بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، یک فیلتر میانگذر Gm-C مرتبه دوم ارائه شده است که در محدوده دمایی از 25℃ تا 125℃ کار میکند. این فیلتر از سه بلوك OTA یکسان و دو خازن 10pf تشکیل شده است. این فیلتر میانگذر در محدوده دمایی مد نظر شبیه سازي شده و در درجه حرارت بالا بر روي پهناي باند و فرکانس مرکزي این فیلتر تأثیر میگذارد. ما با ارائه یک منبع ولتاژ وابسته به حرارت سعی کردهایم تا فیلتر بدون تأثیر درجه حرارت، کارایی خود را حفظ کند. همچنین تا حد ممکن تلاش کردهایم تا مقدار توان مصرفی را به حداقل برسانیم. فرکانس مرکزي فیلتر میانگذر 40KHz و پهناي باند آن 6/8KHz میباشد. مدارات پیشنهادي در این مقاله در تکنولوژي 0/18μ در نظر گرفته شدهاند. همچنین مدار پیشنهادي در گوشه هاي فرآیند مختلف شبیه سازي و مقایسه می شود. شبیه سازي و تحلیل نتایج با استفاده از نرم افزار HSPICE انجام شده است.
-1 مقدمه
فیلترهاي میانگذر میتوانند در مدولاسیون و دمدولاسیون سیگنالها و همچنین در برنامههاي کاربردي مورد استفاده قرار گیرند. بر خلاف فیلترهاي RC فعال، فیلترهاي Gm-C در طراحی بسیار قابل تغییر و انعطاف پذیر هستند[1]، زیرا مقادیر ترارسانایی OTA ها را می توان با تغییرات ساده براي طراحی مورد نظرمان تنظیم کنیم. ما در این مقاله، یک فیلتر میانگذر Gm-C را طراحی و شبیه سازي کردیم که در محدوده درجه حرارتی از 25℃ تا 125℃ بخوبی کار کند زیرا درجه حرارت بالا بر روي فرکانس مرکزي و پهناي باند فیلتر تأثیر میگذارد.
از این رو، از یک OTA حرارت جبران شده که یک منبع ولتاژ وابسته حرارتی به آن بایاس شده است بهره میبریم تا بتوانیم در درجه حرارت بالا فرکانس مرکزي و پهناي باند فیلتر میانگذر را حفظ کنیم.[2] در طراحی مدارهایمان از تکنولوژي 0/18μ استفاده کردهایم. همچنین سعی کرده ایم توان مصرفی مدار را به حداقل برسانیم. شبیه سازيها در گوشه هاي فرآیند انجام میشود و در پایان همه شرایط با هم مقایسه خواهند شد. شبیه سازي ها با استفاده از نرم افزار HSPICE انجام شده است.
-2 ساختار مدار کار شده
یک رویکرد جدید براي طراحی OTA هاي ترارسانا - Gm - پایین و مناسب براي فرکانسهاي پایین و کاربردهاي فیلترینگ در محدوده فرکانسی چند کیلو هرتز ارائه شده است. مقادیر Gm پایین با تکنیک حذف جریان بدست میآیند و با بالک درایو کردن ترانزیستورهاي MOS تقویت کنندههاي ورودي تفاضلی، قابل تنظیم کردن هستند.[3] شکل 1 ساختار فیلتر توضیح داده شده در [3] را نشان میدهد. ما در این مقاله فیلتري را پیشنهاد میکنیم که راحت تر قابل پیاده سازي است و با مقدار Gm پایین و توان مصرفی کمتر میتواند در درجه حرارت بالا بخوبی کار کند. در بخشهاي بعد در مورد فیلتر پیشنهاد شده بحث خواهیم کرد.
-1-3 ساختار OTA
ترارساناهاي ورودي تفاضلی عموماً به عنوان تقویت کنندههاي ترارسانایی عملیاتی شناخته شده هستند.[4] ما در این مقاله، در ساختار فیلترمان از OTA - تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی - استفاده میکنیم. OTA مورد نظرمان یک OTA تفاضلی می باشد. شکل 2 ساختار این OTA را نشان می دهد. دو ورودي یکسان به ترانزیستورهاي M1-M3 و M2-M4 اعمال می شود. ترانزیستورهاي M5-M6 بصورت یک منبع جریان دنباله اي عمل میکنند. دو ولتاژ تغذیه یکسان مثبت و منفی Vdd و Vss مدارمان را تغذیه میکنند. با تنظیم دقیق مقادیر ابعاد ترانزیستورها میتوانیم به آسانی به Gm مد نظرمان دست یابیم.
-2-3 ساختار مدار جبران کننده حرارت
همانطور که گفته شد ساختار اصلی فیلتر Gm-C از OTA تشکیل شده است. درجه حرارت بالا بر روي بلوكهاي OTA اثر منفی میگذارد و باعث میشود با افزایش درجه حرارت ترارسانایی OTA کاهش پیدا کند.[2] از این رو، مقدار ترارسانایی بر روي فرکانس مرکزي و پهناي باند فیلتر میانگذر تأثیر گذار خواهد بود و اثر منفی میگذارد. حال براي حل این مشکل باید از یک مدار جبران کننده وابسته به حرارت استفاده کنیم تا با افزایش درجه حرارت بتواند ترارسانایی مدار را حفظ کند.
ما یک منبع ولتاژ وابسته به حرارت را ارائه میکنیم. این منبع، یک ولتاژ بایاس وابسته به حرارت را تولید میکند که ولتاژ بایاس به OTA اعمال میشود. هرچه ولتاژ بایاس با درجه حرارت افزایش یابد باعث میشود تا جریان دنباله اي بیشتري تولید شود و از کاهش حامل هاي متحرك و ترارسانا در OTA جلوگیري کند. ابعاد مناسب طول و عرض کانال ترانزیستورهاي استفاده شده در OTA ، در جدول 1 آورده شده است. شکل 3 ساختار این منبع ولتاژ را نشان میدهد.
