Instrumentação Eletrônica Trabalho: Amplificador Operacional- Estudo, Desenvolvimento e...
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Instrumentação Eletrônica
Trabalho: Amplificador Operacional- Estudo, Desenvolvimento e Prototipagem
Alunos: Felipe Santiago Vale
([email protected]) Leandro Antônio D. Mota ([email protected])
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.