13125

13125

طراحي و شبيه‌سازي بلوك‌هاي داخلي يك آرايه آنالوگ قابل پيكربندي پردقت

كارشناسي ارشد

برق -الكترونيك

بهمن 1392

بهمن 1392

دكتر سيد اديب ابريشمي‌فر

دكتر شهريار برادران‌شكوهي

چكيده هرچند كه يك بلوك آنالوگ قابل پيكربندي داراي عناصري هم‌چون تقويت‌كنندۀ عملياتي، مقايسه‌كننده، سوئيچ، آرايه خازني برنامه‌پذير و آرايه مقاومتي برنامه‌پذير مي‌باشد، اما تمركز اين پايان‌نامه بيش‌تر به‌روي طراحي و شبيه‌سازي تقويت‌كنندۀ عملياتي، مقايسه‌كننده و سوئيچ مناسب براي اين بلوك‌هاي آنالوگ براي رسيدن به سرعت و دقت بالا مي‌باشد. با توجه به ساختار آرايه آنالوگ موردنظر كه به صورت گسسته-زمان مي‌باشد، تقويت‌كننده‌هاي عملياتي هستۀ اصلي تمام مدارهاي پياده‌سازي شده توسط آرايه مي‌باشند. به همين دليل در طراحي تقويت‌كنندۀ عملياتي براي رسيدن به بهرۀ بالا توسط يك طبقه و ميزان نوسان مناسب خروجي از ساختار كسكود تاشده استفاده شده است. تقويت‌كنندۀ عملياتي پيشنهادي داراي بهره DC برابر 50dB، فركانس بهره واحد 750MHz و ميزان نوسان خروجي مي‌باشد. هم‌چنين با توجه به ساختار تمام‌تفاضلي به‌كار رفته در طراحي تقويت‌كنندۀ عملياتي از يك مدار CMFB بسيار سريع و دقيق با ايده‌اي ابتكاري استفاده شده است. مدار پيشنهادي در صورتي كه شرايط اوليۀ ولتاژ حالت مشترك خروجي در 0v يا 3.3v قرار داده شود تنها 1.1ns براي رساندن خروجي حالت مشترك تقويت‌كنندۀ عملياتي به سطح مطلوب نياز دارد. هم‌چنين منحني خطاي ولتاژ حالت مشترك خروجي به ازاي تغييرات ولتاژ حالت مشترك ورودي در بازه 1v تا 2.2v در بدترين شرايط كم‌تر از 6mv مي‌باشد. به‌علاوه در اين پروژه يك مقايسه‌كنندۀ با حذف آفست براي آرايۀ آنالوگ موردنظر طراحي شده است. در طراحي مقايسه‌كننده‌ها براي رسيدن به سرعت بالا و نيز ايجاد نوسان كامل نياز به بهره بسيار بالا مي‌باشد. براي اين منظور در طراحي مقايسه‌كننده از نوعي ساختار فيدبك مثبت استفاده شده است. هم‌چنين براي اين‌كه دقت مقايسه‌كننده در اثر عدم تطبيق عناصر و ايجاد آفست محدود نشود، در آن از يك بخش حذف آفست با ايده‌اي جديد استفاده شده است. مزيت اصلي مدار مقايسه‌كنندۀ پيشنهادي اين است كه بدون نياز به ايجاد وقفه در عملكرد طبيعي مدار مقايسه‌كننده تنها با گذشت چند دوره تناوب از شروع كار مدار مي‌تواند عمل مقايسه را انجام دهد. مدار پيشنهادي مي‌تواند در فركانس 500MHz و با دامنۀ ورودي بيش‌تر از 2mVp-p به‌درستي عمل مقايسه را انجام دهد. در نهايت با توجه اهميت سوئيچ‌هاي آنالوگ در طراحي آرايه‌هاي آنالوگ با توجه به اين‌كه تعداد زيادي از آن‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند، يك سوئيچ آنالوگ داراي مشخصات ايستا و پوياي بسيار مناسب طراحي شده است. اين سوئيچ داراي THD برابر -76.63dB، SNDR برابر 76.6dB، ENOB برابر 12.43 و SFDR برابر 76.64dB در فركانس ورودي 3.515625MHz و فركانس كلاك 100MHz با ولتاژ تغذيۀ 1.8v مي‌باشد. هم‌چنين ميزان خطاي ولتاژ خروجي در بازۀ وسيعي از تغييرات ورودي ‌(-1.2v تا 1.2v) بسيار ناچيز و در بدترين شرايط كم‌تر از مي‌باشد. سوئيچ طراحي شده داراي ساختاري بسيار ساده و كوچك مي‌باشد كه تنها با استفاده از دو ترانزيستور با ابعاد معكوس مي‌تواند عملكرد مورد انتظار را داشته باشد. اين امر سوئيچ پيشنهادي را براي استفاده در آرايه‌هاي برنامه‌پذير بسيار جذاب مي‌كند. واژه‌هاي كليدي: آرايۀ آنالوگ قابل پيكربندي، بلوك آنالوگ قابل پيكربندي، تقويت‌كنندۀ عملياتي، مدار CMFB، ساختار تمام تفاضلي، كسكود تاشده، مقايسه‌كننده، آفست، طبقۀ قفل‌كننده، پيش تقويت‌كننده، سوئيچ آنالوگ، تزريق بار كانال، اثر نفوذ كلاك