طراحي يك تقويت‌ كننده ابزار دقيق حالت جريان با CMRR بسيار بزرگ، پهناي باند وسيع، توان مصرفي پايين و ساختاري جديد بر پايه ناقل جريان تمام تفاضلي نسل دوم

Design and ُSimulation of a New High CMRR, High Bandwidth and Low Power Current Mode Instrumentation Amplifier Based on FDCCII

در اين مقاله يك ساختار جديد براي پياده‌سازي تقويت‌كننده ابزاردقيق حالت جريان (CMIA) بر مبناي ناقل جريان نسل دوم تمام‌تفاضلي (FDCCII) پيشنهاد مي‌شود. اين ساختار به دليل بهره‌بردن از امتيازهاي كار در حالت جريان بر خلاف تقويت‌كننده‌هاي ابزاردقيق حالت ولتاژ نياز به مقاومت‌هاي همجور براي دست‌يابي به CMRR بزرگ نداشته و به طور ذاتي توانايي بهبود پارامترهاي مهم يك CMIA را دارد. همچنين برخلاف ساير انواع جرياني اين گروه، استفاده از ساختار تفاضلي تأثير ناهمجوري بلوك‌هاي الكترونيكي در عملكرد آن را كاهش داده است. هر دوي اين مزيت‌ها اندازه و توان مصرفي ساختار را به شدت كاهش و پهناي باند و CMRR مدار را افزايش داده و اين مدار را به نمونه‌اي كم‌نظير در عملكرد و انتخابي بسيار مناسب براي مجتمع‌سازي تبديل نموده است. در CMIA طراحي‌شده CMRR به عنوان مهم‌ترين پارامتر يك تقويت‌كننده ابزار دقيق با استفاده از يك طبقه تفاضل‌گير جريان بهبود داده شده است. طراحي مدار با استفاده از فناوري um 18/0 CMOS تحت ولتاژهاي تغذيه V 1± انجام گرفته و عملكرد آن با استفاده از نرم‌افزار HSPICE در سطح ترانزيستور بررسي شده است. نتايج شبيه‌سازي مقادير CMRR برابر dB 227/4 و پهناي باند KHz 8/98، پهناي باند بهره تفاضلي MHz 9/08، ولتاژ آفست خروجي uV 2/23 و توان مصرفي uW 348 مي‌باشد. به عنوان يك امتياز منحصربه‌فرد، مقدار CMRR در پاسخ مونت‌كارلو (كه خطاهاي فناوري را نيز منظور مي‌نمايد) تا dB 228/68 افزايش يافته كه به طور نسبي عدم حساسيت ساختار پيشنهادي را به خطاهاي فناوري (PVT) به عنوان يك ويژگي بي‌نظير تأييد مي‌نمايد.

In this paper a novel topology of CMIA based on FDCCII is proposed. Due to benefiting from current mode signal processing, unlike the most of the previously reported IAs, the proposed FDCCII based structure doesn't need well-matched resistors or active blocks to obtain high CMRR and inherently can improve CMRR, bandwidth, power consumption and it has better frequency performances. On the other side, unlike other current mode types of this group, using fully differential structure decreases the mismatch effect in electronic blocks. Both of these advantages significantly reduced the structure size and power consumption while improving bandwidth and CMRR and makes it an excellent and an unbeatable choice for integration. In the proposed circuit, CMRR as the most important property of IA has been greatly improved by using a current subtracting stage. The CMIA has been designed using 0.18 um CMOS Technology under ±1 V supply voltages and the performance of the CMIA has been verified using HSPICE software in transistor level. The CMIA has achieved voltage CMRR of 227.4 dB, voltage CMRR bandwidth of 8.98 KHz, differential voltage gain bandwidth of 9.08 MHz and output offset voltage of 2.23 uV and the IA’s power dissipation is only 348 uW.