یک تقویت کننده عملیاتی کسکود تاشده جدید با بهره (gain) و سرعت چرخشی بهبود یافته
چکیده
این مقاله یک روش برای افزایش gain و همچنین افزایش سرعت چرخشی تقویت کننده های کسکود تاشده، را توصیف می کند. به همین جهت برای افزایش gain از روش افزایش ترارسانایی با بازخورد مثبت استفاده خواهیم کرد که منجر به افزایش بهره تا حدودا 21 db می شود. همچنین راهکاری برای افزایش سرعت چرخشی به کار گرفته شده است که سرعت چرخشی تقویت کننده را در مقایسه با کسکود تاشده قدیمی و کسکود تاشده سه گانه تا تقریبا 5 برابرافزایش می دهد. زمان نشست و در نتیجه سرعت مدار در مقایسه با دو مدل مذکور به صورت چشمگیر و حدودا بیش از 6 برابر افزایش یافته است. این تقویت کننده در µm TSMC RF 0.18 طراحی شده و قدرت مصرفی آن 920 µw بوده در حالی که 67 db بهره، 581 MHz برای UGBW، 69˚ حاشیه فاز، 739 V/µS سرعت چرخشی و 3.2 nS زمان نشست برای سیگنال های بزرگ تولید می کند. همچنین خطا بهره تقویت کننده برای سیگنال های بزرگ حدودا 0.5% می باشد. طراحی مدار با استفاده از نرم افزار Cadence انجام گرفته و مشخص می کند که تقویت کننده 41 µm x 61 µm (0.002 mil2) فضا می گیرد. شبیه سازی post-layout تقویت کننده عملیاتی نیز انجام گرفته که نتایج نشان داده شده اند.
مقدمه
تقویت کننده عملیاتی نقش بسیار مهمی در بیشتر سیتم های آنالوگ و ترکیب سیگنال بازی می کند. با توجه به کاربردی که تقویت کننده عملیاتی در آن استفاده می شود، عملکرد مورد تقاضای ان متفاوت خواهد بود. برای مثال اگر سرعت بحرانی بوده اما بهره این گونه نباشد، توپولوژی ای انتخاب خواهد شد که بهره را فدای سرعت می کند. همچنین با پایین آوردن تکنولوژی فرایند cmos که منجر به کاهش ولتاژ تغذیه می شود، علاوه بر کاهش قدرت مورد تقاضا و مشکل اثر کانال کوتاه، بهره بیشتر، سرعت بیشتر، نوسان خروجی بیشتر و... تولید می شود. با وجود محدودیت هایی که در بالا اشاره شد، به تکنیک های طراحی جدید نیاز می باشد. توپولوژی کسکود تاشده با وجود عملکرد تقریبا متوسطش، به صورت گسترده در کاربرد های زیادی مانند مبدل آنالوگ به دیجیتال، فیلتر ها و ... استفاده می شود. زمان نشست سیگنال بزرگ که نتیجه UGBW تقویت کننده می باشد به همراه سرعت چرخشی و ظرفیت خازنی و همچنین زمان بهبود اوردرایو (چرخش به عقب) تقویت کننده سرعت آن را تعیین می کنند.
7- نتیجه گیری
یک تقویت کننده کسکود تاشده با بهره و سرعت چرخشی بهبود یافته ارائه گردید که در آن از دستگاه های کسکود برای فراهم کردن جریان های سیگنال اضافی در خروجی و درنتیجه افزایش بهره، استفاده شده است. در این روش ایده بایاس پویا برای افزایش جریان در قسمت چرخش که باعث افزایش سرعت چرخشی در حدی به مراتب بالاتر از CFC و TFC می گردد نیز به کار رفته است که در عوض با بهبود سرعت تقویت کننده عملیاتی، باعث کاهش زمان نشست می گردد. روش مذکور زمان چرخش به عقب (بهبود اوردرایو) را نیز کاهش می دهد. بهره کل تقویت کننده عملیاتی 67 dB ، پهنای باند بهره- یکپارچگی 581 MHz و حاشیه فاز 69˚ بوده در حالی که سرعت چرخشی و زمان نشست سیگنال بزرگ به ترتیب 739 V/µ و 3.2 Ns هستند.
