Diseño de un amplificador diferencial de diferencias para el filtrado de señales neuronales

Abstract

El presente trabajo consiste en el diseño de un amplificador diferencial de diferencias (DDA) para la etapa de filtrado de un sistema de adquisición de señales neuronales en un circuito integrado implantable. El bloque analógico se realizó utilizando la tecnología AMS 0.35 μm en el software CADENCE. La metodología usada fue la denominada TOP-DOWN que consiste básicamente en iniciar el diseño con la definición de los parámetros a nivel sistema y descender progresivamente de nivel hasta dimensionar cada transistor y definir el layout del circuito. Una característica importante de esta metodología es que los niveles superiores definen los requerimientos para el siguiente nivel. El segundo objetivo importante es mostrar un flujo de diseño para circuitos integrados donde se utilizan las herramientas de CADENCE. Con esto se busca presentar una documentación que muestre el procedimiento usado a nivel industrial en el desenvolvimiento de circuitos integrados. Es importante mencionar que la principal motivación de realizar este circuito para cumplir los objetivos de la tesis es dar continuación a un proyecto del grupo de microelectrónica que consiste en el desenvolvimiento de un sistema de adquisición de señales neuronales. Algunas partes del proyecto general ya fueron realizadas por tesistas de la universidad y junto con este bloque se completa la parte del filtro pasabanda. El flujo de diseño se desarrollo paso a paso. Primero, se obtuvo las especificaciones del DDA en base a la simulación del macromodelo en el filtro pasabanda con componentes ideales. Luego, con los resultados obtenidos, se determinó los requerimientos de frecuencia, puntos de operación y respuesta en tiempo del circuito. Posteriormente, se dimensionó cada transistor asegurando que el amplificador cumpla con los requerimientos propuestos (modelo nominal y de Montecarlo). De la misma forma que con el esquemático, se validó el netlist del layout simulando los principales parámetros del amplificador y del filtro. Los resultados mas relevantes de la simulación del netlist del circuito extraído del layout son los siguientes: potencia de 5.26μW(@ V DD = 3.3), tensión de offset de 163.89μV y 10.38μVrms de ruido integrado en la banda de paso. Con estos datos, se observa un equilibrio entre la potencia consumida y el ruido integrado del amplificador, que normalmente es muy difícil de conseguir por el diseñador.