Síntese semi-automática de amplificadores operacionais

Abstract

Os continuados progressos tecnológicos na área de fabricação de dispositivos semicondutores aliados à maturação no projeto de circuitos mistos convergiram na produção de System on Silicon [I]. Essa técnica permite a integração dos vários blocos constituintes de um sistema genérico em um circuito integrado, onde operam em conjunto e harmonia circuitos digitais e analógicos. Este trabalho se propõe a relatar de forma didática e abrangente as experiências acumuladas ao longo do processo de produção de circuitos analógicos CMOS como o amplificador operacional, para aplicações em Instrumentação. Para tanto, três versões de modelos de transistor MOS são propostos e anali sados e uma implementação de acordo com as necessidades de projeto é realizada. Para elevar o grau de automação na produção de blocos analógicos, rotinas iterativas de cálculo de tamanhos e polarizações de transistores foram implementadas, de modo a aumentar a qualidade dos circuitos projetados e simultaneamente reduzir sensivelmente o tempo gasto na fase de síntese. Os programas destinam-se ao cálculo do tamanho e das polarizações de todos os transistores de um dada topologia, mas permitem que, sem mudanças estruturais significativas, se consiga sintetizar também amplificadores em outras configurações Um estudo minucioso sobre técnicas alternativas de implementação de capacitares como elementos de compensação é demonstrado, em conjunto com circuitos de auxílio para determinação do perfil dessa capacitância e suas não-idealidades. As fases seguintes do projeto também fazem parte do escopo deste trabalho, ou seja, lay-out, verificação das regras impostas pela tecnologia usada (ES2 - 1.2j.!m) e extração. Todas essas etapas foram executadas com ferramentas de software desenvolvidas dentro do Grupo de Microeletrônica (GNlE). Dessa maneira, todas as fases da produção de um sistema analógico são especificadas, dando subsídios suficientes para uma análise crítica do processo de desenvolvimento de blocos analógicos usando tecnologia digital. Finalmente, exemplos numéricos dos vários amplificadores operacionais projetados são dados, validando, através de uma análise comparativa, as rotinas de síntese e a qualidade do lay-out. Os circuitos tiveram seus layouts levantados e conferidos e foram enviados para fabricação do primeiro circuito analógico integrado do Laboratório de Instrumentação Eletro-eletrônica.