Diseño de amplificadores CMOS usando gm/ID y su uso como un sistema de primer orden

Abstract

This paper presents the analysis and design of CMOS differential amplifiers using the first-order approach and sizing the transistors with the gm/ID methodology. The design of four amplifiers using parameters of a 130nm CMOS technology is shown, and through spice simulation basic concepts of performance and compliance specifications are verified. The comparison of the performance of the designed amplifiers, in the synthesis of an active low-pass filter, is made to show that the fundamental performance parameters of each amplifier, affects the expected performance of the circuit under design, showing that the CMOS amplifier is not general purpose but that the application takes advantage of the characteristics of the amplifier or, alternatively, the amplifier is designed to meet the requirements of the application. Finally, while each architecture is sized using the same general performance specifications, it is also true that each has a specific and unique overall performance. These differences can be obtained and understood with spice simulation, since the resources of the simulation tool are used properly. All results obtained are at room temperature. En este trabajo se presenta el análisis y diseño de amplificadores diferenciales CMOS usando la aproximación de primer orden y dimensionando los transistores con la metodología gm/ID. Se muestra el diseño de cuatro amplificadores usando parámetros de una tecnología CMOS 130 nm, y mediante simulación spice se verifican conceptos básicos de desempeño y el cumplimiento de especificaciones. La comparación del desempeño de los amplificadores diseñados, en la síntesis de un filtro activo pasa-bajas, se hace para mostrar que los parámetros fundamentales de desempeño de cada amplificador, afecta el desempeño esperado del circuito bajo diseño, mostrando que el amplificador CMOS no es de propósito general sino que la aplicación aprovecha las características del amplificador o, alternativamente, el amplificador se diseña para satisfacer los requerimientos de la aplicación. Finalmente, si bien cada arquitectura se dimensiona usando las mismas especificaciones generales de desempeño, también es verdad que cada una presenta un desempeño global específico y único. Estas diferencias pueden obtenerse y entenderse con simulación spice, toda vez que se usan adecuadamente los recursos de la herramienta de simulación. Todos los resultados obtenidos son a temperatura ambiente.