استفاده از مدل کراس کوپل شده به‌منظور طراحی خازن منفی در فناوری CMOS

الموضوعات :

محسن کاتبي جهرمي ¹ , محسن صفوی ²

1 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد صفاشهر
2 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد صفاشهر

تاريخ الإرسال : 12 الخميس , ذو القعدة, 1444 تاريخ التأكيد : 25 السبت , محرم, 1445 تاريخ الإصدار : 29 الخميس , صفر, 1445

الکلمات المفتاحية: خازن منفی, Cross-Coupled, تکنولوژی CMOS, توان مصرفی,

ملخص المقالة :

در این مقاله از مدل کراس کوپل شده به‌منظور طراحی خازن منفی در فناوری CMOS استفاده شده و در ادامه به بررسی و مطالعه خازن منفی و کاربرد آن در مدارات گوناگون پرداخته شده است. مدار پیشنهادی در نرم‌افزار کیدنس با استفاده از فناوری 180 نانومتری به‌وسیله یک خازن 5 پیکو فاراد ترسیم گردیده است که اندازه تراشه با در نظر گرفتن خازن 5 پیکو فاراد برابر 80/152 میکرومتر در 40/61 میکرومتر می‌باشد. اندازه تراشه بدون خازن 32 میکرومتر در 40/61 میکرومتر است. در مرحله دوم، مدار پیشنهادی در نرم‌افزار ADS شبیه‌سازی شده و پاسخ فرکانسی و توان مصرفی آن بررسی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که با خازن بار 5 پیکوفاراد تا فرکانس 500 مگاهرتز، خازن منفی در بازه 5/1- تا 20- پیکوفاراد ایجاد شده که توان مصرفی آن با منبع تغذیه 8/1 ولت در حدودmW 5/3 است. محدوده فرکانسی خازن منفی وسیع و مصرف توان نسبتاً پایین و ضریب کیفیت مناسب از مزیت‌های مدل پیشنهادی است.

المصادر:

