در این فصل ابتدا اجزای اصلی مدار تقویت کننده را به صورت مجزا معرفی کرده و مورد تحلیل قرار خواهیم داد. با توجه به شماتیک مدار عملکرد ترانزیستورها را با توجه به روابط حاکم بررسی خواهیم کرد. با بهره گرفتن از نرم افزار Hspice مدار تقویت کننده مبتنی برCMOS در دو حالت ، همراه و بدون مدارABCC در دو تکنولوژی ۹۰ و ۱۸۰ نانومتر شبیه سازی کرده و پارامترهای مختلف از جمله حاشیه فاز ، بهره ، نرخ سرعت تغییرات خروجی (Slew Rate) ، دیاگرام Bode خروجی را مقایسه خواهیم کرد.
۴-۱) اجزای مدار
مدار طراحی شده شامل سه بخش اصلی زیر می باشد:
ABCC(Adaptive Biasing Current Circut)
مدار بایاس (Bias Circuit)
تقویت کننده (Amplifier)
شکل (۴- ۱) ساختار اصلی مدار
۴-۲) شماتیک مدار
این تقویت کننده با ولتاژ تغذیه۳ ولت و در ناحیه زیر آستانه کار میکند و همچنین در این تقویت کننده از مدار ABCC (مدار هوشمند جریان بایاس)برای فیدبک گرفتن از خروجی مدار به منظور دستیابی به پایداری و داشتن توان مطلوب استفاده می شود. این تقویت کننده همراه با مدار ABCC که نواحی خاکستری را شامل میشود، بصورت زیر نمایش داده میشود.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل (۴- ۲) شماتیک مدار تقویت کننده ارائه شده^[۱]
ABCC4-3)
قسمت های خاکستری در شکل ۴-۱ ، شامل بخش های می باشد که در ادامه ابتدا به روند کاری آنها می پردازیم :
مدار نظارت بر جریان – Current Monitor Circut(CMC)
مدار مقایسه جریان – Current Comparison Circut(CCC)
مدار تقویت جریان– Current Amplification Circut(CAC)
۴-۳-۱) مدار نظارت بر جریان
شامل ترانزیستورهای M_N7 و M_N8 می باشد که بطور سری بهم متصل هستند و این در حالی است که :
VG _N4 = VG _N7 (۴-۱)
VG _N3 = VG _N8 (۴-۲)
که با توجه به این روابط، این بخش از مدار به منظور انتخاب جریان شاخه ای از زوج تفاضلی با مقدار کمتر است. اگر Vin+ و Vin- با هم برابر نباشند در نتیجه جریان هر شاخه از زوج تفاضلی متفاوت است و برای انتخاب جریان کمتر می بایست پارامتری که مربوط به جریان است را از هر شاخه دریافت نمود که با توجه به رابطه جریان، می توان گفت پارامتری مهم در جریان، ولتاژ گیت – سورس می باشد و چون :
VS _{۳ or 4} = ۰ (۴-۳)
بنابراین داریم :
VGS _{۳ or 4} = VG _{۳ or 4} (۴-۴)
و نهایتا با اتصال گیت ترانزیستورهای ۷ و ۸ به آنها، می توان جریان کمتر را درون آنها کپی نمود.
۴-۳-۲) مدار مقایسه جریان
این بخش از مدار شامل ترانزیستورهای MP₁₀ و M_N2 می باشد که در شکل ۴-۲ قابل مشاهده است و با توجه به شکل، ابعاد ترانزیستور M_N1 دو برابر اندازه ابعاد ترانزیستور M_N2 می باشد که با توجه به مدار کپی کننده جریان می توان گفت :
ID_(MN2) = ½ ( ID_(MN1) ) (۴-۶)
ID_(MN1) = I_Bia (۴-۷)
بنابراین میتوان نوشت :
ID_(MN2) = ½ ( I_Bias ) (۴-۸)
حال اگر اختلاف جریانی در شاخه ای که M_P9، M_N8 و M_N7 قرار دارد و شاخه ی Mp₁₀ و MN₂ ایجاد شود یعنی
½ ( I_Bias ) = I_min (۴-۹)
این اختلاف توسط خازن C_C1 به ولتاژ V_m تبدیل شده که این ولتاژ متناسب با اختلاف جریان بین دو شاخه است.
۴-۳-۳) مدار تقویت جریان :
این بخش تنها شامل ترانزیستور M_P6 است که این ترانزیستور در نقش یک منبع جریان تطبیقی (هوشمند) عمل می کند که با ولتاژ V_m بدست آمده از بخش قبل، کنترل می شود و بسته به مقدار این ولتاژ جریانی تولید میکند تا بتواند نقص جریان را در هر شاخه از زوج تفاضلی برطرف کند و با توجه به اینکه M_P6 از نوع P_MOS است، هنگامی که V_m به عنوان V_{G P6} به گیت آن اعمال میشود اگر این ولتاژ کاهش یابد، جریان ایجاد شده در ترانزیستور بیشتر خواهد شد.
M_p4, M_p5 درایورهای زوج تفاضلی :
(۴-۱۰)
M_P3 کپی کننده جریان به همراه M_P1 , M_P2 :
(۴-۱۱)
M_N3 , M_N4 بار فعال برای زوج تفاضلی و کپی کننده جریان در M_N6 , M_N5
(۴-۱۲)
(۴-۱۳)
(۴-۱۴)
بار فعال طبقه آخر :M_P8,M_P7
(۴-۱۵)
درایور طبقه آخر M_N5,M_{N6 :}
(۴-۱۶)
(۴-۱۷)
در شکل (۴-۳) و (۴-۴) ابعادترانزیستورها در دو تکنولوژی ۹۰ و ۱۸۰ نانومتر ارائه شده است.
شکل (۴-۳) شماتیک مدار در تکنولوژی ۹۰ نانومتر به همراه ابعاد ترانزیستورها
شکل (۴-۴) شماتیک مدار در تکنولوژی ۱۸۰ نانومتر به همراه ابعاد ترانزیستورها
۴-۴ ) مقیاس های اندازه گیری مدار
۴-۴-۱ ) سرعت تغییرات خروجی (Slew Rate)
سرعت تغییر ولتاژ خروجی تقویت کننده عملیاتی محدود است. به عبارت دیگر اگر به ورودی یک تقویت کننده عملیاتی شکل موج پله داده شود، خروجی شکل موج پله نخواهد داشت. بلکه افزایش ولتاژ خروجی با شیب معینی صورت می‌گیرد. این پارامتر توسط حداکثر جریان شارژ کننده خازن جبران ساز تعیین می‌شود. زیرا افزایش ولتاژ خروجی مستلزم افزایش ولتاژ خروجی طبقه تقویت کننده میانی است که از طریق شارژ خازن انجام می‌گیرد. حداکثر شیب تغییرات ولتاژ خروجی را با یک پارامتر به نام ‘SR’ مشخص می‌نمایند.
(۴-۱۸)
شکل(۴-۵) قرمز: شکل موج ورودی - سبز: شکل موج خروجی