بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله از یک تقویتکننده الکترونیک نوری با تکنولوژی 0.18 P و توان پایین و نرخ داده 2.5 Gb/s استفاده شد. این طراحی شامل یک تقویتکننده امپدانس انتقالی آبشاری سوئینگ وسیع با استفاده از تکنولوژی Inductive-peaking است. شبیهسازی در نرمافزار HSPISE با تکنولوژی 0.18 P استفاده شد نتایج بهدستآمده نشان داد که میزان بهره امپدانس انتقالی 53 dB، پهنای باند 1.8 GHZ و توان مصرفی به همراه منبع تغذیه 1.5 v در تقویتکننده امپدانس انتقالی و تقویتکننده محدودساز به ترتیب 794 Z است.
-1 مقدمه
رشد نمایی اینترنت و ارتباطات چندرسانهای، باعث گسترش تقاضا برای سرعتبالا در سیستمهای ارتباط نوری گردید که نیازمند کار بسیار گسترده در طراحی و ساخت مدار است. بهترین ساخت و انتخاب مدار بستگی به هزینه کم، توان مصرفی پایین و پاسخ فرکانسی بالا دارد. پس تکنولوژی CMOS قابلقبولترین انتخاب برای طراحی اینگونه مدارها هست چون برای رسیدن به هزینه کم بینقصترین انتخاب است . اگرچه پارازیتها، عملکرد پهنای باند تقویتکننده را محدود میکنند. بهمنظور طراحی هر چه بهتر تقویت کننده امپدانس انتقالی و تقویتکننده محدودساز دو موضوع از اهمیت خاصی برخوردار هست.
اولین موضوع سرعتبالا برای تقویتکننده امپدانس انتقالی و محدودساز است که میتوان سرعتهای بالا را با توپولوژی [2,1] wid - swing cascade - wsc - و تکنیک [5,4,3] Inductive-peakingو [6] FT doubler محقق ساخت و موضوع دوم جبران سازی خازن ورودی ناشی از آشکارساز نوری است؛ که بایستی از ساختار [3] ReGulatedCascod - RGC - استفاده میشود . هدف کلی هر گیرنده نوری، تولید سیگنال نوری و سطح ولتاژ بالای قابلقبول برای بار خروجی هست. شما تیک یک گیرنده نوری در شکل - 1 - برای سیستم گیرنده نوری نشان دادهشده است.
شکل : - 1 - شماتیک گیرنده نوری
شکل : - 2 - شما تیک رایج گیرنده نوری
بلوک دیاگرام شکل - 1 - شامل قسمتهای: -1 آشکارساز نوری که نور را از فیبر نوری دریافت و آن را به سیگنال جریان موردنیاز در ورودی تقویتکننده امپدانس انتقالی تبدیل میکند،-2 تقویتکننده امپدانس انتقالی که سیگنال جریان را به سیگنال ولتاژ موردنیاز تقویتکننده محدودساز تبدیل و تقویت میکند، - 3 تقویتکننده محدودساز جهت افزایش بهره ولتاژ تقویتکننده و سوئینگ خروجی، -4 زمان سنج و بازیاب اطلاعات CDR که هدف CDR استخراج وقت زمانسنج، زمانبندی دوباره آنها و کاهش اطلاعات ناپایدار سیگنال از اطلاعات بهدستآمده است و درنهایت -5 یک تقسیم کننده - DMUX - میشود که اطلاعات را از سری به موازی تبدیل و دوباره شبکه موازی اصلی را تولید میکند .[7] در این مقاله طراحی مناسبی برای تقویتکننده الکترونیک نوری پیشنهادشده که شامل تقویتکننده امپدانس انتقالی و تقویتکننده محدودساز است که در بخش 2 بررسی میگردد، نتایج شبیهسازی در بخش 3 و نتیجهگیری کلی از دادههای بهدستآمده در قسمت 4 ارائه گردیده است.
