Design of a Comparator and an Amplifier in CMOS using standard logic gates
2023
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unknown
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Using standard logic gates in CMOS, or standard-cells, has the advantage of full synthe- sizability, as well as the voltage scalability between technologies. In this work a general pur- pose standard-cell-based voltage comparator and amplifier are presented. The objective is to design a general purpose standard-cell-based comparator and ampli- fier in 130 nm CMOS by optimizing the already existing topologies with the aim of improving some of the specifications of the studied topologies. Various simulation testbenches were made to test the studied topologies of comparators and amplifiers, in which the results were compared. The top performing standard-cell com- parator and amplifier were then modified. After successfully designing the comparator, it was used in the design of an opamp-less Sigma-Delta modulator (ΣΔM). The proposed comparator is an OR-AND-Inverter-based comparator with dual inputs and outputs, achieving a delay of 109 ps, static input offset of 591 μV, and random offset of 10.42 μV, while dissipating 890 μW, when clocked at 1.5 GHz. The proposed amplifier is a single-path three-stage inverter-based operational transcon- ductance amplifier (OTA) with active common-mode feedback loop, achieving a DC gain of 63 dB, 1444 MHz of unity-gain bandwidth, 51º of phase margin while dissipating 1098 μW, considering a load of 1 pF. The proposed comparator was employed in the ΣΔM with a standard-cell based edge- triggered flip-flop. The ΣΔM, with a sampling frequency of 2 MHz and a signal bandwidth of 2.5 kHz, achieved a peak SNDR of 69 dB while dissipating only 136.7 μW.
Utilizando portas lógicas básicas em CMOS oferece a vantagem de um circuito comple- tamente sintetizável, tal como o escalamento de tensão entre tecnologias. Neste trabalho são apresentados um comparador de tensão e um amplificador utilizando portas lógicas. O objetivo deste trabalho é desenhar um comparador e um amplificador utilizando por- tas lógicas através do estudo e otimização de topologias já existentes com a finalidade de me- lhoramento de algumas das especificações das mesmas. Foram realizados vários bancos de teste para testar as topologias estudadas de compa- radores e amplificadores, em que os resultados foram comparados. As topologias de compa- radores e amplificadores de portas lógicas com melhor performance foram então modificadas. Após o comparador ter sido projetado com sucesso, foi utilizado na projeção de um modula- dor Sigma-Delta (ΣΔM) opamp-less. O comparador proposto é um OR-AND-Inversor com duas entradas e saídas, que apre- senta um atraso de 109 ps, offset estático na entrada de 591 μV, offset aleatório de 10.42 μV, enquanto dissipando 890 μW, utilizando uma frequência de relógio de 1.5 GHz O amplificador proposto é um amplificador operacional de transcondutância single- path three-stage inverter-based com um loop ativo de realimentação do modo-comum, que apresenta um ganho DC de 63 dB, 1444 MHz de ganho-unitário de largura de banda, 51º de margem de fase e dissipando 1098 μW, considerando uma carga de 1 pF. O comparador proposto foi aplicado no ΣΔM com um flip-flop edge-triggered baseado em portas lógicas. O ΣΔM, com uma frequência de amostragem de 2 MHz e uma largura de banda de 2.5 kHz, apresentou um SNDR máximo de 69 dB enquanto dissipando apenas 136.7 μW.
Titel: |
Design of a Comparator and an Amplifier in CMOS using standard logic gates
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Autor/in / Beteiligte Person: | Carapinha, Tiago Miguel Raminhas ; Goes, João ; RUN |
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Veröffentlichung: | 2023 |
Medientyp: | unknown |
Schlagwort: |
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Sonstiges: |
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