19667

۱۹۶۶۷

طراحي و شبيه سازي تقويت كننده ابزار دقيق حالت جرياني بر مبناي ناقل جريان نسل دوم تمام تفاضلي

كارشناسي ارشد

الكترونيك

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۸/۶

دكتر سيد جواد ازهري

برق

تقويت‌كننده‌هاي ابزار دقيق حالت جريان (CMIAs ) مبتني بر ناقل جريان نسل دوم ( CCII) به‌طور گسترده در بخش‌هاي ابزار دقيق پزشكي، دريافت اطلاعات و پردازش سيگنال و... استفاده مي‌شوند و بر خلاف تقويت‌كننده‌هاي ابزار دقيق حالت ولتاژي (VMIA) داراي پهناي باند مستقل از بهره هستند. در سال‌هاي اخير و براي تامين CMRR بالا و به منظور عدم نياز به مقاومت‌هاي همجور از ناقل‌هاي جريان نسل دوم تمام تفاضلي ( FDCCIIs) در طراحي اين تقويت‌كننده‌ها استفاده شده است. همچنين براي كاهش توان مصرفي در اين تقويت‌كننده‌ها روش‌هاي متفاوتي در اين سال‌ها ارائه شده است. يكي از اين روش‌ها طراحي مناسب ناقل در ناحيه زير آستانه بوده است. از اين رو در فصل چهارم اين پايانامه، يك ناقل جريان نسل دوم تمام تفاضلي (FDCCII) دقيق با ولتاژ و توان بسيار پايين، باند پهن، مقاومت ورودي بسيار كوچك وPVT خوب در ناحيه زير آستانه ارائه مي‌شود. در اين ناقل جريان، با طراحي مدار در ناحيه زير آستانه توان به شدت كاهش مي‌يابد. همچنين براي كاهش مقاومت ورودي ناقل از حلقه‌هاي فيدبك با بهره بسيار زياد استفاده مي‌شود. از طرفي به كمك دو ترانزيستور، ولتاژ VDS ترانزيستورهاي زوج‌هاي تفاضلي به هم نزديك مي‌شود كه باعث بهبود دنبال‌كنندگي ولتاژ مي‌شود. در مدار پيشنهادي به منظور بهينه‌سازي در نظر گرفته مي‌شود كه نتيجه‌ آن PVT خوب در مدار است. اين ناقل توسط شبيه‌ساز كيدنس و در فناوري 0.18µm TSMC RF با ولتاژ تغذيه ±0.4V شبيه‌سازي شده است و جانمايي مدار فضايي كمتر از (35.3 µm *20.5 µm) اشغال كرده است. نتايج در حالت‌هاي پيش از جانمايي، پيش از جانمايي با مونت كارلو، پس از جانمايي و پس از جانمايي با مونت كارلو براي Rx و پهناي باند -3dB بهره ولتاژي (جرياني) سيگنال به‌ترتيب برابر با‌ 8.47Ω، 10.49Ω، 8.77Ω و 10.69Ω و 518.8MHz(653.1MHz)، 513.85MHz(649.14MHz)، 399.1MHz (442.41MHz) و 389.48MHz(439.21MHz) هستند. همچنين توان مصرفي، محدوده ولتاژ DC و محدوده جريان DC به ترتيب در پيش از جانمايي (پس از جانمايي) برابر 45.14µW (45.08µW) و ±300mV و ±13uA هستند. آف‌ست FDCCII در حالت پيش و پس از جانمايي به ترتيب برابر -5.53mV و -5.78mV است. با توجه به نتايج مونت كارلو، تحليل دمايي و تحليل گوشه‌ها اثبات مي‌شود كه مدار پيشنهادي داراي PVT خوب در ناحيه زير آستانه است. همچنين در فصل 5 اين پايان نامه يك تقويت‌كننده ابزار دقيق حالت جريان بر مبناي ناقل طراحي شده در فصل چهارم (البته با اعمال تغييراتي در FDCCII در جهت بهبود پارامترهاي CMIA) ارائه مي‌شود كه نتايج آن در پيش از جانمايي به شرح زير مي‌باشد. CMRR و پهناي باند آن براي CMIA پيشنهادي به ترتيب برابر 247.28dB و 55.45MHz هستند. همچنين بهره ماكزيمم و پهناي باند آن به ترتيب برابر 76.11dB و 5.22MHz هستند. توان مدار پيشنهادي برابر 7.57uW است. اين CMIA توسط شبيه‌ساز كيدنس و در فناوري 0.18µm TSMC RF با ولتاژ تغذيه ±0.4V شبيه‌سازي شده است.

1397/08/30

Design and Simulation of a Current Mode Instrumentation Amplifier Based on a Fully Differential Second Generation Current Conveyor

10/28/2019 12:00:00 AM

The Current Mode Instrumentation Amplifiers (CMIAs) based on second generation Current Conveyor (CCII) are widely used in medical instrumentation and signal processing,.. ,and, unlike Voltage Mode Instrumentation amplifiers (VMIA) has bandwidth Independent of gain. In recent years, in order to provide high CMRR, Fully Differential second generation Current Conveyors (FDCCIIs) have been used for the design of these amplifiers to avoid the need for similar resistance. Different methods have been proposed in these years to reduce power consumption in these amplifiers. One of these methods is the proper design of the current conveyor in sub threshold region. Hence, in the fourth chapter of this termination, a new very low voltage, very low power, low Rx, wideband and accurace Fully Differential Second Genaration Current Conveyor (FDCCII) with good PVT in sub-threshold region. The design of the proposed circuit in sub-threshold region decrease significantly power. Also, to reduce the input resistance of the current conveyor (Rx), feedback loops with high gain have been used. In order to optimize, has been considered , the result is a good PVT in the circuit in sub-threshold region. This circuit is simulated by the CADENCE simulator and in 0.18μm TSMC RF technology with a supply voltage of ± 0.4V and a small layout (35.3µm*20.5µm). The results ,respectively, in the pre-layout, pre-layout+MC, post-layout and post-layout+MC are; Rx of 8.47Ω, 10.49Ω, 8.77Ω and 10.69Ω and -3dB bandwidth for voltage (current) signal of 518.8MHz (653.1MHz), 513.85MHz (649.14MHz), 399.1MHz (442.41MHz) and 389.48MHz (439.21MHz). Also, consumed power, DC voltage range and DC current range ,respectively, in pre-layout (post-layout) are 45.14µW (45.08µW), ±300mV and ±13uA. The FDCCII offset voltage are -5.53mV and -5.78mV in pre-layout and post- layout, respectively. Given the Monte Carlo, temperature and corners analysis, it is clear that FDCCII has good PVT. Also, in Chapter 5 of this thesis, a CMIA is presented based on the FDCCII designed in Chapter 4(with Applying changes to improve CMIA parameters), the results of which are as follows: CMRR and CMRR bandwidth of proposed CMIA are 247.28dB and 55.45MHz, respectively. Also, maximum gain and Its bandwidth are 76.11dB and 5.22MHz, respectively. The proposed CMIA power is 7.57uW. . This circuit is simulated by the CADENCE simulator and in 0.18μm TSMC RF technology with a supply voltage of ± 0.4V.