Projeto de um Circuito Integrado Amplificador Diferencial com Metodologias Automáticas

Resumo

A evolução tecnológica da microeletrônica necessita de circuitos eletrônicos com grande capacidade de processamento. Para isso é necessário inserir cada vez mais transistores em um mesmo chip, resultando na miniaturização dos transistores. A tecnologia dominante no mercado é a CMOS, porém está chegado próximo do imite físico. Entre os dispositivos promissores um forte substituto, ou aditivo, para a tecnologia Nano-CMOS (CMOS em escala nanométrica) é o transistor de nanotubos de carbono (CNTFET) ou o transistor de efeito de campo com Fin ( FinFETs). Com a redução nas dimensões dos transistores CMOS e a descoberta de novas tecnologias são impostos diversos desafios tecnológicos ao projeto de circuitos integrados, principalmente os circuitos que trabalham com sinais analógicos. Um circuito integrado analógico deve possuir algumas especificações que caracterizam o seu funcionamento e tornam-se adequado para uma dada aplicação. As metodologias de projetos convencionais utilizam equações simplificadas de forma que este possa ser realizado de forma manual por um projetista. Estas simplificações, de maneira geral, não incluem os efeitos de segunda ordem, por possuírem uma grande complexidade na modelagem. Porém nas novas tecnologias esta modelagem deve estar presente, uma vez que os efeitos de segunda ordem são extremamente importantes. Desta forma, este trabalho tem como objetivo a análise e aplicação de metodologias que levem em conta os efeitos de segunda ordem para projetar um circuito integrado. Foram analisadas duas metodologias de projeto neste trabalho. A primeira trata-se da metodologia gm/ID que leva em consideração a relação entre transcondutância (gm) sobre a corrente DC de dreno (ID) e a corrente de dreno normalizada pelas dimensões do dispositivo IN=ID/(W/L). A outra metodologia analisada neste trabalho está baseada em técnicas de otimização e simulação elétrica e têm como foco transformar o projeto de circuitos integrados analógicos em um problema de otimização. Desta forma, a utilização de técnicas de otimização permite dimensionar os transistores do circuito de maneira otimizada. As metodologias foram implementadas em ambiente MATLAB e aplicadas ao projeto de um circuito amplificador diferencial de baixa tensão (0.9V) para as três tecnologias Nano-CMOS, CNTFET e FinFET. Para as simulações elétricas foi utilizado o simulador elétrico HSPICE como parâmetros preditivos para a simulação dos nanodispositivos. Com a execução das metodologias foram encontrados resultados satisfatórios que atingiram todas as especificações requeridas em um tempo computacional eficiente. Como trabalhos futuros espera-se aplicar a metodologias a outras topologias de circuito e desenvolver outras metodologias de projeto. Este trabalho conta com o apoio financeiro da FAPERGS.