Desenho de Amplificadores com Erro de Ganho Nulo em Tecnologia CMOS

Este trabalho visa a aprendizagem das técnicas de desenho de circuitos integrados em tecnologia CMOS e a familiarização com os ambientes de desenho mais avançados. A motivação para este estudo reside na crescente importância dos circuitos eletrônicos na sociedade moderna, que têm redefinido a maneira como vivemos. Estes circuitos são responsáveis por uma vasta gama de tecnologias que usamos diariamente, como telefones celulares, máquinas fotográficas, etiquetas RFID, aplicações médicas e muito mais. Este trabalho se concentra em um aspecto crucial do projeto de amplificadores operacionais: a técnica de cancelamento de erro de ganho em malha fechada. Este método visa eliminar o erro de ganho, que é uma limitação comum em amplificadores operacionais reais.

O segundo capítulo apresenta os fundamentos teóricos essenciais para o trabalho, focando-se nos conceitos de nullator e norator. Estes elementos ideais são fundamentais para a modelagem de amplificadores operacionais. O nullator é caracterizado por uma tensão nula e corrente nula entre seus terminais, enquanto o norator não tem restrições em relação à tensão ou corrente. O capítulo também aborda a importância dos amplificadores operacionais e seus componentes, como a resistência de entrada, resistência de saída, ganho de tensão, frequência de ganho unitário e largura de banda. A discussão se estende aos conceitos de ganho diferencial e de modo comum, CMRR, offset, ruído, PSRR e slew rate. Esses parâmetros são essenciais para a compreensão do desempenho dos amplificadores operacionais.

O terceiro capítulo apresenta técnicas para melhorar as características dos amplificadores operacionais, com foco em topologias de amplificadores compostos e na técnica de cancelamento de erro de ganho em malha fechada. É mostrado como o uso do ganho de modo comum pode ser crucial para a correção do erro de ganho. O capítulo também aborda uma técnica que melhora a resistência de entrada do sistema. As vantagens e desvantagens de diferentes configurações são discutidas, fornecendo insights importantes para a escolha da melhor abordagem para o projeto.

O quarto capítulo descreve o projeto de um sistema de erro de ganho em malha fechada nulo. O trabalho se concentra na implementação prática da técnica de cancelamento de erro de ganho em malha fechada, utilizando o ganho de modo comum. O capítulo apresenta diferentes estratégias para controlar o ganho de modo comum, incluindo a utilização de resistências variáveis, transístores de passagem e outras configurações. O autor analisa as vantagens e desvantagens de cada abordagem, destacando a importância de selecionar a melhor estratégia para o projeto. O capítulo inclui uma seção dedicada à implementação de resistências controladas por tensão em tecnologia CMOS. A análise aprofunda a compreensão das não linearidades da corrente do dreno em transístores CMOS e como estas podem ser mitigadas.

O quinto capítulo apresenta os resultados obtidos a partir da simulação e análise do circuito projetado. O autor descreve as características do amplificador operacional, incluindo o ganho de modo comum, ganho diferencial, resistência de entrada, resistência de saída e largura de banda. O capítulo inclui uma análise de robustez do desempenho do amplificador operacional, levando em conta as variações nos parâmetros de fabricação. Por fim, o autor apresenta testes para a técnica de cancelamento de erro de ganho em malha fechada, demonstrando a eficácia da abordagem proposta. Os resultados obtidos demonstram que a técnica de cancelamento de erro de ganho em malha fechada é uma ferramenta eficaz para melhorar o desempenho dos amplificadores operacionais em tecnologia CMOS.