طراحی و شبیه‌سازی تقویت‌کننده امپدانس انتقالی بدون سلف،کم توان و کم نویز بر پایه فیدبک فعال برای نرخ داده 10 گیگابیت بر ثانیه با استفاده از روش نسبت هدایت انتقالی به جریان درین

الموضوعات :

بهرام جلیل ¹ , سمیه کاظمی ² , مهدی دولتشاهی ³

1 - دانشکده مهندسی برق- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
2 - دانشکده مهندسی برق- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
3 - دانشکده مهندسی برق- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

تاريخ الإرسال : 14 الأحد , ربيع الثاني, 1445 تاريخ التأكيد : 08 الإثنين , صفر, 1446 تاريخ الإصدار : 02 الإثنين , رجب, 1447

الکلمات المفتاحية: تقویت‌کننده امپدانس انتقالی, توان پایین, روش بالازدگی سلفی, روش فیدبک فعال, روش نسبت نسبت هدایت انتقالی به جریان درین, کم نویز ,

ملخص المقالة :

در این مقاله طراحی مدار جدیدی برای یک تقویت‌کننده امپدانس انتقالی ارائه شده که همزمان دارای سه مشخصه عالی توان مصرفی کم، نویز کم و نرخ داده 10 گیگابیت بر ثانیه است. در این مدار سعی شده با تلفیق سازنده و بهینه چند روش، طراحی به میزان بسیار مطلوبی برای هرکدام از این پارامترها به دست آید. در این ساختار، برای افزایش پهنای باند، کاهش توان مصرفی و کاهش نویز از ترکیب روش فیدبک فعال، افزودن مسیر پیشخور و فیدبک فعال و همچنین از روش بالازدگی سلفی و روش نسبت هدایت انتقالی به جریان درین (g_m/I_D) استفاده شده است. جهت تأیید عملکرد این تقویت‌کننده پیشنهادی، شبیه‌سازی مدار با نرم‌افزار اچ-اسپایس با پارامترهای  فناوری 90 نانومتر انجام شده است. نتایج شبیه‌سازی، بهره 01/53 دسی­بل اهم، پهنای باند 05/7 گیگاهرتز، نویز ارجاع شده به ورودی 06/21 پیکوآمپر بر جذر هرتز را نشان می‌دهد و در عین حال توان مصرفی این مدار تنها 3/1 میلی­وات با منبع تغذیه 1/1 ولتی است که  این نشان از کارایی بهتر مدار پیشنهادی در مقایسه با سایر کارهای قبلی است.

المصادر:

