بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله یک ژنراتور موج مثلثی قابل تنظیم با توان بسیار پایین همراه با کنترل دامنه و فرکانس چند تنظیمی معرفی می گردد. مدار پیشنهاد شده شامل یک اشمیت تریگر منبع جریان می باشد. میزان غیرخطی بودن کلی این ژنراتور موج مثلثی - - TWG در منحنی مشخصه انتقالی جریان به فرکانس آن کمتر از 2 درصد می باشد. محدوده فرکانس و دامنه قابل تنظیم آن 10KH تا 40KH وV0.1V-1.8 به ترتیب برای فرکانس و دامنه می باشد. این توپولوژی برای درک مدارات VLSIسودمند بوده و می توان در سیستم های WINER مورد استفاده قرار گیرد.
واژه های کلیدی: موج مثلثی، توان کم، ماسفت.
.1 مقدمه1
ژنراتورهای موج مثلثی با فرکانس قابل کنترل - جریان یا ولتاژ - کاربرد وسیعی در تجهیزات دقیق و سیستمهای اندازه گیری دارد. یک چنین ژنراتورهایی را به راحتی می توان با استفاده ار تقویت کننده های عملیاتی فراهدایتی - OTA - به عنوان یک منبع جریان سوئیچینگ که به منظور شارژ و دشارژ یک خازن بررسی نمود.فانکشن ژنراتورها منابع سیگنال ارزان و همه کاره می باشند ، اسیلاتورآنها نوعی از مولتی ویبراتور در ترکیب با یک مولد شیب دو ضریب زاویه ای - دو شیبه - می باشد. ژنراتورهای موج مثلثی - TWG - اسیلاتورهای کنترل شونده توسط ولتاژ - VCO - می باشند که فرکانس آنها می تواند بطور دقیق برای چندین دهه توسط ولتاژ ورودی کنترل شوند. این امر موجب شده است که ژنراتورهای فرکانس کنترل شونده توسط ولتاژ - VCF - یا ژنراتورهای کنترل شونده توسط ولتاژ - VCG - بطور وسیعی در فانکشن ژنراتورها مورد استفاده قرار گیرند.یک تکنیک ساده و مطبوع برای تولید یک سیگنال شیب استفاده از شارژ یک خازن - - Cبا یک جریان ثابت - - IC می باشد.
ضریب زاویهیا شیب توسط نسبت IC/C تعریف می شود. منابع جریان مچ شده برای شارژ دوقطبی خازن - - C مورد استفاده قرار می گیرند.این طرح نسبت به طرح قبلی سریعتر و دقیقتر و کوچکتر می باشد. اما مستلزم مچ کردن منایع جریان برای همسازی و قرینه سازی زمان و نیز مستلزم ولتاژهای هیسترزیسمتقارن برای قرینه سازی ولتاژها می باشد. عملکرد یک حلقه TWG بستگی به زیر سیستم های درون حلقه دارد. خازن زمان گیر بایستی دارای کیفیت مناسبی بوده و برای محدوده های فرکانسی متنوع اغلب نیاز است. موج مثلثی می بایستی سریع ، دارای ولتاژ ورودی با آفست پایین و جریان بایاس پایین و همچنین مقاومت ورودی بالا باشند ژنراتورهای جریان زماندار اغلب بایستی قادر به عملکرد دقیق در چندین دهه از جریان به عنوان محدوده VCF باشند چراکه فرکانس خروجی متناسب با جریان زماندار است.
مدار تولید کننده موج مثلثی ما دارای کاربردهای متنوعی بوده که مهم ترین آنها سیستم ضبط القا عصبی با نویز کم و توان بسیار کم و حجم مداری کوچک می باشد.فلسفه طراحی سیستم های WINER آن بوده است که تا حد امکان ترانسمیتر القایی ، ساده ، کوچک و با توان کم باشد. تکنیک مدولاسیون پهنای پالس - PWM - که از لحاظ زمانی مالتی پلکس می شود - TDM - شبیه یک ADC تک شیبه سازنده وایر لس می باشد.این ایده همانگونه که در شکل یک نمایش داده شده است ، عبارتست از تبدیل نمونه های آنالوگ به زمان توسط مدولاسیون پهنای پالس و ارسال سیگنال از طریق وایرلس و سرانجام تبدیل زمان به دیجیتال در سمت رسیور می باشد. این راهکار ساده ، توانمند و یکنواخت می باشد.
ژنراتور شکل موج مثلثی قابل انعطاف - TWG - یک زمان پایه - TB - راتوسط شارژ و دشارژ خطی خازن برای کل سیستم فراهم می آورد.موج مثلثی به گونه ای طراحی می شود که شیب های بالا رونده وپایین رونده قابل تنظیم باشد. از سیگنال مبتنی بر زمان برای مالتی پلکس کردن نمونه های PWM یک سیگنال TDM-PWMاستفاده می گردد. به منظور داشتن مدولاسیون پهنای پالس در سیستم WINER ، نیاز به یک ژنراتور موج مثلثی بوده تا بوسیله آن و همراه با خروجی تقویت کننده هایی با نویز پایین ، پالس مورد نیاز برای فرآیند ارسال ایجاد گردد. توانایی عمده مدار پیشنهادی ما ، در قابل تنظیم بودن آن است که این امکان را فراهم می آورد تا کاربر بتواند پارامترهای ساختارهای معماری را برای رسیدن به خروجی دلخواه قابل قبول تغییر دهد.
