วงจรหาค่าเฉลี่ยกำลังสองของสัญญาณที่ซีมอสทำงานในโหมดกระแสกำลังต่ำA Low-Power CMOS Current-Mode True RMS-to-DC Converter

Abstract

บทความนี้นำเสนอ วงจรหาค่าเฉลี่ยกำลังสองของสัญญาณที่ซีมอสทำงานในโหมดกระแสกำลังต่ำ โดยอาศัยหลักการทรานส์ลิเนียร์ที่ซีมอสทำงานในสภาวะอิ่มตัว และใช้เทคนิคการออกแบบวงจรด้วยวิธีการคำนวณแบบอ้อม โครงสร้างวงจรที่นำเสนอประกอบด้วยวงจรหลัก คือ วงจรยกกำลังสองแบบ 2 จตุภาค และวงจรกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่าน ซึ่งสามารถรองรับการทำงานของสัญญาณอินพุตได้ทั้งสัญญาณด้านบวกและลบ ผลการจำลองการทำงานของวงจรทดสอบด้วยโปรแกรม HSPICE โดยใช้แบบจำลองพารามิเตอร์ของ BSIM3v3 ระดับ 49 เทคโนโลยีซีมอส TSMC 0.18 μm พบว่า คุณสมบัติของวงจรสามารถทำงานได้ดีที่ช่วงกระแสอินพุตกว้าง (500 nA–100 μA) แรงดันไฟเลี้ยงต่ำ (1.8 V) อัตราการบริโภคกำลังต่ำ (0.15 μW) มีค่าความกว้างแถบความถี่ใช้งานสูง (50 MHz) และความคลาดเคลื่อนในการแปลงสัญญาณต่ำกว่าร้อยละ 1 ซึ่งผลการจำลองการทำงานของวงจรที่ได้มีค่าสอดคล้องตามทฤษฎี

This paper presents a low-power CMOS current-mode true RMS-to-DC converter based on the translinear principle of CMOS operating in a saturation region. The technique used for the design of the realization scheme was the implicit computation method. Its main conversion circuit structure consisted of a two-quadrant squaring circuit and a low-pass filter circuit. The circuit can be used with both positive and negative input signals. Simulation results were examined using the HSPICE program with model 0.18 μm BSIM3V3 level 49 TSMC CMOS process parameters. It was found that the circuit features could operate well in a wide input range (500 nA–100 μA), with low supply voltage (1.8 V), low power dissipation (0.15 μW), and a high bandwidth (50 MHz); and the error of conversion accuracy was less than 1%, well in agreement with theory.