Operational amplifier for switched capacitor systems realized in various CMOS technologies

• Autorzy: Długosz R. , Pawłowski P. , Dąbrowski A.

Warianty tytułu

PL

Wzmacniacz operacyjny przeznaczony do systemów z przełączanymi kondensatorami wykonanych w różnych technologiach CMOS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a detailed investigation of a two-stage operational amplifier (OA), which is commonly used in switched-capacitor finite impulse response (SC FIR) filters. A proper selection of the OA structure for particular SC FIR filters is an important task, as it has a direct influence on the achievable data rate, power dissipation, chip area, as well as selectivity of the filter. Main parameters of the OA have been compared in the CMOS AMS 0.8 μm, 0.35 μm as well as in the TSMC 0.18 μm technologies. The best performance has been achieved in the 0.18 žm process, as expected. The gain bandwidth product (GBP) equals 1.9 GHz in this case, while the power dissipation is 600 μW at 1.8 V power supply. The chip area of a single OA, which equals 400 μm ², is approximately 20 times smaller than in the 0.8 μm technology. The corner analysis for different temperatures, supply voltages, and several transistor models for the CMOS 0.18 μm process is also presented in the paper.

PL

W artykule przedstawiono szczegółową analizę dwustopniowego wzmacniacza operacyjnego, powszechnie używanego w filtrach o skończonej odpowiedzi impulsowej wykonanych w technice przełączanych kondensatorów. Dobór właściwego do danego filtru wzmacniacza operacyjnego jest bardzo istotnym elementem projektu. Parametry wzmacniacza pośrednio wpływają na osiągane parametry: szybkość działania, pobór mocy, powierzchnię układu scalonego, a także selektywność filtru. W pracy porównano parametry wzmacniaczy wykonanych w technologiach CMOS AMS 0,8 μm, 0,35 μm, a także TSMC 0,18 μm. Zgodnie z oczekiwaniami najlepsze osiągi uzyskał wzmacniacz wykonany w procesie 0,18 žm. Iloczyn szerokości pasma i wzmocnienia osiągnął wartość 1,9 GHz, przy poborze mocy 600 μW i zasilaniu 1,8 V. Powierzchnia pojedynczego wzmacniacza operacyjnego równa się 400 μm² i jest około 20-krotnie mniejsza niż w technologii 0,8 μm. Przeprowadzono również analizę zmienności procesu produkcyjnego dla różnych temperatur, napięć zasilania i kilku modeli tranzystorów w procesie CMOS 0,18 μm.

Słowa kluczowe

EN

operational amplifiers; switched capacitor filters; CMOS technology; corner analysis

PL

wzmacniacze operacyjne; filtry z przełączanymi kondensatorami; technologia CMOS; analiza zmienności procesu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 51, nr 3
• Strony: 67--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Długosz R.

autor

Pawłowski P.

autor

Dąbrowski A.

• Swiss Federal of Technology in Lausanne (EPFL), Institute of Microtechnology, Nauchatel, Switzerland

Bibliografia

• [1] Dąbrowski A.: Multirate and multiphase switched - capacitors circuits. Chapman & Hall, London, 1997.
• [2] Dąbrowski A., Długosz R., Pawłowski P.: Integrated CMOS GSM baseband channel selecting filters realized using switched capacitor finite impulse response technique. Microelectronics Reliability Journal, vol. 46, May-June 2006.
• [3] Seng-Pan U., Martins R. R., Franca J. E.: A2.5-V 57-MHz 15-tap SC bandpass interpolating filter with 320-MS/s output for DDFS system in 0.35µm CMOS. IEEE J. of Solid-State Circuits, vol. 39, Issue 1, 2004, pp. 87-99.
• [4] Repo H., Rahkonen T.: Programmable switched capacitor 4-tap FIR filter. Proceedings of the 29th European Solid-State Circuits Conference, 2003, pp. 445-448.
• [5] Scott M. D., Boser B. E., Pister K. S. J.: An ultralow-energy ADC for Smart Dust. IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 38, issue 7, July2003, pp.1123-1129.
• [6] Palmisano G., Palumbo G., Pennisi S.: Design Procedure for Two-Stage CMOS Transconductance Operational Amplifiers: A Tutorial. Journal Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Springer Netherlands, vol. 27, no. 3, May 2001.
• [7] Dąbrowski A., Długosz R., Pawłowski P.: Design and optimization of operational amplifiers for FIR SC GSM channel filter realized in CMOS 0-8 µm technology. IEEE Signal Processing, Poznań 2004, pp. 33-36.
• [8] Długosz R., Iniewski K.: Programmable Switched Capacitor Finite Impulse Response Filter with Circular Memory Implemented in CMOS 0.18µm Technology. Journal of Signal Processing Systems (formerly the Journal of VLSI Signal Processing Systems for Signal, Image, and Video Technology), Springer New York, DOI: 10.1007/S11265-008-0233-3. June 10, 2008, printed in vol. 56. no. 2-3/(September 2009), pp. 295-306.