Projeto, simulações e analises de comparadores de corrente MOS

Orientador: Alberto Martins JorgeDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia EletricaResumo: Este trabalho tem por objetivo o estudo de dois comparadores de corrente, conhecidos como Comparador de Corrente com Efeito de Modulação de Canal e Comparador de Corrente com Realimentação Positiva. Foi realizado o projeto dos comparadores de corrente, bem como as simulações e análises OC e transiente para avaliar o desempenho dos mesmos. Como resultados obtidos, tem-se que o comparador de corrente com efeito e modulação de canal obteve uma resolução de 8 bits para uma faixa dinâmica entre 10 'mu'A e 100 'mu'A. Para diferenças entre as correntes de entrada e de referência acima dos 10 'mu'A a freqüência de operação se manteve acima de 100 MHz, para uma capacitância de carga interna de 0.1 pF. O comparador de corrente com realimentação positiva obteve alta resolução (maior que 10 bits). Porém, a freqüência de operação do circuito permaneceu entre 50 a 60 MHz para diferenças de correntes maiores que 12 'mu'A utilizando a mesma carga capacitiva. Como aplicação dos comparadores de corrente foi escolhido um conversor A/D algorítmico em modo corrente. De acordo com os resultados apresentados anteriormente, conclui-se que o comparador de corrente com efeito de modulação de canal obteve maior freqüência de operação, enquanto o comparador de corrente com realimentação positiva teve um melhor desempenho, no que se refere à resolução. Dado que o conversor A/D algorítmico se caracteriza pela baixa taxa de conversão, para sua implementação foi escolhido o comparador de corrente com realimentação positiva. No conversor A/D projetado, a resolução alcançada foi de 10 bits, para uma freqüência de operação de 40 KHz. Houve a necessidade de se utilizar espelhos de corrente do tipo cascode regulado modificado. Porém, erros associados aos espelhos de corrente comprometeram o melhor desempenho do conversor A/D. Como já se previa, o comparador de corrente com realimentação positiva apresentou um excelente desempenho ao atuar no conversor A/D, tanto na freqüência de operação como na resoluçãoAbstract: The rnain objective of this work is the study of two current comparators, known as Channel Lenght Modulation Current Cornparator and Positive Feedback Current Cornparator. The design of the cornparators were done, as well as simulations, OC and transientanalysisto verifytheir perforrnance. As final results, the channellenght modulation current cornparator had an 8 bit resolution, with a dinarnic range between 10 'mu'A and 100 'mu'A. When the diference between the reference current and the input current was higher than 10 ?mu'A, the operation frequency kept higher than 100 MHz, for a load capacitance of 0.1 pF. The positive feedback current cornparator had higher precision (more than 10 bits). Nevertheless, the operation frequency kept between 50 and 60 MHz for current diferences higher than 12 'mu'A, with the sarne capacitive load. A current mode algorithrnic A/D converter was chosen as an aplication of the current cornparators. With the results above presented, it can be seen that the channel lenght rnodulation current cornparator had higher operation frequency, and the positive feedback current cornparator had a better perforrnance, when taking into account precision. As the algorithmic A/D converter is caracterized bya low conversion rate, the cornparator chosen was the positive feedback one. On the A/D converter designed, a 10 bits precision was reached, for an operation frequency of 40 KHz. It was necessay to use rnodifyed regulated cascode current rnirrors. Altough, small errors associated to the current rnirrors cornprornised a better perforrnance of the converter. As it was forseen, the positive feedback current cornparator presented an excelent performance inside the A/D converter, in frequency and precisionMestradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaMestre em Engenharia Elétric