بخشی از مقاله
خلاصه
آینهی جریان به صورت عمده به عنوان یک بخش بایاس کننده و همچنین به عنوان بار فعال طبقات تقویت کننده کاربرد وسیعی در مدارهای مجتمع آنالوگ داراست. از موارد مهم در طراحی یک آینه جریان بالا بودن مقاومت خارجی است.
در این مقاله یک ساختار جدید بر اساس افزودن تقویتکننده عملیاتی به ساختار آینه جریان ارائه شده است. از مزایای مهم این ساختار جلوگیری از افزایش ترانزیستورهای انباشته شده روی هم میباشد. به این ترتیب، ساختار ارائه شده قابلیت عملکرد مناسب در ولتاژهای تغذیه پایین را دارا خواهد بود. این مساله با توجه به روند پیشرفت تکنولوژی ساخت و نیاز به طراحی با ولتاژهای تغذیه کوچک، اهمیت دوچندانی دارد. مبدل ارائه شده در فناوری 0/18µm سیماس و با ولتاژ تغذیهی 1 ولت طراحی شده است.
.1 مقدمه
آینهی جریان یکی از مهمترین بلوکهای تشکیل دهندهی مدارهای الکترونیکی است. امروزه در طراحی مدارهای مجتمع آنالوگ طراحی این بخش اهمیت زیادی دارد. آینه جریان ساخته شده با عناصر فعال، به صورت عمده به عنوان یک بخش بایاس کننده و همچنین به عنوان بار فعال طبقات تقویت کننده کاربرد وسیعی پیدا کرده است1]و .[2 استفاده از آینه جریان به منظور بایاس جریانی مدارهای مجتمع میتواند حساسیت عملکرد مدار به تغییرات دمایی و تغییرات ولتاژ تغذیه را به شدت کاهش دهد.
به همین منظور و برای ایجاد جریان بایاس با مقدار مشخص و همچنین توجه به محدودیتهای اقتصادی طراحی از نقطه نظر سطح تراشه اشغالی، استفاده از مدارهای آینه جریان انتخاب مورد اقبالی بوده است. در کاربرد دیگر و زمانی که آینه جریان به عنوان بار فعال در یک تقویت کنندهی ترانزیستوری مورد استفاده قرار میگیرید، به دلیل ماهیت طبقهی خروجی ترانزیستورهای این بخش بار فعال به وجود آمده بهرهی ولتاژ قابل قبولی را تامین خواهد کرد. در شکل 1 ساختار یک آینه جریان ساده نشان داده شده است.
شکل :1 ساختار یک آینه جریان ساده[3]
بر اساس آنچه پیشتر نیز به آن اشاره شد، مقاومت خروجی یک آینه جریان در کاربردهای اشاره شده از اهمیت بسزایی برخوردار است. روشهای مرسوم به منظور افزایش مقاومت فعال خروجی، استفاده از چند ترانزیستور انباشته شده به صورت کسکود است که علاوه بر متناسب شدن ولتاژ درین سورس ترانزیستورها موجب کاهش اثر طول کانال نیز می-شود. استفاده از تکنیک انباشته کردن چندین ترانزیستور به صورت کسکود در ولتاژهای تغذیه بالا عملکرد مناسبی از خود نشان میدهد
امروزه با توجه به مسیر حرکتی تکنولوژی ساخت مدارهای مجتمع و توجه به کاهش ابعاد ترانزیستورها و روند جاری در ساخت مدارهای پرتراکم، کاهش منبع تغذیه پدیدهی جدیدی است که با توجه به مطلوب بودن آن دنیای الکترونیک مجتمع با آن مواجه شده است و در آینده نیز به مسیر پیشرفت خود ادامه خواهد داد. بر اساس این روند افزایش تعداد ترانزیستورهای انباشته شده در ولتاژهای عملکردی پایین پاسخگوی نیازهای طراحی در مدارهای مجتمع نخواهد بود.[8] در شکل 2 یک نمونه آینه جریان کسکود نمایش داده شده است.
شکل: 2 ساختار یک آینه جریان کسکود[5]
در این مقاله به ارائه ساختار جدید یک آینه جریان با مقاومت خروجی بالا و ولتاژ پذیری مناسب پرداخته شده است. عملکرد مناسب ساختار ارائه شده در ولتاژهای تغذیه کم با توجه به پرهیز از انباشتن تعداد زیاد ترانزیستور در ساختار، نشان دهندهی همگام بودن ساختار پیشنهاد شده با مسیر حرکت تکنولوژی ساخت مدارهی مجتمع است. افزایش مقاومت خروجی در این ساختار بر اساس به کارگیری تکنیک افزایش بهره است. مقاومت خارجی این ساختار در حدود 1G است.
.2 آینه جریان پیشنهاد شده
در ادامه به بررسی تکنیک افزایش مقاومت خارجی در آینه جریان پیشنهاد شده پرداخته خواهد شد.
ب. ساختار آینه جریان
تکنیک مورد استفاده در این مقاله، افزایش بهره به منظور افزایش مقاومت خروجی است. در شکل 3 ساختار آینه جریان پیشنهاد شده نشان داده شده است. به کارگیری دو تقویت کننده تفاضلی با ساختار کسکود تا شده A1 و A2 موجب ترکیب شدن در آینه جریان با ساختار رگوله شده و دو تقویت کننده میشود. این ترکیب اگرچه موجب افزایش توان مصرفی ناشی از دو تقویت کننده میشود اما به دلیل بهبود و افزایش مقاومت خروجی میتوان عملکرد را قابل قبول دانست.
