Active linear tunable resistance element and application to feedforward linearization of CMOS transconductance amplifier

• Autorzy: Szczepański S. , Kozieł S.

Warianty tytułu

PL

Aktywny przestrajalny rezystor liniowy i jego zastosowanie do linearyzacji wzmacniacza transkonduktancyjnego CMOS realizowanego w konfiguracji "feedforward"

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, a novel linear tunable active resistive element using MOS transistors operating in triode region is proposed. Its application to linearization of differential-pair based operational transconductance amplifier (OTA) is described. The linearization concept exploits active-error feedforward technique. SPICE simulation results show improved line­arity of the single-input two-output OTA. For the circuit working with a š 1.25V power supply, total harmonic distortion (THD) at 0.6Vpp is less then 0.35% in comparison to 9.5% without linearization. Moreover, the input voltage range of linear operation is increased. Power consumption of the overall circuit is 0.6mW. The circuit exhibits very good transconductance tuning capability.

PL

W pracy przedstawiono koncepcję układową przestrajalnego rezystora liniowego MOS wykorzystującego tranzystory pracujące w zakresie triodowym. Opracowana struktura, jak wykazały symulacje komputerowe, charakteryzuje się dobrymi właściwościami zarówno jeżeli chodzi o zakres przestrajania jak i liniowość charakterystyk przejściowych. Pozwoliło to efektywnie wykorzystać prezentowany element do linearyzacji operacyjnego wzmacniacza transkonduktancyjnego CMOS, którego struktura opiera się na prostych transkonduktorach realizowanych za pomocą par różnicowych. Linearyzacja charakterystyki przejściowej układu następuje dzięki zastosowaniu w ścieżce „feedforward" wzmacniacza błędu. Wzmacniacz ten sterowany jest sygnałem będącym różnicą pobudzenia układu oraz sygnału wyjściowego podstawowego (nieliniowego) transkonduktora przetworzonego do postaci napięciowej. Sygnał wyjściowy wzmacniacza błędu zostaje następnie odjęty od sygnału wyjściowego wzmacniacza toru głównego. Przykład wzmaczniacza pracujący zgodnie z opisaną wyżej koncepcją zaprojektowano z uwzględnieniem parametrów technologii 0.35um AMS dla napięcia zasilania š1.25V. Wyniki symulacji komputerowej pokazują, że współczynnik zawartości harmonicznych (THD) dla napięcia wejściowego 0.6Vpp jest mniejszy niż 0.35% w porównaniu do 9.5% otrzymanych w przypadku układu nielinearyzowanego. Ponadto, układ linearyzowany wykazuje poszerzenie zakresu liniowej pracy w porównaniu do układu podstawowego transkonduktora. Dzięki zastosowaniu w torze wzmacniacza błędu rezystora aktywnego możliwe jest przestrajanie, w szerokim zakresie, transkonduktancji układu. Pobór mocy układu wynosi zaledwie O.6mW, co czyni prezentowany układ atrakcyjnym dla wielu zastosowań niskomocowych, np. w radiokomunikacji bezprzewodowej oraz w filtrach aktywnych o małych zniekształceniach nieliniowych.

Słowa kluczowe

EN

active MOS resistance element; operational transconductance amplifier; feedforward linearization

PL

aktywny element rezystancyjny; MOS; operacyjny wzmacniacz transkonduktancyjny; linearyzacja typu feedforward

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 51, z. 4
• Strony: 541--554
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., wykr.

Twórcy

autor

Szczepański S.

• Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, Gdansk University of Technology, 80-952 Gdańsk, Poland

autor

Kozieł S.

• Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, Gdansk University of Technology, 80-952 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• 1. M. Banu, Y. Tsividis: Floating voltage-controlled resistors in CMOS technology. Electron. Lett., Vol. 18, 1982, pp. 678-679.
• 2. R. Gregorian, G. C. Temes: Analog MOS integrated circuits for signal processing. John Wiley, New York, 1986.
• 3. G. Wilson, P. K. Chan: Novel voltage-controlled grounded resistor. Electron. Lett., Vol. 25, 1989, pp. 1725-1726.
• 4. J. N. Babanezhad, G. C. Temes: A linear NMOS depletion resistor and its application in an integrated amplifier. IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. SC-19, 1984, pp. 932-938.
• 5. Z. Wa n g: Novel voltage-controlled grounded resistor. Electron. Lett., Vol. 26, 1990, pp. 1711-1712.
• 6. Z. Wang: Current-controlled linear MOS earthed and floating resistors and their application. IEE Proc., Vol. 137, No. 6, 1990, pp. 479-481.
• 7. M. Steyaert, J. Silva-Martinez: High freąuency saturated CMOS floating resistor for fully-differential analogue signal processors. Electron. Lett., Vol. 27, 1991, pp. 1609-1611.
• 8. Z. Wang, W. GuggenbuhLA Voltage-Controllable Linear MOS Tranconductor Using Bias Offset Technique. IEEE i. Solid-State Circuits, Vol. 25, No. 1, 1990, pp. 315-317.
• 9. F. Krummenacher, N. Joehl: A 4-MHz CMOS Continuous-Time Filter with On-Chip Automatic Tuning. IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 23, 1988, pp. 750-758.
• 10. J. L. Peannock: CMOS Triode Transconductor for Continuous-Time Active Integrated Filters. Electron. Lett., Vol. 21, No. 18, 1985, pp. 817-818.
• 11. R. G. Meyer, R. Eschenbach, W. Edgerley: A Wide-Band Feedforward Amplifier. IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. SC-9, No. 6, 1974, pp. 422-428.
• 12. S. Szczepański, Z. P. Tomaszewski: Linearization Technique Using the Mixed Feed- forward-Feedback Concept. in Proc. European Conference on Circuit Theory and Design, 1980, ECCTD, Vol. 1, pp. 214-219.
• 13. S. Narahashi, T. Nojima: Extremely low-distortion multi-carrier amplifier self-adjusting feedforward amplifier. Proc. of IEEE Int. Communications Conf., 1991, pp. 1485-1490.
• 14. J. K. Cavers: Adaptation Behavior of a Feedforward Amplifier Linearizer. IEEE Trans. Vehicular Tech., vol. 44, No. 1, 1995, pp. 31-40.
• 15. E. E. Eid, F. M. Ghannouchi, F. Beauregard: Optimal Feedforward Linearization System Design. Microwave Journal, Vol. 38, No. 11, 1995, pp. 78-86.
• 16. P. B. Kenington, D. W. Bennett: Linear distortion correction using a feedforward system. IEEE Trans, on Vehicular Tech., vol. 45, No. 1, 1996, pp. 74-81.
• 17. P. Wambacq, W. Sansen: Distortion Analysis of Analog Integrated Circuits. Kluwer Academic Publishers, 1998.