Akım Modlu İşlemsel Kuvvetlendirici Tasarımı Ve Uygulamaları

Abstract

Bu çalışmada, 4 adet CMOS akım modlu işlemsel kuvvetlendirici (COA) yapısı sunulmuştur. Literatürdeki diğer benzer COA yapılarıyla karşılaştırıldığında, önerilen herbir COA’nın birtakım üstünlükleri vardır. COA’ların giriş dirençlerini düşürmek amacıyla pozitif geribesleme tabanlı yeni bir yöntem kullanılmıştır. Bu yöntem önerilen 4 COA yapısının 3’ünde kullanılmıştır. Benzetimler SPICE programı ile yapılmıştır. 0.35μm n-kuyulu CMOS teknolojisi kullanılmış ve tranzistorlar BSIM3v3 ile modellenmiştir. NMOS ve PMOS tranzistorler için eşik gerilimleri sırasıyla 0.5 V ve -0.7 V , besleme gerilimleri ise ±1.5 V dur. Benzetim sonuçlarına göre, önerilen ilk COA yapısının kazanç bandgenişliği çarpımı çok yüksektir, 200 Mhz’in üzerindedir. Yeni bir AB sınıfı giriş katının kullanıldığı ikinci COA yapısı ise yüksek CMRR, 113 dB, sağlamaktadır. Tamamen farksal üçüncü COA yapısında giriş ve çıkış empedanslarını iyileştirmek için yeni yöntemler kullanılmıştır. Son larak, yüksek hızda çalışan tamamen farksal dördüncü COA devresi çok yüksek çıkış direnci, 6.1 GΩ, sağlamaktadır. Uygulama devresi olarak ikinci derecen COA tabanlı süzgeçler tasarlanmıştır. Bu önerilen 4 süzgeçden biri gerilim modunda diğerleri ise akım modunda çalışmaktadır. Süzgeçlerin benzetim sonuçları önerilen COA yapılarının yüksek doğrulukta çalıştığının kanıtıdır.

In this study, 4 CMOS implementations of current mode operational amplifier (COA) are presented. Each of these COA’s has some sufficient advantages compared to the similar COA circuits in the literature. To achieve very low input resistance, a new technique based on a positive feedback is proposed. This method is used in 3 of the 4 proposed COA’s. Simulations are performed with SPICE using the BSIM3v3 model parameters of an 0.35μm n-well CMOS process. Transistor threshold voltages are 0.5 V for NMOS and -0.7 V for PMOS. COA’s are operated under ±1.5 V voltage supplies. Results of simulations exhibit that first COA exhibits very high gain-bandwidth product exceeding 200 MHz, second COA has 113 dB CMRR with novel class AB input stage, third one is fully differential with input-output impedance improvements, finally the fourth proposed fully differential COA provides high drive capability and very high output resistance, 6.1 GΩ. As application examples, novel COA-based 2nd order filters are presented. Among these 4 proposed filters, one is operated in voltage mode and others are operated in current mode. Simulation results of the filters are the evidences of accuracy of the proposed COA’s.