چکیده

آپ امپها در کارهاي تحقیقاتی و صنعتی کاربردهاي بسیاري دارند. همانطور که در مدارهاي منطقی، گیتهايNAND وNOR

سنگ بناي تمام مدارهاي دیجیتال هستند، میتوان آپ امپها را سنگ بناي اکثر مدارهاي آنالوگ دانست. با توجه به اینکه در سیستم هاي فیدبکی حد فاز ،حد بهره و پهناي باند از پارامتر هاي مهم و مورد بحث بوده ودر حال حاضر این پارامتر ها مشکلاتی براي سیستم هاي موجود ایجاد نموده اند، براي جبران این مشکلات می توان از جبران کننده در مدارات فیدبک تقویت کننده هاي عملیاتی استفاده کرد.

در این روش ابتدا یک مدل مناسب از تقویت کننده هاي عملیاتی به دست آورده و سپس صفر ها و قطبهاي این تقویت کننده را از روي مدل بدست آمده مشخص کرده و سپس براساس محاسبه پهناي باند ، حد فاز، حد بهره، صفر و قطب مناسب را جهت ایجاد پهناي باند بهتر و افزایش حد فاز با این سیستم مدل سازي می شود. با توجه به صفرها و قطبهاي به دست آمده یک مدل مناسب براي جبران کننده به وجود آورده و به تقویت کننده عملیاتی اضافه می گردد.

در این مقاله، یک تقویت کننده عملیاتی با استفاده از پروسه CMOS32nm ، ارائه و شبیه سازي شده است. این تقویت کننده با استفاده از منبع تغذیه ۰/۹ ولت کار میکند و مناسب جهت استفاده در کاربردهاي با ولتاژ کم است. سپس با بررسی شبیه سازي هاي صورت گرفته دیده می شود این آپ امپ از پایداري خوبی برخوردار بوده و داراي حاشیه فاز ۶۷ درجه و فرکانس بهره واحد
۱۱ گیگا هرتز است. همچنین زمان نشست در این آپ امپ در حدود ۸۰ پیکو ثانیه و نویز در حدود ۲۵µs به دست میآید.

واژههاي کلیدي: پایداري، تقویت کنند هاي عملیاتی، جبران سازي آپ امپ، حاشیه فاز، فرکانس بهره واحد

-۱ مقدمه

تقویت کنندههاي عملیاتی به اختصار Op Amp نامیـده میشـوند داراي ضـریب تقویـت ولتـاژ بسـیار بزرگـی هسـتند. تقویـت کنندههاي عملیاتی در سیستمهاي الکترونیکی کاربردهاي متنوعی دارند و از نظر اقتصادي نیـز ارزان قیمـت هسـتند و از مزایـایی چون ابعاد کوچک و قابلیت اطمینان بالا برخوردا هستند. براي نخستین بـار نـام تقویـت کننـده عملیـاتی بـه تقویـت کننـدههایی اختصاص داده شد که داراي ضریب تقویت بسیار زیاد بودند. این تقویت کنندهها نیاز به ولتاژ بالایی داشتند و براي انجـام عملیـات ریاضی مانند جمع ، تفریق و ضرب و تقسیم مورد استفاده قرار میگرفتند. با مرور زمان و پیشرفت فناوري، نوع پیشـرفته و جدیـد تقویت کنندههاي عملیاتی با مشخصات ولتاژ کار کم و قیمت ارزان و دسترسی آسان طراحـی و سـاخته شـدند و بـه بـازار عرضـه گردیدند.
از آنجایی که همواره رابطهاي معکوس میان بهره تقویت کننده و پهناي باند آن وجود دارد لذا میبایست حالت بهینه اي میان این دو برقرار نمود. طراحان مدارهاي آنالوگ به دنبال راهحلی جهت افزایش کارایی آپ امپ میباشند و سعی برآن دارند تا بـا افـزایش بهره و جبران سازي فرکانسی آپ امپ، تقویت کنندهاي با کارایی بالا جهت استفاده در کاربردهاي مناسب فراهم آورند.

افـــزایش بهـــره DC بـــر اســـاس فیـــدبک مثبـــت در یـــک تقویـــت کننـــده عملیـــاتی مبتنـــی بـــر ســـاختار آپ امـــپ cascode folded (علی داداشی و همکاران، ( ۲۰۱۱ ، دستیابی به بهره و پهناي باند مناسب با طراحی آپ امپ CMOS همراه با

جبرانساز میلر( ساویشا و همکاران، (۲۰۱۲ و طراحی یک آپ امپ CMOS سه طبقه با جبران سازي فرکانسـی تـو در تـو (پانـل و سونی ، ( ۲۰۱۳ از جمله کارهاي صورت گرفته شده جهت افزایش کارائی آپ امپ ها است.
در این مقاله ابتدا مدار آپ امپ دو طبقه در تکنولوژي ۳۲nmپیاده سازي میشود سپس ساختار آپ امپ پیشنهادي ارائه میشود.

نتایج این ساختار مورد بررسی قرار میگیرد و در ادامه با آپ امپ دو طبقه مقایسه میشود.

-۲ شبیه سازي

شــــکل (۱) آپ امــــپ دو طبقــــه را نشــــان میدهــــد. ایــــن مــــدار در تکنولــــوژي ۳۲ nm توســــط نــــرم افــــزار شبیه ساز Hspice با منبع تغذیه ۰/۹ ولت مورد بررسی قرارگرفته و نتایج زیر حاصل شده است.

شکل((۱ ساختار آپ امپ دو طبقه

شکل (۲) نمودار بهره آپ امپ و شکل (۳) نمودار فاز ساختار آپ امپ را نشان میدهد.

شکل((۲ نمودار بهره ساختار آپ امپ.