بخشی از مقاله
چکیده
دراین مقاله یک مدار نمونه بردار مد جریان در تکنولوژی نانو لوله های کربنی با توان مصرفی پایین ارائه شده است.با استفاده از تکنیک گیت انتقال هردوپیک مثبت و منفی جریان ورودی را به طور کامل نمونه برداری کرده ایم.تکنولوژی استفاده شده 32 نانومتر-ولتاژ تغذیه 1 ولت-توان مصرفی 20 میکرووات- فرکانس نمونه برداری 1 گیگاهرتز-دامنه جریان ورودی 20 میکرو آمپر و فرکانس آن 100 مگا هرتز می باشد.
- 1 مقدمه
تاخیرمدارات طراحی شده با ترانزیستورهای سیلیکونی به دلیل استفاده ازخازن های میانی درمدارهای مجتمع بسیارمشهوداست واین امرباعث پایین آمدن کارآیی کل مدارمی شود.با توجه به این مساله درمداراتی که در طراحی آن ها از خازن استفاده می شود به دلیل کم بودن توانایی جریان دهی گیت هایی که بارهای خازنی را درایو می کنند سرعت مدارات به طور مشهود کاهش می یابد و این یکی از مشکلات طراحی مدارات مجتمع با ترانزیستورهای سیلیکونی است.
پیدایش ترانزیستورهای مبتنی بر نانو لوله های کربنی به دلیل به کار گیری نانو لوله های کربنی در طراحی و ساخت سوییچ های الکترونیکی بسیار مفید می باشند.کربن نانو تیوب ها به دلیل توانایی های منحصر به فردشان از جمله ابعاد خیلی کوچک-سرعت زیادو توان مصرفی بسیار پایین وهمچنین به خاطرمشابه بودن عملکردشان به ترانزیستورهای سیلیکونی به عنوان یک جایگزین ایده آل برای ترانزیستورهای سیلیکونی مطرح شده اند. مزیت های مد جریان نسبت به مد ولتاژ باعث شده تا ترانزیستورها را در مد جریان بایاس کنند.این مزایا عبارت اند از:
- 1 نویز کمتر و قابلیت اطمینان بیشتر
- 2 پهنای باد بیشتر
- 3 توان مصرفی کمتر
- 4 سرعت بیشتر
مدارهای نمونه بردار و نگه دارنقش مهمی را در طراحی مبدل های آنالوگ به دیجیتال بازی می کنند.دقت تبدیل داده های مدارات آنالوگ به دیجیتال به شدت به دقت مدارنمونه بردار و نگه دار بستگی دارد.>1یکی از ویژگی های بسیار مفید کربن نانو تیوب ها این است که ولتاژ آستانه آنها متناسب با عکس قطر نانو لوله می باشد. این خاصیت نشان می دهد که با تغییرقطر نانولوله می توان به آسانی ترانزیستورهای مختلفی با ولتاژهای حالت روشن متفاوت به دست آورد.این طراحی مدار را آسان می کند و کارآیی مدار رانیز افزایش می دهد.
قطر نانو لوله تعیین کننده میزان گذر دهی جریان و میزان ولتاژآستانه است. ولتاژآستانه با قطر نانولوله رابطه عکس دارد.به عبارت دیگرهر چقدر نانولوله نازک تر باشد برای روشن شدن ترانزیستورنیازمندولتاژبالاتری هستیم و بالعکس. درطراحی مدارات الکترونیکی همیشه یک داد وستد وجود دارد یعنی ما چیزی را از دست می دهیم تا چیز جدیدی به دست آوریم.پارامتری را بهبود می بخشیم ودر قبال آن پارامتری دیگر کاهش می یابد.
برای مثال در مقاله شماره >1@ فرکانس نمونه برداری نسبتا خوب است.توان نیز قابل قبول است اما فرکانس ورودی پایین می باشد.در مقاله شماره >4@ فرکانس ورودی و فرکانس نمونه برداری نسبتا خوب هستند ولی توان مصرفی بالا است.هم چنین در مقاله شماره >5@ توان مصرفی بهبود یافته است اما فرکانس ورودی و فرکانس نمونه برداری کاهش پیدا کرده اند..در مقاله شماره >13@ نیز فرکانس ورودی و نمونه برداری بسیار خوب است اما توان مصرفی بسیار بالا است.در این مقاله نیز ما توان و فرکانس نمونه برداری را بسیار بهبود بخشیده ایم ولی فرکانس ورودی ما نسبتا کم است. رایج ترین مدل برای شبیه سازی نانو لوله های کربنی مدل دانشگاه استنفورد می باشد.>3@
-2 مدار نمونه بردار پیشنهادی
یک مدار متداول نمونه بردار مد جریان در شکل 1 نشان داده شده است.همان طور که در شکل پایین ملاحظه می کنید به دلیل اینکه ما می خواستیم هردو ناحیه مثبت و منفی را به طور کامل داشته باشیم از گیت انتقال استفاده کرده ایم. می دانیم که سوییچ nmos منطق “0‘’ را بدون تضعیف رد می کند ولی منطق “1” را به صورت Vdd-Vth رد می کند.هم چنین سوییچ pmos منطق ‘’1’’ را به طور کامل رد می کند و منطق ‘’0’’ را به صورت [Vthp] رد می کند.گیت انتقال شامل یک ترانزیستور nmos ویک ترانزیستور pmos به شکل موازی می باشد.
در گیت انتقال دو ترانزیستور به صورت همزمان روشن ویا به صورت همزمان خاموش می باشند.ترانزیستورهای گیت انتقال 2-1 نقش سوییچ را ایفا می کنند وخازن داخلی گیت-سورس ترانزیستورmn3 خازن نگه دارمی باشد.درفازاول یعنی زمانی که k 1 - و - k1 0 است ترانزیستورهای mp2-mp1-mn3-mn2-mn1 روشن هستند پس جریان ورودی در دوسر گیت-سورس ترانزیستورmn3 تبدیل به ولتاژ شده ودرون خازن گیت- سورس ترانزیستورmn3 ریخته می شود. چون ترانزیستور mn3 روشن است ولتاژی که در خازن ریخته شده است طبق فرمول زیر به جریان تبدیل شده و در خروجی می ریزد و به اصطلاح خروجی ورودی را دنبال می کند. - زمان نمونه برداری -
-3 نتایج شبیه سازی
شکل موج های جریان ورودی و جریان خروجی در شکل 2 نشان داده شده است.فرکانس سیگنال ورودی 100 مگا هرتزو دامنه آن 20 میکرو آمپرمی باشد. شکل موج اول شکل موج جریان ورودی و شکل موج دوم شکل موج جریان خروجی است.شکل موج ورودی به صورت سینوسی می باشد.همان طور که ملاحظه می کنید نمونه برداری به طور کامل و صحیح در حال انجام است. برخی از پارامترهای دیگر مدار پیشنهادی در جدول - 1 آمده است.
