طراحی ضرب کننده ولتاژ پایین با توان مصرفی کم

چکیده ضرب کننده های آنالوگ یکی از بلوک های مهم در ساختار سیستم های پردازش سیگنال و همچنین سیستم های مخابراتی می باشند. از مهمترین کاربرد این مدارات می توان به مدولاتورها، چند برابر کننده های فرکانس، شبکه های عصبی، سیستم های اندازه گیری، فیلترهای تطبیقی، حلقه های قفل فاز و… اشاره نمود. تابع خروجی ضرب کننده ایده-آل بصورت ضرب دو سیگنال x و y می باشد. اولین ضرب کننده آنالوگ نیمه هادی توسط گیلبرت با استفاده از ترانزیستورهای bjt ارائه گشت ولی با توجه به پیشرفت تکنولوژی دیجیتال و لزوم مجتمع سازی قسمت های آنالوگ و دیجیتال و نیاز به مدارات کم مصرف، طراحی مدارات آنالوگ از جمله ضرب کننده ها با استفاده از ترانزیستورهای cmos گسترش زیادی یافته است. از روش های مختلفی که برای پیاده سازی تابع ضرب آنالوگ وجود دارد می توان به هدایت انتقالی متغیر، تابع لگاریتمی درbjt و cmos بایاس شده در ناحیه زیر آستانه، قانون مربعی mos بایاس شده در ناحیه اشباع و قانون ضرب mos بایاس شده در ناحیه اهمی اشاره نمود. از مهمترین مشخصه های ضرب کننده های آنالوگ می توان به مشخصه خطی بودن، thd، رنج دینامیکی ورودی، پهنای باند، آفست dc خروجی، مصونیت در مقابل نویز و نوع پلاریته ورودی اشاره نمود. هر یک از این مشخصه ها با توجه به نوع کاربرد ضرب کننده ها دارای اهمیت می شوند. در این پایان نامه دو ضرب کننده ارائه شده است که در این ضرب کننده ها برخی از مشخصه های فوق بهبود یافته است. اولین ضرب کننده پیشنهادی، یک ضرب کننده چهار ربعی مد ولتاژ می باشد که با استفاده از ترانزیستورهای cmos بایاس شده در ناحیه اهمی و اشباع پیاده سازی شده است. عمده پیشرفت این ضرب کننده کاهش توان مصرفی، افزایش رنج ورودی و افزایش پهنای باند می باشد. این ضرب کننده بصورت کاملاً cmos پیاده سازی شده که با تکنولوژی دیجیتال سازگار می باشد. این مدار با تکنولوژی cmos µm18/0 طراحی و با نرم افزار hspice و ولتاژ تغذیه v2/1شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی بیانگر کاهش توان مصرفی، کاهش thd و زیاد بودن پهنای باند می-باشد که این ساختار را برای کاربردهای مختلف در سیستم های آنالوگ مناسب می نماید. ضرب کننده دوم با استفاده از زوج cmos پیاده سازی شده است و دارای ساختار ساده ای می باشد. ضرب کننده دارای پهنای باند بالا و میزان خطی بودن ورودی نسبتاً خوبی می باشد. شبیه سازی مدار با استفاده از تکنولوژی cmos nm90 و با نرم افزار hspice انجام شده است. تغذیه مدار v2/1 است. rl و cl بکار رفته در شبیه سازی مدار بترتیب k?1 و pf1/0 می باشند. نتایج شبیه سازی بیانگر کاهش thd در حدود 2/0% و زیاد بودن پهنای باند می باشد. کلمات کلیدی: طراحی توان پایین، ضرب کننده cmos، مدارات ولتاژ پایین