چکیده

با توجه به این موارد، در این رساله به ارائه یک مدل سیستمی برای فرستنده گیرنده‌های مرتبط با اینترنت اشیا پرداخته‌شده است. بدین منظور از یک ساختار کلاس D دوسطحی به‌عنوان تقویت-کننده صوتی و یک ساختار ساده دوسطحی به‌عنوان تقویت‌کننده توان استفاده‌شده است.

با توجه به اینکه طبقه خروجی در این تقویت‌کننده‌ها بیشترین سطح مصرفی را دارد، از ساختاری برای طراحی این دو تقویت‌کننده استفاده‌شده است که بتوان طبقه خروجی این دو تقویت‌کننده را در زمان‌های مناسب به اشتراک گذاشت.

در ادامه رساله یک تقویت‌کننده توان در کلاس E طراحی‌شده است که در آن با به‌کارگیری روش خازن‌های تزویج ضربدری تقویت‌کننده بتواند باوجود دستیابی به سطح توان خروجی بالا دارای سطح مصرفی پایینی باشد. ضمن اینکه یک تقویت‌کننده بهره قابل‌برنامه‌ریزی به کمک ساختار ولتاژ پیرو طراحی شد که علاوه بر رفع مشکل دستیابی به پاسخ فرکانسی مناسب، توان بسیار کمی هم مصرف ‌کند.در شبیه‌سازی مرتبط با ایده سیستمی ابتدا مشخصه مداری تقویت‌کننده در قالب رفتاری و بلوک دیاگرامی در نرم‌افزارهایی مانند متلب و ADS شبیه‌سازی شد.

طراحی تقویت‌کننده‌های PA PGA

نتایج طیف خروجی فرستنده گیرنده پیشنهادی و محاسبات انرژی که در رساله به‌صورت مفصل به آن پرداخته‌شده نشان می‌دهد که این ساختار دارای مصرف انرژی و سطح مصرفی کمتری (حدود 20%) در مقایسه با ساختارهای کنونی است. در ادامه برای پیاده‌سازی این ایده، بلوک‌های موجود که تحت عنوان تقویت‌کننده توان(PA)و تقویت‌کننده صوتی(CDA) در ساختار سیستمی بکار گرفته شد به‌صورت مداری طراحی و شبیه-سازی شدند. در طراحی CDA پیشنهادی از مدولاسیون عرض پالس (PWM) در یک ساختار تمام دیفرانسیلی استفاده‌شده است. چینش مدار با این فناوری دارای سطح مصرفی 0.2mm2 است که کاهش زیادی در مقایسه باکارهای مشابه دارد. ساختار پیشنهادی در حالت فرکانس پایین به بهره حدود90% و THD کمتر از 0.2% دست پیدا می‌کند.

ضمن اینکه که در حالت فرکانس بالا به بهره36dB به همراه بازده حدود 45%دست می‌یابد.تقویت‌کننده کلاس E طراحی‌شده به سطح توان خروجی نزدیک به0.9w دست‌یافته است. فرکانس کاری و بهره و بازدهی تقویت‌کننده در این حالت به ترتیب 2.4Ghz و 35.6dBو 43% است. همه این موارد در حالی به‌دست‌آمده که سطح مصرفی مدار بعد از پیاده‌سازی چیدمان آن به 0.4mm2رسیده است و با توجه به ضریب شایستگی تعریف‌شده بهبود 30 درصدی نسبت به کارهای بروز در این زمینه به‌دست‌آمده است.

علاوه بر این ساختار ارائه‌شده برای تقویت‌کننده قابل‌برنامه‌ریزی دارای توان مصرفی بسیار پایین 120nw است. این در حالی است که در طراحی این تقویت‌کننده به بهره 0 تا 20 دسی‌بل بافاصله‌های تقریباً مساوی و پهنای باند تقریبی 100khz دست‌یافته شد. پیاده‌سازی چیدمان این مدار نیز دارای سطح مصرفی 125µm2 است که در مقایسه با دیگر ساختارهای ارائه‌شده هم دارای توان مصرفی و هم‌سطح مصرفی پایین‌تری است.شایان‌ذکر است که کلیه مدارهای طراحی‌شده به کمک فناوری 0.18 میکرومتر CMOS شبیه‌سازی‌شده است.