Relatório de Trabalho de Prático de Design de Circuitos Integrados Analógicos

ESIEE – Paris

Analog IC Design

Relatório

Voltage Controlled Oscillator Design Project

DE FREITAS SILVA, Cássio

DE OLIVEIRA BRITTO, Luiz Eduardo

Noisy-le-Grand

2017

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Sumário

Exercício 1: Amplificador CMOS        3

1.1)        Análise da região de funcionamento dos transistores        3

1.2)        Encontrar as dimensões dos transistores        4

1.3)        Simulação DC        4

1.4)        Verificação do ponto de operação        5

1.5)        Calculo de gm dos transistores        5

1.6)        Modelo de pequenos sinais        6

1.7)        Ganho AV        6

1.8)        Simulação AC e Largura de Banda do Circuito        7

1.9)        Efeito de um capacitor na saída        7

Exercício 2: Circuito Polarizador        9

2.1)        Encontrar as dimensões dos transistores        10

2.2)        Simulação DC – Pontos de Operação        10

2.3)        Simulação Transitória        11

Exercício 3: Amplificador Diferencial de Estágio Simples        12

3.1)        Encontrar as dimensões dos transistores        12

3.2)        Simulação DC e calculo do gm        13

3.3)        Modelo de pequenos sinais        13

3.4)        Simulação AC e Largura de Banda do Circuito        13

3.5)        Simulação AC e o CMRR        14

3.6)        CMRR Teórico        15

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Exercício 1: Amplificador CMOS

A primeira parte do trabalho tem como objetivo o estudo de um amplificador fonte comum com carga ativa.  O circuito analisado se encontra na figura abaixo:[pic 1]

O braço de referência do circuito possui uma corrente de 100µA e o transistor PMOS MP1 possui como tensão no “source” igual a VS=1,65V. A tensão no “gate” do transistor NMOS MN2 é igual a VG=1,638 e a tensão de alimentação do circuito é igual a 3,3V. Vale considerar que todos os transistores utilizados possuem largura igual a L=1µm.

Os componentes do circuito acima possuem as seguintes características:

Tecnologia	NMOS	PMOS
K	98,74µA/V2	40,4µA/V2
Vth	0,53 V             L=1µ	-0,74V           L=1µ
VGS	1,638 V	-1,65V

Tabela 1 - Características dos transistores utilizados

1. Análise da região de funcionamento dos transistores

Para podermos analisar o ponto de funcionamento dos transistores precisamos saber, primeiramente, como as condições para cada ponto de operação. Para o transistor NMOS temos as seguintes condições:

• VGS > VTH => Transistor está conduzindo
• VDS > VGS - VTH => Transistor está na região de saturação;

A tensão VGS transistor é igual a 1,638, enquanto a tensão VTH é igual a 0,53V, ou seja, o transistor está conduzindo.

A tensão VD é igual a 1,65 e o “source” do transistor está ligado ao ground, logo VDS é igual a 1,65. Como a tensão VGS é igual a 1,65 temos que: 1,65 > 1,638 – 0,53. Logo, o transistor está na região de saturação.

Para o transistor PMOS temos as seguintes condições:

• VGS < VTH => Transistor está conduzindo
• VDS < VGS - VTH => Transistor está na região de saturação;

Temos que o valor de VGS é igual a -1,65 enquanto o valor de VTH é igual a -0,74, o que satisfaz a condição de saturação. Temos também que VDS é igual a -1,65, logo temos que: -1,65 < -1.65 +075. Logo os transistores estão na região de saturação.

1. Encontrar as dimensões dos transistores

 

Para encontrar as dimensões do transistor NMOS no modo de saturação podemos usar a seguinte equação:

[pic 2]

Com isso deduzimos que a dimensão W do transistor pode ser encontrada pela relação.

[pic 3]

Substituindo os valores encontramos:

[pic 4]

Para o transistor PMOS temos a mesma equação, porem substituímos o VGS por VSG e utilizamos o valor absoluto de VTH.

[pic 5]

1. Simulação DC

Durante a simulação obtemos os pontos de operação de cada transistor:

Transistor	NMOS MN2	PMOS MP1	PMOS MP3
Corrente	99,99µA	100µA	99,99 µA
VDS	1,666V	-1,636V	-1,634V
VGS	1,638V	-1,636V	-1,636v
gm	156,7µA/V	196,7 µA/V	196,7 µA/V

Tabela 2 - Ponto de operação dos transistores

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