I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 8 ,   p p .   1 0 4 ~ 1 1 4   I SS N:  2 089 - 4 864 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es.v 7 . i2 . p p 104 - 1 14          104       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S /in d ex   A P o w er Eff icien t  Self  Bia sed  O T Desig ba sed  o /   M ethodo lo g y   w it h Cons idering  Lo a d Varia tion,  Te m pe ra ture   Va ria tion a nd P o w er Supply Va ria tion       Vi k a s   M it t a l   De p a rt m e n o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   M . M . En g in e e rin g   C o ll e g e ,     M u ll a n a ,   Am b a la,  Ha r y a n a ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u n   2 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J u l 7 ,   2 0 1 8     T h e   p re se n w o rk   a d d re ss e th e   d e sig n   o f   p o w e e ff icie n f u ll y   s e lf   b ias e d   OTA   u sin g   a   d e sig n   m e th o d o l o g y   b a s e d   o n   th e   g m / I D   tran sisto c h a ra c teristics .   T h is  a n a lo g   m o d u le  w a a n a l y z e d ,   d e sig n e d   a n d   p ro t o ty p e d   in   T S M S   0 . 3 5 μm   CM OS  tec h n o lo g y .   S im u latio n   re s u lt s   a re   p r e se n ted ,   in   o rd e to   v a li d a te  t h e   m e th o d o lo g y .   T h e   OTA   h a Ga in   o f   4 1 . 3 5   d a n d   3 d b   b a n d w id th   o f   1 3 8 . 7 3   k Hz   a n d   th e   UG o f   1 2 . 4 0 M Hz   w it h   th e   c u rre n t   c o n su m p ti o n   o f   6 5 . 5 0   μA .   T h e   c i rc u it   d o e n o t   h a v e   n e e d   o f   a n y   D e x tern a l   b ias in g   c ircu it ,   o n ly   n e e d   to   a p p l y   V DD   (3 . 3   V ).   He re   se lf   b ias in g   h a b e e n   in tro d u c e d   w it h   p o w e c o n s u m p ti o n   o f   2 1 6 . 1 5 μW .   T h e   re su lt s   h a v e   b e e n   tak e n   w it h   lo a d   v a riatio n s,  tem p e ra tu re   v a riatio n s,  a n d   p o w e su p p ly   v a riatio n s.  T h is  c ircu it   u se d   in   re a ti m e   h ig h   f r e q u e n c y   a p p li c a ti o n a in   RF   c o m m u n ica ti o n .   K ey w o r d s :   An alo g   c k ts     an ce /Dr ai n   C u r r en t ( g m / I D)   Self   B iasi n g   C o m m o n Mo d Feed b ac k ( C MFB )   Op er atio n al  T r an s co n d u ctan ce   Am p li f ier   ( OT A )   T r an   co n d u ct     Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   All  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Vik as M ittal ,   Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   M. M. E n g i n ee r i n g   C o lleg e,   M u lla n a,   Am b ala,   Har y a n a ,   In d i a .   E m ail:  v i k as m ittal @ m m u m u ll an a. o r g       1.   I NT RO D UCT I O N   T h d ev elo p m e n t   o f   u ltra - s c aled   VL SI  tech n o lo g ie s ,   co u p led   w it h   t h d e m an d   f o r   m o r s ig n al   p r o ce s s in g   i n te g r ated   in   s i n g le  ch ip ,   h a s   r es u lted   in   tr e m en d o u s   p o ten tial  f o r   d esig n   o f   an alo g   cir c u its .   Mo s V L SI  s y s te m s   r eq u ir e   an alo g   s u b - s y s te m s   s u c h   as  a m p li f ier s ,   co m p ar ato r s ,   f ilter s ,   o s c illato r s ,     d ig ital - to - a n alo g   a n d   an alo g - to - d ig ital  co n v er ter s .   Mo s o f t en   th tar g et  tec h n o lo g y   p r o ce s s   i m p o s e s   d esi g n   tr ad eo f f s ,   s o m o f   t h e m   ta k en   b ased   o n   d es ig n er s   e x p er ien ce   w it h   t h tar g et  tec h n o lo g y   to   ac h iev e     s u cc es s f u a n alo g   d esi g n .   