Instrumentação Eletrônica

Trabalho: Amplificador Operacional- Estudo, Desenvolvimento e Prototipagem

Alunos: Felipe Santiago Vale

(felipesantiagovale@yahoo.com.br) Leandro Antônio D. Mota (leandromota.rn@gmail.com)

Passos do Projeto

Introdução

Fluxo de Projeto

Amplificador Operacional Utilizado

Layout

Resultados

Aplicações

Introdução

O Amplificador Operacional ou AmpOp é um dispositivo eletrônico

bastante usado em circuitos eletrônicos de maneira geral.

Inicialmente ficou restrito à computação e à instrumentação analógica

Realiza operações básicas como adição, subtração, comparador de nível

até filtros e circuitos com componentes mais complexos.

Primeiros desenvolvido na década de 40 (válvulas)

FAIRCHILD SEMICONDUCTOR lança o primeiro AmpOp monolítico

1963.

Fluxo de Projeto

Fluxo de Projeto

Modelo Comportamental (HDL :Verilog AMS)

Fluxo de Projeto

Primeira parte: Estudo das arquiteturas

Fluxo de Projeto

Principais Parâmetros Equacionados (Projeto à mão)

VtVgsgm=KW/L

Vt+WLKIs=Vgs //

Id=ro /1

1/1/ ro3gm3ro1gm1=Ad

Observação: – As equações acima, como as demais a seguir, não seguem o comportamento

real dos Mosfets para o modelo usado. Foram utilizadas de forma intuitiva.

Fluxo de Projeto

Alguns resultados obtidos:

Amplificador Operacional Utilizado

Segunda parte:

1/1/// ro3gm3s+Clro9s+Ccgm7ro3gm3m7ro1gm1ro7g=Ad

Amplificador Operacional Utilizado

Alguns resultados obtidos:

Amplificador Operacional Utilizado

Projeto final:

Amplificador Operacional Utilizado

M3 e M4 espelhos de corrente que aumentam a resistência de saída;

M12 e M13 atuam como divisor de tensão, garantindo que M14 permaneca na região linear;

M14 compensador de Miller;

Cc e CL capacitâncias de compensação

Amplificador Operacional Utilizado

M14 compensador de Miller

Amplificador Operacional Utilizado

Tabela de influências

M3 e M4 (W/L) M5 e M6 (W/L) M1 e M2 (W/L) M9 (W/L) Cc CL

↓ - ↑ ↓ ↑ - -

↑ - ↑ ↓ ↓ ↓ ↓

↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↓

Is

Aumento do GAnho

Aumento do GB

Aumento da Phase Margin

Layout

Resultados

Figuras de Mérito (ATBO)

Resultados

Resultado obtido

Resultados

Mais resultados, comparando-os com os cornes cases:

TT FF SS FS SF

Ad(db) 80 99.4 97.63 90.25 101.4 95.96 98.29

0.3 0.65418 0.58683 0.53000 0.51374 0.38062 0.37257

0.3 0.53034 0.37302 0.40653 0.53311 0.59845 0.53589

BW(MHz) 1.5 3.19 2.88 2.94 2.8 2.86 2.9

1u 14.17u 14.17u 14.17u 14.17u 14.17u 14.17u

PSRR(db) 80 127.02 127.92 128.09 127.75 127.4 128.41

3m 20u 20u 20u 20u 20u 20u

500n 6.6610E-017 6.6610E-017 6.6610E-017 6.6610E-017 6.6610E-017 6.6610E-017

200n 9.7980E-016 9.7980E-016 9.7980E-016 9.7980E-016 9.7980E-016 9.7980E-016

Rid(Ohms) 1M 1.9670E+015 1.9670E+015 1.9670E+015 1.9670E+015 1.9670E+015 1.9670E+015

100k 1.3190E+015 1.3190E+015 1.3190E+015 1.3190E+015 1.3190E+015 1.3190E+015

60m 5.5170E-006 5.5240E-006 5.5270E-006 5.5170E-006 5.5320E-006 5.5080E-006

Phase Margin(° ) 60 59.90 60.23 61.41 59.53 60.08 60.02

Parâmetros Especificado Projeto

Srp(V/us)

Srn(V/us)

Voffset(V)

Icc(A)

Ib(A)

Ios(A)

Ricm(Ohms)

Iosc(A)

Resultados

Gráficos com os cornes cases:

- Ad / Fase

Resultados

Gráficos com os cornes cases:

- CMRR

Resultados

Gráficos com os cornes cases:

- PSRR

Aplicações

Referências Bibliográficas

[1] “CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation”, R.Jacob Baker.

[2] “CMOS Analog Circuit Design”, Phillip E. Allen and Douglas R. Holberg.