Published January 1, 2024 | Version v1
Publication Open

0.5-V High Linear Fully Differential Multiple-Input Bulk-Driven OTA with Effective Self-Embedded CMFB

Creators

  • 1. University of Defence
  • 2. King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang

Description

This paper presents a new fully differential multiple-input operational transconductance amplifier (FD MI-OTA) with an effective self-embedded common-mode feedback circuit (CMFB). The circuit employs several design techniques to extend the linearity to the rail-to-rail level, such as a bulk-driven, multiple-input capacitive voltage divider and source degeneration. The circuit uses self-cascode transistors to increase the gain of the OTA from one side and to create a common-mode feedback circuit, needed to control the common-mode output voltage from the other side. Thus, the CMFB is part of the OTA and as a result, its chip area and power consumption remain unchanged. The performance of the proposed circuit was simulated using TSMC's CMOS 0.18 μm process in the Cadence Virtuoso System Design Platform to validate the performance of the topology. Intensive simulation results based on Monte Carlo and process, voltage, temperature corners were performed to confirm the OTA's performance and the robustness of the CMFB. The circuit operates with a supply voltage of 0.5 V and consumes 17.5nW of power, making it suitable for applications with extremely low voltage supply and low frequency. As an application, a second-order low-pass filter was designed based on the proposed FD MI-OTA.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقدم هذه الورقة مضخم توصيل تشغيلي جديد تفاضلي بالكامل متعدد المدخلات (FD MI - OTA) مع دائرة تغذية مرتدة ذاتية التضمين (CMFB). تستخدم الدائرة العديد من تقنيات التصميم لتمديد الخطية إلى مستوى القضيب إلى القضيب، مثل فاصل الجهد السعوي متعدد المدخلات الذي يتم تشغيله بكميات كبيرة وتنكس المصدر. تستخدم الدائرة ترانزستورات ذات تسلسل ذاتي لزيادة كسب OTA من جانب وإنشاء دائرة تغذية مرتدة مشتركة، مطلوبة للتحكم في جهد خرج النمط المشترك من الجانب الآخر. وبالتالي، فإن CMFB هو جزء من OTA ونتيجة لذلك، تظل منطقة الشريحة واستهلاك الطاقة دون تغيير. تمت محاكاة أداء الدائرة المقترحة باستخدام عملية CMOS 0.18 ميكرومتر من TSMC في منصة تصميم نظام Cadence Virtuoso للتحقق من أداء الطوبولوجيا. تم إجراء نتائج محاكاة مكثفة بناءً على مونت كارلو وزوايا العملية والجهد ودرجة الحرارة لتأكيد أداء OTA وقوة CMFB. تعمل الدائرة بجهد إمداد 0.5 فولت وتستهلك 17.5nW من الطاقة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات إمداد الجهد المنخفض للغاية والتردد المنخفض. كتطبيق، تم تصميم مرشح تمرير منخفض من الدرجة الثانية بناءً على FD MI - OTA المقترح.

Translated Description (French)

Cet article présente un nouvel amplificateur de transconductance opérationnel à entrées multiples entièrement différentiel (FD MI-OTA) avec un circuit de rétroaction en mode commun (CMFB) auto-encastré efficace. Le circuit utilise plusieurs techniques de conception pour étendre la linéarité au niveau rail à rail, telles qu'un diviseur de tension capacitif à entrées multiples entraîné en masse et une dégénérescence de la source. Le circuit utilise des transistors auto-cascodés pour augmenter le gain de l'OTA d'un côté et pour créer un circuit de rétroaction en mode commun, nécessaire pour contrôler la tension de sortie en mode commun de l'autre côté. Ainsi, le CMFB fait partie de l'OTA et, par conséquent, sa surface de puce et sa consommation d'énergie restent inchangées. Les performances du circuit proposé ont été simulées à l'aide du processus CMOS 0,18 μm de TSMC dans la plate-forme de conception de système Cadence Virtuoso pour valider les performances de la topologie. Des résultats de simulation intensifs basés sur Monte Carlo et des coins de processus, de tension et de température ont été effectués pour confirmer les performances de l'OTA et la robustesse du CMFB. Le circuit fonctionne avec une tension d'alimentation de 0,5 V et consomme 17,5 nW d'énergie, ce qui le rend adapté aux applications avec une alimentation à très basse tension et à basse fréquence. En tant qu'application, un filtre passe-bas de deuxième ordre a été conçu sur la base du FD MI-OTA proposé.