M o r cr itical  in   d ee p   s u b - m icr o n   C MO m i x ed - s i g n al  I C s   ar th s p ec if icat io n s   o f   an alo g   cir cu its   t h at  ar s en s itiv to   t h r a n d o m   v ar iatio n s   o f   th e   s ize  a n d   tec h n o lo g y   p ar a m eter s .   T h is   w o r k   f o cu s es  o n   th a n al y s is ,   d esi g n   an d   i m p l e m e n tatio n   o f   lo w   p o w er   OT A   u s i n g   t h /   d esig n   m et h o d   [ 1 ] .     I n   th i s   m e th o d ,   w co n s id er   th r elatio n s h ip   b et w ee n   th /   r atio   an d   th n o r m a lized   d r ain   cu r r en t   /( W /L )   as  f u n d a m en ta d esi g n   i n f o r m atio n   to   e x p lo r in   t h d esig n   s p ac e.   I n   s ev er al  a n al o g   b lo ck s   [ 2 ,   3 ],   in cl u d in g   t h G m - C   f il ter   [ 4 ] ,   w er d esi g n ed   u s i n g   t h i s   m e th o d o lo g y .   P r eli m i n ar y   s i m u l atio n   r es u lts   s h o w s   th at  co n v e n tio n a d esi g n   a p p r o ac h   ( u s in g   f ir s t - o r d er   Sp ice  lev el  1   tr a n s i s to r   m o d els)   ac h ie v es  s i m ilar   p er f o r m a n ce   w it h   s i m ilar   ar ea ,   h en ce   in c u r r in g   in   m u c h   lar g er   p o w er   d is s ip atio n   t h an   th at  o b tain ed   in     th /   d esig n   m et h o d .   T h p r o c ess   p ar a m eter s   w er o b tain ed   th r o u g h   th lib r ar y   f i les   o f   T SMC   0 . 3 5 μ m     C MO S tec h n o lo g y   [ 5 ] - [ 1 0 ] .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A   P o w er E fficien t S elf  B ia s ed   OTA  Desig n   b a s ed   o n   /   Meth o d o lo g w ith   C o n s id erin g …  ( V ika s   Mit ta l )   105   2.   SE L F   B AIS E O T ARCH I T E CT URE   Self   b iased   cir cu i is   t h cir cu i in   w h ich   t h er is   n o   n ee d   o f   an y   e x ter n al  b ias in g   cir cu i at  an y   s tag e ;   m ea n s   w m ad cir cu it  i n   s u ch   w a y   t h at  it  ta k t h b ias in g   v o lta g f r o m   a n y   n o d o f   th p r esen cir c u it.   Self   B iased   C ir cu it  i s   ab le  to   b ias  its   o u tp u to   an   eq u i v al en b an d g ap   v o ltag w i th o u u s i n g   an y   ex ter n al   v o ltag r ef er e n ce   o r   ex tr p in .   A   s elf - b iased   ar ch itect u r w h ich   h as  an   o p er atin g   p o in in d ep en d en o f   th e   p r o ce s s   tech n o lo g y   an d   e n v ir o n m e n tal  v ar iatio n s   h en ce   r en d er in g   m o r r o b u s d esi g n   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T h s elf - b iased   ar ch itectu r also   g iv e s   co n s ta n r atio   o f   th b a n d w id th   to   r ef er e n ce   f r eq u e n c y   a n d   co n s ta n t   d am p i n g   f ac to r .   T h ese  en s u r e   th s tab ilit y   o f   OT A   w h ile   at  th s a m ti m k ee p in g   th p h ase  n o is lo w   ac r o s s   th en tire   r ef er en ce   f r eq u en c y   r an g e   [ 1 3 ] .   Fix ed   b ias  cir cu its   g et  th eir   b ias  v o ltag es  f r o m   in d ep en d en tl y   d esi g n ed   r ef er en ce   v o lta g s o u r ce s   ( o r   ev en   s o m eth in g   as  s i m p le  a s   v o ltag d i v id er ) .     Of te n   in   th at  ca s th b ia s   m a y   b lef f o r   th e n d - u s er   to   g iv s o m co n tr o o v er   th o p er atio n   p o in o f     th cir c u it.   Sel f   b ia s ed   cir cu it s   g et   th e ir   b ias  v o ltag e s   f r o m   th cir c u it  i ts el f   o f ten   in   th e   f o r m   o f   n eg at iv e   f ee d b ac k .   T h is   is   v er y   u s ef u w h e n   cir cu it  is   e x tr e m e l y   s e n s it iv to   b ias  p o in ts   a n d   it  b ec o m e s   i m p r ac tica l   to   p r o v id ex ter n al  b iases   th a ar co r r ec to   v er y   h ig h   ac cu r ac ies.  T h is   ca n   h ap p en   in   h ig h   g ain   a m p li f ier s   w it h   v er y   h i g h   i m p ed an ce   o u tp u n o d es  s u c h   as  co m m o n   s o u r ce   a m p lif ier   w it h   an   ac ti v lo ad   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] T h o p er atio n   o f   th cir c u it  d e p en d s   o n   t h b ias  o f   t h ac ti v e   lo ad .   I w o u ld   t h er ef o r b d esira b le  to   s ac r if ice   s o m o f   th i s   g ain   b y   p r o v id in g   n e g ati v f ee d b ac k   f r o m   t h o u tp u to   t h g ate  o f   t h ac t iv lo ad .   T h is   w a y   yo u   w o u ld   n o h a v to   b ia s   t h cir cu it  y o u r s elf   b u t   w ill  lo s e   s o m o f   t h g ai n   o f   t h cir cu i as  p r ice.   T h is   is   o n o f   th tr ad o f f   o f   an a lo g   cir cu its   [ 1 7 ] - [ 1 9 ] .   T h cir cu it f o r   s elf   b aised   OT A   i s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 .           Fig u r 1 .   Self   b iased   OT A       T h b iasi n g   f o r   th i n p u tr an s is to r s   MN 1   a n d   MN 2   ar p r o v id ed   b y   t h d r ain   ter m i n al  ( n o d P )   o f   MP 1 ,   th er is   n o   n ee d   o f   e x te r n al  b iasi n g   c ir cu it  i s   r eq u ir ed   f o r   o p er atin g   t h is   OT A .   Her e ,   th er is   o n l y   n ee d   to   ap p ly   A C   i n p u t.  Des ig n i n g   is   in   s u c h   m a n n er   th a th v o ltag at  p o in P   is   1 . 6 5 3 4 v o lt.  Her MP 1   is   u s i n g   also   as a   cu r r en t so u r ce   f o r   p r o v id in g   cu r r en t to   MN 3   an d   wh ich   i s   m ir r o r in g   i n   MN 4 .       3.   DE S I G I M P L E M E NT AT I O O F   O T A   C o n s id er in g   t h OT A   d esig n   s p ec if icatio n s   an d   th ch o s e n   OT A   ar ch itect u r e,   th tr a n s co n d u cto r   w a s   d esig n ed   u s in g   t h /   m et h o d o lo g y   [ 20 ] - [ 25 ] .   Fo r   ea ch   t r an s is to r ,   th /   f ac to r   is   ch o s e n ,   an d   th en   t h n o r m alize d   cu r r en /( W /L )   is   d eter m in ed   f o r   ea ch   tr an s i s to r   f r o m   th /   v s .   /( W /L )   cu r v f o r     th tar g et  tec h n o lo g y .   T h e n ,   w it h   th d r ai n   cu r r e n v alu e   f o u n d ,   t h W /L  o f   ea c h   tr a n s i s to r   ca n   b o b tain ed .   T h co m p lete  d esi g n   p r o ce d u r is   d e m o n s tr ated   as f o llo w s :   a.   C o n s id er in g   SR   s p ec i f icatio n ,   th b ias cu r r e n t is d eter m in ed :     I b ias  ≥  SR . C L ,   I b ias   = 75μA ;   b.   Fro m   th e   tr an s co n d u cta n ce   g a in   r eq u ir e m e n o f   3 5   d B   an d   I D1 =1 2 . 5 μ A ,   th /   r atio   o f   th NM OS   d if f er e n tial p air   ( MN 1 - MN 2 )   ca n   b d eter m in ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 :   1 0 4     1 14   106   ( / ) N1 = ( / N2 = 5   →  ( W /L ) N1 = ( W /L ) N2 = 1 . 2 9 ;   c.   T h cu r r en m ir r o r   tr an s i s to r s   ( MN 3 - MN 4 )   ar o p er ate d   in   s tr o n g   i n v er s io n   to   g u ar an tee    d.   g o o d   m atc h i n g   an d   n o i s p r o p er ties .   