Uji Desain Operasional Amplifier Unbuffered (OTA) Dengan Menggunakan ORBIT CN20 dan SPICE

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "Uji Desain Operasional Amplifier Unbuffered (OTA) Dengan Menggunakan ORBIT CN20 dan SPICE"

Herman Gunardi
6 tahun lalu
Tontonan:

1 Berkl Fisik SSN : ol. 4, No. 3, Juli 21, hl Uji Desin Opersionl Amplifier Unbuffered (OTA) Denn Menunkn ORBT N2 dn SPE Kusworo Adi Lbortorium nstrumentsi dn Elektronik Jurusn Fisik, F MPA Universits Diponeoro Abstrk Telh dilkukn desin opersionl mplifier unbuffered (OTA) denn menunkn ORBT N2 denn spesifiksi Penutn 7 db, Phse Mrin (PM) < 6 o, dn lebr te (L) dlh 5 µm. Lnkh-lnkh untuk melkukn desin dri opersionl mplifier unbuffered ini dlh desin pln, verifiksi denn SPE, lyout desin, dn simulsi post lyout denn menunkn SPE. Dri hsil penujin denn menunkn SPE didptkn hsil yn mendekti denn desin pln dn simulsi post lyout.untuk hsil verifiksi wl denn SPE didptkn hsil Penutn 73,65 db dn Phse Mrin (PM) 62,73 o. Sednkn untuk penujin post lyout denn menunkn SPE dlh Penutn 71,14 db dn Phse Mrin (PM)6,58 o. Kestbiln dri opersionl mplifier ini snt terpenruh oleh phse mrin (PM)... Pendhulun Perkembnn yn pest dri psr diitl telh memberikn tntnn untuk membut sutu rnkin nlo yn mempunyi keceptn tini denn biy yn murh. Untuk mentsi hl tersebut slh stu pemechnny dlh denn opersionl mplifier MOS. Bentuk dri opersionl mplifier d du mcm yitu, opersionl mplifier unbuffered tu yn serin disebut denn OTA (Opertionl Trnsconductnce Amplifier) dn opersionl mplifier buffered. Sednkn perbedn ntr opersinl mplifier unbuffered dn buffered dlh mplifier denn output resistnsi tini (OTA) dn mplifier denn output resistnsi rendh (olte Opertionl Amplifier). Simulsi dn penukurn performsi dri opersionl mplifier snt diperlukn untuk memverifiksi desin dri opersionl mplifier. [3][4]. Bnyk pliksi yn menunkn opersionl mplifier MOS dintrny dlh komprtor, osiiltor, konverter rus ke tenn dri photodiod, smple nd hold, dn mplifier. Pd mklh ini kn dibhs tentn desin dn penujin opersionl mplifier unbuffered denn menunkn ORBT N2 teknoloi 2µ dn SPE [1][5].. Teori 2.1. Sistem Umpn Blik Netif Sinle Loop Sistem umpn blik netif sinle loop secr umum dpt diperlihtkn pd mbr 2-1 [1][2]. Gmbr 2-1. Sistem Umpn Blik Netif Sinle Loop A( penutn mplifier (secr norml pd mode penutn tenn) F( funsi trnsfer umpn blik ekternl dri output opersionl mplifier yn kembli ke input. Untuk penutn open loop dpt dituliskn denn persmn : L( A( F( (1) sednkn untuk penutn close loop ditulis denn persmn : ( OUT A( (2) ( 1+ A( F( in 57

