تقویت کننده ی شبه تفاضلی کلاس-AB برمبنای اینورتر CMOS برای کاربردهای HF

چکیده

 مقدمه

 تقویت کننده ی شبه-تفاضلی ارایه شده

  OTA کلاس-AB قاراردادی

شکل 1.  (a) OTA تک-پایانه اینورتری  (b) OTA شبه-تفاضلی

ساختار PDA ساخته شده

شکل 2.   PDA ارایه شده (a) ترکیب مدار  (b) ساختار CMA

شکل 3. تقویت کننده ی شبه تفاضلی کلاس-AB ارایه شده

پیاده سازی مدار

نتایج شبیه سازی

شکل 4. مشخصه انتقال DC

شکل 5. ولتاژهای خروجی حالت مشترک و تفاضلی

شکل 6. بهره و اختلاف فاز حالت مشترک

شکل 7. بهره و اختلاف فاز حالت مشترک

نتیجه گیری

این مقاله یک تقویت کننده ی شبه-تفاضلی کلاس-AB برمبنای اینورتر CMOS برای کاربردهای HF، با استفاده از مدار ساده rail-to-rail CMFB را ارایه می دهد. مدار ارایه شده، دارای دو اینورتر CMOS و فیدبک حالت-مشترک مکمل (CMFB) _که خود متشکل از آشکارساز حالت-مشترک حالت جریان و تقویت کننده های ترنز-امپدانسی (transimpedance)، بوده_ می باشد. این مدار با استفاده از فناوری CMOS 0.18 نانومتری تحت ولتاژ منبع 1 ولت، طراحی شده است، و نتایج شبیه سازی نشان می دهند که نوسان خروجی rail to rail با استفاده از گین حالت-مشترک پایین (-15 dB)، بدست می آید. نوسان خروجی مدار 0.7 v می باشد. تلفات توان مدار 0.96 میکرووات می باشد.

امروزه، یک مدار آنالوگ با کارکرد خوب _عمدتا بسبب پیشرفت ساختن مدار مجتمع فراوان با سیستم های مداری پیچیده، و نیاز به وسایل قابل حمل با منبع باطری_ بایسته شده است. اگرچه، کاهش منبع ولتاژ در مدارات آنالوگ باعث کاهش عملکرد زیادی می شود، و بنابراین، ترفندهای تازه ای برای طراحی نیاز است تا مدارات آنالوگ با پهنای باند، بهره، و خطی بودن کافی را بدست آورد. تقویت کننده ی هدایت عرضی (OTA)، یکی از پایه ای ترین سلول ها _از آنجایی که OTA کاربرد زیادی در بسیاری از مدارات آنالوگ مانند تقویت کننده عملیاتی، مقایسه گرهای ولتاژ، مبدل های A-D و D-A و فیلترهای فرکانس بالا، دارد_ می باشد. روش های زیادی هم با استفاده از پیکربندی کاملن تفاضلی و هم با استفاده از پیکربندی شبه تفاضلی، برای طراحی OTA ولتاژ پایین [1-4] ارایه شده اند. FD بطور معمول، مبنی بر یک جفت تفاضلی با یک منبع جریان tail است، درحالی که PD مبنی بر دو اینورتر مستقل، بدون منبع جریان tail می باشد. می دانیم که افت ولتاژ در منبع جریان tail، دی یک ساختار PD، اجازه ی بازه های جریان ورودی و خروجی بزرگتری را می دهد، و ساختار آن را برای کاربردهای با منبع توان ضعیف جذاب می کند. اگرچه، ساختار PD به یک فیدبک حالت-مشترک اضافی برای دو منظور نیاز دارد: 1) تا ولتاژ حالت مشترک را در گره های با امپدانس بالا تصحیح کند، و 2) تا مولفه های سیگنال حالت-مشترک را خنثی کند. روش های زیادی برای دستیابی به CMFB پیشنهاد شدند[1-10]. مدار خازن متغیر، به منظور ساخت یک CMFB [1] ارایه شد، و مدار نتیجه شده دارای مصرف توان کمی می باشد. اگرچه، مدار CMFB، در طی خطا و ظرفیت خازنی بار، تغذیه-ساعت را معرفی می کند _ که از مقسم مقاومتی ساده برای حس ولتاژ دو گره ی مختلف استفاده کرده است_. در نتیجه نوسان ولتاژ CMFB محدود نشده است. اگرچه،این مقاومتها نه تنها نیاز به سطح سیلیکونی بزرگی داشته، بلکه امپدانس های خروجی را نیز تغذیه می کنند. [4] از شبکه ی مقاومتی MOS با روش CMFB تحریک حجمی، استفاده کرده است. اگرچه، مدار خروجی امپدانس کاملن ضعیفی با بهره ی مشترک بالا دارد. برای حل مساله، روش هایی که از ترانزیستورهای MOS استفاده می کنند _همانند مدار CMFB_ ارایه شده اند [5-6]. CMFB متشکل از آشکارساز CM و تقویت کننده تک حالته می باشد. در نتیجه، به ره های حالت مشترک بسیار بالا بوده، و به علاوه نوسانات خروجی محدود می باشند. [7 - 8] از ترانزیستورها و تقویت کننده های حالت مشترک دو حالته استفاده می کند. بهره ی حالت مشترک نتیجه شده پایین است. مشکل این ساختار این است که مدار دارای نوسان خروجی محدود و مسایل نوسانی حادی می باشد. [9 و 10] CMFB مکمل را، که می تواند هر دو بهره ی حالت مشترک پایین را با نوسانات خروجی خوب ارایه دهد، ارایه داده است. اگرچه، مدارات پیچیده و دارای مصرف توان بالایی هستند. [11 و12] روش فیدبک مثبت را برای افزایش بهره ی تفاضلی پیشنهاد کرده اند. اگرچه، مدار دارای گین حالت مشترک بسیار بالایی است (Acm= -6 dB) در این مقاله، یک تقویت کننده ی شبه تفاضلی (PDA) کلاس-AB بر مبنای اینورتر CMOS، با استفاده از یک فیدبک حالت-مشترک جدید ارایه شده است. CMFB از یک آینه جریان (CM) و تقویت کننده ی امپدانس عرضی تشکیل شده است (TA) . بهره ی حالت مشترک به نظر می رسد که پایین باشد (-15 dB). فیدبک مثبت هم برای افزایش بهره ی حالت تفاضلی بکار رفته است. نوسان خروجی مدار 0.7 v است.