Projeto amp-op full-differential com malha CMFB

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  • Curso de Graduao em Engenharia Eltrica

    Projeto de um amplificador Full-Differential em tecnologia

    CMOS 0,35m

    Aluno: Kleber Alexandre Mazeto Rossi

    Orientador: Prof. Dr. Fernando de Souza Campos

    Bauru

    2012

  • KLEBER ALEXANDRE MAZETO ROSSI

    Projeto de um amplificador Full-Differential em tecnologia

    CMOS 0,35m

    Projeto de Trabalho de Graduao do Curso de

    Engenharia Eltrica apresentado Faculdade de

    Engenharia de Bauru/UNESP.

    Orientador: Prof. Dr. Fernando de Souza

    Campos

    Bauru

    2012

  • FOLHA DE APROVAO

    Autor:_______________________________________________________

    Ttulo:_______________________________________________________

    Trabalho de Graduao defendido e aprovado em ____/____/______,

    com NOTA ______ ( ), pela comisso julgadora:

    (Assinatura)____________________________________________________

    (Titulao/nome/instituio)

    (Assinatura)____________________________________________________

    (Titulao/nome/instituio)

    (Assinatura)____________________________________________________

    (Titulao/nome/instituio)

    ____________________________________________

    Coordenador do Conselho de Curso de Graduao em

    Engenharia Eltrica

  • DEDICATRIA

    memria de minha irm, Kamyla

    Mazeto Rossi, meu maior exemplo de vida, sem a

    necessidade de palavras...

  • AGRADECIMENTOS

    - minha famlia e minha me, Geni Mazeto, grande responsvel pela formao dos meus

    valores morais, pelo apoio e amor incondicionais.

    - Ao meu professor e orientador, Fernando de Souza Campos, pela amizade, disponibilidade,

    e ensinamentos durante os anos da graduao.

    - Ao departamento de Engenharia Eltrica e Universidade Estadual Paulista Jlio de

    Mesquita Filho, pela formao acadmica e profissional e que embora na iminncia da

    despedida, sempre me orgulharei de ter feito parte de alguma forma.

    - Ao meu grande amigo Bruno Chagas, pelas exaustivas jornadas de estudo e principalmente,

    pelo apoio e amizade que levarei para a vida toda.

    Resumo do Trabalho de Graduao apresentado ao DEE UNESP como parte dos requisitos necessrios para a obteno da concluso do curso de Engenharia Eltrica.

  • Projeto de um amplificador Full-Differential em tecnologia

    CMOS 0,35m

    Kleber Alexandre Mazeto Rossi

    11/2012

    Orientador: Prof. Dr. Fernando de Souza Campos

    rea de Concentrao: Microeletrnica

    Palavras-chave: Circuitos integrados, MOS, MOSFET, CMOS, amp-op, amplificador Full-

    Differential, Fully-Differential, CMFB.

    RESUMO

    Este trabalho consiste em desenvolver um amplificador operacional denominado Full-

    Differential ou Fully-Differential. Este nome se deve ad sua caracterstica totalmente

    diferencial, pois possui entradas e sadas diferenciais.

    Inicialmente, feita uma breve descrio das caractersticas do amplificador seguida

    de uma reviso bibliografica, a qual responsvel pela fundamentao terica do projeto.

    Posteriormente, este circuito foi implementado atravs de um software computacional

    atravs do qual, foram realizadas simulaes a fim de observar suas caractersticas.

    Por fim, foram determinados os parmetros de projeto com a inteno de otimizar o

    desempenho do circuito e posteriormente, verificou-se suas limitaes.

    Os resultados se mostraram satisfatrios uma vez que foi possvel posicionar com

    relativa preciso o ponto de operao deste circuito de acordo com a referncia desejada.

  • Abstract of the Undergraduate Work presented to DEE UNESP as a partial fulfillment of the

    requirements to conclude the Electrical Engineering Course.

    Project of a Full-Differential amplifier in CMOS 0,35m

    Technology

    Kleber Alexandre Mazeto Rossi

    11/2012

    Advisor: Prof. Dr. Fernando de Souza Campos

    Concentration Area: Microelectronics

    Keywords: Integrated circuits, MOS, MOSFET, CMOS op-amp, Full-Differential amplifier,

    Fully-Differential, CMFB.

