Projeto de Circuitos Eletrônicos Integrados
Por: Antonio Aldisio • 23/4/2018 • Trabalho acadêmico • 1.579 Palavras (7 Páginas) • 294 Visualizações
Projeto de Circuitos Eletrônicos Integrados
Primeiro projeto da disciplina
Resumo — Atualmente celulares, computadores, entre outros dispositivos utilizam a tecnologia pMOS e nMOS. Devido o número de transistores aumentarem com o desenvolvimento desta tecnologia é necessária o aprendizado para questões de atualização profissional. Desta forma, o objetivo da disicplina é tornar o aluno capaz de projetar circuitos com topologias nMOS e pMOS a fim de apresentar dados eficazes e condizentes com a prática através do simulador CADENCE.
Palavras chaves — PCI – Circuitos Integrados – Tecnologia nMOS e pMOS – Amplificadores – Topologia Cascode.
INTRODUÇÃO
Os transistores de efeito de campo (MOS) atualmente são os mais utilizados para projetos de amplificadores onde se deseja ganhos elevados em estágio de potência. Pelo fato de transformar corrente em tensão e vice-versa, a utilização desse tipo de transistor é bastante prática e foi capaz de revolucionar o funcionamento de diversos dispositivos. Para compreender o funcionamento é preciso entender as tensões de gate, drain e source, através delas são geradas outras tensões que influenciam diretamente no seu ganho, além disso, a geometria espacial do próprio transistor faz toda diferença para obtenção de respostas satisfatórias e consequentemente influencia na excursão do sinal, efeitos de corpo entre outros.
Desta forma, é importante o entendimento de suas aplicações a fim de projetar e identificar possíveis topologias a serem utilizadas para diversas aplicações.
Para o desenvolvimento dos projetos apresentados abaixo precisamos definir quando o transistor está em saturação, como pode ser visto nas equações
[pic 1] (1)
[pic 2] (2)
Metodologia
Para execução de todos os experimentos utilizamos os conhecimentos adquiridos em sala de aula para calcular os dados necessários.
Utilizamos duas bibliotecas Analog-lib e tsmc13rf. Na primeira utilizamos os seguintes componentes: vdc, vdd, vsin e gnd. Já na segunda utilizamos nmos3v e pmos3v.
A partir disso, construímos os esquemáticos no simulador Cadence. E simulamos a partir do Launch > ADE L.
No ADE L escolhemos para analisar AC, TRAN e DC e para plotar os gráficos selecionamos Vin e Vout. Configurou-se TRAN com a frequência como variável de varredura e intervalo de varredura de 1 Hz a 1 GH, em escala logarítmica com 16 pontos por década.
Para facilitar a simulação utilizamos o campo Design Variables, algumas que utilizamos foram Vgs, W, L.
Acrescentamos region, gm e gds nas configurações TOOLS > CDF > edit.
Como todos os projetos necessitava que o transistor estivesse em saturação region deveria está em 2.
Projetos
Amplificador fonte comum com carga resistiva
Projete um amplificador de carga resistiva (encontre os valores das dimensões W/L e das tensões de gate de cada transistor) considerando as seguintes características técnicas:
- Módulo do ganho de tensão de 10;
- Excursão do sinal de saída de 1V (considerando que os transistores fiquem em saturação);
- assuma λ1,2 = 0,1/V e proporcional a 1/L;
- Vdd = 3V;
[pic 3]
Figura 1 - Esquemático
Amplificador fonte comum com carga ativa
O estágio CS da figura abaixo deve fornecer um ganho de tensão de 100, com a mesma corrente de polarização do projeto anterior. Se o W e L dos dois transistores forem multiplicados por 2, o que acontece com o ganho de tensão? Considere a corrente de polarização constante e λ≈1/L.
[pic 4]
Figura 2 - Esquemático
Amplificador com Source Degeneration
Considerando a figura abaixo determine a tensão Vin para que o transistor M1 opere na região de saturação e tenha uma excursão de saída de 0.8V. O amplificador deve ter um ganho linear de 5.
[pic 5]
Figura 3 - Esquemático
Amplificador Cascode
Projete um amplificador cascode (encontre os valores das dimensões W/L e das tensões de gate de cada transistor) considerando as seguintes características técnicas:
- Módulo do ganho de tensão de 90dB
- Potência máxima de 200uW
- Excursão do sinal de saída de 1V (considerando que os transistores fiquem em saturação);
- Assuma λ1,2=0,1/V e proporcional a 1/L;
- Vdd = 2V
[pic 6]
Figura 4 - Esquemático
Desenvolvimento
Amplificador fonte comum com carga resistiva
Para obtenção do ganho Av = 10 com Vdd = 3V são necessários alguns cálculos para identificar três fatores, Vgs, W/L e Rd. De acordo com os cálculos no anexo (Projeto 1 – Cálculos) feito à mão, foram identificados que Vgs = 0,87 V, Vth = 647,04m V e Rd = 12,5k ohms. Projetando o circuito no simulador CADENCE é possível identificar o ganho de tensão 10 e as seguintes respostas.
[pic 7]
Figura 5 – Esquemático
[pic 8]
Figura 6 - Resposta Transiente
[pic 9]
Figura 7 - Ganho de tensão
Amplificador fonte comum com carga ativa
Amplificador com Source Degeneration
Primeiramente consideramos as seguintes relações para manter o M1 em saturação
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()
Podemos notar que:
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()
()
()
()
Como não foi definido uma potência máxima para o circuito, a corrente foi definida uma corrente 247.2 uA. Os resistores Rd e Rs foram definidos 5k e 480 respectivamente.
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