tarea 2 caracterización del ota

ITESO

Diseo y Caracterizacin

de un OTA simple Diseo Avanzado de Circuitos Integrados

Analgicos Avanzados

Fernando Snchez Hernndez MD685074

Julio Gonzlez Arenas MD684280

15/04/2012

Diseo y Caracterizacin de un OTA simple

Diseo Avanzado de Circuitos Integrados Analgicos Avanzados Fernando Snchez Hernndez MD685074


Caracterizacin del OTA

Para la caracterizacin del OTA debemos establecer los valores que necesitamos para dimensionar los transistores.

Recordando lo siguiente:

GBW = gmC 2 Despejando la ecuacin para gm:

gm = 2 GBW C Resolviendo:

gm = 21 10F20 10Hz

gm = 125.6637061 10S Este es el valor de gm que necesitamos, es por esa razn que los transistores del par-diferencial que necesitamos es de al menos de 400S.

Si por que al momento que nosotros linealicemos el OTA, este proceso tumba el valor por debajo de la mitad del valor pico. As que si esperamos tener un rango lineal de 125.67S, es necesario que la gm mxima que logremos obtener del par-diferencial es de 400S eso estimamos.

Dado a que necesitamos un GBW algo grande de al menos 20MHz, optamos por la configuracin simple, la cual se muestra en la figura 1.




Figura 1 Esquemtico del OTA simple

Figura 2 Circuitos linealizados




Contamos con las siguientes ecuaciones:

gm = #C$% &WL ( V*+ V-

gm = .2#C/0 &WL ( I2

gm = 2I2V*+ V- No existe restriccin para el consumo de potencia, pero si es recomendable que la aplicacin sea realizada para trabajar a bajo voltaje es decir que el voltaje de riel a riel no supere a los 3v. Tampoco existe restriccin en la ganancia de lazo abierto que el dispositivo debe tener es por eso que establecemos los siguientes parmetros:

IB = 200A

gm = 125.67S

AV 25dB

Vdd = 1.5v

Vss = -1.5v

Con esto podemos obtener los parmetros de nuestro OTA:

1.- La gm que necesitamos alcanzar.

Este punto ya se resolvi y se estableci que la gm lineal que se necesita es:

gmlineal = 125.67S

Y una gm mxima para obtener la gmlineal de:

gmPico-Maxima 400S

2.- Calcular la Rout




A4dB = 25dB A4 = 107892: A4 = 10;92: = 17.7827941 A4 = R$@A gm R$@A = A4gm

R$@A = 17.7827941125.67 10S = 141.5038919 10B Del anlisis de pequea seal se obtiene que la resistencia de salida del OTA es:

R$@A = r$E||r$G = 1gsdE + gdsG

3.- Calculamos las dimensiones de los transistores.

Para el par-diferencial lo podemos hacer de la siguiente ecuacin:

gm = .2#C/0 &WL ( IJ Despejamos para la razn W/L

WL = gm

2KEIJ WL = 400 10

S2 L90 10 AVM 100 10A

= 809 = 8.88888889

Si establecemos inicialmente que L = 2Lmin, podemos encontrar W:

W = LN:O M 1.2m = 10.666667m




Para los espejos de corriente P, trabajamos de la siguiente manera:

gm = .2GC/0 &WL ( IJ Despejamos de ah la razn W/L

WL = gm

2KGIJ WL = 400 10

S2 L38 10 AVM 100 10A

= 40019 = 21.05263158 Si establecemos inicialmente que L = 2Lmin, podemos encontrar W:

W = LP::O M 1.2m = 25.26315789 Con esto podemos proceder a capturar el circuito en el simulador, esto son los resultados:

Figura 3 Esquemtico del OTA simple capturado en el simulador




Figura 4 Banco de Pruebas del OTA

Figura 5 Respuesta en frecuencia del OTA simple




Figura 6 GBW del OTA Simple

Figura 7 gm del OTA simple

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Figura 8 gm del OTA simple

Figura 9 Rout del OTA simple




Figura 10 Parmetros de los transistores

El OTA obtuvo los parmetros esperados, los cuales son:

Av = 29dB

GBW = 63.542MHz

gmMAX = 437.0173S

Rout = 65.44k

En la figura 33 se muestran los resultados que obtienen con un herramienta que el Dr. Ivn Padilla, la cual nos indica el rea en la cual los transistores estn operando y los puntos de operacin. Se verifica que todos los transistores estn operando en la regin de saturacin.

Ahora el siguiente paso es linealizar la gm del OTA y eso se hace realizando el circuito que se muestran en la figura 2.

El primer circuito con el que se trabajo es con el de resistencia, tambin se tuvieron que ajustar las dimensiones de los transistores tanto del par-diferencial y del espejo de corriente. Al final de varios ajustes las dimensiones, estos son los resultados:




Figura 11 OTA Simple Linealizado con un resistencia

Se realizo un barrido de la resistencia, de 1k hasta 15k, para poder obtener un valor de gm muy constante.

Figura 12 Barrido de r para obtener un gm ms lineal




Figura 13 Resultados de gm

La linealizacin del gm tambin afecta el GBW.

Figura 14 Respuesta de GBW a la linealizacin de gm




Figura 15 Respuesta de la GBW a la linealizacin de gm

Los parmetros que se van a utilizar, con los cuales obtuvimos los mejores resultados son los siguientes:

Dimensiones de los Transistores:

P1: W = 3.75m, L = 1.2m

P0: W = 3.75m, L = 1.2m

N1: W = 6.6m, L = 900nm

N0: W = 6.6m, L = 900nm

Parametros del OTA

R linealizacin = 7.972k

gmOTA = 124.2S

GBW = 19.44751MHz

Av = 25.71859dB

IB = 200A

ROUT = 100.2k




Ahora realizamos la misma operacin para el OTA linealizado con Transistores.

Figura 16 Esquemtico OTA simple con transistores para linealizar

Figura 17 gm linealizada

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Figura

Los para metros de este OTA son:

Dimensiones de los Transistor

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Figura 18 Respuesta de la GBW a la linealizacin

Figura 19 Rout del OTA

Los para metros de este OTA son:

Transistores:




P1: W = 3.75m, L = 1.2m

P0: W = 3.75m, L = 1.2m

N1: W = 6.6m, L = 900nm

N0: W = 6.6m, L = 900nm

Transistores de linealizacin

W = 10.05m, L =1.8m

Parmetros del OTA

gmOTA = 220.9105S

GBW = 34.66893MHz

Av = 28.58557dB

IB = 200A

ROUT = 100.2k

Con estos resultados podemos proceder a probar el filtro.

tarea 2 caracterización del ota

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