4. THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CÁC KHỐI TRÊN CADENCE
4.4.1. Operational Amplifier (Op-amp)
Opamp được cấp 2 nguồn đối xứng Vdd và Vss, có 2 ngõ vào Vi+: ngõ vào không đảo , Vi- : ngõ vào đảo và 1 ngõ ra Vo.
Mạch opamp thường được dùng để xử lý các tín hiệu tương tự hoặc xung. Mạch thực hiện các phép tính cơ bản như : cộng, trừ , tích phân, vi phân, lấy logarit, hoặc thực hiện các chức năng như dao động hình sin, ổn áp ,ổn dòng, so sánh. Sau đây là sơđồ khối op-amp hai tầng
Hình4. 39 Sơđồ khối OpAmp hai tầng
Đối với mạch two stage opamp sẽđược dùng để khuyếch đại 2 lần qua 2 tầng , với hệ số khuyếch đại tầng 1 là a, tầng 2 là b , độ lợi Av = a.b
Op-amp hoạt động với hai nguồn đối xứng Vdd = 3.3 V và Vss = -3.3 V. Một tụ bù Cc có giá trị 104 fF và một điện trở phân cực có giá trị R = 10 KΩ. Sơ đồ schematic cùng với chiều dài và chiều rộng nMOS và pMOS được liệt kê trong hình 4.12 (a) và bảng
Hình4. 41 Symbol của OpAmp.
Xét mạch khuếch đại đảo dấu
Mạch khuyếch đại đảo có ngõ vào không đảo nối đất, Tín hiệu vào Vi đưa vào ngõ vào đảo thông qua điện trở R0, điện trở R1 đưa điện áp ngõ ra Vo trở vào ngõ vào đảo.
Ta có: Độ lợi Với R1 = 1.4667k Ω, R0 = 733.75 Ω Vậy Kết quả thực hiện mạch: Hình4. 43 Simulation mạch khuếch đại đảo dấu Xét mạch khuếch đại không đảo dấu
Mạch khuyếch đại không đảo có tín hiệu được đưa trực tiếp vào ngõ vào không đảo, ngõ vào đảo sẽđược nối với điện trở R0 nối đất, điện trở R1 đưa điện áp ngõ ra Vo trở vào ngõ vào đảo.
Hình4. 44 Schematic mạch khuếch đại không đảo dấu Ta có:
Độ lợi
Với R1 = 1.4667 kΩ , R= 733.75 Ω
Hình4. 45 Simulation mạch khuếch đại không đảo dấu
4.4.2. Integrator
Để tạo ra các mức điện thế lượng tử chính xác ở ngõ ra ta cần phải sử dụng mạch có độ dốc tương đối tuyến tính. Mạch Integrator sử dụng op-amp thỏa mãn yêu cầu.
Ngõ ra mạch tích phân giữa thời điểm và thời điểm là:
Với c là giá trị điện thế lúc bắt đầu lấy tích phân
Mặc dù có chất lượng cao, các mạch tích phân chính xác dùng trong các
ứng dụng tần số thấp như máy tính tương tự, nhưng các ứng dụng này đòi hỏi mạch khuếch đại chất lượng cao và nó có thể gây bão hòa mạch khuếch đại do tụ
làm hở mạch ở chếđộ DC.
Để tránh vấn đề này, mạch tích phân thực tế sử dụng một điện trở mắc song song với tụ hồi tiếp như trong hình 4.16. Khi tụ làm hở mạch ở DC, mạch tích phân chỉđáp ứng với tín hiệu DC khi và chỉ khi nó là mạch đại đảo. Nói cách khác, độ lợi vòng mạch kín ở DC của mạch tích phân là . Ở tần số cao, trở
kháng của tụđiện nhỏ hơn rất nhiều so với so với Rf nên nhánh song song C và Rf xem như chỉ có C và tín hiệu được tích phân như bình thường.
Thiết kế và mô phỏng
Hình4. 49 Kết quả mô phỏng Nhận xét:
• Ta thấy dạng sóng ngõ ra giảm xuống mức`điện thế âm khi có xung đưa vào ở mức 1 và giữở mức điện thế trước đó khi xung vào ở mức 0.
• Mức giảm điện thế của mỗi xung vào tương đối bằng nhau khoảng 1.8 mV • Vậy để ngõ ra của mạch tăng dần theo chiều dương thì ta sẽđưa ngõ ra của mạch integrator qua mạch khuếch đại đảo dấu với hệ số khuếch đại mà ta mong muốn. Sau đây là sơđồ schematic của mạch
Hình4. 50 Schematic mạch Integrator kết hợp mạch khuếch đại đảo
Nhận xét:
• Dựa vào sơđồ schematic ở hình 4.18 (a) ta có tỉ lệ R3/R2 là 5. Do đó hệ số
khuếch đại của mạch khuếch đại đảo là 5. Do vậy mức giảm điện thế của mỗi xung vào khoảng 9 mV.