Để thiết kế một bộ khuếch đại sinh học phù hợp với mức tiêu thụ điện cực thấp với sự thay đổi biên độ dao động, một công nghệ mới là cần thiết để thiết kế mạch của bộ khuếch đại sinh học. Dựa trên các tài liệu, cấu trúc OTA đối xứng hay cấu trúc gương dòng được thực hiện trong việc thiết kế bộ khuếch đại sinh học để đạt được công suất tiêu thụ cực thấp với khả năng chống ồn tốt hơn. Ngoài việc có những đặc điểm tiêu thụ điện cực thấp và tiếng ồn thấp, bộ khuếch đại sinh học cũng có thể khuếch đại tín hiệu lên trên mức nhận được để xử lý tốt hơn trong giai đoạn tiếp theo của hệ thống phát hiện.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MẠCH TÍCH HỢP TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BỘ OTA DÙNG CẤU TRÚC THREE CRURRENT MIRROR Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Phương Huy Sinh viên thực hiện : Bùi Thanh Dương Mssv : K205520207011 Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đăng Hải Anh Mssv : K185520207002 Lớp : K56KĐT.01 Thái Nguyên – 2024 KHOA ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MẠCH TÍCH HỢP SỐ Sinh viên: Bùi Thanh Dương - K205520207011 Nguyễn Đăng Hải Anh - K185520207002 Lớp: 56KĐT.01 Ngành : Kỹ thuật điện tử 1 Tên đề tài Thiết kế bộ OTA dùng cấu hình Three Current Mirror 2 Nội dung thực hiện - Phân tích tìm hiểu tổng quan vai trò ý nghĩa của bộ OTA trong đời sống thực tiễn - Tìm hiểu nghiên cứu nguyên lý hoạt động của bộ OTA - Thiết kế bộ OTA sử dụng cấu hình Three Current Mirror - Mô phỏng bộ OTA bằng phần mềm cadence - Báo cáo đồ án 3 Ngày giao nhiệm vụ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 2024 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 2024 GIÁO VIÊN CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv LỜI MỞ ĐẦU .5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH TÍCH HỢP TƯƠNG TỰ .1 1.1 Mạch tích hợp tương tự 1 1.1.1 Tổng quan mạch tích hợp tương tự 1 1.1.2 Vai trò và ứng dụng trong thực tế 2 1.2 Thiết kế mạch tích hợp tương tự .3 1.2.1 Quy trình thiết kế .3 1.2.2 Các công nghệ thiết kế .4 1.3 Các chỉ tiêu thiết kế 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN OTA THREE CRURRENT MIRROR 6 2.1 Mạch khuếch đại 6 2.1.1 Mạch khuếch đại đơn tầng .6 2.1.2 Mạch khuếch đại đa tầng .10 2.2 Tổng quan về OTA .11 2.2.1 OTA là gì ? 11 2.2.2 Đặc điểm của OTA 12 2.2.3 Các cấu trúc cơ bản của OTA 13 2.2.4 Các ứng dụng của OTA 16 2.3 Mạch gương dòng 17 2.3.1 Hạn chế của mạch gương dòng 19 2.3.2 Ứng dụng của mạch gương dòng 20 2.4 Cấu hình OTA Three current mirror .21 2.4.1 Một số công thức cơ bản 22 2.4.2 Cấu trúc của OTA Three current mirror 23 2.5 Ý tưởng thiết kế 24 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ 26 3.1 Tính toán và lựa chọn thông số .26 3.1.1 Lựa chọn thông số 26 3.1.2 Tính toán thông số 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢN Hình 1 1: IC tương tự 1 Y Hình 2 1: Sơ đồ chung cho mạch khuếch đại đơn tầng .6 Hình 2 2: Sơ đồ tương đương hình π và hình T 7 Hình 2 3: Các đặc trưng cơ bản của bộ khuếch đại đơn tầng dùng MOS 7 Hình 2 4: Sơ đồ khối chung cho mạch khuếch đại hai tầng 10 Hình 2 5: Kí hiệu OTA 11 Hình 2 6: Cấu trúc lý tưởng và mô hình tương đương tín hiệu nhỏ của OTA 12 Hình 2 7: Mạch sử dụng MOSFET tạo nguồn dòng cơ bản .17 Hình 2 8: Đặc tính đầu ra điện cực nguồn và sự biến đổi của Q 2 tương ứng với Q 1.19 Hình 2 9 Mạch OTA sử dụng cấu hình three current mirror 21 Hình 3 1: Mạch OTA dùng cấu hình Three Current Mirror .25 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Các cấu trúc tương tự cơ bản .15 Bảng 2: Yêu cầu thiết kế cụ thể bộ OTA Three Current