2 Kusworo Adi Uji Desin Persyrtn yn hrus dipenuhi untuk kestbiln sistem umpn blik netif sinle loop dlh : A o ) F( o ) L( o ) 1 (3) ( < dimn ω o didefinisikn sebi : o [ A o ) F( o )] ArL [ ( o )] Ar (4) ( denn cr yn sm, mk dihsilkn persmn : o [ A ) F( )] ArL [ ( )] Ar (5) ( > db dimn ω didefinisikn sebi : A ) F( ) L( ) 1 (6) ( db Grfik stbilits dri opersionl mplifier denn menunkn dirm bode seperti terliht pd mbr 2-2 [1]. Gmbr 2-3. Model Sinyl Kecil Op Amp Du Tinkt Untuk mennlisis dri model sinyl kecil seperti pd mbr 2-3, mk diunkn persmn nodl seperti pd mbr 2-4. Gmbr 2-4. Rnkin Nodl Op Amp Berdsrkn mbr 2-4, mk : R r // r, m m1 m2 ds2 ds4, dn 1, R r // r, m m6 ds6 ds7 2 denn persmn nodl, mk : [ G + s + c ] [ s c ] out m in ) 1 2 ( dn L Gmbr 2-2. Grfik Stbilits Op Amp Dri rfik tersebut terliht bhw untuk menukur kestbiln sistem dlh denn memberikn fse dimn A ( ) F( ) 1. Fse ini serin disebut denn phse mrin denn persmn : M [ A ) F( )] Ar[ L( )] φ Ar ( (7) 2.2. Model Sinyl Kecil Respon Frekuensi Opersionl Amplifier Du Tinkt Denn memislkn beberp prmeter seperti tertulis pd persmn di bwh ini [1]: m3 >> + dn >> GB m3 ds3 ds1 M mk model sinyl kecil respon frekuensi opersionl mplifier 2 tinkt kn menjdi seperti pd mbr 2-3 di bwh ini [1][2]. 58 [ m s c ] + [ G + s + s c ] out 2 Denn metode rmer, mk kn didptkn : 1 p 1 R ( + ) + R ( + ) + m 1 R R c m ( R R ) c (8) [ R ( + ) + R ( + ) + mr R ] 2 R R ( + + ) (9) p m + + m dimn > >. Metode Penelitin Thpn yn dilkukn dlm desin dn simulsi opersionl mplifier unbuffered dlh sebi berikut : 3.1. Desin Pln Pd thp desin pln kn ditentukn spesifiksi dri opersionl mplifier denn perhitunn prmeter-prmeter yn diperlukn denn menunkn persmn yn telh ditentukn. Adpun spesifiksi dri desin pln seperti pd tbel 3-1 [1].

3 Berkl Fisik SSN : ol. 4, No. 3, Juli 21, hl DD M9 1 3 SS 1 Tbel 3-1. Tbel Desin Pln Spesifiksi Desin Pln DD 2,5 SS -2,5 L 1 pf PM > 6 Penutn (AOL) 7 db M8 L 5 µm Sednkn mbr rncnn rnkin dri opersionl mplifier unbuffered seperti mbr 3-1 di bwh ini. BAS M11 9 M1 N- 6 2 M3 8 1 DD 4 SS 3 7 M 4 N+ M7 M1 M M6 OUT L S S Gmbr 3-1. Rnkin Op Amp Unbuffered erifiksi denn SPE Setelh dikethui desin pln dn perhitunn prmeter-prmeter, mk lnkh selnjutny dlh erifiksi denn SPE. ontoh netlist dri prorm spice seperti terliht pd mbr di bwh ini [1][2]. *SUMBER TEGANGAN DD 1 D 2.5 SS 3 D -2.5 N+ 5 D A 1 N- 6 D A -1 *LOAD APASTOR L 11 1P *FREKUENS KOMPENSAS P *NODE RANGKAAN *MODEL TRANSSTOR *SMALL SGNAL.OP.TF (11) N+.A DE 1 1 1MEG.PROBE.END Gmbr 3-2. Netlis dri SPE Beberp uji yn dilkukn pd thpn verifiksi denn SPE dlh : Uji Gin Uji Phse Mrin/A Anlisis Uji MRR SWNG OUTPUT/D Anlisis Uji Slew Rte/Trnsien Anlisis 3.3. Lyout dn Simulsi Post Lyout Thpn selnjutny dlh melkukn lyout opersionl mplifier sesui denn spesifiksi yn telh ditentukn, lyout dilkukn denn menunkn ORBT N2 denn teknoloi 2µ. Setelh proses lyout selesi, mk lnkh selnjutny dlh Ekstrk hsil lyout denn menunkn Ledit dn hsil dri ekstrk tersebut disimulsikn denn menunkn SPE. Simulsi post lyout denn menunkn SPE kn diuji seperti pd proses verifiksi denn SPE [1][2].. Hsil dn Anlisis Setelh dilkukn beberp thpn untuk desi dn simulsi opersionl mplifier, mk didptkn hsil sebi berikut : 4.1. Perhitunn Prmeter Desin Untuk perhitunn prmeter desin didptkn hsil seperti pd tbel 4-1. Tbel 4-1. Hsil Perhitunn Prmeter Desin Prmeter Perhitunn L 1 pf 3 pf SR 2,5 /µs PD,6 mw PM > 6 UGB 2,3 MHz Penutn 73,29 db (AOL) [W/L]1,2 75/5 [W/L]3,4 1/1 [W/L]5 3/5 [W/L]6 85/5 [W/L]7 42/5 [W/L]8 25/5 59

