طراحی تقویت کننده زمان با بهره تبدیل، رزولوشن، محدوده پویایی بالا در فناوری CMOS برای مبدل به زمان به دیجیتال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس،استاد الکترونیک

چکیده

در این مقاله یکی از کلیدی ترین بلوکهای مربوط به پردازش در حوزه زمان، یعنی تقویت کننده زمان معرفی، طراحی و شبیه سازی شده است. پردازش در حوزه زمان یکی از پیشروترین گزینه های موجود برای جایگزین شدن با بلوکهای پردازش در حوزه دامنه و یا ولتاژ در فناوری های نانومتری می باشد. هسته اصلی یک بلوک پردازشگر در حوزه زمان، مدار مبدل زمان به دیجیتال می باشد. هر چقدر رزولوشن زمانی این مدار بیشتر باشد، عمل پردازش با کیفیت و دقت بهتری انجام می پذیرد. یکی از چالشهای بزرگ در این زمینه، پردازش سیگنال هایی با اختلاف زمانی و یا اختلاف فاز بسیار کوچک می باشد. فنهای بسیاری برای رفع این مشکل در سالیان اخیر ارائه شده است. یکی از این فنون تقویت مقادیر اختلاف زمانی بسیار کوچک قبل از وارد کردن آنها به مدارات پردازشگر حوزه زمان می باشد. با در نظر داشتن این چالش بزرگ، در این مقاله یک تقویت کننده زمان با بهره، رزولوشن و محدوده پویایی و خطسانی بالا طراحی گشته است. مدار پیش آشکارساز مورد نیاز برای این تقویت کننده، یک مبدل پالس به لبه دیجیتالی جدید می باشد که قابلیت کار در فرکانس های بالا را دارا می باشد. از این تقویت کننده در ساختار یک مبدل زمان به دیجیتال پیشنهادی استفاده شده است. مدار تقوی تکننده زمان طراحی شده در تکنولوژی ۰.۱۸ um CMOS به کمک نرم افزار ADS و Cadence شبیه سازی شده است. کل توان مصرفی مدار برابر با ۱.۷ میل یوات، سطح اشغالی تراشه ۰.۳۵ میلی متر مربع، رزولوشن زمانی برابر با ۵پیکوثانیه، بهره تقریبی ۲۰۰ و محدوده پویایی بدون آثار غیرخط ینگی برابر با ۳۵۰ پیکوثانیه می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design of a Time Amplifier with a High Conversion Gain, Resolution and a Large Dynamic Range for Time to Digital Converter in CMOS

نویسندگان [English]

  • Mohsen Tamadon
  • عبدالرضا نبوی
چکیده [English]

In this paper a Time-Amplifier, one of the most significant blocks of the time domain signal processing modules will be designed and simulated. Time domain signal processing is one of the most forerunner alternatives for the amplitude domain signal processing specially in nowadays nanotechnology devices. The main core of a time mode processor is a Time-to-Digital Converter (TDC). Increasing the resolution of the TDC, the processing of the signal is performed with higher quality. One of the most challenging efforts is the processing of two signals with very small time difference between their edges. Recently, some new techniques are proposed to overcome this significant problem. One of these techniques is amplifying the time difference, before employing it into the time mode signal processor or a TDC. Regarding this bottleneck, in this paper a high resolution, high gain, highly linear time amplifier (TAMP) with a large dynamic range (DR) is designed. The pre-detector of this TAMP, is a novel digital Pulse-to-Edge Converter (PEC) which also can operate in high frequencies. This TAMP is utilized in a proposed TDC in order to give one important utility of the circuit. The proposed topology is designed in a 0.18μm CMOS process and simulated via ADS2009 and Cadence® (Spectre RF). The simulation results illustrates the total power consumption is 1.7 mW, occupied area of the chip is below 0.35 mm2, time resolution is 5 psec, gain of the TAMP is approximately near to 200 s/s and the total linear DR of the TAMP is almost 350 psec.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Amplifier (TAMP)
  • Pulse
  • Edge Converter (PEC)
  • Time
  • to
  • Digital Converter (TDC)