A CMOS Micro-power, Class-AB "Flipped" Voltage Follower using the quasi floating-gate technique

Circuito CMOS seguidor de voltaje "rotado" de micro-potencia con salida clase AB usando Técnicas de Compuerta Cuasi-flotante

En este trabajo se presenta el diseño y caracterización de un nuevo seguidor de voltaje analógico para aplicaciones de bajo voltaje. La idea principal aquí desarrollada, está basada en el Seguidor de Voltaje “Volteado” y el uso de técnicas de compuerta casiflotante para lograr un funcionamiento de clase AB. Usando una tecnología CMOS de 0.5μm, se simuló y se fabricó una celda de prueba. Cuando el circuito propuesto se alimenta con VDD=1,5V, este presenta un consumo de potencia de tan solo 413μW. Las mediciones y los resultados experimentales muestran un producto ganancia-ancho de banda de 10MHz y una distorsión armónica total de 1,12% a 1MHz.

Introducción

Los seguidores de tensión o buffers son bloques básicos de construcción analógica ampliamente utilizados como etapa de salida en los circuitos integrados para conducir señales de bajo nivel en cargas que poseen gran capacidad. Por lo tanto, un buen seguidor de tensión debe tener: una pequeña capacitancia de entrada junto con una alta resistencia de entrada, así como una baja resistencia de salida. Además, debe ser capaz de suministrar una alta corriente de salida con una baja tensión de alimentación, para mantener un bajo consumo de energía.  Dado que el diseño de un circuito electrónico, en el que se exigen tanto una gran velocidad de giro como un bajo consumo de energía, conlleva limitaciones contradictorias, las técnicas y topologías de circuitos tradicionales, como el conocido amplificador de drenaje común (Carusone, 2012), se han mejorado mediante técnicas de circuitos innovadoras. Así, durante los últimos quince años, se han propuesto diferentes enfoques de circuitos, dichas técnicas van desde el uso de transistores de puerta flotante de entrada múltiple (Ramírez-Angulo, 1995), transistores Quasi-Floating-Gate (QFG) (Ramírez-Angulo, 2003), y recientemente técnicas bulk-driven (Haga, 2009). Este último enfoque se ha hecho popular porque basa su capacidad de rendimiento de bajo consumo en la reducción del voltaje umbral de los transistores P-MOS mediante el efecto cuerpo (Tsividis, 2010).