بررسی و طراحی تقویت کننده توزیع شده کم توان با ضریب بهره – پهنای باند مطلوب در ارتباطات پهن باند بی سیم

نیاز روز افزون به سرعت انتقال داده ی بالاتر مهمترین عامل در طراحی سیستمهای ارتباطی مدرن است. افزایش سرعت انتقال داده در مقابل، سیستمهای ارتباطی را به داشتن پهنای باند وسیع تر مجبور می کند، بطوریکه دیگر مشخصه های موثر در طراحی مانند هزینه، سایز تراشه و توان مصرفی در نظر گرفته شوند. از سوی دیگر در ارتباطات مخابراتی، پروتکل های مختلفی معرفی شده است. جدیدترین آنها پروتکل wimax است که در سال 2001 معرفی شد. دو باند فرکانسی برای این پروتکل ghz 11-2 و ghz 66-10 است. از این رو طراحی تقویت کننده ایی سازگار با این پروتکل ضروری به نظر می رسد. رهیافتی برای طراحی سیستم های ارتباطی با پهنای باند بالای مورد نظر، استفاده از مدارهای مجتمع توزیع شده است. از آنجا که در دهه های گذشته، بلوک های سازنده ی rf باند باریک در طراحی سیستم های روی تراشه بطور روز افزونی در فناوری cmos ساخته می شوند، تحقیقات با نگرشی بر امکان پیاده سازی فرستنده-گیرنده های پهن باند در این فناوری شروع شده است. ارتباطات نوری پر سرعت با فرکانس کاری تا حدود 40 گیگا هرتز و سیستم های بی سیم فرا پهن باند با فرکانس کاری بین 3 – 10 ghz نمونه هایی از کاربردهای پهن باند هستند. فناوری cmos هزینه ساخت کمتر و سطح مجتمع سازی بالاتر را نسبت به دیگر فناوری های ساخت ارائه می دهد. در این تحقیق، بر طراحی تقویت کننده باند پهن – اساسی ترین بلوک سازنده در سیستم های پر سرعت کابلی و بی سیم مخابراتی – با ضرب بهره در پهنای باند بالا و توان مصرفی کم تمرکز می کنیم. تکنیکی بسیار مناسب، تقویت توزیع شده، با پهنای باند ذاتی بالا، نزدیک به فرکانس قطع ترانزیستورها، به کار گرفته شده است. هرچند، پیاده سازی تقویت کننده های توزیع شده در فناوری cmos چالش هایی مانند تضعیف بهره ناشی از اتلاف سلف های روی تراشه، اشغال فضای بیشتر، و شاخص نویز بزرگتر را تحمیل می کند. در ادامه ی این تحقیق این مشکلات به شرح زیر بررسی می شوند. سلف های روی تراشه، به عنوان ضروری ترین بخش خطوط انتقال گیت و درین تقویت کننده های توزیع شده، با افزایش فرکانس، توان بیشتری را در بستر سیلیکون و به علاوه در اتصال های فلزی مصرف می کند و موجب کاهش بهره و برهم زدن تطبیق امپدانس ورودی و خروجی می شود. استفاده از مدارهای فعال امپدانس منفی می تواند در جبران این اثر و بهبود بهره نقش به سزایی را ایفا کند. از این رو با طراحی دو سلول بهره، دو تقویت کننده توزیع شده با ضرب بهره در پهنای باند مناسب و توان مصرفی کم طراحی شده است. تقویت کننده پیشنهادی اول، تقویت کننده توزیع شده 4 طبقه که مقادیر بهره db 12 و پهنای باند ghz 23 و توان مصرفی mw 33 را حاصل از شبیه سازی بدست آورده است. تقویت کننده توزیع شده پیشنهادی دوم در 2 طبقه و به منظور افزایش بهره در تقویت کننده اول، با بهره گیری از ساختار سلول بهره تقویت کننده و ایجاد سلول بهره جدید به کمک آن طراحی و شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که تقویت کننده توزیع شده دوم دارای بهره db 21 در پهنای باند ghz 11 و توان مصرفی ناچیز mw 5/9 می باشد.