طراحی و آنالیز تقویت کننده توان سوئیچینگ cmosبا خطسانی و بازدهی بالا
چکیده
این رساله، به ارائه روشهای نوین برای تحقق تقویت کننده های توان سوئیچینگ می پردازد و با تمرکز برکاربرد های فرکانس پایین و متوسط تقویت کننده های توانclass-d راهکارهایی برای بهبود عملکردآنها پیشنهاد می نماید. هدف اصلی این تحقیق توسعه تکنیک های جدید تحلیل و طراحی تقویت کننده های با بازدهی و خطسانی بالا در سطح سیستمی و مداری با استفاده از تکنولوژی cmos مدرن می باشد. در این راستا برای نخستین بار یک نوع تقویت کننده سوئیچینگ class-d ارائه می گردد که در این ساختار با تکنیک استفاده از کنترل هیسترزیس دو گانه (dbhc) به هدف افزایش خطسانی و بهبود بازدهی دست یافته ایم. ساختار کنترل هیسترزیس دو گانه پیشنهادی مورد تحلیل قرار گرفته است و روابط کاملی برای برآورد کیفیت عملکرد آن از نقطه نظرهای مختلف (مانند فرکانس سوئیچینگ، مقدار متوسط و حداکثر فرکانس کار مدار، تلفات سوئیچینگ، بازدهی، و خطسانی) ارائه شده است. نتایج تحلیلها و شبیه سازیها بهبود بازدهی به اندازه حداقل 10 درصد و بهبود خطسانی به اندازه 3db را برای ساختار تقویت کننده پیشنهادی نسبت به تقویت کننده های سنتی سوئیچینگ نمایش می دهد. روش پیشنهادی با کاهش قابل توجه تلفات و اعوجاج هارمونیکی کل، در کاربرد های دقیق امکان استفاده از تقویت کننده های سوئیچینگ را به جای تقویت کننده های خطی که موجب تلفات، حجم زیاد، و هزینه بالا بودند، را فراهم می نماید. از طرفی با پیاده سازی در سطح cmos نشان داده ایم که نوآوری فوق برای استفاده در مدارهای مجتمع مناسب می باشند . لذا این روش را برای استفاده در سیستم های موبایل،صوتی و سیستم بر روی تراشه مناسب می کند. در ادامه ضمن ارائه تحلیل غیر خطی ساختارپیشنهادی به روش توازن هارمونیکی، تابع توصیفگری برای آن معرفی گردیده است که موجب ارائه یک فرمول بسته برای مقدار اعوجاج هارمونیکی کل شده است. بررسی عملکرد تقویت کننده فوق در سطح pcb ، کارآیی روش پیشنهادی را به نمایش می گذارد. در نهایت برای ساخت مدار مجتمع در تکنولوژی در دسترس 18/0 از کمپانی tsmc ، تمام پروژه مجددا در این تکنولوژی و در محیط cadence طراحی گردیدکه به جواب های مشابه دست یافتیم، همچنین جانمائی کل مدار با استفاده از virtuoso انجام شده است