Diseño de un amplificador operacional clase AB en tecnología CMOS

Abstract

En el presente trabajo de tesis, se desarrolla el diseño de un amplificador operacional - bloque fundamental en sistemas integrados en chip - en base a dispositivos de una tecnología CMOS cuya longitud de canal mínima es 0,35 μm. El diseño se orienta al uso del amplificador como buffer de salida en canales de acondicionamiento de señales médicas. Con la finalidad de aprovechar al máximo la tensión de alimentación disponible se eligió una etapa de salida del tipo rail to rail. Para conducir las cargas externas de manera eficiente y minimizando efectos de distorsión de cruce por cero se adoptó un esquema clase AB para la operación de la etapa de salida. El procedimiento de diseño propuesto permite analizar conjuntamente especificaciones de consumo, ruido, ancho de banda y offset de tal forma que para un conjunto de valores de esas especificaciones, es posible determinar si es posible o no alcanzarlas, y en el caso afirmativo, calcular las dimensiones de los transistores y capacitores y las corrientes de polarización. Este procedimiento de diseño está basado en el modelo del transistor MOSFET conocido como Advanced Compact Mosfet (ACM), el cual posee ecuaciones que son válidas en todos los regímenes de inversión del transistor. De acuerdo con los resultados de simulación, el circuito alcanza las siguientes especificaciones en el caso típico de parámetros tecnológicos a 27oC: Margen de fase de 83o con una carga capacitiva de 50pF, frecuencia de ganancia unitaria 650KHz, consumo de corriente de 13 μA, ruido rms de 67 μV. La desviación estándar del offset referido a la entrada es de 3mV. El voltaje de alimentación nominal será de 3,3V, sin embargo el desempeño del circuito fue comprobado también con una tensión mínima de 2,7V.