استخراج روابط میان پارامترهای مداری به کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه برای طراحی تقویت کننده های عملیاتی مجتمع با جبرانسازی غیرخطی

در این مقاله یک تقویت کننده عملیاتی دوطبقه با تکنیک بافر جریان سری با خازن میلر برای کاربردهایی با پهنای باند چند صد مگاهرتز طراحی و بهینه سازی شده است. در اینجا برای کاهش سطح سیلیکون اشغالی، خازن جبرانسازی را با خازن ترانزیستوری جایگزین کرده‌ایم. برای برطرف کردن مشکلات بکارگیری خازن ترانزیستوری از الگوریتم بهینه‌سازی استفاده شده است و همچنین با استفاده از روش پیشنهادی رابطه‌ تحلیلی از جواب‌های بهینه شده استخراج نموده‌ایم. روابط بدست آمده نشان می‌دهد که در بهترین حالت چه مصالحه‌ای بین حاشیه فاز، توان مصرفی و پهنای باند بهره-واحد وجود دارد. با توجه به امکانات موجود در تراشه، این روابط به طراح کمک می‌کند بهینه‌ترین طراحی را برای تقویت کننده عملیاتی داشته باشد. تقویت کننده دوطبقه طراحی شده به روش جبرانسازی میلر با بافر جریان و با تکنولوژی 0.18 میکرومتر طراحی شده است. این تقویت کننده دارای بار خازنی به اندازه 1 پیکوفاراد می باشد، بهره‌ای فرکانس پایین آن بیش از 70 دسی بل، پهنای باند بهره-واحد 680 مگاهرتز، حاشیه فاز 65 درجه و آهنگ‌گردش آن350 v/µs است. این درحالی است که اندازه توان مصرفی برابر با 900 میکرو وات و ولتاژ تغذیه 1.8 ولت می باشد. با استفاده از این روش بهبود 34 درصد در پهنای باند حاصل شده است و همچنین اندازه خازن جبران سازی را می توان تقریبا به یک سوم کاهش داد.

Extraction of circuit parameters using multiobjective genetic algorithm for design of nonlinearly compensated operational amplifiers

In this paper, a CMOS operational amplifier (opamp) for applications requiring a bandwidth several hundreds of MHz will be designed and optimized. The opamp is twostage and compensated by current buffer and a Miller capacitor. In order to reduce the occupied silicon area, the compensation capacitor has been replaced with a capacitance transistor (MOSCAP). The most important issue in designing compensation networks for amplifiers and particularly operational amplifiers is the calculation and selection of the optimal size for the circuit elements. After selecting opamps designated by the user, the size of the circuit elements including transistors of the opamps, along with the size of MOSCAPs, is determined by optimization algorithm, and the bandwidth, DC gain, power consumption and chip area will be optimized with this algorithm. Using the proposed technique, analytical relationship from the optimized solutions can be obtained. The obtained relationship indicates what is the best tradeoff between phase margin, power and unity gain bandwidth which helps to achieve the desirable properties .A twostage amplifier based on CBMC techniques has been designed by a commercial 0.18µm CMOS process. When driving a 1pF capacitive load, the CBMC amplifier acheives over 70dB dc gain, 680MHz gainbandwidth product (GBW), 65o phase margin, and 350V/µs average slew rate, while it consumes only 900µW at a 1.8V supply. Nearly 34% improvement in bandwidth is obtained while the compensation capacitor size can be reduced to 1/3 of its original size.