High speed 신호처리는 통신분야, SC circuit, HDTV, ISDN 등에서 관심이 더욱 승가하고 있으며, high speed 신호처리를 위한 많은 방법들이 있다. 본 논문에서는 CMOS 공정에서 고주파 Op-amp의 실현을 의한 설계를 기술하였다. 아날로그 집적회로를 기초로 하는 high speed op-amp의 기능을 제한하는 요소 중 한가지는 유효 주파수 범위이다. 본 논문에서는 $C_{L}$ =2pF에서 단위이득 주파수가 170MHz인 향상된 대역폭적을 가지는 CMOS op-amp 구조를 계발한다. 공정은 1.2$\mu$디자인 룰을 따른다. 본 논문에서 제시한 CMOS op-amp 고주파 SC filter에서 요구하는 큰 커패시터 부하에서의 넓고 안정된 대역폭을 얻기에 매우 적합하다.
본 논문에서는 저소비 전력이고 회로설계가 용이한 CMOS 회로를 이용하여 음성신호 처리용 SCF를 집적화 할때 OP AMP를 디지탈 부분과 공존할 수 있도록 ${\pm}$5V로 전원을 설정하여 CMOS OP AMP의 설계예를 들고 설계방법에 의해 구한 MOS 트랜지스터의 채널폭과 길이를 설계회로에 적용하여 LAYOUT 하였으며 시뮬레이션을 통하여 동작특성을 조사하였다. 또한 이 설계법은 주어지는 설계조건에 따라 설계 되어지므로 다른 용도의 CMOS OP AMP 설계에도 이용되어질 수 있을 것이다.
This paper presents a balanced CMOS complementary folded cascode OP-AMP topology that achieves improved DC gain using the gain boosting technique, a high unity-gain frequency and improved slew rate using the CMOS complementary cascode structure and a high PSRR using the balanced output stage. Bode-plot measurements of a balanced CMOS complementary folded cascode OP-AMP show a DC gain of 80dB, a unity-gain frequency of 110MHz and a slew rate of $274V/{\mu}s$(1pF load). This balanced CMOS complementary folded cascode OP-AMP is well suited for high frequency analog signal processing applications.
A CMOS op amp with rail-to-rail input and output ranges is designed in a one-volt supply. The output stage of the op amp is used in a common source amplifier that operates in sub-threshold region to design a low voltage op amp with rail-to-tail output range. To drive heavy resistor and capacitor loads with rail-to-rail output ranges, a common source amplifier which has a low output resistance is utilized. A bulk-driven differential pair and a bulk-driven folded cascode amplifier are used in the designed op amp to increase input range and achieve 1 V operation. Post layout simulation results show that low frequency gain is about 58 ㏈ and gain bandwidth I MHz. The designed op amp has been fabricated in a 0.8${\mu}{\textrm}{m}$ standard CMOS process. The measured results show that this op amp provides rail-to-rail output range, 56㏈ dc gain with 1 MΩ load and has 0.4 MHz gain-bandwidth with 130 ㎊ and 1 kΩ loads.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권6호
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pp.768-776
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2014
Using a simplified high-frequency small-signal equivalent circuit model for BSIM3 MOSFET, the fully differential two-stage folded-cascode CMOS operational amplifier is analyzed to obtain its small-signal voltage transfer function. As a result, the expressions for dc gain, five zero frequencies, five pole frequencies, unity-gain frequency, and phase margin are derived for op amp design using design equations. Then the analysis result is verified through the comparison with Spice simulations of both a high speed op amp and a low power op amp designed for the $0.13{\mu}m$ CMOS process.
본 논문에서는LCD (Liquid Crystal Display) source driver IC에서 사용되는 고전압 op-amp의 출력 편차를 개선하기 위하여 전압 이득을 향상한 CMOS rail-to-rail 입/출력 op-amp를 제안하였다. 제안된 op-amp는 15 V 이상의 고전압 MOSFET의 과도한 channel length modulation에 의한 전압 이득의 감소로 offset 전압이 커지는 문제를 해결하기 위하여 cascode 구조를 갖는 floating current source 및 class-AB control단을 채용하고 있다. 제안된 op-amp는 HSPICE 시뮬레이션을 통하여 전압 이득이 기존 대비 30 dB 향상됨을 확인하였으며, onset 전압은 기존 6.84 mV에서 $400\;{\mu}V$ 이하로 개선됨을 확인하였다. 또한, 제안된 op-amp가 적용된 LCD source driver IC의 실측 결과 출력 편차는 기존 대비 2 mV 향상됨을 확인하였다.
본 논문은 광대역 CMOS 연상증폭기를 위한 새로운 전류 전이 검사 기술을 제안한다. 본 검사 방법에서는 결함이 있는 연산증폭기와 결함이 없는 연산 증폭기를 자동적으로 구별해 내기 위해 증폭기의 공급 전원으로부터 순간적으로 변하는 전류와 출력응답을 측정한다. 광대역 CMOS 연산증폭기는 0.25${\mu}$m CMOS 공정을 이용하여 설계되었다. 이 검사 기술은 CMOS 연산증폭기내에서 발생한 거폭결함 (catastrophic faults)을 검출하고 분석할 수 있으며, 검사비용이 저렴하고 측정방법이 간단하다.
새로운 능동 소자인 DDA와 이를 이용한 차동적분기를 설계하였다. DDA는 기존의 OP-AMP로 구성된 응용 회로의 설계시 외부 소자의 정합 문제를 개선할 수 있다는 장점을 갖는다. DDA의 설계는 트랜스컨덕턴스 소자인 differential pair를 이용하여 $2{\mu}m$ 설계 규칙에 맞게 하였다. 이 DDA의 성능을 평가하기 위하여 전압 인버터와 레벨 쉬프터로 구성하여 특성을 고찰한 결과 우수함을 입증하였다. 그리고 CMOS DDA를 이용하여 접지 저항의 모의와 차동적분기를 설계하였고, DDA 차동적분기의 특성이 OP-AMP 차동적분기의 특성을 일치함을 알 수 있었다. 또한 설계된 CMOS DDA와 DDA 차동적분기를 MOSIS $2{\mu}m$ CMOS 공정 기술을 적용하여 layout 하였다.
This study presents the first experimental data for the impact of hot-carrier degradtion on the performance of CMOS folded-cascode op-amps. A folded-cascode op-amp which has an NMOS input pair has been designed and fabricated using a 0.8.mu.m single-poly, double-metal CMOS process. After high voltage stress, the degradtion of perfomrance parameters such as open-metal CMOS process. After high voltage stress, the degradation of performance parameters such as open-loop voltage gain, unity-gain frequency and phase margin has been analized and physically explaniend in terms of hot carrier degradation.
본 논문에서는 CMOS 연산증폭기에 존재하는 모든 단락고장(short fault)과 개방고장(open fault)을 효과적으로 검출할 수 있는 새로운 테스트 방식을 제안한다. 제안하는 테스트 방식은 단위이득 대역폭(unit gain bandwidth)보다 큰 주파수를 가치는 단일 정현파를 이용한다. 이 방식은 하나의 테스트 패턴으로 모든 대상고장을 검출할 수 있으므로 테스트 패턴 생성을 위한 알고리즘이 간단하다. 따라서 패턴 생성 시간이 짧고, 테스트 비용을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 제안한 테스트 방식을 검증하기 위하여 2단 연산 증폭기를 설계하였으며, HSPICE 모의실험을 통하여 대상 고장에 대하여 높은 고장검출율(fault coverage)을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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