رشد روزافزون فناوری ارتباطات بی سیم در سال های اخیر تقاضا را برای مجتمع سازی فرستنده و گیرنده ی بی سیم به منظور دستیابی به هزینه های پایین تر، اندازه ی کوچکتر و ویژگی های دیگر بیشتر کرده است. یکی از چندین بلوک باقی مانده که هنوز با موفقیت مجتمع نشده تقویت کننده ی توان (pa) است. تقویت کننده ی توان آخرین بلوک سازنده ی فعال یک فرستنده ی رادیویی است. بعلت محدودیت های تکنولوژی cmos طراحی یک تقویت کننده ی توان خطی و پر بازده یک مسئله چالش برانگیز است. مسئله دیگر در بحث سیستم های ارتباطات بی سیم مدرن طول عمر باتری می باشد. در این بین تقویت کننده های توان به دلیل مصرف توان زیاد نیاز به طراحی دقیقی دارند. ویژگی مشترک در میان اکثر تقویت کننده های توان این است که حداکثر بازدهی توان تنها در زمانی که تقویت کننده، توان خروجی بیشینه دارد حاصل می شود. بازدهی توان به طرز چشمگیری با کاهش توان خروجی تنزل می کند. معیار اصلی برای ارسال توان در فرستنده های رادیویی مقدار فاصله از آنتن می باشد. تحت شرایط معمولی تقویت کننده ی توان کمتر از توان خروجی بیشینه ارسال توان دارد. در نتیجه بازدهی موثر خیلی کمتر از مقدار حداکثر است. یک تکنیک جدید که باعث بهبود بازدهی توان برای یک تقویت کننده توان خطی مانند کلاس a یا ab در رنج وسیعی از توان خروجی می شود در این پروژه بررسی شده است. مفهوم این تکنیک برای اولین بار با استفاده از لامپ خلاء توسط ویلیام دوهرتی ارائه شد. یک نمونه تقویت کننده ی توان دوهرتی کاملاً مجتمع در تکنولوژی 18/0 cmos در فرکانس 65/2 گیگاهرتز برای کاربرد وایمکس (wimax) طراحی شد. مشخصه ی بارز نمونه ی طراحی شده تحمل نقاب فرکانسی وایمکس می باشد. یک طبقه راه انداز برای افزایش بهره ی توان تقویت کننده ی دوهرتی نیز طراحی شده است. این طراحی به dbm 30 توان خروجی بیشینه با بازدهی توان افزوده (pae) 41% می رسد. pae در حدود 36% در dbm6 عقب تر از توان خروجی بیشینه می باشد. طراحی دیگری با استفاده از ترانزیستور های ldmos با بازدهی توان افزوده 53% در توان خروجی بیشینه و 38% در dbm6 عقب تر از توان خروجی بیشینه صورت گرفت.

این پایان نامه یک ضرب کننده ی آنالوگ چهارربعیِ کم توان با استفاده از دو بلوک مجذورساز جریان و یک تفریق کننده طراحی شده است. مدار مجذورساز جریانی با استفاده از حلقه های تراخطی ساخته شده که موجب می شود سیگنالِ خروجی مدار به دما و فرآیند ساخت غیر حساس باشد. در ساختار هر مجذورساز از طبقات خروجیِ کلاس ab که قابلیت ارائه ی نسبتِ تحریک جریان و رنج پویایی بالا و توان مصرفی و حساسیت پایین را دارا هستند استفاده شده است. همچنین دو ترانزیستور جدید به گره ی ورودی بلوک های کلاس ab هر مجذورساز اضافه شده اند که باعث بالا رفتن و انعطاف پذیر شدن گستره ی ورودی مدار شده اند. در هر مجذورساز یک بلوک cmfb برای تنظیم ولتاژ گره های خاص و بالابردن دقت کار مدار بکار گرفته شده است. ضرب کننده ی طراحی شده توسط نرم افزار hspice و در تکنولوژی tsmc 0.18µm شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی حاکی از گستره ی ورودی، پهنای باند و خطینگی بسیار بالای این مدار نسبت به سایر مدارهای مشابه است. همچنین به علت استفاده از روش جریانی در این طراحی، ساختار مداری بسیار ساده بوده و سطح و توان مصرفی بسیار کم شده است.

