PROJETO AUTOMÁTICO DE CIRCUITOS ANALÓGICOS INTEGRADOS SOB VARIABILIDADE DE PROCESSO

Resumo

RESUMO Os circuitos integrados analógicos possuem uma ampla gama de aplicações e necessitam ser projetados de modo a atender a requisitos conflitantes de desempenho e consumo de energia. O método tradicional de projeto de um circuito analógico é baseado em tentativa e erro. O projetista utiliza sua própria experiência para testar e modificar os parâmetros até encontrar uma solução satisfatória. A análise do desempenho do circuito é feita com o auxílio de simulação elétrica SPICE. Todavia, este processo exige muito tempo de projeto e a simulação SPICE pode demorar um longo tempo. O projetista necessita esperar o fim da simulação para analisar os resultados e, a partir disso, alterar os parâmetros do circuito e fazer outra simulação. Uma alternativa para a automação do projeto é abstrair a tarefa de dimensionamento dos circuitos como um problema de otimização. Utiliza-se algoritmos de otimização para explorar o espaço de projeto em busca de uma solução otimizada. O presente trabalho propõe o uso de otimização para o projeto de síntese analógica, com base em um amplificador operacional de transcondutância de ultra baixa tensão alimentado pelo substrato proposto por Ferreira e Sonkusale (2014). Trabalhos anteriores já foram realizados com este circuito, porém realizando apenas simulações nominais no circuito. Contudo, somente com análise nominal não é possível determinar o comportamento do circuito sob a influência de variações nos parâmetros do processo de fabricação. No presente trabalho, propomos uma ferramenta para automação de projeto do circuito utilizando a análise de produtividade, isto é, utilizando simulação Monte Carlo para calcular o rendimento do circuito. O algoritmo convergiu no seguinte resultado: uma melhora no consumo de 41% considerando um desempenho médio de 12,73nW em comparação com 18nW de Ferreira e Sonkusale (2014); melhora de 22% no Slew Rate, com o desempenho médio de 0.94V/ms em comparação a 0,77V/ms no trabalho de Ferreira e Sonkusale (2014); melhora de 40% no produto ganho-faixa, com desempenho médio de 2,64kHz em comparação aos 1,88kHz medidos no trabalho de Ferreira e Sonkusale (2014); uma piora de 8% no ganho em baixa frequência, com uma média de 54,7dB em comparação com os 50,0dB de Ferreira e Sonkusale (2014); e uma piora de 20% na margem de fase, com 42,4º de média comparado com 52,5º medidos em Ferreira e Sonkusale (2014). Deve-se considerar que a comparação dos resultados atingidos foram a partir da ferramenta automatizada contra o resultado de Ferreira e Sonkusale (2014) que utilizou um método mais tradicional que requer experiência e tempo do projetista. Esses resultados mostram que é possível utilizar a metodologia proposta com vantagens para o projeto do amplificador operacional. FERREIRA, Luis HC; SONKUSALE, Sameer R. A 60-dB gain OTA operating at 0.25-V power supply in 130-nm digital CMOS process. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, v. 61, n. 6, p. 1609-1617, 2014.