تقویت‌کننده عملیاتی سی ماوس طبقه AB کم توان از نوع نوسان کامل با استفاده از حلقه ترا خطی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

دانشیار، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان ، ایران

چکیده

چکیده: در این مقاله تحلیل و طراحی یک تقویت‌کننده عملیاتی ارائه می‌شود. این تقویت‌کننده قادر به دنبال کردن سیگنال ورودی از زمین تا ولتاژ تغذیه در هر دو ورودی و خروجی آن می‌باشد. براساس سطح ولتاژ حالت مشترک ورودی، یکی از دو زوج دیفرانسیل nMOS و pMOS برای تقویت سیگنال ورودی انتخاب می‌شوند. لذا عملکرد مدار مستقل از رابطه جریان درین در ترانزیستورهای طبقه ورودی ‌خواهد بود. جریان‌های بایاس وac طبقه خروجی توسط دو حلقه تراخطی با کمترین حساسیت به تغییرات فرآیند ساخت، دما و تغذیه، تامین می‌شوند. نتایج شبیه‌سازی مدار در فن‌آوری سی ماوس 180نانومتر نشان می‌دهد تقویت‌کننده در حالت نامی دارای بهره ولتاژ dc درحدود80 دسی‌بل، پهنای باندبهره واحد 51 مگاهرتز، حاشیه فازº63 است درحالی که توان مصرفی ایستای آن تقریبایک میلی‌وات است. به‌ازای تغییرات ولتاژ حالت مشترک ورودی بین زمین تا تغذیه، حداکثر تغییرات نسبی هدایت انتقالی طبقه دیفرانسیل ورودی، بهره ولتاژdc، حاشیه فاز وپهنای باند بهره واحد به ترتیب %63/0، %80/0، %48/1و%33/0 می‌باشد. این تقویت‌کننده به عنوان بافر قادر به راه اندازی ترکیب موازی یک مقاومت بار400 اهم و خازن 20پیکوفاراد می-باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Low Power Rail-to-Rail Class AB CMOS Operational Amplifier Using Translinear Loop

نویسنده [English]

  • R. Dehghani
Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده [English]

In this paper the analysis and design of an operational amplifier is presented. This amplifier can follow the input signal from ground to supply voltage at its input and output. Based on the level of the input common mode voltage, one of two pMOS and nMOS differential pairs are selected to amplify the input signal. This causes the amplifier performance is independent of the drain current relationship of the input differential pairs transistors. Both static and dynamic currents of the class AB output stage are provided by two translinear loops with minimum sensitivity to process, temperature and supply voltage variations. The simulation results, in a 0.18  CMOS technology, show that the amplifier in nominal condition, has about 80 dB dc voltage gain, 51 MHz unity gain bandwidth and 63  phase margin while its static power consumption is almost 1 mW. For input common mode voltage changes between ground to the supply voltage, the maximum relative variations of the input differential pairs transconductances, amplifier’s dc voltage gain, phase margin and unity gain bandwidth are , ,  and , respectively. This amplifier as a buffer can drive a load consisting of parallel connection of a resistor  and a capacitor 20 pF.


کلیدواژه‌ها [English]

  • Constant-gm
  • input rail-to-rail opamp
  • class AB
  • translinear loop

مراجع

[1] خلیل منفردی، یوسف بلقیس آذر، «تقویت­کننده کسکود تمام تفاضلی بازیابی تاشده بهبودیافته ولتاژ و توان پایین»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 84 ، شماره 1، صفحات 327-334، بهار 1397.
[2] سعید بناگذار، مصطفی یارقلی، «تقویت­کننده هدایت عملیاتی با شاخه­های بازیابی جریانی برای کاربردهای فوق کم توان»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 50 ، شماره 1، صفحات 31-40، بهار 1399.
[3] Veselu, C. Stănescu and G. Brezeanu, "Low current constant-gm technique for rail-to-rail operational amplifiers," 2020 International Semiconductor Conference (CAS), pp. 253-256, 2020.
[4] Baxevanakis, I. Georgakopoulos and P. P. Sotiriadis, "Rail-to-rail operational amplifier with stabilized frequency response and constant-gm input stage," 2017 Panhellenic Conference on Electronics and Telecommunications (PACET), pp. 1-4, 2017.
[5] L. Malavolta, R. L. Moreno and T. C. Pimenta, "A self-biased operational amplifier of constant gm for 1.5 V rail-to-rail operation in 130nm CMOS," 2016 28th International Conference on Microelectronics (ICM), pp. 45-48, 2016.
[6] M. Ahmadi, R. Lotfi and M. Sharif-Bakhtiar, "A new architecture for rail-to-rail input constant-g/sub m/ CMOS operational transconductance amplifiers," Proceedings of the 2003 International Symposium on Low Power Electronics and Design, ISLPED '03., pp. 353-358, 2003.
[7] Minsheng Wang, T. L. Mayhugh, S. H. K. Embabi and E. Sanchez-Sinencio, "Constant-g/sub m/ rail-to-rail CMOS op-amp input stage with overlapped transition regions," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 34, no. 2, pp. 148-156, Feb. 1999.
[8] Hogervorst, J. P. Tero and J. H. Hoijising, "Compact CMOS constant-g/sub m/ rail-to-rail input stage with g/sub m/-control by an electronic zener diode," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 31, no. 7, pp. 1035-1040, July 1996.
[9] Yavari, O. Shoaei and F. Svelto, "Hybrid cascode compensation for two-stage CMOS operational amplifiers," 2005 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Vol. 2, pp. 1565-1568, 2005.
[10] J. De Langen and J. H. Huijsing, "Compact low-voltage power-efficient operational amplifier cells for VLSI," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 33, no. 10, pp. 1482-1496, Oct. 1998.
[11] K. Dubey, R. K. Nagaria, P. K. Pal and R. K. Singh, "Enhanced slew rate, constant-gm rail-to-rail OpAmp using 1:2 current mirror biasing technique," 2016 International Conference on Computing, Communication and Automation (ICCCA), pp. 1612-1618, 2016.
[12] Liu, M. Chen, W. Huang, X. Liao and J. Xu, "A High Current-Efficiency Rail-to-Rail Class-AB Op-Amp With Dual-Loop Control," in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 69, no. 11, pp. 4218-4222, Nov. 2022.
[13] D. Grasso, S. Pennisi, G. Scotti and A. Trifiletti, "0.9-V Class-AB Miller OTA in 0.35- μm CMOS With Threshold-Lowered Non-Tailed Differential Pair," in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 64, no. 7, pp. 1740-1747, July 2017.
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار