amplificador CMOS
Los amplificadores CMOS ( amplificadores complementarios de semiconductores de óxido de metal ) son circuitos analógicos omnipresentes que se utilizan en computadoras , sistemas de audio , teléfonos inteligentes , cámaras , sistemas de telecomunicaciones , circuitos biomédicos y muchos otros sistemas. Su desempeño afecta las especificaciones generales de los sistemas. Toman su nombre del uso de MOSFET (transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido de metal) en oposición a los transistores de unión bipolar (BJT). Los MOSFET son más simples de fabricar y, por lo tanto, menos costosos que los amplificadores BJT., aún proporcionando una transconductancia suficientemente alta para permitir el diseño de circuitos de muy alto rendimiento. En los circuitos amplificadores CMOS (semiconductores de óxido de metal complementario) de alto rendimiento, los transistores no solo se utilizan para amplificar la señal, sino que también se utilizan como cargas activas para lograr una mayor ganancia y oscilación de salida en comparación con las cargas resistivas. [1] [2] [3]
La tecnología CMOS se introdujo principalmente para el diseño de circuitos digitales. En las últimas décadas, para mejorar la velocidad, el consumo de energía, el área requerida y otros aspectos de los circuitos integrados digitales (IC), el tamaño de las características de los transistores MOSFET se ha reducido (la longitud mínima del canal de los transistores se reduce en las tecnologías CMOS más nuevas). Este fenómeno predicho por Gordon Moore en 1975, que se llama la ley de Moore , y establece que cada dos años aproximadamente, el número de transistores se duplica para la misma área de silicio de los circuitos integrados. El progreso en el diseño de circuitos de memoria es un ejemplo interesante para ver cómo el avance de los procesos ha afectado el tamaño requerido y su rendimiento en las últimas décadas. En 1956, una unidad de disco duro de 5 MB (HDD) pesaba más de una tonelada, [4] mientras que en estos días [ ¿cuándo? ] tener 50000 veces más capacidad con un peso de varias decenas de gramos es muy común. [5]
Si bien los circuitos integrados digitales se han beneficiado de la reducción del tamaño de las características, los amplificadores CMOS analógicos no han obtenido las ventajas correspondientes debido a las limitaciones intrínsecas de un diseño analógico, como la reducción de ganancia intrínseca de los transistores de canal corto, que afecta la ganancia general del amplificador. Las nuevas técnicas que logran una mayor ganancia también crean nuevos problemas, como la estabilidad del amplificador para aplicaciones de circuito cerrado. A continuación se abordan ambos aspectos y se resumen diferentes métodos para superar estos problemas.
donde es la transconductancia y es la resistencia de salida del transistor. Como aproximación de primer orden, es directamente proporcional a la longitud del canal de los transistores. En un amplificador de una sola etapa, se puede aumentar la longitud del canal para obtener una mayor resistencia y ganancia de salida, pero esto también aumenta la capacitancia parásita de los transistores, lo que limita el ancho de banda del amplificador . La longitud del canal del transistor es más pequeña en las tecnologías CMOS modernas, lo que hace que lograr una alta ganancia en amplificadores de una sola etapa sea un gran desafío. Para lograr una alta ganancia, la literatura ha sugerido muchas técnicas. [6] [7] [8] Las siguientes secciones analizan diferentes topologías de amplificadores y sus características.