[1] M.D. Farashah, M. Pourahmadi, A. Mirvakili, "Survey of using a cascoded inverter as a booster amplifier in a regulated cascode circuit for the low power optical receiver applications for 10Gb/s bit rates using 90nm CMOS technology", Journal of Nonlinear Systems in Electrical Engineering, vol. 7, no. 2, pp. 160-176, Dec. 2021 (dor: 20.1001.1.23223146.1399.7.2.6.0).
[2] M. Seifouri, P. Amiri, I. Dadras, "A transimpedance amplifier for optical communication network based on active voltage-current feedback", Microelectronics Journal, vol. 67, pp. 25-31, Sept. 2017 (doi: 10.1016¬/j.me¬jo.2017.07.003).
[3] M. Dolatshahi, S.M. Mirsanei, M.A. Dehkordi, S. Zohoori, "Analyzing the effect adding an active feedback network with an inductive behavior to a common-gate topology as a transimpedance amplifier for low-power and wide-band communication applications", Nonlinear Systems in Electrical Engineering, vol. 6, no. 2, pp. 32-50, Dec. 2020 (dor: 20.1001.1.23223146.1398.6.2.5.2).
[4] E.S. Parapari, Z.D. Koozehkanani, S. Toofan, "A 10-GHz inductor less modified regulated cascode transimpedance amplifier for optical fiber communication", Microelectronics Journal, vol. 114, Article Number: 105123, Aug. 2021 (doi: 10.1016/j.mejo.2021.105123).
[5] S.R. Qasemi, M. Rafati, P. Amiri, "A 10 Gb/s noise-canceled transimpedance amplifier for optical communication receivers", Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 101, pp. 669-680, Oct. 2019 (doi: org/10.1007/s10470-019-01546-3).
[6] R. Soltanisarvestani, S. Zohoori, "A. Soltanisarvestani, A rgc-based, low-power, CMOS transimpedance amplifier for 10 Gb/s optical receivers", International Journal of Electronics, vol. 107, pp. 444-460, Sept. 2020 (doi: 10.1080/00207217.2019.1661027).
[7] S. Honarmand, M. Pourahmadi, M.R. Shayesteh, K. Abbasi, "Design of an inverter-base, active-feedback, low-power transimpedance amplifier operating at 10 Gbps", Journal of Circuits, Systems and computers, vol. 30, no. 6, Article Number: 2150110, May. 2021 (doi: 10.1142/S0218126621501103).
[8] S. Zohoori, M. Dolatshahi, "A cmos Low-power optical front-end for 5 Gbps applications", Fiber and Integrated Optics, vol. 37, no. 1, pp. 37-56, Feb. 2018 (doi: 10.1080/01468030.2018.1431336).
[9] S. Zohoori, M. Dolatshahi, M. Pourahmadi, M. Hajisafari, "An inverter-based, cmos, low-power optical receiver front-end", Fiber and Integrated Optics, vol. 38, no. 1, pp. 1-20, Jan. 2019 (doi: 10.1080/01468030.2019.1567871).
[10] A. Girardi, S. Bampi, "Power constrained design optimization of analog circuits based on physical gm/ID characteristics", Proceedings of the 19th annual symposium on Integrated circuits and systems design, pp. 89-93, Sept. 2006 (doi: 10.1145/1150343.1150370).
[11] M. Dolatshahi, O. Hashemipour, K. Navi, "A new systematic design approach for low-power analog integrated circuits", AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 66, no. 5, pp. 384-389, May 2012 (doi: 10.1016/j.aeue.2011.09.005).
[12] M. Akbari, O. Hashemipour, "Design and analysis of folded cascode OTAs using gm/ID methodology based on flicker noise reduction", Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 83, pp. 343-352, Apr. 2015 (doi: 10.1007/s10470-015-0535-x).
[13] M. Akbari, M. Shokouhifar, O. Hashemipour, A. Jalali, A. Hassanzadeh, "Systematic design of analog integrated circuits using ant colony algorithm based on noise optimization", Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 86, pp. 327-339, Feb. 2016 (doi: 10.1007/s10470-015-0682-0).
[14] S. Zohoori, M. Dolatsahi, "An inductor-less, 10Gbps trans-impedance amplifier operating at low supply-voltage", Proceeding of the IEEE/ICEE, pp. 145-148, Tehran/Iran, May. 2017 (doi: 10.1109/IranianCEE.2017.7985308).
[15] M. Rakide, M. Seifouri, P. Amiri, "A folded cascade-based broadband transimpedance amplifier for optical communication systems", Microelectronics Journal, vol. 54, pp. 1-8, Aug. 2016 (doi: 10.1016/j.mejo.2016.05.003).
[16] P. Singh, M. Gupta, "Wideband inductorless transimpedance amplifier using capacitive degeneration and negative capacitance", International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields, vol. 34, no. 1, Article Number: 2780, July 2020 (doi: 10.1002/jnm.2780).
[17] B. Jalil, S. Kazemi, M. Dolatshahi, "Analysis of the impact of the inductive peaking bandwidth enhancement technique on the noise performance of CMOS optical amplifiers", Circuits, Systems, and Signal Processing, vol. 43, no. 11, pp. 6733-6755, Aug. 2024 (doi: 10.1007/s00034-024-02744-9).
[18] F. Aznar, W. Gaberl, and H. Zimmermann, "A 0.18 μm CMOS transimpedance amplifier with 26 dB dynamic range at 2.5 Gb/s", Microelectronics Journal, vol. 42, no. 10, pp. 1136-1142, June‏ 2011 (doi: 10.1016/j.mejo.2011.06.005).
[19] N. Rakhi, S. Manoj, R. S. Gupta, M. Gupta, "Impact of temperature variations on the device and circuit performance of tunnel FET: a simulation study", IEEE transactions on Nanotechnology, vol. 12, no. 6, pp. 951-957, Nov. 2013 (doi: 10.1109/TNANO.2013.2276401).
[20] ‏S. Zohoori, M. Dolatshahi, M. Pourahmadi, M. Hajisafari, "A CMOS, low-power current-mirror-based transimpedance amplifier for 10 Gbps optical communications", Microelectronics Journal, vol. 80, pp. 18-27, Oct. 2018 (doi: 10.1016/j.mejo.2018.08.001).
[21] S.A. Hosseinisharif, M. Pourahmadi, M.R. Shayesteh, "An Active, Low-Power, 10Gbps, Current-based Transimpedance Amplifier in a Broadband Optical Receiver Front-End", Tabriz Journal of Electrical Engineering, vol. 51, no. 1, pp. 49-60, June. 2021.
[22] J.J. Jou, T.T. Shih, H.W. Hsu, "32-Gb/s NRZ and 40-Gb/s PAM-4 transimpedance amplifier paralleling with a differentiator for bandwidth enhancement in 90-nm CMOS technology", Circuits, Systems, and Signal Processing, vol. 41, pp. 621-635, Feb. 2022 (doi: 10.1007/s00034-021-01826-2).
[23] Y. Takahashi, D. Ito, M. Nakamura, A. Tsuchiya, T. Inoue, K. Kishine, "Low-power regulated cascode CMOS transimpedance amplifier with local feedback circuit", Electronics, vol. 11, no. 6, Article Number: 854, Mar. 2022 (doi: 10.3390/electronics11060854).
[24] V. Niranjan, M. Jhamb, "Design of a low-power 180 nm broadband CMOS transimpedance amplifier for bio-medical & IoT applications", International Journal of Information Technology, vol. 15, pp. 2741-2745, June 2023 (doi: 10.1007/s41870-023-01315-6).