بخشی از مقاله
چکیده - این مقاله ساختار جدیدي از یک تقویت کننده فوق پهن باند با توان مصرفی کم و بهره بالا در باند فرکانسی 3,1-10,6GHz که با تکنولوژي TSMC0.18µ m شبیه سازي شده را شرح می دهد. با استفاده از تکنیک جریان بازگشتی توان مصرفی کاهش یافته است و تکنیک حذف نویز راهکار جدیدي براي افزایش بهره مدار ارائه می دهد. نتایج شبیه سازي این مدار ماکزیمم بهره 14,3 dB، تطبیق امپدانس ورودي کمتر از-10 dB ، مینیمم عدد نویز 3,5 dB را نشان می دهد.تقویت کننده کم نویز پیشنهادي 10,7 mw توان به ازاي منبع تغذیه 1,5 v مصرف می کند.
-1 مقدمه
در سال هاي اخیر تقاضا براي ارتباطات بی سیم با سرعت بالا و نرخ داده بالا افزایش یافته است.کمیته ارتباطات فدرال - - FCC استفاده از تکنولوژي فوق پهن باند UWBرا براي کاربردهاي تجاري در پهناي باند 3,1-10 ,6 GHz تصویب کرده است. [1] تکنولوژي فوق پهن باند براي مسافت کوتاه و سرعت بالا همچون سیستمهاي تصویربرداري داخل دیوار و شبکه هاي محلی سرعت بالا به کار می رود و نقش مهی را در کاربردهاي شبکه بی سیم ایفا می کند.[2]تقویت کننده کم نویز کلیدي ترین بخش گیرنده فوق پهن باند می باشد.تقویت کننده کم نویز فوق پهن باند ملزوماتی دارد همچون تطبیق ورودي پهن باند براي کاهش تلفات بازگشتی،بهره کافی براي خنثی کردن نویز ،عدد نویز پایین براي بهبود حساسیت گیرنده ، مساحت کم و توان مصرفی کم نام برد.
[3] توپولوژي هاي زیادي در تقویت کننده هاي کم نویز پیشنهاد شده است همچون تقویت کننده هاي توزیعی[4] ،فیدبک موازي مقاومتی[5] ،تقویت کننده هاي کسکد[6] ،تقویت کننده هاي جریان بازگشتی [7] ،تقویت کننده گیت مشترك. [8] تقویت کننده توزیعی می تواند بهره را در فرکانسهاي بالا بهبود دهد و پهناي باند را گسترش دهد،اما آن نیاز به سلف هاي زیادي دارد و در نتیجه توان زیادي مصرف می کند.تقویت کننده فیدبک بهره را تا حدي کاهش می دهد، اما پهناي باند را افزایش می دهد.
در این مقاله یک تقویت کننده کم نویز فوق پهن باند، کم توان و حذف کننده نویز پیشنهاد می شود.در این تقویت کننده به ترتیب از یک ساختار جریان بازگشتی براي کاهش توان مصرفی و یک ساختار حذف نویز استفاده شده است.همچنین یک تقویت کننده فیدبک به عنوان بافر به کار می رود.
در بخش 2 یک تقویت کننده کم نویز فوق پهن باند پیشنهاد می شودو بخش 3 نتایج شبیه سازي بهره ،تطبیق امپدانس ورودي ،تطبیق امپدانس خروجی و نویز را نشان می دهد و در بخش4 نتیجه گیري می شود.
-2 طراحی تقویت کننده کم نویز فوق پهن باند
شکل 1 یک تقویت کننده کم نویز فوق پهن باند را نشان می دهد.این مدار شامل یک ساختار استفاده دوباره از جریان براي کاهش توان مصرفی کم [11-9] و یک ساختار حذف نویز براي کاهش نویز حاصل از M1 و یک بافر خروجی می باشد.
-1- 2تکنیک استفاده از جریان بازگشتی
در ساختار جریان بازگشتی ترانزیستورهاي M1 و M2 به صورت توپولوژي کسکد به هم متصل می شوند.براي بدست آوردن بهره بالا جریان یکسانی از هر دو ترانزیستور عبور میکند. دراین مدار طبقه اول در فرکانسهاي پایین تشدید می کند در حالی که طبقه دوم در فرکانسهاي بالا تشدید می کند. با تشدید هر دو طبقه ما می توانیم به یک پاسخ فرکانسی تخت دست پیدا کنیم براي فرکانسهاي پایین طبقه اول ،فرکانس تشدید را می توان به صورت زیر بیان کرد : - ١ - براي فرکانس هاي بالا ،فرکانس تشدید را می توان به صورت زیر به دست آورد: - 2 - دراین مدار خازن هاي C1 وC2 به ترتیب خازن کوپلاژ و باي پس می باشد.سلفLs در سورس ترانزیستور M1 براي کاهش نویز و تطبیق امپدانس ورودي به کار می رود.
-2-2 تکنیک حذف نویز
در شکل 2 تقویت کننده A2 با بهره ولتاژ AY>0 - AY - در مسیر بالا نشان داده شده است.هدف از این تکنیک افزایش بهره ولتاژ و تطبیق تأخیر فاز براي هر دو مسیر است.این تقویت کننده کم نویز فوق پهن باند از یک ساختار جریان بازگشتی و یک تقویت کننده بخش جلویی با بهره ولتاژ - AX>0 - AX تشکیل شده است. RS یک امپدانس 50 اهم است که به یک خازن بزرگ در ورودي متصل شده است.
M4 و M3 براي ترکیب سیگنال و حذف نویز به کار می روند. براي حذف نویز در درین M4 ، پلاریته سیگنال ها در درین M1 و M4باید هم فاز باشند.اگر تقویت کننده M3 در ساختار سورس مشترك اجرا شود،سیگنال هاي درین M1و M4 هم فاز نخواهند بود. در این روش خطسانی کاهش می یابد و توان مصرفی افزایش می یابد . بنابراین ساختار گیت مشترك انتخاب می شود.
در این طبقه با اضافه کردن ترانزیستور M3 بخشی از جریان M3 از ترانزیستور M2 عبور می کند که gm2 را افزایش می دهد. در این طبقه حذف نویز به نسبت ولتاژ AX وAY بستگی دارد.[3] تقویت کننده A1 در ساختار سورس مشترك با بهره ولتاژ AXاجرا می شود و تقویت کنندهA2 با ترانزیستور M3 در ساختار گیت مشترك اجرا می شود.
-3 - 2 خروجی بافر
براي دستیابی به بهره بالاتر ، توان مصرفی DC را کاهش می دهیم و پهناي باند را افزایش می دهیم و مقدار نویز را نیز کاهش می دهیم. ما یک ساختار سورس مشترك در بافر خروجی استفاده می کنیم تا بهره ؛ نویز و پهناي باند بهبود یابد.
-3 نتایج شبیه سازي
تقویت کننده کم نویز فوق پهن باند پیشنهادي در تکنولوژي TSMC0.18µ m طراحی شده است.
