Fully Differential CMOS 연산 증폭기 설계 = The design of Fully Differential CMOS Operational Amplifier

국문 초록 (Abstract)

Fully Differential 연산 증폭기 회로는 SCF(Switched Capacitor Filter), D/A 컴버터, A/D 컨버터, 통신 회로 등의 VLSI 설계시 외부 부하 구동에 필수적이다. 기존의 CMOS 연산 증폭기 회로는 CMOS 기술에 따른 여러 가지 단점을 갖는데 우선 큰 부하 용량에 대한 구동 능력이 양호하지 못하고, 집적도의 증가에 따른 전원 전압의 감소로 인해 입출력 전압의 동작 특성이 저하되어 전체 회로의 동특성 법위가 감소된다. 이러한 단잠들을 개선하기 위하여 출력부의 출력 스윙을 늘릴 수 있는 차동 출력 구조를 사용한 회로가 Fully Differential 연산 증폭기 회로이며, 단일 출력 구조의 연산 증폭기 보다 스윙 폭이 향상된다. Fully Differential 연산 증폭기의 구성에서 전류 미러가 그 성능을 결정하며, 따라서 큰 출력 스윙과 안정된 회로 동작을 위해서는 출력 저항이 크고, 기준 전류와의 정합이 잘 되는 전류 미러의 설계가 중요하다. 본 논문에서는 큰 출력 저항과 기준 전류와의 정합 특성이 우수한 새로운 전류 미러를 제시하였다. 출력 스윙을 키우고 전력 소모를 줄이기 위해 새로운 전류 미러를 사용하여 2단 증폭 형태의 Fully Differential 연산 증폭기를 설계하였으며, 설계한 증폭기는 레이아웃으로 구현하여 시뮬레이션 프로그램(SPICE3f)을 통하여 성능을 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

It is necessary that fully differential operational amplifier circuit should drive an external load in the VLSI design such as SCF(Switched Capacitor Filter), D/A Converter, A/D Converter, Telecommunication Circuit and etc. The conventional CMOS operational amplifier circuit has many problems according to CMOS technique. Firstly, Capacity of large loads are not able to operate well. The problem can be solve to use class AB stages. But large loads are operate a difficult, because an element of existing CMOS has a quadratic functional relation with input and output voltage versus output current. Secondly, Whole circuit of dynamic range decrease, because a range of input and output voltages go down according as increasing of intergration rate drop supply voltage. The problem can be improved by employing fully differential operational amplifier using differential output stage with wide output swing. In this paper, we proposed new current mirror has large output impedance and good current matching with input an output current and compared with characteristics for operational amplifier using cascoded current mirror. To obtain large output swing and low power consumption we suggest a fully differential operational amplifier. The circuit employs an output stage composed new current mirror and two amplifier stage. The proposed circuit is layout and circuit of capability is inspected through simulation program(SPICE3f).