Σχεδίαση Cmos Τελεστικού Ενισχυτή Με Rail-to-rail Στάδιο Εισόδου Στην Ασθενή Αναστροφή Για Εφαρμογές Χαμηλής Κατανάλωσης

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η πραγματοποίηση μιας σχεδίασης ολοκληρωμένου αναλογικού κυκλώματος σε τεχνολογία CMOS 0.35μm, το οποίο να λειτουργεί με χαμηλή τάση τροφοδοσία και να καταναλώνει χαμηλή ισχύ, και συγκεκριμένα ενός τελεστικού ενισχυτή. Η τάση προς σχεδίαση τέτοιων κυκλωμάτων υποδεικνύεται από τις συνεχώς αυξανόμενες ανάγκες για λειτουργία φορητών συσκευών μεγάλης αξιοπιστίας (φορητοί υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα, κ.α.) με όλο και μικρότερο βάρος και όγκο καθώς και με όλο και μεγαλύτερη ανεξαρτησία από εξωτερικές τροφοδοσίες (φόρτιση μπαταρίας). Για να πραγματοποιηθεί κάτι τέτοιο απαιτούνται νέες αρχιτεκτονικές σχεδίασης οι οποίες, παράλληλα με τις όλο και καλύτερες τεχνολογίες κατασκευής τρανζίστορ MOS, οδηγούν σε πολύ ευέλικτα (ενεργειακά) κυκλώματα.Στη συγκεκριμένη σχεδίαση θα εκμεταλλευτούμε τις δυνατότητες που μας δίνει η λειτουργία κάποιων τρανζίστορ στην ασθενή αναστροφή η οποία μόνο τα τελευταία χρόνια αρχί-ζει και χρησιμοποιείται εποικοδομητικά για τη σχεδίαση κυκλωμάτων χαμηλής τάσης και κατανάλωσης. Έτσι με την ευκαιρία αυτή θα γίνει μια ανάλυση της περιοχής αυτής λειτουργίας του τρανζίστορ MOS και θα φανεί η ομοιότητα των χαρακτηριστικών σε αυτήν την περιοχή λειτουργίας με τα χαρακτηριστικά των διπολικών τρανζίστορ.Επίσης θα χρησιμοποιηθεί η τοπολογία σταδίου εισόδου "rail-to-rail" η οποία εκμεταλλεύεται με τον καλύτερο δυνατό τρόπο την τάση τροφοδοσίας έτσι ώστε να είναι δυνατός ο χειρισμό κοινών σημάτων εισόδου με τιμές σε όλο το εύρος της τροφοδοσίας. Θα αναλυθούν τα προβλήματα που θέτει η τοπολογία "rail-to-rail" και οι τρόποι με τους οποίους ξεπερνιούνται αυτά τα προβλήματα.Στη διαδικασία της σχεδίασης θα χρησιμοποιήσουμε εκτεταμένα το εργαλείο σχεδίασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων Cadence, το οποίο χρησιμοποιεί τον προσομοιωτή HIT KIT 3.40. Η τεχνολογία στην οποία θα σχεδιάσουμε είναι της εταιρίας AMS και επιτρέπει ελάχιστο μήκος καναλιού ίσο με 0.35μm, ενώ ως μοντέλο θα χρησιμοποιηθεί το EKV το οποίο μοντελοποιεί με καλύτερο τρόπο τα φαινόμενα στην ασθενή και μέτρια αναστροφή σε σχέση με άλλα ευρέως χρησιμοποιούμενα μοντέλα (πχ. BSIM3).