6509

6509

طراحي تقويت كننده عملياتي جرياني كاملاً تفاضلي ولتاژ و توان پايين با مشخصات بهبود يافته

دكتراي تخصصي

برق - الكترونيك

شهريورماه 1391

شهريورماه 1391

دكتر سيد جواد ازهري

چكيده: در اين پروژه هدف طراحي تقويت¬كننده جرياني كاملاً تفاضلي ولتاژ و توان پايين با FOM بزرگ¬تر از dB500 است. در راستاي اين هدف، طرح¬هاي متنوع و ابتكاري ولتاژ و توان پايين براي تحقق اجزاي تشكيل¬دهنده تقويت¬كننده جرياني ارائه شدند كه به موارد زير مي¬توان اشاره نمود: 1- طراحي چهار مدار طبقه ورودي با مقاومت ورودي از Ω44/0 تا mΩ 38، پهناي¬باند از MHz9/76 تا MHz520، نرخ حذف حالت مشترك از dB69 تا dB109 و توان مصرفي از µW 9/83 تا µW 379. 2- طراحي دو مدار طبقه خروجي با مقاومت خروجي از MΩ1 تا MΩ350، محدوده پهناي¬باند از MHz1 تا MHz64/5، قابليت جريان¬دهي خروجي از mA 24 تاmA 120، THD از dB39- تا dB53-، ولتاژ تغذيه از V7/0± تا V9/0 ±و توان مصرفي از µW42 تا µW98. روش ابداعي شكافت جريان (براي اولين بار در دنيا) دستيابي به جريان¬هاي خروجي بسيار بالا و نسبت جريان¬دهي (حداكثر جريان خروجي به جريان تغذيه ترانزيستورها) از 3200 تا 5454 (كه در دنيا منحصر بفرد هستند) را ممكن ساخته است. 3- ابداع روش ابتكاري جداسازي سيگنال حالت مشترك كه منجر به افزايش نرخ حذف حالت مشترك طبقه ورودي تا dB33 مي¬گردد. 4- طراحي سه مدار طبقه بهره كاملاً تفاضلي شامل معرفي زوج تفاضلي بهبود يافته بر پايه ترانزيستورهاي با گيت شبه¬شناور و زوج تفاضلي بدون دنباله با استفاده از روش ابتكاري حذف سيگنال¬هاي حالت مشترك در ورودي با قابليت كار در ولتاژهاي بسيار پايين، محدوده ورودي مشترك تغذيه تا تغذيه و نرخ حذف حالت مشترك بالاي از dB150 تاdB 120، بهره از dB6/31 تا dB2/37 و طراحي طبقه بهره بر پايه فيدبك مثبت جزيي و روش جداسازي سيگنال¬هاي حالت مشترك با بهره برابر dB 86 /20 و نرخ حذف حالت مشترك dB91/53. در ادامه سه مدار كامل تقويت¬كننده جرياني كاملاً تفاضلي ولتاژ و توان پايين با مشخصات زير طراحي گرديد: 1- تقويت¬كننده جرياني كاملاً تفاضلي در فناوري CMOS با CMRR بالاي dB206، توان مصرفي µW280، بهره dB106، مقاومت ورودي Ω139/0 و FOM برابر dB631. 2- تقويت¬كننده جرياني كاملاً تفاضلي در فناوري دوقطبي با fT بالاي MHz698، مقاومت ورودي Ω31، CMRR برابر dB 179، FOM برابر dB632 و توان مصرفي mW2. 3- تقويت¬كننده جرياني با فيدبك ولتاژي در فناوري CMOS با پهناي¬باند ثابت MHz5/15، توان مصرفي µW900، فركانس بهره واحد MHz120. كاربرد تقويت¬كننده جرياني با CMRR بالا در تحقق يك تقويت¬كننده ابزار دقيق جرياني با CMRR بالاي dB120 و پهناي¬باند ثابت MHz 100 ارائه شد. تقويت¬كننده جرياني با fT بالا در دو كاربرد تحقق تقويت¬كننده ولتاژي با پهناي¬باند ثابت MHz540 و تقويت¬كننده تراهدايتي با پهناي¬باند MHz640 نيز به كار گرفته شد. مدارهاي CMOS با استفاده از پارامترهاي فناوري TSMC 0.18µm و مدارهاي دوقطبي با استفاده از پارامترهاي فناوري BICMOS 0.8µm شبيه¬سازي شده¬اند. نرم افزارهاي مورد استفاده HSPICE و PSPICE مي¬باشند. در موارد ضروري تاًثير گرما و تغييرات ولتاژ تغذيه بر عملكرد مدارها بررسي شده و شبيه¬سازي مونت كارلو نيز انجام شده است.