28653

طراحي و شبيه‌سازي يك تقويت‌كننده ترارسانايي با خطينگي زياد براي فيلتر Gm-C

كارشناسي ارشد

مهندسي برق گرايش افزاره هاي ميكرو و نانو الكترونيك

1398

1401/8/29

سيد اديب ابريشمي فر

مهندسي برق

در اين پايان‌نامه يك تقويت‌كننده ترارسانايي تنظيم‌پذير برپايه مقاومت غيرفعال با خطينگي زياد جهت استفاده در ساختار فيلترهاي Gm-C در گيرنده‌هاي چنداستانداردي معرفي مي‌شود. اين ترارسانا باتوجه مشخصه‌هاي خطينگي آن قابليت اين را دارد كه در طرح‌هاي مدولاسيون چندحاملي كه به‌طور گسترده در سامانه‌هاي ارتباطي پياده‌سازي مي‌شوند، مورد استفاده قرار گيرد. ساختار مدار ترارساناي كاملا تفاضليِ پيشنهادي از دو دنبال‌كننده ولتاژ خطي با سرعت زياد تشكيل مي‌شود. بهره‌گيري از يك طبقه ميانيِ شكل گرفته توسط ترانزيستورهاي كسكٌد دوتايي با آرايش گيت مشترك در حلقه‌هاي فيدبك منفي باعث افزايش بهره‌ي حلقه‌ها و درنتيجه كاهش چشم‌گيرِ امپدانس خروجي دنبال‌كننده‌هاي ولتاژ مي‌شود. اين دنبال‌كننده‌هاي ولتاژ دو مقاومت خطي پالي‌سيليكان 2.5 كيلواهمي (در آرايش سري) را كه وظيفه‌ي تبديل ولتاژ ورودي تقويت‌كننده به جريان سيگنال را دارد، راه‌اندازي مي‌كنند. جريان سيگنال توسط دو طبقه متواليِ تاشده، از ترانزيستور تله‌ي جريانِ دنبال‌كننده‌هاي ولتاژ به گره خروجيِ امپدانس زياد منتقل مي‌شود. ساختار ضدتله مورد استفاده، حساسيت مدار ترارساناي كاملا تفاضلي را نسبت به عدم تطابق ميان عناصر مدار به‌طور چشم‌گيري كاهش مي‌دهد، زيرا پاسخ خطي مدار تابع مقدار بهره حلقه‌هاي فيدبك منفي مي‌باشد و از روش حذف هارمونيك‌هاي غيرخطي استفاده نمي‌شود. تنظيم مقدار ترارسانايي تقويت‌كننده با تكنيك تقسيم جريان توسط ترانزيستورها در ناحيه ترايود در محدوده 91µS-386µS امكان پذير است. مقدار مشخصه مدولاسيون داخلي مرتبه‌سه براي تقويت‌كننده ترارسانايي پيشنهادي با اعمال سيگنال آزمون دوتٌن 0.2Vp-p در فركانس مركزي 100MHz برابر -76.29dB مي‌باشد. جهت حفظ ولتاژ حالت مشترك خروجي تقويت‌كننده ترارسانايي تفاضلي از يك مدار حالت مشترك از نوع اختلاف تفاضلي استفاده شده است. براي اثبات عمل‌كرد مناسب تقويت‌كننده ترارسانايي پيشنهادي، از آن در طراحي يك فيلتر پايين گذر مرتبه‌سه از نوع چِبيشف در فناوري 65nm و با ولتاژ تغذيه 1.2V استفاده شده است. فيلتر Gm-C پيشنهادي از دو مكانيزم تنظيم، شاملِ تنظيم ترارسانايي سلول‌ها و تغيير بار‌هاي خازنيِ MIM جهت تنظيم فركانس قطع در محدوده 4.1MHz-97.3MHz استفاده مي‌كند. جهت حفظ ولتاژ حالت مشترك خروجي سلول‌هاي فيلتر باتوجه به پيكربندي‌ آن، از سه مدار حالت مشترك ميانگين مقاومتي استفاده مي‌شود. مقدار مشخصه نقطه برخوردگاه مرتبه‌سه فيلتر در فركانس مركزي 97.3MHz برابر 26.03dBm مي‌باشد. توان مصرفي تقويت‌كننده ترارسانايي پيشنهادي و فيلتر (شامل مدارهاي حالت مشترك) به‌ترتيب برابر 1.74mW و 11.1mW مي‌باشد.

1402/06/12

Design and Simulation of a Transconductance Amplifier with High Linearity for Gm-C Filter

11/20/2023 12:00:00 AM

a high linear Operational Transconductance Amplifier based on passive resistor with wide transconductance tunning range is presented in this thesis, wich is suitable to use in Gm-C filter topologies in multi standards receivers. Due to its linear characteristics, the proposed transconductor has the potential to be used in multi-carrier modulation schemes that are widely implemented in communication systems. The proposed fully differential transconductor circuit structure consists of two linear voltage Buffers with high speed and high linearity. Utilizing a middle stage formed by double cascoded scheme with common gate configuration in negative feedback loops, increases the gain of the loops and consequently decreases the output impedance of voltage buffers. These voltage buffers drives two linear Polysilicon resistors of 2.5KΩ (in series configuration) which are responsible for converting the input voltage of the amplifier into the signal current. Then the Signal current is transmitted by two folded stages from current traping transistors of voltage buffers to high impedance output nodes. Due to the use of aforementioned current de-traping technique, sensitivity of the proposed fully differential transconductor to the mismatch between circuit elements reduces significantly, that’s because the linear response of the circuit is fundamentally a function of the gain value of negative feedback loops and of course the method of harmonic Cancellation is not used here. Exploiting Current Division Technique, tuning transistors have the ability to tune the overall transconductance from 91 to 386µS. According to simulations the Third-Order Intermodulation Distortion of the transconductor for maximum transconductance and 0.2Vp-p two-tone input signal at 100MHz as a centeral frequency is -76.29dB. In order to avoide the occurrence of serious common mode errors, a Differential Difference common mode feedback circuit have been used for amplifiers differential output. In order to prove the excellent performance of the proposed transconductance amplifier, it has been employed in designing a Third-Order Chebyshev Low-Pass Filter simulated in a 65nm CMOS technology with 1.2V supply voltage. The proposed Gm-C filter exploits two tuning mechanisms including adjusting each transconductor cells (by tuning Gm) and changing capacitive loads (MIM Capacitors), to change the cutoff frequency from 4.1 to 97.3MHz. To maintain the optimum output common mode voltage for each cell concerning to filter configuration, three Resistor Averaged common mode feedback circuits are operated. Simulated results show Input Third Order Intercept Point (IIP3) of 26.03dBm at 97.3MHz as a central frequency. The power consumption of the proposed transconductor and Gm-C filter including common mode circuits is 1.74mW and 11.1mW, respectively.

گيرنده تبديل مستقيم , فيلتر Gm-C , تقويت‌كننده عملياتي ترارساناييِ خطي , خطينگي , اعوجاج هارمونيك كل , مدولاسيون داخلي مرتبه‌سه , مدار فيدبك حالت مشترك

Direct Conversion Receiver , Gm-C Filter , Linear Operational Transconductance Amplifier , Linearity , Total Harmonic Distortion (THD) , Third Order Intermodulation Distortion (IM3) , CMFB Circuit

Ashkan Shojaee

Seyed Adib Abrishamifar