-2 طراحی مدار پیشنهادی برای گیرنده
تقویتکننده امپدانس انتقالی یکی از اساسیترین بلوکها در گیرنده نوری است. زمانی که نور از فیبر عبور می کند به آشکارساز نوری رسیده و به یک جریان متناسب با نور ورودی تبدیل میشود. دو عامل محدودکننده طراحی تقویتکننده امپدانس انتقالی ظرفیت ورودی معرفیشده با دیود حساس به نور و مقاومت الکتریکی با فیدبک منفی است.
-1-2 تقویتکننده امپدانس انتقالی
حال وظیفه تقویتکننده ترانس امپدانس انتقالی تبدیل سیگنال خروجی آشکارساز به سیگنال ولتاژ موردنیاز و تقویت آن برای ورودی تقویتکننده محدودساز است. اصلیترین موضوع در طراحی تقویتکننده امپدانس انتقالی مستلزم سبکسنگین کردن و ایجاد یک تعامل مابین بهره، پهنای باند، توان مصرفی و پارازیت است
برای زیاد کردن پهنای باند و بهره تقویتکننده بایستی انتخاب آگاهانهای از شبکه تقویتکننده امپدانس انتقالی داشت. این پیکره بندی شبیه متناوب ساز دیجیتال است. در شکل - 3 - طرح کلی تقویتکننده امپدانس انتقالی استفادهشده در یک گیرنده نوری را نشان میدهد.
شکل : - 3 - تقویتکننده امپدانس انتقالی
در شکل - 4 - ساختار پیشنهادی برای تقویتکننده امپدانس انتقالی نمایش دادهشده است.
شکل : - 4 - ساختار پیشنهادی برای تقویتکننده امپدانس انتقالی
همانطور که در شکل - 4 - مشاهده میشود ترانزیستورهایM4 ، M3 و M1 همانند آینه جریان عمل میکنند، ترانزیستور M5 نهتنها سوئینگ وسیع در خروجی را نگه میدارد بلکه باوجود امپدانس ورودی کم توانایی کار کردن با منبع ولتاژ پایین را نیز دارد و ترانزیستور M1 جریان ورودی دیود نوری را تأمین میکند .[10] سیگنال خروجی با استفاده از یک مدار آینه جریان از درین ترانزیستور M5 به دست میآید و ولتاژ خروجی گرفتهشده از درین M5 بهواسطه ترانزیستور M3 و M5 بیشتر تقویت میشود درنتیجه بهره امپدانس انتقالی بالاتر میرود. جریان DC خروجی که توسط ترانزیستورهای M5 و M3 جریان مییابد توسط آینه جریان ثابت نگهداشته میشود بنابراین ولتاژ DC در خروجی تغییر نمییابد به دلیل اینکه M3 و M5 هر دو باید در ناحیه ترایود با ولتاژ مناسب کار کنند، با درین سورس M3 و M4 در مینیمم مقدار Veff =VGS - Vth تنظیم میشوند، پس درنتیجه این مدار میتواند با منبع ولتاژ پایین کار کند .[11,10] برای اینکه سرعت را بهبود دهیم بایستی از تکنیک Inductive peaking در درین M5 استفاده کنیم تا خازن، پهنای باند را محدود کند. معادله پهنای باند 3-db امپلی فایر توسط رابطه - 1 - تعریف می شود:
-2-2 تقویت کننده محدودساز
اغلب اوقات سیگنال ولتاژ تولیدشده توسط تقویتکننده امپدانس انتقالی دارای دامنه بسیار محدود است که هدف تقویتکننده محدودساز افزایش تقویت این سیگنال هست. طراحی تقویتکننده محدودساز با سرعتبالا و بهره بالا وظیفه اصلی برای تحقق سرعتبالای سیستم است تقویتکننده محدودساز از اتصال سری چندین طبقه زوج دیفرانسیل کسکد تشکیلشده که این تقویتکنندهها بایستی توانایی فراهم نمودن بهره کافی و کمترین پهنای باند لازم جهت کاربردهای Gb/s را داشته باشند. عملکرد تقویتکننده محدودساز توسط چهار مرحله در شکل - 5 - نمایش داده شده است.