1[ شهابی سیرمندي، بهزاد. (1392). افزایش بهره‌ی تقویت‌کننده‌هاي گسترده با استفاده از سلول خازن منفی(پایان‌نامه کارشناسی ارشد). دانشگاه تحصیلات تکمیلی، کرمان.
]2[علوی، سید امین. علوی سید احسان. حکیمی، احمد. (1393)، افزایش بهره و پهنای باند تقویت‌کننده توزیع‌شده با کاهش تلفات و اثرات خازن‌های پارازیتی خط انتقال گیت. نشریه مهندسی برق و کامپیوتر ایران، الف-مهندسی برق، سال 12، شماره 2، پاییز 1393، صفحه 140-135.
]3[ فلاح، محمد. غلامی، محمد. اردشیر، غلامرضا. استفاده از خازن منفی براي افزایش فرکانس در اسیلاتورهاي حلقوي با بار مقاومتی. دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل.دسترسی در 03/04/1400 از سایت
https://civilica.com/doc/154411/
[4] Kshatri, Varun S and Partners. Measurement and Simulation of a CMOS Current Conveyor Negative Capacitor for Metamaterials. Department of Electrical and Computer Engineering. University of North Carolina at Charlotte. From https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/ 6950689,2014
[5] Ghadiri, Aliakbar. Moez, Kambiz. Gain-Enhanced Distributed Amplifier UsingNegative Capacitance. IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I: REGULAR PAPERS, VOL. 57, NO. 11, NOVEMBER 2010.
[6] Covington III, John M. C and Partners. A Cross-Coupled CMOS Negative Capacitor forWideband Metamaterial Applications. Department of Electrical and Computer Engineering, The University of North Carolina at Charlotte. From https://ieeexplore.ieee.org/document/6950696,2014
[7] Mrković, Boško. Ašenbrener, Martina. The simple CMOS negative capacitance with improved frequency response. Tehnoalarm d.o.o. Zagreb, Croatia, University of Rijeka/Department of Informatics, Rijeka, Croatia. From https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6240619,2012
[8] Pushkar, Deika. Modeling and Simulation of Negative Capacitance MOSFETs(dissertation). Department of Electrical Engineering, Indian Institute of Technology, Hyderabad, 2018.
[9] Kshatri, Varun S and Partners. Capacitance and Bandwidth Tradeoffs in a Cross-Coupled CMOS Negative Capacitor. Department of Electrical and Computer Engineering. Charlotte, NC, USA,2013.
[10] J. K. Kwon, K. D. Kim, W. C. Song and G. H. Cho, "Wideband high dynamic range CMOS variablegain amplifier for low voltage and low power wireless applications," in Electronics Letters, vol. 39,no. 10, pp. 759-760, 15 May 2003.
[11] H. D. Lee, K. A. Lee and S. Hong, "A Wideband CMOS Variable Gain Amplifier With anExponential Gain Control," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 55, no.6, pp. 1363-1373, June 2007.
[12] B. Razavi, RF Microelectronics, Prentice Hall, 1997.
[13] B. Razavi, design of analog cmos integrated circuits, McGraw-Hill US, 2000.
[14] C. Zelley, "A spherical representation of the Smith chart," in IEEE Microwave Magazine, vol. 8, no. 3,pp. 60-66, June 2007.
[15] S. Kolev, B. Delacressonniere and J. -. Gautier, "Using a negative capacitance to increase the tuning range of a varactor diode in MMIC technology," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 49, no. 12, pp. 2425-2430, Dec. 2001.
[16] Carpentier, J.F. & Tilhac, C. & Caruyer, Greg & Dumont, F. & Parat, G. & Ancey, P.. (2005). A tunable bandpass BAW-filter architecture and its application to WCDMA filter. 4 pp..10.1109/MWSYM.2005.1516564.
[17] Yue Wu, Xiaohui Ding, M. Ismail and H. Olsson, "RF bandpass filter design based on CMOS active inductors," in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing,vol. 50, no. 12, pp. 942-949, Dec. 2003.
[18] P. Vincent et al., "A 1V 220MHz-Tuning-Range 2.2GHz VCO Using a BAW Resonator," 2008 IEEE International Solid-State Circuits Conference - Digest of Technical Papers, San Francisco, CA, 2008,pp. 478-629.
[19] A. Ghadiri and K. Moez, "Wideband Active Inductor and Negative Capacitance for Broadband RF and Microwave Applications," in IEEE Transactions on Components, Packaging and ManufacturingTechnology, vol. 4, no. 11, pp. 1808-1814, Nov. 2014.
[20] A. Ghadiri and K. Moez, "Gain-Enhanced Distributed Amplifier Using Negative Capacitance,"in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 57, no. 11, pp. 2834-2843, Nov.2010.
[21] S. A. Alavi, S. Ghadirian, and S. J. S. M. Chabok, "Bandwidth and gain extension technique for CMOSdistributed amplifiers using negative capacitance and resistance cell," MicroelectronicsJournal, vol. 60, no. Supplement C, pp. 60-64, 2 Jan. 2017.
[22] M. Dongi and M. Jalali, "A wideband CMOS VGA with dB-linear gain based on active feedback and
negative capacitance," 2017 Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), Tehran, 2017, pp.506-510.
[23] A. Hajimiri, “Distributed integrated circuits: An alternative approach to high-frequency design,” IEEECommun. Mag., vol. 40, no. 2, pp. 168–173, Feb. 2002.
[24] E. J. Bond, X. Li, S. C. Hagness, and B. D. Van Veen, “Microwave imaging via space-timebeamforming for early detection of breastcancer,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 51, no. 8, pp.1690–1705, Aug. 2003.
[25] S. Mohammadi, J. W. Park, D. Pavlidis, J. L. Guyaux, and J. C. Garcia, “Design optimization and characterization of high-gain GaInP/GaAsHBT distributed amplifiers for high-bit-rate telecommunication,,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 48, pp. 1038–1044, Jun. 2000.