Mirror 26 Bảng 3:Các thông số kĩ thuật 27 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghệ ngày nay, việc thiết kế và phát triển các mạch tích hợp tương tự đóng vai trò quan trọng trong nền công nghiệp điện tử Cùng với sự tiến bộ trong công nghệ, nhu cầu về các mạch tích hợp tương tự ngày càng tăng cao, đặc biệt là trong các ứng dụng như điện tử tiêu thụ, y tế, và viễn thông Các thiết bị điện tử có mặt ở hầu hết các lĩnh vực đời sống con người Mà IC hầu hết đều có mặt trong các thiết bị điện tử dẫn đến sự phát triển của ngành công nghệ chế tạo và sản xuất IC rất mới mẻ và đầy tiềm năng Công nghệ chế tạo IC tích hợp hay mạch tích hợp cũng đặt ra những hạn chế và mang lại những cơ hội cho kỹ sư thiết kế mạch Do đó, việc thiết kế chip bắt buộc phải thay đổi theo nhu cầu của sự phát triển các linh kiện điện tử Việc sử dụng các liên kiện điện tử lớn như ta đã từng sử dụng cho việc ghép tầng tín hiệu đã bộc lộ những hạn chế nhất định, việc sử dụng số lượng lớn những linh kiện truyền thống dẫn việc tiêu thụ năng lượng lớn, hiệu năng xử lý kém, sai lệch tín hiệu lớn Vì vậy công nghệ chế tạo IC này càng được phát triển để đáp ứng được các linh kiện truyền thống bằng các linh kiện bán dẫn dẫn với kích thước nhỏ đến picofarad và nhỏ hơn picofarad thế IC đang được sử dụng rộng rãi nhất với cả tương tự và số cũng như đã kết hợp các ứng dụng tương tự và số Tuy nhiên, mạch tích hợp transistor lưỡng cực vẫn mang lại nhiều thú vị với kỹ sư thiết kế mạch điện tương tự Điều này đặc biệt đối với các khối mạch đa chức năng, ví dụ như transistor cao tần lắp trên các bo mạch in Tương tự, các mạch transistor lưỡng cực có thể cung cấp các dòng ra lớn hơn và được sử dụng nhiều trong các ứng dụng hiện nay, như là trong công nghiệp tự động, vì độ tin cậy cao của chúng dưới điều kiện môi trường khắc nghiệt Cuối cùng, các mạch lưỡng cực có thể được kết hợp với CMOS theo các hướng sáng tạo và thú vị Để thiết kế một bộ khuếch đại sinh học phù hợp với mức tiêu thụ điện cực thấp với sự thay đổi biên độ dao động, một công nghệ mới là cần thiết để thiết kế mạch của bộ khuếch đại sinh học Dựa trên các tài liệu, cấu trúc OTA đối xứng hay cấu trúc gương dòng được thực hiện trong việc thiết kế bộ khuếch đại sinh học để đạt được công suất tiêu thụ cực thấp với khả năng chống ồn tốt hơn Ngoài việc có những đặc điểm tiêu thụ điện cực thấp và tiếng ồn thấp, bộ khuếch đại sinh học cũng có thể khuếch đại tín hiệu lên trên mức nhận được để xử lý tốt hơn trong giai đoạn tiếp theo của hệ thống phát hiện Với thực hiện đề tài: “ Thiết kế bộ OTA sử̉ dụng cấu hình Three Current Mirror ” chúng em mong muốn áp dụng kiến thức môn học đã và đang học hỏi được trong quá trình học tập và phần để hiểu thêm về các kiến thức chuyên ngành liên quan Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phương Huy đã tận tình chỉ dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Chúng em cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Điện tử và Bộ môn Kỹ thuật điện tử đã hỗ trợ và tạo điều kiện để chúng em hoàn thành đồ án tốt nhất Do điều kiện thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của bản thân của bản thân còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp của thầy, cô và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH TÍCH HỢP TƯƠNG TỰ 1.1 Mạch tích hợp tương tự 1.1.1 Tổng quan mạch tích hợp tương tự Mạch tích hợp (integrated circuit) còn được gọi là mạch tích hợp nguyên khối, chip, vi mạch và IC có thể được định nghĩa là một tập hợp các mạch điện tử với hàng triệu điện trở, tụ điện, bóng bán dẫn và các thành phần khác được tích