بخشی از مقاله
چکیده
- Operational Trans conductance Amplifier - OTA یکی از ساختارهای بنیادی تقویتکنندههاست. این مقاله در مورد OTA با راهاندازی از طریق پایه بالک یا بدنه هست که این امر موجب داشتن توان مصرفی پایین میشود و به دلیل پهنای باند زیاد آن، برای کاربردهای فرکانس بالا قابلاستفاده است. پهنای باند بهره واحد مدار طراحیشده 10MHZ هست و این پهنای باند را به ازای بهره 8.4dB دریافت میکنیم. ولتاژ تغذیه آن 1.3 ولت DC است و توان مصرفی در این مدار 133 میکرو وات هست. این نتایج در تکنولوژی 0.18 میکرون در Hspice شبه سازی شده است و آن را آنالیز نمودهایم، که قابلمشاهده است.
1 -مقدمه
امروزه مدارهایی با تکنولوژی CMOS بهصورت IC که نیاز به مصرف توان کم دارند مورداستفاده است. مدارهای کوچک و کممصرف، مثل تولیدات مانیتورینگ سلامتی نامدارهایی که نیاز به حملونقل آنها هست، منابع تغذیه کوچک و توان مصرفی کم لازم دارند. درعینحال پهنای باند مناسب نقش مهمی را ایفا میکند . در این راستا باید تقویت یا بهره مناسب نیز داشته باشیم که این موضوع در تقابل با پهنای باند وسیع است. برای اینکه بتوانیم در حد مطلوبی به اهداف فوق دستیابیم، تقویتکننده هدایت انتقالی OTA با راهاندازی از طریق بدنه روشی بسیار مناسب است.
در این روش، ولتاژ گیت-سورس در اندازهای تنظیم میشود که یکلایه وارونه را شکل دهد و سیگنال ورودی به پایه بالک داده میشود. ازآنجاکه ولتاژ بالک روی ضخامت ناحیه تهی وابسته به لایه وارونه - کانال هدایت - اثر دارد، جریان درین میتواند توسط شدت ولتاژ بالک از طریق بدنه کنترل شود. در متن پیش رو یک تقویتکننده خطی با ولتاژ و توان پایین و پهنای باند بالا بهعنوان یک مدار OTA طراحیشده است. در این طرح ورودیها به پایه بالک ترانزیستورهای ورودی اعمالشدهاند و سرهای گیت با یک ولتاژ، بایاس شدهاند. در این حالت ولتاژ Thershold میتواند کاهش یابد و یا از مسیر سیگنال حذف گردد.
-2 تقویتکننده هدایت انتقالی OTA
OTA مداری است که با ولتاژ، جریان را کنترل مینماید و این عملکرد با gm است. هدایت انتقالی - gm - به جذر جریان بایاس وابسته است و با آن نسبت مستقیم دارد. اولین OTA در سال 1969 معرفی شد که با دو ورودی V+وV ، جریان خروجی، Iout کنترل میشد. مشخصه تقویتکننده هدایت انتقالی OTA، مشابه تقویتکننده تفاضلی بوده و با رابطهی - - 1 مشخص میشود.
این رابطه بدین معنی است، که خروجی مدار با جریان بایاس کنترلمی شو دو با تنظیم این جریان مدار خطیتر میگردد. بر اساس مرجع [2]،در شکل - 1 - مدار CMOS-OTA تک خروجی نشان دادهشده است.این OTA شامل، یک جفت ترانزیستور M1,M2 که ورودی به آنها اعمال میشود،مدار آینههای جریان همچنین مدار جریان بایاس IBB هست.برای اینکه در ناحیه فعال ترانزیستورها باشیم باید روابط زیر برمدار حاکم باشد:[2] اگر درمداد شکل - 1 - ، بهجای اعمال ورودیها به گیت ، آنها را از طریق بالک یا پایه بدنه به مدار اعمال کنیم به نتایج بسیار خوبی دست مییابیم.
- 3 مدارهای راهاندازی شده از طریق بدنه:
در سال 2012 مداری پیشنهاد شد که از تکنیک راهاندازی بدنه و استفاده کرده است. این مدار پهنای باند 1/3 مگاهرتز را با تغذیه 0 ولت ارائه میدهد مرجع .[5] در سال 2009 مرجع [6]، مدار بافری پیشنهاد مینماید که از منبع ولتاژ 2 ولت استفاده میکند و از تکنیک و راهاندازی از طریق بدنه در آن استفادهشده است. مدار مرجع [7]، با تکنیکهای ، و و با تغذیهی ولت کار میکند. این مدار بهرهی بالایی دارد و توان مصرفی آن کمتر از 40 میکرو وات بهدستآمده است. در مرجع [8]، از راهاندازی از طریق بدنه به همراه مدار - استفادهشده است بهرهی آن 11 به دست میآید.
-1-4 عملکرد مدار OTA راهاندازی شده از طریق بدنه:
در مدار شکل - 2 - ، جریان ترانزیستور MOS درراه اندازی زیر آستانه از رابطهی زیر به دست میآید: که در آن مقدار ثابت توان زیر آستانه و پارامتر exp برای زیر آستانه وVT=kt/q هست. در مدار شکل - 2 - ، ترانزیستورهای W1,W2 جفت تفاضلی ورودی هستند که به بالک آنها ورودی اعمال میشود . ترانزیستورهای B1,B2 برای برطرف نمودن اثرات پارازیتیک میباشند.بعلاوه در این مدار مطابق شکل - 3 - مرجع [1]،از آینه جریان ویلسون استفاده نموده است ،بااینکه آفست حذف شود بهره DC مدار افزایش یابد. ترانزیستورهای Mp1,Mp2,Mn3,Mn4در شکل - 2 - به شکل آینه جریان در مدار قرار دارند.
