Abstract

W pracy przedstawiono koncepcję układową operacyjnego wzmacniacza transkonduktancyjnego CMOS o zwiększonej liniowości charakterystyk przejściowych. Proponowana struktura wzmacniacza transkonduktancyjnego opiera się na wykorzystaniu prostych transkonduktorów realizowanych za pomocą par różnicowych. Linearyzacja charakterystyki przejściowej układu następuje dzięki zastosowaniu w ścieżce "feedforward" wzmacniacza błędu. Wzmacniacz ten sterowany jest sygnałem będącym różnicą pobudzenia układu oraz sygnału wyjściowego podstawowego (nieliniowego) transkonduktora przetworzonego do postaci napięciowej. Różnica ta jest w istocie proporcjonalna do sumy składników nieliniowych w sygnale wyjściowym transkonduktora. Efekt ten warunkowany jest użyciem, jako elementu odwzorowującego, liniowego rezystora, który może być zrealizowany zarówno jako element dyskretny jak też monolitycznie, wewnątrz wzmacniacza operacyjnego (jest to możliwe przy zastosowaniu odpowiednich technologii, tzw. "high?resistive poly"). Sygnał wyjściowy wzmacniacza błędu zostaje następnie odjęty od sygnału wyjściowego wzmacniacza toru głównego. Przy założeniu liniowości wzmacniacza błędu powoduje to całkowite usunięcie składników nieliniowych w sygnale wyjściowym wzmacniacza głównego. W praktyce, wzmacniacz błędu realizowany jest w identycznej strukturze jak wzmaczniacz główny. Jego nieliniowość nie odgrywa jednak większej roli z uwagi na fakt, że wzmaczniacz błędu sterowany jest sygnałem, którego poziom jest znacznie niższy niż sygnał pobudzający wzmaczniacz główny.Wzmaczniacz pracujący zgodnie z opisaną wyżej koncepcją został zaprojektowany z uwzględnieniem parametrów technologii 0.35mm AMS dla napięcia zasilania ±1.25V. Wyniki symulacji komputerowej pokazują, że współczynnik zawartości harmonicznych (THD) dla napięcia wejściowego 0.6Vpp jest mniejszy niż 0.38% w porównaniu do 10% otrzymanych w przypadku układu nielinearyzowanego. Ponadto, układ linearyzowany wykazuje poszerzenie zakresu liniowej pracy (co należy rozumieć jako zwiększenie progu napięciowego, w którym charakterystyka przejściowa wchodzi w zakres nasycenia) w porównaniu do układu podstawowego transkonduktora. Pobór mocy układu wynosi zaledwie 0.3mW, co czyni prezentowany układ atrakcyjnym dla wielu zastosowań niskomocowych, np. w radiokomunikacji bezprzewodowej. Jako przykład, linearyzowany wzmacniacz transkonduktancyjny zastosowano do zaprojektowania filtru Gm?C implementującego maksymalnie płaską charakterystykę amplitudową 5-go rzędu. Wyniki symulacji potwierdziły, że filtr wykorzystujący wzmaczniacz linearyzowany posiada znacznie lepszą liniowość niż taki sam filtr wykorzystujący podstawowy układ transkonduktora

Authors (2)