|
پژوهشگران در دانشگاه
فردوسی مشهد، شرایط بهینه‌ای را برای طراحی تقویت‌کننده‌های عملیاتی با
ترانزیستورهای نانومتری ارایه کرده‌اند.
امروزه ابعاد ترانزیستورهای ساخته شده روی تراشه‌ها، به چند ده نانومتر رسیده است.
کاهش ابعاد ترانزیستورها موجب افزایش سرعت، دقت، کارایی و کاهش سطح اشغالی
ترانزیستور و … می‌شود. ولی در کنار این مزایا، عیوبی نیز وجود دارد. گذشته از
این عیوب، با کاهش ابعاد و در نتیجه افزایش میدان‌های الکتریکی عمودی و افقی در
ترانزیستورهای MOS، روابط مشخصه جریان- ولتاژ ترانزیستور نسبت به فناوری‌های قدیمی
ساخت مدارات مجتمع، تغییر می‌کند. تحت این شرایط، مدارات با ابعاد نانومتر به دنیای
جدید در الکترونیک تبدیل می‌شوند. بنابراین لازمه یک طراحی دقیق و بهینه، شناختن
این دنیای جدید است. یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های فناوری نانومتری با فناوری‌های
قدیمی، غالب شدن پدیده اشباع سرعت در ترانزیستور MOSFET است.
مهندس حمیدرضا رضایی ده‌سرخ، پژوهشگری است که در این زمینه فعالیت کرده و موفق به
یافتن برخی شرایط بهینه به منظور طراحی تقویت‌کننده عملیاتی برای استفاده در فناوری
ترانزیستورهای نانومتری شده است.
وی در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو گفت: «تقویت‌کننده‌های
عملیاتی، یکی از پرکاربردترین اجزای الکترونیک آنالوگ محسوب می‌شوند. در بسیاری از
کاربردها، طراحی یک تقویت‌کننده عملیاتی بهینه، نیازمند داشتن رابطه دقیق برای نشست
(Settling) آن است».
وی در ادامه افزود: «توانستیم، علاوه بر تحلیل، یک رابطه بسته برای نشست (شامل نشست
خطی و غیرخطی تقویت کننده عملیاتی)، ارایه کنیم».
مهندس رضایی اظهار کرد: «با توجه به پرکاربرد بودن ساختار کسکود تاشده (Folded
cascode) برای تقویت‌کننده‌های عملیاتی، کلیه محاسبات برای این ساختار انجام شده
است. با در نظر گرفتن ورودی پله بزرگ و وارد شدن تقویت‌کننده به فاز slewing، روابط
جریان در گره‌های این تقویت‌کننده نوشته شده و سپس با کمک رابطه اشباع سرعت برای
ترانزیستور MOS، معادلات دیفرانسیل تقویت‌کننده به دست آمده است. با حل این
معادلات، رابطه‌ای برای نشست غیرخطی تقویت‌کننده در ابعاد نانومتر محاسبه و با فرض
دو قطبی بودن تقویت‌کننده و میرایی نوسانی برای نشست خطی، روابط نشست خطی نیز به
دست آمده است. در نهایت، با اعمال شرط پیوستگی و شرایط مرزی، تغییر وضعیت از نشست
غیرخطی به خطی، رابطه کلی برای نشست حاصل شده است».
مهندس رضایی ده‌سرخ، در مورد اهمیت این پژوهش گفت: «در حقیقت این قسمتی از پژوهش
بزرگتری است که برای بهینه‌سازی مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال پایپ لاین (Pipeline)
در فناوری نانومتری به کار می‌رود. بدین منظور، لازم است که نشست تقویت‌کننده
عملیاتی در این فناوری بررسی گردد. بهینه‌سازی مبدل آنالوگ به دیجیتال پایپ لاین از
جنبه توان مصرفی بسیار حایز اهمیت است. چرا که این نوع از مبدل درگیرنده‌های
مخابراتی کاربرد داشته و کاهش توان مصرفی موجب طولانی‌تر شدن عمر باتری، کاهش هزینه
و حجم وسیله مخابراتی می‌شود».
جزئیات این پژوهش که با همکاری مهندس نسیم روان‌شاد، دکتر رضا لطفی و دکتر خلیل
مافی‌نژاد انجام شده، در
مجله IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—II: EXPRESS BRIEFS (جلد۵۶، صفحات
۳۸۸- ۳۸۴، سال ۲۰۰۹) منتشر شده است.
|
