Filtro Folde Cascode

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DEL OCCIDENTE

Profesor: ROMÁN SALINAS CRUZ

DISEÑO ELECTRÓNICO ANALÓGICO

Proyecto Final: Filtro Pasa-Banda con Folded Cascode Simétricamente Compensado

Alumno: NOEL VARGAS CHÁVEZ
EXPEDIENTE: MD651749
OJETIVO
Diseñar un filtro pasa banda que cumpla las especificaciones dadas a partir de un diseño conocido como FOLDED CASCODESIMETRICAMENTE COMPENZADO utilizando como herramienta de diseño el simulador TOP-SPICE. El diseño de los amplificadores de transconductancia se basan en el diagrama de la Figura 1. Y el filtro pasa banda se basa en el diagrama de la Figura 2.

Figura [ 1 ].- Diseño Folded Cascode Simetricamente compensado

Figura [ 2 ].- Filtro Pasa-Banda con OTA's

ESPECIFICACIONES
Elementos | FOLDED CASCODE |PASA-BANDA |
Vdd= 3.3V | AVo=76.8 dB | AVo= 1dB |
CL= 1.5 pF | GBW= 129 MHz | F0=10.7 MHZ |
IB= 200 uA | MP= 59º | |

EXTRATEGIA:
Primero se diseña el amplificador diferencial FOLDED CASCODE para que cumpla con las especificaciones requeridas y así posteriormente poder sustituir cada OTA del filtro PASA-BANDA (macromodelo) por sus modelos a nivel transistor MOS.

DISEÑO FILTRO CASCODEPara el diseño del filtro FOLDED CASCODE se sigue la siguiente metodología:
Se diseñan las fuentes de corriente para obtener un IB=200 uA. Después se diseñan los transistores de amplificación M1 a M4 para obtener las especificaciones deseadas. Posteriormente se diseñan los transistores M5 a M7 tomando en cuenta las siguientes consideraciones:
* Debido a que este diseño Figura 1 escompletamente diferencial existe una simetría (espejo) en los componentes de amplificación podemos suponer que las impedancias de salida son iguales (gds1=gds5+gds7).
* Se pueden realizar “trucos” para polarizar los transistores adecuadamente y así iniciar una serie de iteraciones para llegar las dimensiones adecuadas de los tranisistores.

Parámetros de diseño:
Los parámetros o especificaciones detodos los transistores utilizados en este diseño tienen los siguientes valores:

unCox=111.074x10-6 F/Vs | VTHO,n=0.8481 V |
upCox=30.316x10-6 F/Vs | VTHO,p=-0.785 V |

Relaciones importantes:

Para el diseño de los transistores de corriente se considera el siguiente esquemático:

Figura [ 3 ].- Diseño de las fuentes de corriente

Para el transistor M15 proponemos un VGS=1.2 V paraasegurar la saturación, entonces:

Sustituyendo valores:

Si L15=1um entonces W15=50.09um

Para el caso de los transistores PMOS

Sustituyendo valores:

Si L17=1.8 um entonces W17=137.9um
Para el cálculo de la resistencia R aseguramos que el transistor este en saturación (VGS=1.2 V) entonces VDS=1.2 V y por lo tanto podemos calcular el valor de la resistencia como un divisor de voltaje.R=Vdd-VGSID15
Sustituyendo valores
R=10.5 Ω

Sustituyendo todos los valores encontrados y simulando en TOPSPICE se obtiene:

M10 M9 M11 M12 M14 M15
MODEL PMOS PMOS PMOS NMOS NMOS NMOS
ID -2.1058E-04 -2.1058E-04 -2.1058E-04 2.0223E-04 2.0223E-04 1.9815E-04
VGS-1.2330 -1.2330 -1.2330 1.2212 1.2212 1.2212
VDS -3.0894 -3.0894 -3.0894 3.0979 3.0979 1.2212
VBS 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
VTH 0.8264 0.8264 0.8264 0.8495 0.8495 0.8495
VDSAT 0.3822 0.3822 0.3822 0.2821 0.2821 0.2821
GM9.4995E-04 9.4995E-04 9.4995E-04 9.7868E-04 9.7868E-04 9.6272E-04
GDS 3.9571E-06 3.9571E-06 3.9571E-06 1.6502E-06 1.6502E-06 3.5806E-06
GMB 2.6615E-04 2.6615E-04 2.6615E-04 4.1587E-04 4.1587E-04 4.0899E-04
CBD -3.0938E-12 -3.0938E-12 -3.0938E-12 -3.0995E-12 -3.0995E-12 -1.2228E-12
CBS -8.5261E-17 -8.5261E-17 -8.5261E-17 -1.0297E-16 -1.0297E-16...