مراجع ولتاژ و جریان یکی از اصلی ترین بلوک ها در مدارهای دیجیتال و آنالوگ هستند. عملکرد یک مرجع به وسیله حداکثر تغییرات در شرایط عملیاتی مجاز خود سنجیده می شود. یکی از مهم¬ترین مشخصه های یک مرجع تغییرات دمایی آن است. بنابراین، باید با توجه ویژه¬ای به رفتار حرارتی مرجع ولتاژ و مرجع جریان پرداخته می شود. دیگر مشخصه ایی که کارایی یک مرجع را مشخص می¬کند تغییرات خروجی نسبت به تغییرات ولتاژ تغدیه است. در این پایان نامه، یک مرجع ولتاژ و یک مرجع جریان ارائه شده¬اند که در تکنولوژی 0.18 μm طراحی شده اند. هدف ما طراحی یک مرجع ولتاژ و یک مرجع جریان cmos با پایداری دمایی بیشتری نسبت به مراجع موجود است. ابتدا یک مرجع ولتاژ ارائه می شود که ولتاژ مرجع را می توان با اختلاف ولتاژ آستانه ترانزیستور در دمای اتاق تقریب زد. سپس مرجع جریانی ارائه خواهد شد که در آن از سه تکنیک استفاده شده است. اول: استفاده از تقسیم ضریب دمایی دو المان بجای جمع کردنشان برای خنثی کردن تغییرات دمایی. دوم: استفاده از یک ترانزیستور بجای مقاومت. سوم: بکار بردن یک تقویت کننده عملیاتی برای ثابت کردن خروجی در مقابل تغییرات ولتاژ ورودی. طراحی دقیق ولتاژ آستانه این اجازه را می¬دهد که مدار با ولتاژ تغدیه 0.7 v و توان مصرفی میانگین 5 nw کار کند. ضریب دمایی ولتاژ خروجی این مدار 3.83ppm/℃ است که در محدوده دمایی 0-100℃ محاسبه شده است. تغییرات خروجی نسبت به ولتاژ تغذیه در محدوده 0.7-1.2 ولت 1.6٪ است. در این طرح، عملکرد در ناحیه زیرآستانه برای به حداقل رساندن هم مصرف توان و هم ولتاژ تغذیه مورد استفاده قرار گرفته است. ساختار جدید مرجع ولتاژ ارائه شده بر اساس تکنیک جبران درجه حرارت با عملکرد در ناحیه زیر آستانه طراحی شده است. در این مدار دو ترانزیستور mosfet کانال n که ولتاژ آستانه متفاوتی دارند؛ به کار رفته اند. در واقع ولتاژ مرجع خروجی تقریبی از اختلاف ولتاژ آستانه این دو ترانزیستور است. مرجع جریان ارائه شده از سه تکنیک برای رسیدن به نتایج بهتر استفاده کرده است. تقسیم ولتاژ با ضریب دمایی مشخص بر مقاومت در خروجی، جریانی را ایجاد می کند که تغییرات آن نسبت به دما تقریبا ثابت است. در این طرح به جای استفاده از مقاومت از یک ترانزیستور اتصال دیودی استفاده شده است و تکنیک آخر، به¬کار بردن یک تقویت کننده عملیاتی برای ثابت کردن خروجی در مقابل تغییرات ولتاژ ورودی است. نتایج شبیه سازی ضریب دمایی 18ppm/℃ را در محدوده 0-100℃ نشان می دهد. تغییرات جریان نسبت به تغییرات ولتاژ ورودی در محدوده 1.5-3 v ،0.23% است. تغییرات جریان نسبت به تغییرات ولتاژ خروجی 0.6-2 v ،0.08% است.psrr مدار -70db است. توان خروجی مدار 1.14μw است.