Projeto e análise de amplificador operacional rail-to rail em tecnologia de 65 nm

Abstract

Este trabalho tem como objetivo a realização a nível de esquemático do projeto de um Amplificador Operacional Rail-to-Rail em tecnologia integrada CMOS de 65 nm voltado a aplicações em vídeo analógico. As simulações e circuito foram desenvolvidos no ambiente da Cadence, Virtuoso Analog Design Environment. É apresentada uma topologia inicial básica para o amplificador, a partir da qual são mostradas as evoluções que conduzem à topologia final utilizada, e a determinação dos parâmetros de projeto foi feita a partir de uma aplicação em vídeo analógico. Um consumo máximo de corrente ficou em torno de 1.9 mA, e a frequência de ganho unitário do amplificador, em malha aberta, é superior a 40 MHz, obedecendo dois parâmetros importantes do projeto. Além disso, a menor margem de fase obtida de aproximadamente 47◦ também atingiu às especificações, certificando a estabilidade do circuito em malha fechada. Outros parâmetros, como Slew-Rate, CMRR, PSRR, THD e ruído foram simulados a fim de se comparar os resultados obtidos com produtos comerciais. Ao final do documento, encontram-se todos os resultados obtidos, bem como uma discussão das falhas e possíveis melhorias do projeto.

The purpose of this work is to design on a schematic level a Rail-to-Rail Operational Amplifier in 65 nm CMOS technology for analog video applications. The simulations and the circuit were developed in the Virtuoso Analog Design Environment, provided by Cadence. An initial topology was presented, from which improvements are demonstrated in order to achieve the definitive one used in the final design. Project parameters were defined considering a video application. The maximum current consumption was measured at about 1.9 mA, and the unity gain frequency was superior to 40 MHz in an open-loop configuration, exceeding the design requisites. The lowest phase margin was at about 47◦ , which is enough to guarantee negative feedback stability. Other important parameters such as CMRR, PSRR, THD and noise were also simulated in order to compare them to commercial operational amplifiers with similar applications. All the measurements obtained can be found at the end of the document, alongside with a discussion of the flaws and possible improvements upon this work.