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)
gm=KW/LVgs  Vt 
Vgs =
 Is / K L /W +Vt
ro = 1 / Id 
Ad = ro1gm1/1 / ro3gm3 1
 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:
Ad = ro1gm1ro7gm7ro3gm3/ Ccgm7+ s  /ro9 / Cl + s1/ ro3gm3 1
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
Is
M3 e M4 (W/L) M5 e M6 (W/L) M1 e M2 (W/L) M9 (W/L)
Cc
CL
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:
Parâmetros
Especificado Projeto
TT
FF
SS
FS
SF
Ad(db)
80
99.4
97.63
90.25
101.4
95.96
98.29
Srp(V/us)
0.3
0.65418
0.58683
0.53000
0.51374
0.38062
0.37257
Srn(V/us)
BW(MHz)
0.3
0.53034
0.37302
0.40653
0.53311
0.59845
0.53589
1.5
3.19
2.88
2.94
2.8
2.86
2.9
Voffset(V)
PSRR(db)
1u
14.17u
14.17u
14.17u
14.17u
14.17u
14.17u
80
127.02
127.92
128.09
127.75
127.4
128.41
Icc(A)
3m
20u
20u
20u
20u
20u
20u
Ib(A)
500n
6.6610E-017 6.6610E-017 6.6610E-017 6.6610E-017 6.6610E-017
6.6610E-017
Ios(A)
Rid(Ohms)
200n
9.7980E-016 9.7980E-016 9.7980E-016 9.7980E-016 9.7980E-016
9.7980E-016
1M
1.9670E+015 1.9670E+015 1.9670E+015 1.9670E+015 1.9670E+015 1.9670E+015
Ricm(Ohms)
100k
1.3190E+015 1.3190E+015 1.3190E+015 1.3190E+015 1.3190E+015 1.3190E+015
Iosc(A)
Phase Margin(° )
60m
5.5170E-006 5.5240E-006 5.5270E-006 5.5170E-006 5.5320E-006
60
59.90
60.23
61.41
59.53
60.08
5.5080E-006
60.02
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.