بخشی از مقاله
چکیده
- Operational Trans conductance Amplifier - OTA از ساختارهای اصلی تقویت کننده ها است. این مقاله در مورد OTA با راه اندازی از طریق بدنه می باشد که موجب پایین آمدن توان مصرفی مدار می شود.آنچه مسلم است ،در کلیه ی مدارهای الکترونیکی ومخابراتی ، برای بکارگیری اطلاعات بدست آمده از سیستم ها ،استفاده ازتقویت کننده امری واضح می باشد.با کوچک شدن دستگاههای الکترونیکی ، اهمیت طراحی تقویت کننده هایی با توان مصرفی کم ودر نتیجه ولتاژ تغذیه پایین ضرورت می یابد.در اینجا نمونه ای از این تقویت کننده های پر کاربردبا استفاده از تکنیک راه اندازی از طریق بدنه ، طراحی وشبیه سازی شده است. باتوجه به پهنای باند مناسب مدار، از آن برای کاربرد های فرکانس بالا در وسایل مخابراتی می توان استفاده نمود. ولتاژ تغذیه مدار0/7 ولت DC است واین مدار تنها با مصرف توان 57 میکرو وات ،بهره ی 22 دسی بل را ارائه می دهد. همچنین دارای پهنای باند بهره واحد 1/32 مگا هرتز است.این نتایج در تکنولوژی 0.18 میکرون درنرم افزار HSPICE شبه سازی و آنالیز شده است .
واژگان کلیدی:,OTA, low power, bulk driven راه اندازی ازطریق بدنه
مقدمه
تقویت کننده ی هدایت انتقالی - OTA - ، درمدارهای واسطه، فیلترها، کنترل کننده های بهره اتوماتیک ونوسان سازها، یکی از بلوکهای بسیار مهم سازنده ی مدار می باشد. رشد فن آوری نانو در همه ی ابعاد،یک عامل ویژه است که طراحان را به دنبال ساختارهایی کوچک با توان مصرفی کم وبهره ی زیاد سوق دهد. در این راستا علم الکترونیک را می توان پیشرو در این بخش معرفی نمود. یکی از مهمترین اهداف طراحی ، داشتن مدارهای تقویت کننده با توان مصرفی پایین بهمراه قابلیت های مورد نیاز می باشد .در این زمینه تکنیک راه اندازی از طریق بدنه یکی از راهکارهای مناسب است . در این روش ولتاژ گیت-سورس در اندازه ای محاسبه می شود که یک لایه وارونه در ترانزیستور مذکور ایجاد شودو سیگنال ورودی به پایه چهارم آن یعنی بالک داده می شود. ولتاژبالک وتغییرات آن که ناشی از ولتاژ ورودی است، روی ضخامت ناحیه تهی وابسته به لایه وارونه - کانال هدایت - تاثیر می گذاردوجریان درین نیز ناشی از این ولتاژ قرار می گیرد.در نتیجه خروجی مدار می تواند توسط ولتاژ بالک از طریق بدنه کنترل شود.
-1هدف از طراحی به روش بالک درایو :
جریان خروجی با توجه به ضریب هدایت انتقال gm به جریان بایاس تقویت کننده ارتباط می یابدو از این طریق کنترل می شود.مشخصه OTA به صورت بیان می شودکه مشابه تقویت کننده تفاضلی OP- - - AMP است.در این روش راه اندازی ترانزیستور،به پایه ی بالک NMOS ترانزیستورهای ورودی ، ولتاژ ورودی اعمال می شود و سرهای گیت آنها با یک ولتاژ ثابت بایاس می گردند. در نتیجه ترانزیستورهای مذکور در ناحیه فعال قرار می گیرند.در این حالت ولتاژ آستانه کاهش می یابد و حتی ممکن است از مسیر سیگنال حذف شود . شکل - - 1،براساس منبع - khateb,2011 - ، نمودار مقایسه ی ولتاژ آستانه در حالت راه اندازی از طریق پایه ی گیت و پایه بالک می باشد .با توجه به مطالب فوق ،ملاحظه می شود که دراین حالت مقدارضریب هدایت انتقالی gmb می شود که البته مقدار آن کمتر از gm وتقریبا %20 آن می باشد که این عاملی مشکل ساز در طراحی اینگونه مدارات است ، چرا که باعث کاهش میزان بهره ی آنها می شود .
-2طراحی تقویت کننده OTA پیشنهادی:
مدار OTA پیشنهادی بر اساس شکل - 2 - ، است. این مدار مطابق منبع - Hassani, 2014 - می باشد ، البته با این تفاوت که ولتاژ گیت ورودی ترانزیستورهای ورودی از لحاظ ولتاژ ، بایاس شده اند وصفر نیستند . در این شکل ، جفت ترانزیستور های M3a,M3b و M4a,M4b نقش بار راکتیو را ایفا می نمایند .در این شکل ولتاژ درین سورس ترانزیستورهای 3aو4a از رابطه ی - 1 - ، قابل محاسبه است . - Hassani, 2014 - در این رابطه ، K ثابت بولتز من وq بار الکترون است . همانطور که ملاحظه می شود با هم برابرند ومساوی یک مقدار ثابت هستند.از این رابطه ، مساوی بودن نیز حاصل می شود و این امر باعث کاهش ولتاژ آفست زوج دیفرانسیل می شود.