    ABSTRACT

    This work consists of developing an operational amplifier, which is known as Full-

    Differential amplifier. This name is due to its fully differential features, once it has

    differential inputs and outputs.

    The completion of this monograph is divided into four parts. Initially, there is a brief

    description of amplifier characteristics followed by a bibliographic review, which is

    responsible for the theoretical foundation of the project.

    Subsequently, this circuit is implemented via computational software through which

    computer simulations will be conducted in order to observe its characteristics.

    Finally, project parameters will be designed with the purpose of optimizing circuit

    performance and verifying its limitations.

    The results showed satisfactory since the objective of positioning the deserved biasing

    point was achieved.

  • NDICE DE FIGURAS

    Figura 1 - Estrutura do MOSFET tipo intensificao ........................................................................................... 11 Figura 2 - Simbologia utilizada para representar o MOSFET Canal n (a) e o MOSFET Canal p (b) ................. 11 Figura 3 - Criao de um canal de inverso do tipo n no MOSFET N ................................................................. 12 Figura 4 - Curvas de dreno do MOSFET N .......................................................................................................... 13 Figura 5 - Aspectos construtivos do MOSFET tipo intensificao ....................................................................... 14 Figura 6 - Curvas reais de dreno .......................................................................................................................... 15 Figura 7 - Circuito esquemtico com transistor MOSFET polarizado ................................................................. 16 Figura 8 - Modelo de pequenos sinais para o MOSFET N ................................................................................... 18 Figura 9 - Representao esquemtica de um amplificador operacional de sada nica. .................................... 19 Figura 10 - Representao em diagrama de blocos de um sistema com realimentao negativa ........................ 19 Figura 11 - Configurao tpica do amplificador inversor ................................................................................... 20 Figura 12 - Configurao tpica do amplificador no-inversor ........................................................................... 22 Figura 13 - Configurao do amplificador operacional diferencial ..................................................................... 23 Figura 14 - O amplificador Full-Differential ........................................................................................................ 25 Figura 15 - Formas de onda de sada para o amplificador de sada: (a) amp-op de sada nica e (b) amp-op

    Full-Differential .................................................................................................................................................... 26 Figura 16 - Circuito esquemtico de um Amplificador Full-Differential (a) e sua representao em diagrama de

    blocos (b) ............................................................................................................................................................... 27 Figura 17 - Representao alternativa do Amplificador Full-Differential em funo de e ...................... 28 Figura 18 - Anlise AC de pequenos sinais para o modo diferencial de um amp-op Full-Differential ................ 29 Figura 19 - Anlise AC de pequenos sinais para o modo comum de um amp-op Full-Differential ...................... 30 Figura 20 - Diagrama de blocos de um amplificador Full-Differential alimentando uma carga complexa ........ 31 Figura 21 - O modelo para a fonte de sinais ......................................................................................................... 31 Figura 22 - Modelos para a impedncia de entrada no amplificador Full-Differential: (a) o modelo T e (b) e o

    modelo ................................................................................................................................................................ 33 Figura 23 - Modelos para a impedncia de sada do amplificador Full-Differential: (a) o modelo Thvenin e (b)

    e o modelo Norton ................................................................................................................................................. 34 Figura 24 - Circuitos equivalentes do amplificador Full-Differential de modo diferencial para a fonte de tenso:

    (a) porta de entrada, (b) porta de sada por circuito equivalente de Thvenin e (c) porta de sada por circuito

    equivalente de Norton ........................................................................................................................................... 36 Figura 25 - Circuitos equivalentes do amplificador Full-Differential de modo comum para a fonte de tenso e

    amplificador: (a) porta de entrada, (b) porta de sada por circuito equivalente de Thvenin e (c) porta de sada

    por circuito equivalente de Norton ........................................................................................................................ 37 Figura 26 - Circuito equivalente aproximado de pequenos sinais para um amp-op Full-Differential equilibrado

    ............................................................................................................................................................................... 37 Figura 27 - Es