی دیگری است. یعنی از یک فرستنده، یک محیط انتقال و یک گیرنده تشکیل شده است . بلوک دیاگرام یک سیستم مخابرات نوری در شکل 1 نشان داده شده است. در این شکل سیگنال الکتریکی وارد مدار فرستنده می شود. این مدار وظیفه دارد سیگنال الکتریکی را به صورت مناسبی به منبع نوری بدهد. در منبع نوری که می تواند لیزر نیمه هادی یاLEDباشد، سیگنال الکتریکی به سیگنال نوری تبدیل شده و توسط فیبر نوری به سر دیگر سیستم یعنی گیرنده منتقل میشود. آشکارساز در مدار گیرنده قرار گرفته است، که پردازش اولیه را روی سیگنال انجام می دهد.
1.Gordon Moore - International Technology Roadmap Semiconductor - 2گزارشی است که اواخر هر سال توسط مجموعه ای از شرکتها و مراکز صنعت میکروالکترونیک منتشر می شود این گزارش بسیار معتبر و مورد استناد و استفاده بسیاری از مقالات و گزارشهای فنی است. در ITRS وضعیت گذشته ، حال و آینده و روند فناوری نیمه هادی مورد بررسی قرار می گیرد. علاوه بر این ، مشکلات و مسایل این فناوری ، شامل مسایل حل شده ، مسایلی که باید در آینده حل شوند و مسایلی که دراز مدت قابل حل هستند ، نیز در این گزارش ها بررسی می شوند.
-1-2-1گیرنده نوری
در یک سیستم گیرنده مخابرات نوری که در شکل 2 نشان داده شده است ابتدا فوتودیود، داده های نوری را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. سیگنال الکتریکی دریافتی در طبقه تقویت کننده امپدانسی انتقالی، تقویت شده و سپس به ولتاژ تبدیل می شود . اولین طبقه که همان تقویت کننده امپدانسی انتقالی است، یک نقش کلیدی را در سیستم گیرنده نوری بازی می کند و بدین سبب طراحی آن نیز به مراتب مشکل تر است، چرا که این طبقه باید جریان ضعیف حاصل از فوتودیود را - که در بعضی مواقع به چند ده میکرو آمپر می رسد - ، به مقدار مناسبی تقویت کند و در عین حال پهنای باند مناسبی را نیز به سیستم ارائه دهد. از آنجا که تقویت کننده امپدانسی انتقالی، تقویتی کافی را روی سیگنال نمی تواند پیاده کند، لازم است که چند طبقه تقویت کننده محدود ساز جهت تقویت بیشتر سیگنال مورد استفاده قرار گیرد.
-2-2-1 تقویت کننده محدود ساز
در گیرنده نوری بعد از تقویت کننده امپدانسی، یک تقویت کننده دیگر بنام تقویت کننده محدودساز قرار گرفته است. تقویت کننده محدود ساز باعث انتقال سیگنال به طبقات بعد در بلوک گیرنده نوری شده، همچنین بهره سیگنال و میزان سوئینگ ولتاژ خروجی را افزایش می دهد.
