Yüksek Başarımlı Fark Akım Taşıyıcı Tasarımı Ve Uygulamaları

Abstract

Akım modlu devrelerin gerilim modlu devrelere oranla üstünlüğü, daha yüksek işaret band genişliği, daha iyi lineerlik, daha geniş dinamik aralık, daha basit devre yapısı, gerilimden bağımsız çalışabilme özelliği ve düşük güç harcamasından kaynaklanır. İlk akım taşıyıcı olan birinci akım taşıyıcı (CCI) 1968 yılında Sedra ve Smith tarafından ortaya atılmıştır. Aynı kişiler 1970 yılında ikinci kuşak akım taşıyıcı (CCII) elemanını tanıtmışlardır. Ancak önerildiği ilk on yılda bu elemanın işlemsel kuvvetlendirici elemanına göre üstünlüğünü ortaya koyacak net bir çalışma yapılamamıştır. Bunun sonucunda akım taşıyıcı elemanı seksenli yılların başına kadar kavramsal bir eleman olarak kalmıştır. Ancak tümdevre teknolojisinde bu dönemden sonra ortaya çıkan yenilikler sayesinde, akım taşıyıcının tümdevre içinde de kolaylıkla gerçekleştirilebileceği anlaşılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda akım taşıyıcılarla gerçekleştirilen devrelerin önemli avantajları ortaya çıkmıştır. Gerçekten de pek çok devre bloğu, akım taşıyıcı elemanı ile işlemsel kuvvetlendirici ile olduğundan çok daha kolaylıkla gerçekleştirilebilmektedir. Fark akım taşıyıcı (DCCII) yapısı, tek bir kırmık üzerinde tümleştirilebilecek bütün analog MOS devrelerin tasarımı için ideal sayılabilecek özelliklere sahip, güçlü bir akım modlu devre bloğudur. DCCII, Sedra ve Smith tarafından önerilen CCII yapısından türetilebilir. CCII birçok analog fonksiyonun gerçeklenmesinde kullanılan bir devre bloğu olmasına rağmen, CCII içeren devrelerde çoğunlukla yüzen direnç ve kapasiteler gibi kırmık üzerinde tümleştirilmesi zor elemanlar bulunmaktadır. DCCII yapısı, direnç bölgesinde çalışan MOS transistorlar ile birlikte istenilen analog fonksiyonların gerçeklenmesinde kullanılabilir. Direnç bölgesinde çalışan transistorlardan kaynaklanan, çift ve bazı durumlarda tek kuvvetli lineersizlik terimleri birbirini götürmektedir. Bu çalışmada, yüksek başarımlı CMOS fark akım taşıyıcı yapıları gerçeklenmiş ve oluşturulan iç yapıların başarımı, uygulama devreleri kullanılarak sunulmuştur. Uygulama örneği olarak dört bölgeli analog çarpıcı, akım modlu ve/veya karışık modlu sürekli zaman MOSFET-C süzgeçleri gerçeklenmiştir. Elde edilen benzetim sonuçlarına bakıldığında, önerilen yapıların ideal yapılarla büyük bir uyum içerisinde olduğu görülmektedir.Current mode circuits are more superior than voltage mode circuits because they have wider bandwidth, better linearity, wider dynamic range, simpler circuit topology, voltage independency and low power consumption. First generation current conveyor (CCI) was proposed by Sedra and Smith in 1968. They proposed second generation current conveyor circuit in 1970. But a certain work, which shows that the current conveyor is a better device than operational amplifier, couldn’t be done during following ten years. In the result of that, the current conveyor had been a conceptual device until early 1980s. But after innovations in IC technology it was seen that the current conveyor can be realized in ICs simply. In the result of these works, it was understood that the circuits which are implemented by using CCIIs have important advantages. Really, many circuit blocks can be implemented by using CCIIs easier than using Op-Amps. Differential current conveyor (DCCII), is a powerful current-mode building block with properties that make it very suitable for designing all MOS analog circuits which can be integrated on a single chip. The presented analog block is an extension to the second generation current conveyor presented by Sedra and Smith. Although the CCII can be used to realize many analog functions, the circuits employing the CCII often rely on floating resistors and capacitors which is hard to integrate on chip. The presented differential current conveyor can be used with MOS transistors operating in the ohmic region to implement the required analog functions where the even and -in some cases- the odd nonlinearities associated with the transistors operating in this mode are cancelled out. In this work, high performance CMOS differential current conveyor structures are implemented and performance of the realized circuits are examined with application examples. Four quadrant analog multiplier, current mode and/or mixed mode continuous time MOSFET-C filters are implemented as application examples. As it can be seen from the simulation results, performance of the realized circuits are very similar to the ideal ones.