Kusworo Adi Uji Desin [W/L]9 15/5 [W/L]1 1/1 [W/L]11 1/1 Dri hsil perhitunn prmeter desin memperlihtkn bhw prmeterprmeter tersebut sudh memenuhi spesifiksi yn dibutuhkn.

4 Kusworo Adi Uji Desin [W/L]9 15/5 [W/L]1 1/1 [W/L]11 1/1 Dri hsil perhitunn prmeter desin memperlihtkn bhw prmeterprmeter tersebut sudh memenuhi spesifiksi yn dibutuhkn. Hsil perhitunn prmeter desin msih terdpt beberp nili tidk sesui denn desi pln yn sudh ditentukn, tetpi msih dlm bts tolernsi yn telh ditentukn. Tolernsi untuk AOL yn diijinkn dlh ± ½ AOL desin pln (35 db) erifiksi denn SPE Thpn selnjutny dlh verifiksi denn SPE, prmeter-prmeter hsil perhitunn tersebut disimulsikn denn menunkn SPE, dpun hsil yn didptkn seperti pd tbel 4-2. Tbel 4-2. Hsil erifiksi SPE Prmeter erifiksi SPE DD 2,5 SS -2,5 L 1 pf 3 pf SR 2,53 /µs PD,75 mw PM 62,73 o UGB 1,95 MHz Penutn (AOL) 73,65 db MR -,1 /+,6 SWNG + 2,49 /-2,4 OUTPUT out/in+ 2,48E+3 nput Resistnce 1,E+2 Ω Output Resistnce 1,17E+5 Ω Hsil verifiksi denn menunkn SPE memberikn hsil yn berbed denn perhitunn prmeter dn desin pln, hl ini dikibtkn penruh dri hmbtn dn kpsitnsi prsitik yn dihsilkn oleh trnsitor (M1 M11). Hmbtn dn kpsintsi prsitik kn snt mempenruhi semu prmeter yn diperlukn untuk desin opersionl mplifier, tetpi denn menunkn verifiksi SPE dpt dikethui beberp prmeter lin yn tidk dpt dihitun pd thp sebelumny, seperti Resistnsi nput, Resistnsi Output dn out/in. Hl ini kn snt membntu sekli untuk thpn selnjutny Lyout dn Simulsi Post Lyout Pd thp ini dlkukn lyout denn menunkn ORBT N2 denn teknoloi 2µ, mk hsil lyout dri opersionl mplifier dpt diliht pd mbr di bwh ini : Gmbr 4-1. Hsil Lyout ORBT N2 Hsil ekstrk dri lyout kemudin disimulsikn denn menunkn SPE, dpun hsil simulsi post lyout denn menunkn SPE dlh sebi berikut : Uji Gin Denn melkukn uji in denn simulsi SPE didptkn in sebesr 71,14 db P e n u t n 1 Gin 71,14 db UGB1,93 MHz -1 1.Hz 1Hz 1KHz 1.MHz 1MHz DB((2)) Frequency Phse Mrin (PM) Denn melkukn uji Phse Mrin (PM) denn simulsi SPE didptkn Phse Mrin sebesr 18 o -199,42 6,58 o. 6

