بخشی از مقاله

چکیده

بهطورکلی ساخت مدارهایی با توان مصرفی کم با بهره پهنای باند مناسب، از چالشهای اساسی در طراحی مدارهای مجتمع خطی است. در این مقاله یک تقویتکننده هدایت انتقالی - OTA - در تکنولوژی CMOS طراحیشده است و در این تقویتکننده برای کاهش توان مصرفی - LP - و کاهش منبع تغذیه - LV - از تکنیک راهاندازی از طرق بدنه استفادهشده است. منبع تغذیه DC موردنیاز این مدار 0/5 ولت هست.

نتایج حاصل از طراحی این OTA، با راهاندازی از طریق پایه بدنه در نرمافزار HSPICE شبیه سازیشده است و این نتایج نشان میدهد که پهنای باند بهره واحد - UGB - ، در حدود 0/5 مگاهرتز هست که به ازای بهرهی 11/6 DC دسیبل قابل دریافت است. توان مصرفی این مدار تقرباًی 15 میکرو وات است که بسیار ناچیز هست. همچنین نتایج شبیهسازیشده در طراحی و استفاده ی دوطبقه از این OTA، نشان میدهد که پهنای باند - UGB - ، حاصل از آن به تقرباًی 1/8 مگاهرتز با بهره 27 DC دسیبل میرسد و توان مصرفی دوطبقه تنها بهاندازهی 25 میکرو وات است. نتایج شبیهسازیهای فوق، در مقاله ارائهشده است.

1 -مقدمه

با توجه به استفادهی روزافزون از سیستمهای قابل حمل نقل، از قبیل سیستمهای کامپیوتری، مخابراتی، پزشکی و...مثل لپ تاب، گوشی تلفن همراه، تبلت وسایل بیومدیکال، همه نیاز به باتریهایی با توان مصرفی کم وکارآیی بالا دارند. طراحی مدارهایی در این راستا که دارای توان مصرفی کم است، مستلزم استفاده از منابع تغذیه با ولتاژ پایین میباشند. در این طرحهای مداری، تقویتکنندهها از اساسیترین مدارهای موردنیاز هستند. تقویتکننده هدایت انتقالی، - Operational Trans conductance Amplifier - OTA از تقویتکنندههای مبدل ولتاژ به جریان است که gm - ضریب هدایت انتقالی - با جریان بایاس تزریقشده به آن قابل تنظیم هست کاربردهای فراوانی در فیلترها، تقویتکنندهها، ضرب کنندهها ونوسان سازها دارد .[4]

اصطلاح هدایت انتقالی، به معنای نسبت جریان خروجی برولتاژورودی است و با gm بیان میشود و کلیه تنظیمات تغییرات در مدار OTA توسط همین پارامتر قابل انجام است. بر اساس مرجع [8]، در برخی طراحیها از نسبت استفاده می شود تا اینکه ابعاد ترانزیستورهای مدار - W,L - طراحی و محاسبه شود.در دررالت ایدئال OTA دارای ولتاژ ورودی ،امپدانس ورودی بینهایت ،امپدانس خروجی بینهایت و شدتجریانی است که ولتاژ ورودی - تفاضل ورودی مثبت و ورودی منفی - را در خروجی ارائه مینماید.

برای آنکه بتوانیم توان مصرفی OTA را کاهش دهیم ، باید از منبع تغذیه با ولتاژ پایین استفاده نماییم، که این امر منجر به مشکلاتی از قبیل راه اندازی ترانزیستورها، با توجه به ولتاژ آستانهی موردنیاز برای آنها می شود باعث کاهش سوئینگ سیگنال خروجی میگردد. تکنیکهای مختلفی برای حل این مشکل به کار گرفته میشود، ازجملهی این روشها، راه اندازی ترانزیستورهای ورودی از طریق پایه بدنه یا پایه بالک است و به این روش، تکنیک Bulk Driven یا راهاندازی از طریق بدنه گفته میشود.

بااتصال ورودی به پایه چهارم ترانزیستور میتوان آن را، با ولتاژ زیر آستانه راه اندازی کردوبدین طریق از منابع ولتاژ کوچکتری استفاده نمود.Bulk Drive بهطور عمده در طبقه ورودی تقویتکننده دیفرانسیلی و آینه جریان استفاده میشود .[2] بر اساس مرجع [2]، دلایل استفاده از LV - low Voltage - ، - low power - LP بهقرار زیر است:اولاً، کاهش منبع ولتاژ. ثاناًی، افزایش المانهای تراشههاثالثاً.، نیاز به باتریهای قابلحمل که باید مدتزمان طولانی قابلاستفاده باشند. در رابطه - 2 - محاسبه ولتاژ آستانه را در این حالت نشان میدهد.

-2 تکنیک :Feed Forward OTA

برای داشتن سوئینگ خروجی مناسب به ازای توان مصرفی پایین، از مدار OTA استفاده می شود. بر اساس مرجع [7]،OTA بلوک اصلی ساخت بسیاری از مدارها ازجمله فیلترها است، که میتواند بهصورت - FD - Fully Differential یا - PD - Pseudo Differential در مدارها ظاهر شود. کاربرد - FD - به دلیل سوئینگ زیاد و نویز کم بیشتر است. این مدار در حالت مود مشترک Common Mode - ، - CM، سیگنالهای پیوستهی ورودی را دریافت مینماید و از روی این ورودیها در حالت FD، دو سیگنال خروجی را پس از تقویت شدن در خروجی ظاهر می نماید . برای کاهش نویز خروجی تنظیم بهره DC، همچنین از بین بردن مود مشترک سیگنال خروجی، مطابق بلوک دیاگرام نشان دادهشده در شکل - 1 - ، از خروجیها فیدبک میگیریم. این فیدبک، با بدست آوردن CM و مقایسهی آن با ولتاژ مرجع - صفر - ، به مدار FD اعمال میشود و مدار بهطور مناسب عمل تقویت سیگنال را انجام میدهد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید