diseño de ultra bajo consumo ii. metodología de diseño de...
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F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay EAMTA 2012, Córdoba, Argentina 1
Fernando Silveira
Universidad de la República
Uruguay
Diseño de Ultra Bajo Consumo
II. Metodología de diseño de circuitos integrados
analógicos MOS y operación bloques básicos.
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay EAMTA 2012, Córdoba, Argentina 2
Organización de las Presentaciones
� I. Modelado del transistor MOS para diseño de bajo
consumo.
� II. Metodología de diseño de circuitos integrados
analógicos MOS y operación bloques básicos.
� III. Límites teóricos y nivel sistema
� IV. Laboratorio
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Agenda
� I. Metodología de diseño gm/ID
� II. Bloques básicos
– Apareo (Matching)
– Espejo de Corriente
– Par Diferencial
– Etapa Gate Común / Etapa Cascode
– Seguidor de Fuente
– Llave Analógica
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I. Amplificador MOS intrínseco
A0=gm/gdA (dB)
f(Hz)
fT=gm/(2.π.CL)
V
vi
vo
CL
ID
DDV
vi
vo
CL
ID
DD
vi
vo
CL
ID
DD
A
D
m
d
mom0 V.
I
g
g
gr.gA ===
T
0
0
L
mT
f2
s.A1
AA ,
C2
gf
π+
=π
=
� Consumo: ID� Compromiso velocidad consumo: gm/ID
� Resultados similares en amplificadores más complejos
OTA: Operational Transconductance
Amplifier
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I. Metodología de diseño:
gm/ID variable clave [Silveira, Flandre, Jespers, IEEE JSSC 1996]
gm.vi gdVi
VO
CL
ID
VDD
CL
Vi VO
Ag
IV
g
C C
g
IIm
D
A
m
L L
m
D
D0
1
2
1
2= = = fT π π
0
10
20
30
40
1.E-12 1.E-10 1.E-08 1.E-06 1.E-04
ID(A)
gm/ID (1/V)
10-12
10-10
10-8
10-6
weak inv.
mod. inv.
strong inv.
1/nUT 2/GVO
Desempeño de los circ.Modo de operación del trans.
Dimensionado del transistor
gm / ID
ID=µCox(W/L).f(VG, VS, VD)
( )g
If I
I
W L
II
C W L
m
Dnorm norm
D
normD
ox
= =
=
I
( / )
( / )µ
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I. Metodología gm/ID:
Herramienta gm/ID vs. Inorm (ID/(W/L), ID/β o if )
� Curva válida para todos los transistores de una misma tecnología
� Obtenible de medidas o de un modelo.
ID / (W/L) (A)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1e-111e-101e-091e-081e-071e-061e-051e-04
gm/ID (1/V)
Weak Inversion
StrongInversion
Moderate Inversion
1/n.UTSOI
Bulk
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I. Metodología gm/ID:
Implementación básica
(A0) gm/ID
gm/IDInorm
fT, CL gm ID
(W/L)=ID/Inorm
�gm/ID y L elegidos en función del rango de frecuencia y
ganancia A0 deseada.
�Se puede implementar en programas como Matlab,
realizando fácilmente una exploración del espacio de
diseño.
�Las capacidades parásitas dependen de W, L, por lo que se
puede iterar para tenerlas en cuenta.
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Problema 1
Se desea tener en un amplificador intrínseco un fT de 1MHz
con una capacidad de carga de 4pF. La corriente
necesaria es al menos del orden de:
1. 10 µA (Señalar Izquierda)
2. 1 µA (Señalar Derecha)
3. 100 nA (Señalar Arriba)
4. Tan baja como se desee dada el tamaño suficiente del transistor (Señalar Adelante)
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Problema 2
Se desea tener implementar con un amplificador intrínseco
una etapa de ganancia de loop cerrado 10 que cuando
está realimentada tiene un ancho de banda de 1MHz con
una capacidad de carga de 4pF. La corriente necesaria es
al menos del orden de:
1. 100 µA (Señalar Adelante)
2. 10 µA (Señalar Izquierda)
3. 1 µA (Señalar Derecha)
4. 100 nA (Señalar Arriba)
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Problema 3
Se tiene un diseño realizado muy en inversión fuerte y se
desea intentar reducir el consumo de corriente a la mitad
(se pasa ID a ID / 2). El (W/L) del transistor se debe
multiplicar por un factor k que cumple:
1. k << 2 (Señalar Izquierda)
2. k = 2 (Señalar Derecha)
3. k >> 2 (Señalar Arriba)
4. k = 1 (Señalar Adelante)
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I. Metodología gm/ID:
Ejemplo básico (1)
�Requerimientos: fT = 10MHz, CL = 3pF, Tecnología: 0.8µm
� (1) => gm = 2.π.fT.CL=0.19mS
� (2) Elijo L = 2µm, gm/ID= 15 => A0 = VA(L). gm/ID= 51.5dB.
� (3) De gm y gm/ID => ID= gm / (gm/ID) = 12.6 µA
11
21
++=
fTD
m
inUI
g
W
X
� (4) De o curvas => if = 4.3
� (5) De if e ID => (W/L) = ID/(if / ((1/2).n.µ.Cox.(UT)2)) = 55.4
� (6) L = 2µm => W = 111µm
=>Cjd = Cj.(W*X)+Cjsw*(W+2.X) = 0.13pF
=> CL = 3pF+0.13pF => Iterar desde punto (1).
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I. Metodología gm/ID:
Ejemplo básico (2)
�CASO 1: Con L = 2µm, gm/ID= 15 => A0 = 51.5 dB, ID = 12.6µA,
W = 111µm, Cjd = 0.13 pF
�CASO 2: Si elegimos L = 2µm, gm/ID= 24 => A0 = 55.6dB.
�pero luego de iterar:
ID = 30.4 µA, W/L = 3715, W= 7430 µm, Cjd = 8.62 pF, Cltot =11.62 pF => ID aumentó en lugar de disminuir pues W/L y entonces
Cjd aumentaron mucho.
�CASO 3: Si elegimos L = 2µm, gm/ID= 21 => A0 = 54.4dB.
� luego de iterar:
ID = 10.6 µA, W/L = 230, W= 460 µm, Cjd = 0.54 pF, Cltot = 3.54pF
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I. Metodología gm/ID:
Optimo de Consumo
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
0
5
10
15
20
25
30
gm
/ID
(1/V
)
ID/(W/L) (A)
Weak inversion: ID∝eVG/(n.UT)
Moderate
inversion
Strong inversion (ID∝(VG-VT)2)
gm/ID ID
Existe un óptimo,
usualmente en inversión
moderada
• Trabajando
hacia WI
W/L C gm
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I. Metodología gm/ID:
Exploración del Espacio de Diseño (1)
0 5 10 15 20 2510
-5
10-4
gm/ID (1/V)
ID (
A)
0 5 10 15 20 2510
0
101
102
103
104
gm/ID (1/V)
W1 (
um
)
0 5 10 15 20 252
4
6
8
10
12
gm/ID (1/V)
CLto
t (p
F)
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I. Metodología gm/ID:
Exploración del Espacio de Diseño (2)
1.00E-08
1.00E-07
1.00E-06
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02
1.00E-01
1.00E+00
0 5 10 15 20 25 30
gm/ID(1/V)
ID(A
)
100kHz
1MHz
10MHz
100MHz
1GHz
M.I.
optimum
W.I.
optimum
S.I.
optimum
Amplificador Intrinseco 0.8um, CL 3pF, L = 1um
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I. Metodología gm/ID:
Exploración del Espacio de Diseño (3)
1
10
100
1000
10000
100000
0 5 10 15 20 25 30
gm/ID(1/V)
W(u
m)
100kHz
1MHz
10MHz
100MHz
1GHz
Amplificador Intrinseco 0.8um, CL 3pF, L = 1um
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I. Metodología gm/ID:
Exploración del Espacio de Diseño: otras tecnos
1.00E-08
1.00E-07
1.00E-06
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02
1.00E-01
1.00E+00
0 5 10 15 20 25 30
gm/ID(1/V)
ID(A
)
100kHz
1MHz
10MHz
100MHz
1GHz
0.8um,
CL=3pF
0.35um,
CL=1pF
65nm,
CL=0.5pF
fT=13.5GHz
ID=3.7mA
[V. Capaldi]
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I. Metodología gm/ID:
Comentarios
�Hasta ahora:
�Amplificador intrínseco
con fuente de corriente ideal
�fT y A0 únicos aspectos considerados.
�En general:
�Otros aspectos a considerar: Excursión, ruido, slew rate, ....
�Fuente de corriente real => Capacidad en nodo de salida por
transistor de la fuente de corriente.
�Amplificadores operacionales completos (=> otros aspectos
a incluir: offset, CMRR, PSRR, ICMR, ....)
V
vi
vo
CL
ID
DDV
vi
vo
CL
ID
DD
vi
vo
CL
ID
DD
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I. Metodología gm/ID:
Amplificador rail-to-rail con salida clase AB
Aguirre, Silveira,
SBCCI2003
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I. Amplificador Miller
Optimización basada en Geometric Programming
fT,CL, IDD
Techno 0.35µm
Input diff. pair
bias Aguirre, Silveira,
SBCCI2008
Girardi, Bampi SBCCI2006, ISCAS 2006: Usando Simulated Annealing
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I. Metodología gm/ID:
Metodología General
Specifications. OTA Symbolic
Analysisgm/ID Inorm
Degrees of
freedomTechnological
data
ID, W/L, gm, gd, VG ,
VDSAT
OTA Performances (gain, bandwidth, noise,
input/output range, slew rate, ...).
design
equations
“symbolic” or
SPICE simulation
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I. gm/ID en la era nanométrica
Curva gm/ID dependiente de L, VDS debido a efectos de canal
corto
⇒Es el método aún usable ??
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10-11
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
0
5
10
15
20
25
30
35
ID/(W/L) (A)
gm/ID (1/V)
L
=
0.10,
0.11,
0.12,
0.13,
0.14
L=0.5L=1.0
L=4.0
W=10um,
L(um)
VDS=0.6V
Derived based on data from P. Jespers, The
gm/ID Methodology a sizing tool for low-
voltage analog CMOS circuits, Springer,
2010, extras.springer.com
I. gm/ID vs. ID/(W/L) vs. L,
proceso 90nm
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0 0.5 1 1.50
5
10
15
20
25
30
VGS(V)
gm/ID(1/V)
VDS=0.6V
VDS=0.8V
VDS=1.0V
VDS=1.2VW=100um
L=100nm
I. gm/ID vs. VDS, proceso 90nm
10-10
10-8
10-6
10-4
0
5
10
15
20
25
30
ID/(W/L) (A)
gm/ID (1/V)
W=100um
L=100nm
VDS=0.6V,
0.8V,
1.0V,
1.2V
Derived based on data from P. Jespers, The
gm/ID Methodology a sizing tool for low-
voltage analog CMOS circuits, Springer,
2010, extras.springer.com
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SIAún más para manejar la complejidad de modelado
en CMOS nanométrico
I. gm/ID en la era nanométrica
Curva gm/ID dependiente de L, VDS debido a efectos de canal
corto
⇒Es el método aún usable ??
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I. gm/ID en la era nanométrica
Extraer de Simulación, Medida o Modelo Analítico:
• 1) Curva gm/ID vs. ID/(W/L) de (ID vs. VG),
considerando unos pocos rangos de L y W.
• 2) Curva gd/ID vs. gm/ID de (ID vs. VD),
considerando unos pocos rangos de L y W.
• 3) Capacidades intrinsecas (Cxx/(W*L)) vs. gm/ID,
considerando unos pocos rangos de L y W.
• 4) Dependiendo de la tecnología y el circuito puede ser
necesario considerar la dependencia con el punto de
polarización de VD en 1) y 3).
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I. Metodología gm/ID:
Ventajas
� Top-down: De specs y ecuaciones de diseño a las verdaderas
incógnitas.
� Global y Rápida: El espacio de diseño completo y desempeño
rápidamente explorados.
� Sistemática: se puede extender a cualquier OTA.
� Pocos parámetros tecnológicos : n, µ, Cox, Cj, VA,VT, Kf o a partir
de datos experimentales o de simulación:
» Fácil comparación de tecnologías y análisis de sensibilidad a
parámetros.
� Pocas ecuaciones del modelo MOS o tablas experimentales.
� Eficiente: Genera diseños optimizados y válidos “de entrada”.
Adecuada para automatización de diseño
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Agenda
� I. Metodología de diseño gm/ID
� II. Bloques básicos
– Apareo (Matching)
– Espejo de Corriente
– Par Diferencial
– Etapa Gate Común / Etapa Cascode
– Seguidor de Fuente
– Llave Analógica
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II. Apareo (Matching) (1)
El desapareo de transistores teóricamente iguales T1, T2 está caracterizado por:
δVT = VT01 - VT02 con σT = σ(δVT ) = 1 .. 20 mV
δβ/β = (β1−β2)/β con σβ = σ(δβ/β) = 0.2 to 20 %
σT y σβ dependen de: � proceso
� layout
� dimensiones del gate(σT y σβ disminuyen al aumentar el área de
gate (W*L))
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II. Apareo (Matching) (2)
σT y σβ disminuyen al aumentar el área de gate (W*L)
Transistores más grandes se aparean mejor.
Modelo de Pelgrom
De curso Prof. Eric Vittoz, EPFL, Laussane
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En principio mejor en inversión fuerte (SI) (gm/ID mínimo), pero
en SI el área de gate disminuye (para una corriente constante) =>
σβ y σT aumentan => el óptimo está en inversión moderada
(dependiendo del proceso).
� Ro = 1/gd2= VA2/ID2 (medio)
� Ri= 1/gm1
II. Espejo de Corriente (1)
� io/ii= (W/L)2/(W/L)1
apareo
22
+=
⇒−=
TD
m
D
D
VI
g
I
I
I
g
I
I
TD
m
D
D
σσδ
σ β
δβ
δβδ (σβ y σT no correlacionados)
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II. Espejo de corriente (2)
� Minimo voltaje de salida:
VDSSAT = 4UT en W.I. (0.1V)
4 .. 6 UT en M.I. (0.1V .. 0.15V)
(VG-VT0)/n en S.I. (typ. 0.25V - 0.35V)
1 0- 2 0
1 0- 1 5
1 0- 1 0
1 0- 5
1 00
0
0 . 1
0 . 2
0 . 3
0 . 4
0 . 5
0 . 6
0 . 7
0 . 8
0 . 9
ID (A )
VDSSAT(V)
I n v e r s ió n d é b il
I n v e rs ió nfu e r t e
Inve rs ió nm o d e ra d a
Inversión Fuerte
(S.I.)
VDSSAT∝(VG-VT) ∝raíz(ID)
Inversión Débil
(W.I.)
VDSSAT≅ 4.UT
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II. Espejo de corriente (3):
Respuesta en frecuencia
( )( )
444 3444 2144 344 21
dbC
LCXLC
gC
Lifb
I
LI
gbf
C
gw
jwjf
LW
DI
g
D
m
p
mpole
D
m
.2...)()1(
.
technology,,,
2 +++=
=
≅=
f(gm/ID) = f(inv. level)
f(process) (L=Lmin for maximum frequency)
( )( )
444 3444 2144 344 21
dbC
LCXLC
gC
Lifb
I
LI
gbf
C
gw
jwjf
LW
DI
g
D
m
p
mpole
D
m
.2...)()1(
.
technology,,,
2 +++=
=
≅=
f(gm/ID) = f(inv. level)
f(process) (L=Lmin for maximum frequency)
T1 T2
ii io
Cp=Cg+Cdb
1 b
� No considera otras Cs parásitas en nodo de entrada
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II. Espejo de corriente (4)
Respuesta en Frecuencia
CMOS 0.8µm, modelo ACM para capacidades y gm
Mejor caso: no considera saturación de velocidad y elementos parásitos
adicionales de otros circuitos que están conectados a la entrada.
10-2
10-1
100
101
102
105
1010
if
fpole current mirror (Hz)
0 5 10 15 20 2510
5
1010
gm/ID(1/V)fpole current mirror (Hz)
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II. Amplificador Diferencial: Pequeña Señal (1)
f(L2, L4)
Roeq= ro2 // ro4
gmeq= gm1,2 = gm
Ad0= gmeq.Roeq = 42
42
2,1
.
EE
EE
D
m
VV
VV
I
g
+
f(inversion
level)
Input Common Mode Range:
VDSAT Isource +VGS1,2 < Vicm< VDD-(VGS3-VGS1,2)-VDSAT1,2
Ex: 1.2V < Vicm < VDD - 0.3V
Output Swing:
Vicm- VGS1,2 + VDSAT1,2 < Vo < VDD - VDSAT4
f(modo común del voltaje de la señal de entrada) !!
CL
IB
+ -
vid
gm.vid/2
gm.vid/2
-gm.vid/2
gm.vid
VDD
vo
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II. Amplificador Diferencial: Pequeña Señal (2)
Respuesta en frecuencia: f-3dB= 1/2.π.Roeq.CL, fT=gm/ 2.π.CL
Efecto de la respuesta del espejo de corriente: “doublet” polo - cero
IB
+ -
vid
gm.vid/2
gm.vid/2
-gm.vid/2
VDD
vocp
at high freq.
CLT3
A0
A0/2
p
m
c
g
π2
3
p
m
c
g
π23.2
f
f
without CL
fT
A0
with CL
id
o
v
v
“pequeño” cambio en la respuesta en frecuencia, pero en el dominio del tiempo ...
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II. Amplificador Diferencial: Pequeña Señal (3)
Vstep
Vstep
Vo
t
Tf
fT πτ
2
1=
pzpz
fπτ
2
1=
∆
+−=
−−
pzTf
t
T
pz
t
stepo ef
feVV
ττ1
Ref: Kamath, Meyer, Gray, 1974
“pequeño” cambio en la respuesta en frecuencia, pero en el dominio del tiempo ...
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II. Amplificador Diferencial: Offset
( )2
2
+=
⇒−=
β
β
δβδδ
σσδσm
DTG
g
IVV
g
IV
m
DTG (σβ y σT no correlacionados )
Mejor en inversión débil
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-2 0 2
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.010% error
slope gm
0.83
(i1-i
2) / I
B
x = Vi / (VGS - VT0)
II. Par Diferencial: Gran Señal:
(Función de Transferencia)
41.
2xx −
-4 -2 0 2 4
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
tanh(x/2)10% error
slope gm
1.11
(i1-i
2) / I
B
x = Vi / n.UT
Weak inv.
Strong inv.
Vi
i1 i2
IB
+ -
F. Silveira Univ. de la República, Montevideo, Uruguay EAMTA 2012, Córdoba, Argentina 40
II. Par Diferencial: Gran Señal
(Slew Rate)
CL
IB
imax=IB
VDD
voslope: IB/CL
Vstep
Vo
t"slewing" part = f(SR)
linear settling= f(fT, PM)
Vstep
Lmax
o
C
I
dt
dVSR B== :rate Slew
�Max. voltaje sinusoidal de salida sin
distorsión debido al SR= SR/(2πf)
� SR y fT están ligados en un par diferencial:
121
1
L
B1
2
2
C
ISR ,2
=
⇒===
D
mT
L
D
L
mT
I
g
SR
f
C
I
C
gf
π
π
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II. Algunas características vs.
gm/ID y el Nivel del InversiónWeak Inv. Moderate Inv. Strong Inv.
gm//ID 1/(n.UT)
( typ 25)
…. 2/(VG-VT0)
((8)..6…2)
Inversion coef. (if) < 0.1 ≈1 > 10
Power efficiency (BW / ID ) Best Worst
Gain Best Worst
Bandwidth Worst Best
Area (W/L for given ID) Worst Best
(VG – VT0), (VGS – VT) < 0 (≈ ≤ -0.1V) ≈ 0 ≈ > 0.2V
VDSSAT ≈ 3...4.UT(0.75 ..0.1V)
4..6 UT
(0.1 .. 0.15V)
(VG-VT0)/n
(0.25 .. 0.35V)
Diff. Pair Matching Best Worst
Mirror Matching (ID given) Best
Mirror Matching (W/L given) ≈ Worst ≈ Best
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II. Gate Común
VDD
ZL
vi
vo
Vbias
Zi
Forward Input Impedance
Zi≅(1/gd+ZL)/AG
Forward Gain
AV= ZL/Zi
ZL < 1/gd Zi≅ 1/gms AV≅gms.ZL
ZL >1/gd Zi≅ ZL/AG AV≅AG
AG=gms/gd
vi
vo
Vbias
Zo
Zs
Reverse Output Impedance
Zo≅(1/gms+Zs)/AG
Reverse Gain
AV= Zs/Zo
ZL < 1/gms Zo≅ 1/gd AV≅gd.Zs
ZL >1/gms Zo≅ Zs.AG AV≅1/AG
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II. Etapa Cascode (1)
Cascode: common source + common gate
Equivalente Norton
Vbias
T1T2
T3
3
3
2
1
d
ms
do
g
g
gZ =
22
1
do
gZ =
ii
io
cp
p
ms
cg
io s
ii
+
=
13
3
2
1
d
ms
do
g
g
gZ =
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II. Etapa Cascode (2)
∞=oZ
0 ≠ovfor
0≈sv
0≈oi
Ag
g
gZ
d
ms
do .
1
2
2
1
=
-+
Vbias
A
T1
T2
T1
T2
Regulated cascode (Hosticka 79), gain-boosting technique (Bult, Geelen 90)
Adecuado para alta frecuencia y alta ganancia
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� Pero si tenemos el nodo del sustrato
conectado a GND (o VDD para pMOS)
=> (debido al efecto “body”)
�.
II. Seguidor de Fuente
�
� Rout=1/gms => low.
� También usado como traslador de nivel (“level shifter”)
VDD
vi
vo
ID
VDD
vi
vo
ID)8.0..7.0(
1≅==
ng
g
v
v
ms
m
i
o
11
≅+
=
d
m
d
m
gg
gg
i
o
v
v
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II. Llave analógica: Resistencia On (1)
� Aplicaciones: Sistemas con Datos muestreados (sample and hold,
capacitores conmutados, corrientes conmutadas), MUX Analógico
CL
VoVi
Vcont� Vcont alto (Vcont= VDD) => llave on =>
)..( 0
0
1iTDD
VDS
DSRon VnVV
V
Ig
DS
on
−−=∂
∂==
≅
β
Inversión Fuerte, zona lineal
Vi < (VDD-VT0)/n
Vi ≥ (VDD-VT0)/n => inversión moderada y débil => gon Ron
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0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Switch Conductance (mS)
n=1.5, VTon = VTop = 0.7V
gn gp
gap
VDD=5V
VDD=1.5V
Vi / VDD
VDDVi Vo
Vcont: VDD=on, = off
{n
V
nnnn
VnVnVV T
TTforpnpn
nTppTnDDminDD
pn−
≅−+
+=<⇔∃
≅ 2
.2
.
.. gap 0
00
Alternativas: � evitar el gap
� multiplicador de tensión para aumentar Vgate
� Switched OTA (Crols, Steyaert 94)
II. Llave analógica: Resistencia On (2)
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II. Llave Analógica: inyección de carga (I)
Qch=-Cox.W.L.(VDD-VT0-n.Vi), ∆ Qgd,ov=-Cgd,ov.VDD
Qinj=a.Qch+ ∆Qgd,ov
Ex.: W=L=3µm, ∆Lov=0.3µm, tox=30nm=> Cox=1.15fF/µm2, VDD=5V,
(VDD-VT0-n.Vi)=2V, a=0.5 => Qinj=13fC=> ∆Vo=13mV.
CL
Vo=ViVi
ON
Vcont
Qch
Cgs,ov Cgd,ov
CL
Vo=Vi+Qinj/CLVi
OFF
Vcont
a.Qch
Cgs,ovCgd,ov
(1-a).Qch
VcontVDD
0delta(Qgd,ov)
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II. Llave analógica: Inyección de carga (2)
� ∆Vo es dependiente de la señal (=f(Vi))
� La repartición de carga (factor a) depende del tiempo de caída de Vcont, tiende a 0.5 cuando el tiempo de caída de Vcont tiende a 0 (Wegman, Vittoz, Rahali 87),
� Varias alternativas para reducción de la inyección de carga:
– Dummy switch
– Complementary switches (nMOS // pMOS)
parte dependiente de la señal cancelada
parte independiente de la señal aumentada
– Estructura totalmente diferencialparte dependiente de la señal aumentada
parte independiente de la señal cancelada
CL
Vg1 Vg2
M1M2=1/2 M1
Vg2
Vg1
t
CL
CL
Vo
Vg
Vg
+
-
Vi
+
-
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0 0.5 1 1.5 2
II. Llaves analógicas: compromiso velocidad-
precisión
Ancho de banda en modo sample:
µτ
µµ
τ
2.
).2.(.
.
.11
2
22
LV
VLCL
Q
CRL
ch
Lon
=∆⇒
∆≈==
τ∆V
Channel Length (µm)
8.5(mV)(ns)
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A modo de conclusión...
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Conclusiones (1)
�En diseño analógico el consumo interactúa con múltiples
aspectos como:
– ganancia / precisión,
– velocidad,
– offset,
– slew rate,
– rango lineal,
– ruido (ver próxima presentación),
– rango de modo común de entrada,
– rango de salida.
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El Diseño Analógico es como el Diseño
de Violines ...
lo que absolutamente requiere es atención meticulosa a
los detalles.
(Milton Wilcox in “Analog Circuit Design, Art, Science and
Personalities”, Ed. by Jim Williams, BH Newnes, 1991).
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Synthesis of a Silicon-on-Insulator Micropower OTA", IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 31, No. 9, Sept. 1996, pp. 1314 - 1319.
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P. Aguirre, F. Silveira, “CMOS op-amp power optimization in all regions of inversion using geometric programming” Proceedings of the
21st annual symposium on Integrated circuits and system design, Gramado, Brasil, 2008, pp. 152-157, ACM Press.
Girardi, A. and Cortes, F.P. and Bampi, S., “A tool for automatic design of analog circuits based on gm/ID methodology”, ISCAS 2006.
P. Aguirre, F. Silveira, "Design of a Reusable Rail-to-Rail Operational Amplfier", Proceedings XVI Symposium on Integrated Circuits
and Systems Design, São Pablo, Brazil, September 2003. IEEE Computer Press.
Pelgrom, M.J.M. and Duinmaijer, A.C.J. and Welbers, A.P.G., “Matching properties of MOS transistors”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Nro 5, 1989, pp. 1433-1439
B. Kamath, R. Meyer, P. Gray, "Relationship between frequency response and settling time of operational amplifiers", IEEE JSSC, vol. 9,
no. 6, pp. 332-340.
B. Hosticka, "Improvement of the gain of MOS amplifiers", IEEE JSSC, vol 14, no. 6, Dec. 79, pp. 1111-1114.
K. Bult, G. Geelen, "A Fast-Settling CMOS Opamp for SC Circuits with 90-dB DC gain", IEEE JSSC, vol. 25, no. 6, Dec. 90, pp. 1379-
1384.
J. Crols, M. Steyaert, “Switched-Opamp: An Approach to Realize Full CMOS Switched-Capacitor Circuits at Very Low Power Supply
Voltages”, IEEE JSSC, vol. 29, No. 8, Aug. 94, pp.936..942.
G. Wegman, E. Vittoz, F. Rahali, “Charge injection in Analog MOS Switches”, IEEE JSSC, vol 22, No. 6, Dec. 87, pp. 1091..1097.