Low voltage Low power OTAs using bulk driven in 0.35㎛ CMOS Process

0.35㎛ CMOS 공정에서 벌크 입력을 사용한 저전압 저전력 OTAs

This paper introduces 3 type of OTAs with $0.35-{\mu}m$ standard CMOS technology for Low-Power, Low-Voltage. The first type is a two-stage OTA designed to operate with a 1-V VDD and it has $1.774{\mu}W$ low power consumption. All transistors are operating in strong inversion. It takes Gm-Enhancement techniques to compensate gm, which is lowered by Bulk-Driven technique and has an Wide swing current mirror for low voltage operation and a Class-A output. The second type is a Two-stage OTA designed to operate with a 0.8-V VDD and It has 52nW low power consumption and 112dB high gain. The current mirror uses Composite Transistor binding Gates of two MOSFET to raise Rout which is similar with cascode structure. The third type is a Two-stage OTA designed to operate with a 0.6-V VDD and It has 160nW low power consumption and 72dB high gain. It takes Level Shift technique by Common Gate structure to amplify signals without additional bias voltage at second stage.

본 논문에서는 저전압, 저전력 회로에 적합하고, $0.35{\mu}m$ 공정을 이용한 3가지의 OTA를 제시한다. 첫 번째는 1V의 공급전압과 $1.774{\mu}W$의 소비전력을 사용하며 모든 트랜지스터들이 strong inversion 영역에서 동작한다. Bulk 입력으로 인해 줄어든 gm을 보상하기 위해서 Gm-enhancement 기법을 사용하였고, 저전압으로 동작하는 Wide swing current mirror, Class-A output을 적용하였다. 두 번째는 0.8V의 공급전압과 52nW의 소비전력을 사용하여 112dB의 높은 이득을 가지는 2-stage OTA이다. Current mirror는 두 개의 MOS의 Gate를 묶는 Composite Transistor 구조를 사용하여 마치 Cascode와 같은 효과를 주어 출력저항을 높여주었다. 세 번째는 0.6V의 공급전압과 160nW의 소비전력을 사용하여 77dB의 이득을 가지는 2-stage OTA이다. 두 번째 증폭 단에 추가적인 바이어스전압이 필요하지 않으면서 증폭할 수 있도록 Common Gate 구조로 구현하여 Level Shift 기능을 사용하였다.