Amplificador operacional de transcondutância projetado com TFET de porta tripla operando em diferentes temperaturas.

• Autor(a) principal: Camargo, Raphael Gil
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-30112023-084843/
• topic: Amplificador operacional; Analog integrated circuits.; Circuitos analógicos; Lookup table; Lookup table; Operational amplifier; TFET; TFET; Verilog-A; Verilog-A

Neste trabalho foi projetado um amplificador operacional de transcondutância (Operational transconductance amplifier - OTA) com transistores de tunelamento de porta tripla (FinTFET) operando em diferentes temperaturas. Uma vez que transistores Fin- TúnelFET fabricados em lâmina de Silício Sobre Isolante (Silicon On Insulator - SOI) não tem modelo analítico-matemático preciso para softwares de simulação de circuitos, neste trabalho foi utilizada a técnica da lookup-table (LUT) para desenvolvimento do modelo em linguagem Verilog-A. Nesse processo, inicialmente foram obtidos dados experimentais de um transistor de tunelamento com geometria de um SOI FinFET (FinTFET), que foi a base para as simulações de dispositivo realizada utilizando-se o software Sentaurus para desenvolver uma modelagem simulada que representasse de forma fidedigna o comportamento real. Após a criação desse dispositivo simulado e validado, foram criadas as tabelas de valores utilizadas na técnica de lookup table. Na segunda etapa, o circuito do amplificador operacional de transcondutância (OTA) de 2 estágios foi projetado utilizando-se os transistores de tunelamento FinTFETs. O circuito OTA é composto por um circuito bias (inversor com feedback), espelhos de corrente, par diferencial com carga ativa (primeiro estágio) e um amplificador fonte comum (segundo estágio). Inicialmente foi avaliado em temperatura ambiente e depois foram adicionados os efeitos térmicos sobre esse circuito estudado, tendo em vista que os transistores do tipo SOI FinTFET são relativamente novos e há poucos estudos de como circuitos compostos por esses dispositivos reagem com grandes variações de temperatura. Como resultado, foi observado que o ganho de tensão do circuito OTA proposto pode degradar em altas temperaturas, caso não haja um circuito de polarização com compensação térmica. No caso em estudo, o ganho de tensão caiu de 126,2 dB em 300 K para 113,2 dB em 420 K. Entretanto, com o uso de um circuito de polarização com compensação térmica, o ganho de tensão aumenta ao invés de diminuir, no caso em estudo, o ganho de tensão subiu de 127,88 dB em 300 K para 132,3 dB em 420 K. Com o uso da compensação térmica no circuito de polarização, outras boas características do circuito projetado com TFET também se mantém para as altas temperaturas, como a baixa corrente total consumida (65,2 nA em 420 K), demonstrando que esse circuito pode ser útil para aplicações de baixa frequência (devido ao seu Gain-Bandwith product (GBW) menor do que 100 kHz) que necessitem de grande ganho de tensão e baixa corrente, como por exemplo, amplificação de sinais biológicos.