Abstract
This paper describes a gain enhancement method and also a slew-rate enhancement scheme for folded-cascode amplifiers which uses positive feedback ? transconductance increaser method for the sake of gain increment that gives rise to approximately 21 db of increment in the amount of the gain. An approach for increasing the slewrate has also been employed which has increased the slewrate of the amplifier approximately 5 times the conventional folded-cascode one as well as the triple folded-cascode one. Also the settling time and consequently the speed of the circuit is improved remarkably i.e. over 6 times the conventional folded-cascode and triple folded cascode ones. The amplifier has been designed in TSMC RF 0.18 lm and consumes 920 lw of power meanwhile provides 67 db for gain, 581 MHz for UGBW, 69 for phase margin, 793 V/lS for slew-rate and 3.2 nS for large-signal settling time as well as the gain-error of the amplifier for largesignal is approximately 0.5 %. The layout of the circuit has also been carried out in Cadence and demonstrates that the op amp occupies 41 lm 9 61 lm (0.002 mil2 ) of the die area. The post-layout-simulation of the op amp was also fulfilled and the results are displayed.
1 Introduction
The operational amplifiers play a crucial role in most of the analog and mixed-signal systems. Depending on the application in which the op amp is employed, the demanding performance for it will be different. For example if the speed is critical while the gain error is not, a topology is chosen that favors the former, possibly sacrifices the latter. Also by scaling the cmos process technology down which consequently lowers the supply voltage, besides the low power demanding and the issues of short channel effects, providing a high gain, high speed, high output swing, etc. despite all of the above-mentioned limitations, asks for new circuit design techniques. Despite its rather medium performance, the folded-cascode topology, is used copiously in a wide range of applications such as those in analog to digital converter, filters, etc. The large signal settling time is the resultant of the UGBW of the amplifier besides the slew-rate of the amplifier and the input capacitances of the op amp also the overdrive recovery (slew-back) time which altogether determine the speed of an amplifier.
7 Conclusion
A gain-enhanced and slew-rate-enhanced folded-cascode amplifier was presented in which the cascode devices are used in order to provide additional signal currents at the output thereby increasing the gain of the amplifier, and the idea of dynamic-biasing has been used so as to increase the currents in slewing regime that increases the slew-rate of the amplifier to superior levels than the CFC and TFC do which in turn decreases the settling time hereby improving the speed of the op amp. The proposed scheme decrease the slew-back (over drive recovery) time as well. The total gain of the op amp is 67 db, the unity-gain-bandwidth is 581 MHz and the phase margin is 69 meantime it provides 793 V/lS for slew-rate and 3.2 nS for large-signal settling time.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1- مقدمه
2- تقویت کننده کسکود تا شده
3- مدار تقویت بهره پیشنهادی
3.1- تحلیل بهره DC
3.2- پاسخ فرکانس
4- مدار افزایش سرعت چرخشی پیشنهادی
4.1- مدار CMFB
4.2- نوسان ولتاژ خروجی و ICMR
4.3- تحلیل نویز
4.4- CMRR
4.5- ملاحظات خطای سرعت و بهره
5- طرح بندی
6- نتایج شبیه سازی
7- نتیجه گیری
Abstract
1 Introduction
2 Folded cascode amplifier
3 Proposed gain-enhancement circuit
3.1 DC gain analysis
3.2 Frequency response
4 Proposed slew-rate enhancement circuit
4.1 CMFB circuit
4.2 Output voltage swing and ICMR
4.3 Noise analysis
4.5 Speed and gain error considerations
5 Layout
6 Simpulation results
7 Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه