بخشی از مقاله
خلاصه: در این طرح، یک فیلتر پایین گذر باترورث مرتبه سوم نوع Gm - C، برای افزایش رنج تیونینگ به کار رفته است .این فیلتر به عنوان انتخاب کننده کانال حذف کننده تداخل ودر قسمت باند پایه در ساختار گیرنده های رادیوییZero - IF به کار میرود. رنج فرکانس قطع این فیلتراز92kHz تا 3/5MHz میباشد. دربدترین شرایط، مقدارتوان مصرفی به 2/16mW میرسد.
تکنولوژی به کاررفته دراین ساختار، پروسه 0/35 استاندارد درCMOS میباشد. دلیل انتخاب CMOS، پایین بودن ولتاژ و توان و اقتصادی بودن آن میباشد. عملکرد خطی هدایت انتقالی، براساس تغییرات ولتاژ درین ترانزیستورهای ورودی بایاس شده در ناحیه تریود، میباشد. اعوجاج کل مدار در فرکانس قطع 92kHzو با فرکانس ورودی 100kHz به%1 میرسد. این فیلتر با منبع تغذیه ولتاژ 3/3V کار میکند.
-1 مقدمه
در این طرح، به دلیل سادگی طراحی، از هدایتهای انتقالی مالتی استاندارد استفاده شده است. برای داشتن چنین استانداردی باید تلاش شود تا فیلتر باندپایه آنالوگ، بتواند روی تعداد محدودی از پارامترهای مهم متمرکز شود. نکته مهم در این مقاله، طراحی یک فیلتر پایین گذر با تیونینگ پیوسته در رنج وسیع است که برای گیرنده Zero - IF مابین میکسر ومبدلA/D به کار میرود.
رنج وسیع و پیوسته برای تیونینگ، پهنای باند لازم برای تجهیزات استانداردهای مختلف ارتباطاتی امروزه را فراهم میکند.[1] چندین استاندارد ارتباطاتی مهم مانند GSMو Blutooth و CDMA2000 و W - CDMA، وجود دارد که بیشترین تغییرات فرکانس قطع توسطGSM و W - CDMA حاصل میشودکه مابین115KHzو 1/2MHzمیباشد ونسبت تیونینگ فرکانس قطع Fmax حدود 20 است.
-2 ساختار فیلتر
در این طرح، طبق شکل - - 1 از تابع تبدیل مرتبه سوم فیلتر باترورث در شبکه نردبانی، استفاده شده است. که این ساختار با استفاده از هدایت انتقالی طبق شکل - - 1 پیاده سازی گردیده است. اگرهیچ گونه اتصال خازنی مورد استفاده قرار نگیرد، نسبت به تیونینگ ساختار ساده، معادل با هدایت انتقالی واحد و تقریبا برابر 30 خواهد بود. فیلتر شکل - 1 - به خاطر وجود مشکلات خطی بودن، نویز و توان مصرفی، به سختی میتواند، به تنهایی، نسبت تیونینگ موردنیاز طبق شکل - 2 - را، فراهم کند.
در روش به کار رفته، دو بلوک شامل هدایتهای انتقالی به صورت موازی به خازنهای ثابت و یکسان به یکدیگر متصل میگردند. بنابراین مقدار موثر هدایت انتقالی به کار رفته باهم مساوی بوده و برابر با gm میباشد .[2] طرح توصیه شده شامل دو بلوک از هدایتهای انتقالی - به نام بلوکA و بلوک - B میباشد، که به طور موازی به هم وصل میگردند.
-3 طراحی هدایت انتقالی
الف- قسمت اصلی طراحی تجهیزات موردنیاز برای خطی بودن و دیستورشن، به ساختار سیستم واستاندارد وابسته است. نیاز به هدایت انتقالی با تیونینگ وسیع و خاصیت زیاد خطی بودن، منجربه استفاده ازترانزیستور MOS درناحیه تریود یا خطی میگردد. چون در این وضعیت، میتوان مقدار هدایت انتقالی ترانزیستورMOS رابا تغییر دادن مقدار VDS آن، کنترل کرد. معادله مرتبه اول جریان درین ، یک ترانزیستورخطی به صورت زیر میباشد.
باتوجه به روابط بالا میتوان گفت که gm متناسب باVDS است و به ولتاژ دیگری مانندVGS وابسته نیست. رابطه خطی بین جریان خروجی و ولتاژ ورودی تا زمانی که ترانزیستور MOS درناحیه خطی باشد، VGS VT VDS معتبر است. با توجه به شکل - - 5، هردو ترانزیستور M11 و M22 در ناحیه خطی کار میکنند و ترانزیستورهای M1 و M2 برای ثابت نگه داشتن ولتاژ درین به کار میروند.
خطی بودن این مدار، به شدت به مقدار VDS ترانزیستورهای M11 و M22 وابسته است. زیرا، هدایت انتقالی سیگنال بزرگ M11 و M22 مستقیما متناسب باVDS آنهاست. در نتیجه، ترانزیستور کسکود میتواند بزرگترین هدایت انتقالی ممکنه را داشته باشد تا با وجود تغییرات زیاد جریان بتواند ولتاژ درین M11 و M22 را ثابت نگه دارد. به خاطر ولتاژ پایین بودن مدار، از فیدبک مد مشترک - CMFB - برای افزایش استفاده کرده ایم.
مدارCMFB در شکل - - 6 رسم شده است. جریان بایاس مدارCMFB تقریبا به اندازه نصف جریان بایاس مبدل V- I تنظیم میشود تا توان مصرفی کاهش یابد. ترانزیستورهای M44 وM33 درناحیه خطی کارمیکنندو حداکثر کردن مقدارVDS این ترانزیستورها، باعث افزایش هدایت انتقالی ذاتی آنها و در نتیجه، بهبود عملکرد CMFB میگردد.
ب- مدار تیونینگ
با توجه به شکل - - 5، تیون هدایت انتقالی میتواند توسط منبع ولتاژ کنترل شده که بین ترانزیستورهایM1 وM2 - گره B شکل 5الف - و ترانزیستورهای M11 وM22 - گره - A قرار گرفته است، انجام گیرد. یک ترانزیستور اتصال دیودی سری شده با مقاومت Rtune مابین این دو گره، برای کنترل خطی بودن VDSترانزیستورهایM11 وM22 توسط جریان VGS VT قرار گرفته است، اما این تغییرات، بسیار کوچک میباشد، محدوده رنج تیونینگ، توسط محدوده ناحیه عملکرد ترانزیستورهایMOS تعیین میشود. رابطه VGS VT ترانزیستورهای M11 وM22 محدوده بالای VDS راتعیین میکند تا این ترانزیستورها در ناحیه خطی باقی بمانند و محدوده پایین VDS تا حدی است که منبع جریان بایاس 2Io در ناحیه اشباع باقی بماند.
