بخشی از مقاله
چکیده -تقویت کننده کم نویز - LNA - یکی از اجزاي اساسی در سیستم هاي فرا پهن باند است. در این مقاله با استفاده از توپولوژي فیدبک مقاومتی با تکنیک حذف نویز یک تقویت کننده کم نویز بدون سلف در تکنولوژي 0.18 µm CMOS طراحی می شود. در این مقاله از یک ساختار بدون سلف پسیو استفاده می گردد. ابتدا نتایج شبیه سازي و عملکرد تقویت کننده ي فرا پهن باند معمولی و بدون سلف بررسی می شود.
سپس مداري بدون سلف پسیو براي تقویت کننده کم نویز پیشنهاد می گردد تا پهناي باند بالاتر و نویز کمی داشته باشد. مدار پیشنهادي داراي یک سلف فعال می باشد که با استفاده از ترانزیستور طراحی گردیده است. تقویت کننده داراي توان مصرفی 16.11 mW با منبع تغذیه 1.5 V، بهره ولتاژ 18 dB ، عدد نویز مینیمم 1.324 dB و پهناي باند 9 GHZ می باشد.
-1 مقدمه
تطبیق ورودي خوب در پهناي باند500 مگا هرتز ایجاد نموده و بهره ي کافی براي تقویت سیگنال ضعیف در گیرنده داشته باشد و همچنین بتواند اثرات نویز را تا حد ممکن حذف کند. بعلاوه، عدد نویز تقویت کننده کم نویز فرا پهن باند باید تا جایی که امکان دارد حداقل گردد؛ زیرا این پارامتر نقشی اساسی در تعیین حساسیت گیرنده ایفا می کند. براي کاهش هزینه ي ساخت و مصرف توان، اندازه ي تقویت کننده کم نویز باید کوچک باشد. به همین دلیل در این مقاله از تکنولوژي 0.18 µm CMOS استفاده شده است. زیرا علاوه بر مصرف توان پایین حجم کوچکی نیز اشغال می کند.
-2 شیوه هاي افزایش عرض باند مدار
است که بتوانیم سیستم هاي مختلف را بر روي یک تراشه پیاده سازي کنیم اما عناصر پارازیتیک فناوري فوق، محدویت هایی در طراحی مدارات با عرض باند وسیع ایجاد نموده است. این امر باعث شده است استفاده از روش هاي افزایش عرض باند در طراحی مدارات امري ضروري به نظر برسد. تحقیقات و مطالعات گسترده اي براي طراحی تقویت کننده کم نویز با پهناي باند وسیع انجام شده است. تکنیک هاي مختلفی براي افزایش پهناي باند تقویت ، تقویت کننده توزیع شده ، فیلتر از نوع تقویت کننده، تقویت کننده گیت مشترك و تقویت فیدبک مقاومت موازي اشاره کرد.[3-7] اما این روش ها ممکن است از معایبی شامل سطح تراشه ي بزرگ، مصرف توان بالا، و عدد نویز نامناسب رنج ببرند.
-3 تکنیکIP جهت افزایش پهناي باند
تکنیک IP به عنوان یک تکنیک مؤثر براي بهبود پهناي باند تقویت کننده ها به طور گسترده استفاده می شود ایده این تکنیک بدین صورت است که اجازه می دهد خازنی که پهناي باند را محدود می کند با یک سلف تشدید کند و به این ترتیب سرعت یا پهناي باند را بهبود می دهد. البته تشدید باید با کمترین پیک اتفاق افتد تا پاسخ رفتاري مناسبی به اطلاعات ورودي بدهد. در این تکنیک یک سلف بطور سري با مقاومت بار تقویت کننده به مدار اضافه می شود.
براي بررسی این تکنیک مدار ساده زیر را در نظر می گیریم:
شکل - :2 الف - طبقه سورس مشترك با بار خازنی ، - ب - اضافه شدن سلف. اضافه شدن یک سلف باعث می شود که یک صفر و یک قطب به تابع تبدیل اضافه شود و مدار داراي دو قطب شود. اندازه سلف را باید طوري انتخاب کرد که صفر ایجاد شده با بار خازنی هماهنگی داشته باشد. این باعث می شود پهناي باند مدار افزایش یابد و قطب دوم نیز فرکانس گوشه را افزایش می دهد.
مقدار انتخابی براي سلف بیشتر از مقدار بهینه باشد در پاسخ یک پیک مشاهده می شود البته در صورتی که مقدار پیک کم باشد باز هم پاسخ مناسب است. در یک طراحی RD و CL بوسیله بهره و ولتاژ تغذیه تعیین می شود و مقدار LP به گونه اي انتخاب می شود تا سرعت افزایش یابد. به ازاي یک اضافه جهت نامی % 7,5 یک مصالحه قابل قبول بین پاسخ زمانی و بهبود پهناي باند انجام می شود. بنابراین در این حالت IP را در حدود %82 بهبود می دهد.[4] در عمل از آنجایی که سلف ها از خازن پارازیتی رنج می برند و همچنین چون ضریب کیفیت Q پایینی دارند این تکنیک سرعت را کمتر از این مقدار بهبود می دهد.
-4 مدار پیشنهادي و نتایج شبیه سازي
در این مقاله یک نقویت کننده کم نویز با فیدبک مقاومتی و با تکنیک حذف نویز ارائه میشود که در شکل 4 نشان داده شده است. مقاومت RF1 براي حذف نویز در نظر گرفته شده است. مقاومت هاي RD1 و RD2 مقاومت هاي بار می باشند. نمودار پاسخ نمودار نویز، بهره و ر پهناي باند براي این مدار بر حسب فرکانس به ترتیب در شکل هاي 7-5 رسم شده است.
از نمودار شکل هاي 5 ، 6 و7 مشخص است که عدد نویز 1.73 dB، بهره ولتاژ بیش از 17 dB وپهناي باند این ساختار حدود 3 گیگا هرتز می باشد. براي افزایش پهناي باند میتوان از تکنیکIP استفاده کرد بدین صورت که از دو سلف در گره هاي پر خازن مدار یعنی سري با مقاومت هاي RD1 و RD2 استفاده کرد. اما استفاده از سلف علاوه بر افزایش شدید نویز، حجم زیادي را اشغال می کند و براي کاربردهاي مدار مجتمع مناسب نمی باشد. بنابراین، مدار زیر را پیشنهاد می کنیم.
