12942

12942

طراحي و شبيه سازي يك تقويت كننده ابزار دقيق حالت جريان ولتاژ پايين توان پايين بر مبناي ناقل جريان تمام تفاضلي

كارشناسي ارشد

برق - الكترونيك

اسفند ماه 1392

اسفند ماه 1392

دكتر سيد جواد ازهري

چكيده به دليل حضور تقويت¬كننده ابزار دقيق (IA) در پيشاني آنالوگ و تأثير پارامترهاي آن بر دقت و صحت كل سيستم روي يك تراشه، طراحي اين تقويت¬كننده اهميت ويژه¬اي دارد. چون سيگنال¬هاي تفاضلي مورد نياز معمولا سوار بر سيگنال¬هاي ناخواسته حالت مشترك با دامنه بالا مي-باشند تقويت¬كننده¬اي با نرخ رد حالت مشترك بالا مورد نياز مي¬باشد. در اين پژوهش تقويت¬كننده جرياني براي طراحي IA انتخاب مي¬شود. همچنين به منظور حذف نياز به بلوك¬هاي همجور و قابليت دريافت هر دوي سيگنال¬هاي ورودي ولتاژي و جرياني، طراحي پيش رو بر مبناي ناقل جريان تمام تفاضلي نسل دوم (FDCCII) مي¬باشد. طراحي FDCCII با تكيه بر روش¬هاي پيشخور (CMFF) و پسخور (CMFB) حالت مشترك به منظور بهبود نسبت رد حالت مشترك براي استفاده به عنوان IA انجام گرفته است. تعيين ابعاد ترانزيستورها در مدار پيشنهادي با استفاده از الگوريتم ژنتيك، از طريق برقراري ارتباط بين نرم‌افزارهاي HSpice و MATLAB، براي حداكثر نرخ رد حالت مشترك (CMRR) در توان مصرفي پايين بهينه شده است. اين مدار با استفاده از تكنولوژي ترانزيستورهاي MOSFET طراحي شده و جانمايي مدار توسط نرم‌افزار Cadence و با رعايت قوانين جانمايي ترسيم شده است. بررسي عملكرد مدار تقويت-كننده ابزار دقيق حالت جريان (CMIA) مبتني بر FDCCII براي نت ليست¬هاي قبل و بعد از جانمايي، توسط نرم‌افزار Hspice و با استفاده از فايل كتابخانه¬اي تكنولوژي 0.18um شركت TSMS انجام شده است. علاوه بر طراحي FDCCII براي كاربرد CMIA كه موضوع اين پايان¬نامه مي¬باشد، كارهاي مرتبط ديگري نيز انجام گرفته كه به صورت مختصر بررسي شده¬اند. اين كارها شامل استفاده از بلوك تفريق¬كننده جريان در خروجي FDCCII براي تحقق CMIA و طراحي يك دنبال-كننده جريان تمام تفاضلي (FDCB) مي¬باشند. شبيه¬سازي¬هاي نت ليست استخراج شده از جانمايي CMIA مبتني بر FDCCII بهبود يافته نتايج زير را حاصل مي¬كنند: توان مصرفي 310uW در ولتاژهاي تغذيه 22±1.2V مي¬باشد. پهناي باند بهره تفاضلي اين تقويت¬كننده براي ورودي¬هاي ولتاژي و جرياني به ترتيب 59.59 MHz و 54.78 MHz مي¬باشد. مقدار CMRR فركانس پايين تقويت¬كننده براي حالت¬هاي ورودي ولتاژي و جرياني به ترتيب 115.4 dB و 108.3 dB با پهناي باندهايي به ترتيب برابر با 23.44 KHz و 19.02 kHz مي¬باشد. مقادير PSRR+ و PSRR- محاسبه شده براي تقويت¬كننده به ترتيب 62.56 dB و 87.78 dB مي¬باشند. همچنين مقادير امپدانس تفاضلي ورودي جرياني و امپدانس خروجي جرياني به ترتيب 14.95 Ω و 2.24 MΩ مي¬باشند. نتايج شبيه¬سازي محدوده ديناميكي سيگنال¬هاي تفاضلي ورودي -36.6 uA تا 37.2 uA براي ورودي¬هاي جرياني و -230 mV تا 228 mV براي ورودي¬هاي ولتاژي را نشان مي¬دهند. همچنين محدوده حالت مشترك براي ورودي¬هاي جرياني و ولتاژي در مدار طراحي شده به ترتيب و -1.17mA تا 115uA و -0.95V تا 0.39V مي¬باشند. جانمايي CMIA مبتني بر FDCCII بهبود يافته در مساحتي به مقدار 55.6*70 (μm)2 طراحي شده است. واژه¬هاي كليدي: تقويت¬كننده ابزار دقيق (IA)، حالت جريان، تمام تفاضلي، الگوريتم ژنتيك چندهدفه، نرخ رد حالت مشترك (CMRR)، پيشخور حالت مشترك (CMFF)، پسخور حالت مشترك (CMFB)، ولتاژ پايين، توان پايين.