Translated Description (Spanish)

Este documento presenta un nuevo amplificador de transconductancia operacional de entrada múltiple totalmente diferencial (FD MI-OTA) con un circuito de retroalimentación de modo común (CMFB) autoincorporado efectivo. El circuito emplea varias técnicas de diseño para extender la linealidad al nivel de riel a riel, como un divisor de voltaje capacitivo de entrada múltiple accionado a granel y la degeneración de la fuente. El circuito utiliza transistores de auto-código para aumentar la ganancia de la OTA desde un lado y para crear un circuito de retroalimentación de modo común, necesario para controlar el voltaje de salida de modo común desde el otro lado. Por lo tanto, el CMFB forma parte de la OTA y, como resultado, su área de chip y consumo de energía permanecen sin cambios. El rendimiento del circuito propuesto se simuló utilizando el proceso CMOS 0.18 μm de TSMC en la Plataforma de Diseño del Sistema Cadence Virtuoso para validar el rendimiento de la topología. Se realizaron resultados de simulación intensiva basados en Monte Carlo y esquinas de proceso, voltaje y temperatura para confirmar el rendimiento de la OTA y la robustez del CMFB. El circuito funciona con una tensión de alimentación de 0,5 V y consume 17,5 nW de potencia, lo que lo hace adecuado para aplicaciones con alimentación de tensión extremadamente baja y baja frecuencia. Como aplicación, se diseñó un filtro de paso bajo de segundo orden basado en el FD MI-OTA propuesto.

Files

10500360.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:65114a08a24d115c10ba9ef50701994d
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
0.5 - V عالية الخطية التفاضلية بالكامل متعددة المدخلات يحركها السائبة OTA مع CMFB فعالة ذاتية التضمين
Translated title (French)
0,5 V High Linear Fully Differential Multiple-Input Bulk-Driven OTA with Effective Self-Embedded CMFB
Translated title (Spanish)
OTA Lineal Alta de Entrada Múltiple Totalmente Diferencial de 0.5 V con CMFB Auto-Embebido Efectivo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4394805031
DOI
10.1109/access.2024.3389060

Is supplement to
https://openalex.org/W4388638935 (Other)
https://openalex.org/W4367147734 (Other)
https://openalex.org/W4293528144 (Other)
https://openalex.org/W3094419935 (Other)
https://openalex.org/W2953413763 (Other)
https://openalex.org/W2792031931 (Other)
https://openalex.org/W2783539788 (Other)
https://openalex.org/W2341419291 (Other)
https://openalex.org/W2074850648 (Other)
https://openalex.org/W2015135688 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W2083419181
  • https://openalex.org/W2132978545
  • https://openalex.org/W2169868332
  • https://openalex.org/W2290065925
  • https://openalex.org/W2613835179
  • https://openalex.org/W2889629143
  • https://openalex.org/W2901622545
  • https://openalex.org/W2967714088
  • https://openalex.org/W2976883721
  • https://openalex.org/W3094571756
  • https://openalex.org/W3114103105
  • https://openalex.org/W4200555760
  • https://openalex.org/W4210714992
  • https://openalex.org/W4213099406
  • https://openalex.org/W4293528144
  • https://openalex.org/W4296339247
  • https://openalex.org/W4367016594
  • https://openalex.org/W4367031850