Một bộ khuếch đại operational CMOS hai tầng siêu cao với độ lợi thấp dựa trên cấu trúc tự biến dạng tỷ lệ ngược

Analog Integrated Circuits and Signal Processing - Tập 81 - Trang 349-359 - 2014
Prateek Vajpayee1
1Government Women Polytechnic College, Bhopal, India

Tóm tắt

Một bộ khuếch đại operational CMOS hai tầng với độ lợi rất cao (137 dB) có cấu trúc đơn giản thuộc loại kiến trúc Widlar cổ điển đã được trình bày. Giai đoạn đầu vào vi sai của bộ khuếch đại operational đề xuất đã được cải tiến bằng cách tích hợp cấu trúc tự biến dạng tỷ lệ ngược với độ chệch bias hoạt động trong vùng ngưỡng dưới, nhằm giảm thiểu tụ bù cổ điển xuống còn 0.1 pF và mang lại tiết kiệm đáng kể về diện tích chip đã chiếm dụng. Các mô phỏng P-SPICE trong công nghệ CMOS 0.25 μm ở điện áp cung cấp ±1 V đã được thực hiện để so sánh hiệu suất của bộ khuếch đại operational đề xuất với các thiết kế đã được báo cáo trước đó. Bộ khuếch đại operational đề xuất cho thấy sản phẩm độ lợi - băng tần tốt hơn là 1.37 MHz, mức tiêu thụ năng lượng thấp là 21 μW và diện tích chip chiếm dụng nhỏ hơn 400 (μm)2.

Từ khóa

#CMOS #bộ khuếch đại operational #cấu trúc tự biến dạng #hiệu suất #tiết kiệm diện tích

Tài liệu tham khảo

Lee, T. H. (2002). “IC Op-Amps Through the Ages”, Stanford University: Handout # 18, EE214, Fall 2002. Sansen, W. (2006). Analog design essentials (Vol. 859)., The international series in engineering and computer science Dordrecht: Springer. Silveira, F., Flandre, D., & Jespers, P. (1996). A gm/ID based methodology for the design of CMOS analog circuits and its application to the synthesis of a silicon-on-insulator micropower OTA. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 31(9), 1314–1319. Binkley, D. M., Blalock, B. J., & Rochelle, J. M. (2006). Optimizing drain current, inversion level, and channel length in analog CMOS design. Analog Integrated Circuits and Signal Processing journal, 47, 137–163. Allen, P. E., & Holberg, D. R. (2002). CMOS analog circuit design (2nd ed.). New York: Oxford University Press. Lee, T. H. (2007). Tales of the continuum: A subsampled history of analog circuits. IEEE Solid-State Circuits Newsletter, 12(4), 38–51. Johns, D. A., & Martin, K. (1997). Analog integrated circuit design. New York: John Wiley & Sons. Solomon, J. (1974). The monolithic op amp: A tutorial study. IEEE Journal of Solid state circuits, SC–9(6), 314–332. Gray, P. R., Hurst, P., Lewis, S., & Meyer, R. (2009). Analysis and design of analog integrated circuits (5th ed.). New Jersey: John Wiley & Sons. Rajput, S., & Jamuar, S. (2002). Low voltage analog circuit design techniques. IEEE Circuits and Systems Magazine, 2(1), 24–42. Comer, D. J., Comer, D. T., & Petrie, C. S. (2004). The utility of the composite cascode in analog cmos design. International Journal of Electronics, 91(8), 491–502. Comer, D. T., Comer, D. J., & Li, L. (2010). A high-gain complementary metal-oxide semiconductor op amp using composite cascode stages. International Journal of Electronics, 97(6), 637–646. Comer, D., Comer, D., & Singh, R. (2010). “A high-gain, low-power CMOS op amp using composite cascode stages”. In 53rd IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), (pp. 600–603). IEEE. Comer, D. J., & Comer, D. T. (2004). Operation of analog MOS circuits in the weak or moderate inversion region. IEEE Transactions on Education, 47(4), 430–435. Fay, L., Misra, V., & Sarpeshkar, R. (2009). A micropower electrocardiogram amplifiers. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 3(5), 312–320. Hollis, T. M., Comer, D. J., & Comer, D. T. (2005). Optimization of MOS amplifier performance through channel length and inversion level selection. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, 52(9), 545–549. Comer, D. J., & Comer, D. T. (2004). Using the weak inversion region to optimize input stage design of CMOS op amps. IEEE Transactions on Circuits and Systems-II: Express briefs, 51(1), 8–14. Li, L. (2007). High gain low power operational amplifier design and compensation techniques (Ph.D., Brigham Young University, 2007). Widlar, R. J. (1967). Monolithic op amp with simplified frequency compensation. EEE, 15, 58–63. Sánchez-Rodríguez, T., Ramírez-Angulo, J., Carvajal, R. G., & López-Martín, A. (2009). “Challenges of Analog design in Deep Submicron CMOS Technologies and Techniques to overcome them”. In CMOS ET Workshop, Vancouver, BC, Canada. Mixed-Signal DAY 2, Session-5C. Yan, S., & Sanchez-Sinencio, E. (2000). Low voltage analog circuit design techniques: A tutorial. IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics Communications and Computer Sciences, 83(2), 179–196. Razavi, B. (2001). Design of analog CMOS integrated circuits, august (20th ed., Vol. 212). New Delhi: McGraw-Hill Singapore. Sanchez-Sinencio, E. (2009). “Low voltage circuit design techniques: Fundamentals & applications” (vol. ELEN 607 (ESS), pp. 1–38). AMSC, Texas A&M University, Retrieved from www.http://amesp02.tamu.edu/~sanchez/607-Lect5B%202009%20Low%20Voltage%20Tech%20.pdf. Bastos, J., Steyaert, M., Roovers, R., Kinget, P., Sansen, W. Graindourze, B. Pergoot, A. & Janssens, E. (1995). “Mismatch characterization of small size MOS transistors”. In ICMTS of Proceedings of the 1995 International Conference on Microelectronic Test Structures (pp. 271–276). IEEE. Sackinger, E., & Guggenbuhl, W. (1990). “A high-swing high-impedance MOS cascode circuit”. IEEE Journal of Solid State Circuits, 25(1), 289–298. He, F., Ribas, R., Lahuec, C., & Jézéquel, M. (2009). Discussion on the general oscillation startup condition and the Barkhausen criterion. Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 59(2), 215–221. Wangenheim, L. V. (2010). On the Barkhusen and Nyquist stability criteria. Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 66(1), 139–141. Sheu, B., Wan, C., Shih, C., Hsu, W., & Hsu, M. (1988). “Determination of process-dependent critical SPICE parameters for application-specific ICs”. In ICMTS Proceedings of the 1988 IEEE International Conference on Microelectronic Test Structures (pp. 73–78). IEEE. Baker, R. (2008). CMOS: Circuit design, layout, and simulation. New York: Wiley-IEEE Press.