Uma Arquitetura Baseada em Árvore para Amplificadores de Alto Desempenho em Baixíssima Tensão

Neste artigo, apresentamos uma nova arquitetura baseada em árvore que permite a implementação de amplificadores de Baixíssima Tensão (ULV). A arquitetura explora uma etapa de entrada acionada pelo corpo para garantir uma faixa de modo comum de entrada de rail-to-rail e carga de diodos de corpo para evitar a compensação de Miller, graças à ausência de nós internos de alta impedância. A estrutura baseada em árvore melhora a CMRR do amplificador proposto em relação às arquiteturas OTA convencionais e permite alcançar uma CMRR razoável mesmo em tensões de alimentação tão baixas quanto 0,3 V e sem geradores de corrente de cauda que não podem ser usados em circuitos ULV. As correntes de polarização e as tensões de saída estáticas de todos os estágios que implementam a arquitetura são definidas com precisão através dos terminais de porta dos transistores de polarização, a fim de garantir boa robustez contra variações PVT. A arquitetura proposta e os estágios de implementação são investigados sob um ponto de vista analítico e equações de design para as principais métricas de desempenho são apresentadas para proporcionar uma visão do comportamento do circuito. Um OTA subthreshold de 0,3 V, ultra-baixo consumo (ULP), baseado na arquitetura baseada em árvore proposta, foi projetado em um processo CMOS comercial de 130 nm. Resultados de simulação mostram um ganho de corrente contínua superior a 52 dB com um produto ganho-largura de banda de cerca de 35 kHz e valores razoáveis de CMRR e PSRR, mesmo em tensões de alimentação tão baixas e considerando discrepâncias. O consumo de energia é tão baixo quanto 21,89 nW e métricas de desempenho de sinais pequenos e grandes de última geração são alcançadas. Simulações paramétricas extensas e Monte Carlo mostram a robustez do circuito proposto a variações PVT e discrepâncias. Esses resultados confirmam que o OTA proposto é um bom candidato para implementar blocos de construção analógicos de alto desempenho de ULV e ULP para nós de IoT diretamente colhidos.