5 Berkl Fisik SSN : ol. 4, No. 3, Juli 21, hl P h s e d M -2d r i n PM6,58 o 119,42 o 18 o -4d 1.Hz 1Hz 1KHz 1.MHz 1MHz P((2)) Frequency O U T 4. Netive MR -,1 yn merupkn input positif dn netif. -2,39 2,49 O U T Slew Rte (SR) Denn melkukn uji Slew Rte (SR) denn simulsi SPE didptkn Slew Rte sebesr 2,73 /µs. O U T 4. t1,5 4,1-4. s 2us 4us 6us 8us 1us (2) (1) Time Slew Rte (SR) dihitun dri kemirinn ris yn merupkn rdien ris : Y 4,1 SR 2,73 X 1,5 µ s µ s Swin Output / (11) Denn melkukn simulsi SPE didptkn Output mx 2,49 dn Output Min -2,39 tu rt-rt output ± 2,4 olt D 3 2uA A nput MRR >> -2uA (2) 2 D(M3) N+ nput MRR nput MRR terdiri dri du bin yitu Positive MR,1 dn (2) N+ Dri hsil penujin sebelum lyout dn post lyout didpkn hsil yn k berbed, hl ini dipenruhi oleh beberp fktor yitu resistnsi dn kpsitnsi prsitik. Akn tetpi penruh tersebut tidk dpt dihilnkn, untuk dpt menurni penruh tersebut dlm proses desin pln hrus lebih teliti dn kurt. Kesetbiln dri sistem kn snt terpenruh oleh Phse Mrin. Pd desin pln syrt dri Phse Mrin dlh > 6 o, sednkn pd penujin denn SPE sebelum dn sesudh lyout dlh 62,73 o dn 6,58 o. Berdsrkn hsil tersebut mk syrt dri kesetbiln sistem sudh terpenuhi [1].. Kesimpuln Hsil desin dn penujin denn menunkn ORBT N2 dn SPE mk didptkn hsil sebi berikut : Simulsi denn SPE sebelum lyout : Penutn (AOL) 73,65 db dn Phse Mrin (PM) 62,73 o Penujin Post Lyout denn SPE : Penutn (AOL) 71,14 db dn Phse Mrin (PM)6,58 o Dri hsil tersebut terjdi perbedn sebelum lyout dn sesudh lyout, hl ini disebbkn penruh resistnsi dn kpsitnsi prsitik. 61

6 Kusworo Adi Uji Desin Dftr Pustk [1]. Allen, P.E., D.R. Holber, 1987,MOS Anlo ircuit Desin, Rinehrt nd Winston, New York. [2]. Bker, R.J., Hrry, W.L., nd Boyce, D.E., 1998, MOS, ircuit Desin, Lyout, And Simultion, EEE Press, New York. [3]. Muller, R.S. nd Kmins, T.., 1986, Device Electronics For nterted ircuits, John Wiley nd Soons, New York. [4]. Simth, R.J. nd Dorf, R.., 199, ircuits, Devices, nd Systems, John Wiley nd Soons, New York. [5]. Trpp, G.D., Blnchrd, R.A, Lopp, L.J., nd Kmins, T.., 1982, Semicoductor Technoloy Hndbook, Tecnoloy Assocites, Plo Alto. 62

dokumen-dokumen yang mirip

BAB III. PERANCANGAN ANTENA BRICK 2,4 GHz

BAB III. PERANCANGAN ANTENA BRICK 2,4 GHz BAB III PERANCANGAN ANTENA BRICK, GHZ BAB III PERANCANGAN ANTENA BRICK, GHz 3. Pernnn Anten Brik Bb ini menjelskn proses pernnn nten brik denn melkukn beberp perhitunn yn terdiri dri beberp prmeter yn