L ời nói đầu
4.2 Sơ đồ mạch nguyên lý
Do sơ đồ nguyên lý sử dụng diode không đáp ứng được các tiêu chí thiết kế bộ đánh thức nên sau khi tham khảo tài liệu [5] chúng tôi đã quyết định lựa chọn sơ đồ sử dụng hai transistor như hình 4.4 với nguyên lý hoạt động hoàn toàn tương tự.
53
Hình 4.4: Sơ đồ mạch
4.3 Nguyên lý hoạt động
Trong sơ đồ mạch này sử dụng hai transistor NMOS là M1 và M2. M1 được phân cực ở chế độ đảo ngược yếu có tác dụng chỉnh lưu tín hiệu vào đã được điều chế OOK. Còn M2 được phân cực ở chế độ bão hòa đóng vai trò là nguồn dòng cấp dòng cho M1 hoạt động. Các cuộn cảm L1, L2 có tác dụng ngăn tín hiệu xoay chiều đi ra các nguồn cấp điện áp sang các tầng bên. Tụ C1ngăn một chiều chạy qua khối trước nó, tụ C2 đóng vai trò là mạch lọc thông thấp. Ngoài ra, các tụ điện và cuộn cảm nêu trên còn có tác dụng phối hợp trở kháng vào ra cho mạch. Mạch được cấp nguồn Vdd = 1.2V, các điện áp Vdc, Vbias lần lượt phân cực cho M1 và M2 đảm bảo chúng hoạt động đúng chế độ.
Mô hình mạng hai cửa của mạch được minh họa ở hình 4.5. Trở kháng ra của mạch là R0được xác định theo công thức 4.1.
𝑅0 = 𝑔1
𝑚1
54
Hình 4.5: Mô hình mạng hai cửa của mạch tách biên
Dải tần tín hiệu ra được quyết định bởi trở kháng ra của mạch và giá trị dung kháng C2.
𝑓𝑜𝑢𝑡 =2𝑔𝜋𝐶𝑚1
2
(4.2)
Vì M1 được phân cực ở chế độ đảo ngược yếu nên dòng điện ra tỉ lệ theo hàm mũ với điện áp VGS1. 𝐼𝐷 = 𝐼0𝑒𝑥𝑝 �𝑉𝐺𝑆1𝑛𝑉− 𝑉𝑡ℎ1 𝑡 � �1− 𝑒𝑥𝑝 �−𝑉𝑉𝐷𝑆1 𝑡 �� ≈ 𝐼0𝑒𝑥𝑝 �𝑉𝐺𝑆1𝑛𝑉− 𝑉𝑡ℎ1 𝑡 � (4.3)
Trong đó: Io là hằng số phụ thuộc công nghệ và kích thước transistor, n là hệ số phụ thuộc công nghệ, Vtlà điện áp nhiệt (kq/T).
Giả sử đặt tín hiệu xoay chiềuVin vào cực G của M1:
𝑉𝑖𝑛=𝑉𝐺𝑆1 = 𝑉𝑆𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑠𝑡) (4.4)
Do đặc tính phi tuyến của M1 nên từ tín hiệu vào xoay chiều ta thu được đáp ứng là dòng i0 một chiều ở đầu ra. Khai triển Taylor (4.4) và bỏ đi các hệ số bậc 3 trở lên (do các thành phần bậc cao có đáp ứng một chiều rất bé nên có thể bỏ qua).
𝑖0 = 𝑉𝑖2 2 ∂2𝐼𝐷 𝜕𝑉𝑖2 =𝑉2𝑖2(𝑛𝑉𝐼𝐷 𝑡)2 (4.5)
55 Mặt khác: 𝑔𝑚1 = 𝜕𝑉𝜕𝐼𝐷 𝐺𝑆1 = 𝑛𝑉𝐼𝐷 𝑡 (4.6) Thay (4.7 vào (4.6) ta có: 𝑖0 = 4𝑔𝑛𝑉𝑚1 𝑡𝑉𝑆2 (4.7)
Khi đó ta có điện áp ra:
𝑉𝑜𝑢𝑡 =𝑖0𝑅0 = 𝑖0
𝑔𝑚1 = 𝑉𝑆2
4𝑛𝑉𝑡 (4.8)
Vậy hệ số khuếch đại K của mạch tách biên là: 𝑘 = 𝑉𝑉𝑖𝑛
𝑜𝑢𝑡 =4𝑛𝑉𝑉𝑠
𝑡 (4.9)
Như vậy hệ số khuếch đại của mạch tách biên tỉ lệ thuận với biên độ tín hiệu vào, do đó muốn có tín hiệu sau giải điều chế lớn cần tín hiệu vào mạch tách biên từ bộ khuếch đại hoặc LNA càng lớn càng tốt.
4.4 Các bước thiết kế