دانشگاه فردوسي مشهد::طراحي بهينه تقويت‌كننده‌هاي عملياتي با ترانزيستورهاي نانومتري

[*مینا*]

در دانشگاه فردوسي مشهد انجام شد:
طراحي بهينه تقويت‌كننده‌هاي عملياتي با ترانزيستورهاي نانومتري

پژوهشگران در دانشگاه فردوسي مشهد، شرايط بهينه‌اي را براي طراحي تقويت‌كننده‌هاي عملياتي با ترانزيستورهاي نانومتري ارايه كرده‌اند.
به گزارش سرويس پژوهشي خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا)، امروزه ابعاد ترانزيستورهاي ساخته شده روي تراشه‌ها، به چند 10 نانومتر رسيده است.
كاهش ابعاد ترانزيستورها موجب افزايش سرعت، دقت، كارايي و كاهش سطح اشغالي ترانزيستور و ... مي‌شود، ولي در كنار اين مزايا، عيوبي نيز وجود دارد.
گذشته از اين عيوب، با كاهش ابعاد و در نتيجه افزايش ميدان‌هاي الكتريكي عمودي و افقي در ترانزيستورهاي MOS، روابط مشخصه جريان- ولتاژ ترانزيستور نسبت به فناوري‌هاي قديمي ساخت مدارات مجتمع، تغيير مي‌كند. تحت اين شرايط، مدارات با ابعاد نانومتر به دنياي جديد در الكترونيك تبديل مي‌شوند؛ بنابراين لازمه يك طراحي دقيق و بهينه، شناختن اين دنياي جديد است. يكي از مهم‌ترين تفاوت‌هاي فن‌آوري‌ نانومتري با فن‌آوري‌هاي قديمي، غالب شدن پديده اشباع سرعت در ترانزيستور MOSFET است.
مهندس حميدرضا رضايي ده‌سرخ، پژوهشگري است كه در اين زمينه فعاليت كرده و موفق به يافتن برخي شرايط بهينه به منظور طراحي تقويت‌كننده عملياتي براي استفاده در فن‌آوري ترانزيستورهاي نانومتري شده است.
وي در گفت‌وگو با سايت ستاد ويژه توسعه فن‌آوري نانو گفت: «تقويت‌كننده‌هاي عملياتي، يكي از پركاربردترين اجزاي الكترونيك آنالوگ محسوب مي‌شوند. در بسياري از كاربردها، طراحي يك تقويت‌كننده عملياتي بهينه، نيازمند داشتن رابطه دقيق براي نشست آن است.»
رضايي افزود: «در اين تحقيق توانستيم علاوه بر تحليل، يك رابطه بسته براي نشست (شامل نشست خطي و غيرخطي تقويت كننده ‌عملياتي) ارايه كنيم».
وي اظهار كرد: «با توجه به پركاربرد بودن ساختار كسكود تاشده (Folded cascode) براي تقويت‌كننده‌هاي عملياتي تمام محاسبات براي اين ساختار انجام شده است. با در نظر گرفتن ورودي پله بزرگ و وارد شدن تقويت‌كننده به فاز slewing، روابط جريان در گره‌هاي اين تقويت‌كننده نوشته شده و سپس با كمك رابطه اشباع سرعت براي ترانزيستور MOS، معادلات ديفرانسيل تقويت‌كننده به دست آمده است. با حل اين معادلات، رابطه‌اي براي نشست غيرخطي تقويت‌كننده در ابعاد نانومتر محاسبه و با فرض دو قطبي بودن تقويت‌كننده و ميرايي نوساني براي نشست خطي، روابط نشست خطي نيز به دست آمده است. در نهايت، با اعمال شرط پيوستگي و شرايط مرزي، تغيير وضعيت از نشست غيرخطي به خطي، رابطه كلي براي نشست حاصل شده است.»
رضايي ده‌سرخ درباره اهميت اين پژوهش گفت: «در حقيقت اين قسمتي از پژوهش بزرگتري است كه براي بهينه‌سازي مبدل‌هاي آنالوگ به ديجيتال پايپ لاين (Pipeline) در فن‌آوري نانومتري به کار مي‌رود. بدين منظور، لازم است كه نشست تقويت‌كننده عملياتي در اين فن‌آوري بررسي شود.
بهينه‌سازي مبدل آنالوگ به ديجيتال پايپ لاين از جنبه توان مصرفي بسيار حايز اهميت است، چرا كه اين نوع از مبدل درگيرنده‌هاي مخابراتي كاربرد داشته و كاهش توان مصرفي موجب طولاني‌تر شدن عمر باتري، كاهش هزينه و حجم وسيله مخابراتي مي‌شود.»
جزئيات اين پژوهش که با همکاري مهندس نسيم روان‌شاد، دكتر رضا لطفي و دكتر خليل مافي‌نژاد انجام شده، در مجله IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—II: EXPRESS BRIEFS (جلد56، صفحات 388- 384، سال 2009) منتشر شده است.