❖ توصیف مدار و عملکرد آن
- 1 اصول عملکرد
مدارپیشنهادی شامل دو بلوک اصلی می باشدیک اشمیت تریگرویک منبع جریان.مدارات اشمیت تریگر بطورگسترده ای درمدارات تولید موج و برای بهبود رفتارهای سیستم مورداستفاده قرارمی گیرند. طراحی کلی مدار در شکل 2 آورده شده است. این طراحی شامل یک اشمیت تریگرو یک منبع جریان میباشدکه ورودی آنها به یکدیگر وصل شده وبه دنبال خروجی آنها یک خازن ویک مدار راه اندازی آمده است . اصل اساسی دراین مدارشارژ و دشارژرکردن خازن CO با یک جریان ثابت قابل کنترل می باشدکه در بخش سه ذکر خواهد شد.
- 2 اشمیت تریگر
مدار اشمیت تریگر قابل تنظیم پیشنهادی در شکل 3 به نمایش درآمده است. طراحی این مدار بر مبنای مدارات اشمیت تریگر متداول انجام گرفته است.از M6 و M7 برای تولید یک فیدبک مثبت استفاده گردیده است.فیدبک مثبت سیگنال سوئیچینگ ورودی را تنظیم می کند.زوج ترانزیستورهای فیدبک مثبت مدار ، منبع تغذیه مدار را بر اساس سیگنال منطقی ورودی Vin سوئیچ می کنند.وجود M7 همراه با M6 یک مقسم مدار را بوجود می آورند، نسبت M6 به M7 که مقسم مدار نیز می باشند، مشخص کننده سطح تریگر بالا و نسبت M3 به M2 نشان دهنده سطح تریگر پایین می باشند.M6 در تغذیه منبع جریان نقش مهمی را بازی می کند. به منظور تنظیم ولتاژهای سطح بالا و پایین ما می توانیم ابعاد این ترانزیستور را تغییر دهیم.همچنین M6نقش PULL DOWN را ایفا میکند.ورودی اعمال شده به اشمیت تریگر و خروجی مربوطه اش در شکل 4 به تصویر کشیده شده است. جریان مدار کشیده شده از منبع - جریان درین - M1 برابر 1uA می باشد ، بنابراین با درنظر گرفتن ولتاژ منبع که برابر 1.2V می باشدتوان کلی مصرف شده اشمیت تریگر برابر 1.2uW می باشد.
- 3 منبع جریان
دومین مداری که برای تکمیل TWG مورد نیاز است منبع جریان می باشد. خروجی اشمیت تریگر - - OUT1 به ورودی این مدار ، - - IN2 متصل شده است. مدار منبع جریان پیشنهادی در شکل 5 آورده شده است. این شکل یک روش بسیار ساده را برای تولید ولتاژ موج مثلثی با شارژ یک خازن توسط دو جریان ثابت - I و - I - را به تصویر می کشد.M9 وM10 نقش یک گیت NOT را بازی کرده در حالیکه M16 و M17 به عنوان یک بار فعال برای M9 می باشند.زمانی که M9 روشن می شود ، یک جریان مثبت +I به خازن Co وارد شده و آن را شارژ می نماید و در نتیجه یک شیب مثبت را بوجود می آورد از سوی دیگر با روشن شدن M10 ، خازن شروع به تخلیه از سمت مسیر ترانزیستور کرده و بطور ناگهانی یک شیب منفی را توسط جریان منفی-I بوجود می آورد. افزودن M18 به مدار تاخیر زمانی حاصل از مدار کاهش می یابد.باروشن کردن این ترانزیستور در هنگام راه اندازی اولیه مدار،تاخیر راه اندازی حذف خواهد شد.جریان جذب شده از منبع ولتاژ 1.2 برابر 1uA است که موجب مصرف توانی معادل 1.2uW خواهد گردید.
❖ نتیجه گیری
یک مدار مولد موج مثلثی معرفی گردیده است. مدارمذکوردربرابرتغییرات فرآیند یا پردازش، ولتاژ و دما مقاوم است . یک کاربرد عالی برای این مدار استفاده از آن به عنوان قلب سیستم WINERمیباشد. غیرخطی بودن کلی این مدار TWGدر منحنی مشخصه انتقالی جریان به فرکانس کمتر از 2 درصد می باشد. محدوده فرکانس و دامنه قابل تنظیم برابرKHZ 10تاKHZ40 وV0.1تاV 1.8می باشد. برای کاهش جریان ترانزیستورها در مدار کلی باید تغییراتی در PMOSها را برابر NMOSها قرار دادیم و همچنین میزان Wرا نسبت به L سه برابر قرار دادیم.