T h u s   w ch o o s e:   ( / ) N3 = ( / ) N4 = 1 . 7 0   →  ( W /L ) N3 = ( W /L ) N4 = 0 . 5 ;   e.   T h lo ad   tr an s is to r s   ( MP 2 - MP3 )   s h o u ld   also   o p er ate  in   s tr o n g   in v er s io n     ( / ) P2 = ( / ) P3 = 9 . 0 9   →  ( W /L ) P2 = ( W /L ) P3 = 7 . 5 0 ;   f.   Fo r   th C MFB   cir cu itr y   ( MP 4 ,   MP 5 ,   MP6 ,   MN 4 5 ,   MN 6 ) ,   to   g u ar an tee  s tab le  b ias  co n d itio n s   w h a v e:   GW B CMFB     GB W M 1, M 2 .   T h u s ,   ( / ) P4, P5 = 2 ,   ( / ) P6 = 3 . 5   an d   ( / ) N5, N6 = 2 ;   g.   Her tr an s is to r   MP 1   p r o v id es  th b iasi n g   v o lta g o f   1 . 6 5   at  in p u an d   g iv i n g   t h b ias  cu r r en o f   7 5   μ A ,   th v al u o f   ( W /L ) P1 = 1 . 4 3   Fig u r 2   s h o w s   OT A   i m p le m en tatio n .   T h r eq u ir ed   p lo ts   f o r   o b tain in g   th v al u es  o f   ( W /L ) s   f r o m   /   Me th o d o lo g y   ar g i v i n g   i n   t h P lo ts   Fig u r 3   an d   Fi g u r 4.           Fi g u r 2 .   OT A   i m p le m e n tat io n               Fig u r 3 .   Gettin g   th v al u o f   MN 1 ,   MN 2   Fig u r 4 .   Gettin g   th v al u o f   MN 3 ,   MN 4       B y   th s a m w a y   th e   v al u es   o f   all  ( W / L ) s   h a v b ee n   g o tte n .   T h d esig n ed   v alu e s   f o r   th t r an s is to r s   s izes  ar s h o w n   i n   T ab le  1   af ter   iter atio n s .   Her a f ter   i ter at io n s   t h cir c u it  h a v m ad cir cu it  i n   s u c h   w a y   th at  t h D C   v o lta g o f   o u tp u t   n o d o f   th f ir s s ta g is   o n   1 . 6 5   V.   T h is   w il p r o v id DC   in p u to   th n e x t   OT A   s tag e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A   P o w er E fficien t S elf  B ia s ed   OTA  Desig n   b a s ed   o n   /   Meth o d o lo g w ith   C o n s id erin g …  ( V ika s   Mit ta l )   107   T ab le  1 O T A   tr an s i s to r   d i m e n s io n s   o b tain ed   th r o u g h   t h d esig n   m eth o d o lo g y   N a me   o f   T r a n si st o r   ( W / L )   M N 1 ,   M N 2   7 1 . 3   M N 3 ,   M N 4   0 . 7 1 4   M N 5 ,   M N 6   0 . 7 1 4   M P 1   1 . 4 2 8   M P 2 ,   M P 3   1 . 2 8 5   M P 4 ,   M P 5   0 . 7 1 4   M P 6   2       T h f u ll y   s el f   b iased   OT A   w as  th en   i m p le m e n ted   ac co r d i n g   to   th to p o lo g y   s h o w ed   in   Fig u r 3 .   A ll   tr an s co n d u cto r s   o p er ate  with   o n co m m o n   b ias  g e n er ati n g   c ir cu it,  w h ic h   i m p r o v es  t h m atc h in g   b et w ee n   th OT A’ s   s tag e.       4.   L AYO U T   4 . 1 .     Ana lo g   L a y o ut   W h en   lo w - le v el  o r   h ig h - p r ec is io n   cir cu itr y   is   b ein g   d esig n ed ,   lo o f   ca r is   u s u all y   g iv e n   to     th d etail s   o f   th e   cir cu it   s c h e m atic  an d   h o w   t h s ig n al  r u n s   ar r o u ted .   I n   la y o u t s   f o r   d ig ital  cir cu its ,   th s p ee d   an d   th ar ea   ar th t w o   m o s t   i m p o r tan is s u e s .   I n   co n tr ast,   th la y o u f o r   an alo g   cir cu it s ,   ev er y t h in g   s h o u ld   b co n s id er ed   s i m u lta n eo u s l y   [ 2 6 ] .   I n   ad d itio n   to   th s p ee d   an d   th e   ar ea ,   o th er   eq u all y   cr i tical  co n s id er atio n s   s h o u ld   b tak en   i n to   ac co u n t.  I n   an alo g   la y o u m o r ca r h a s   to   b g iv e n   as  t h cir cu it  p e r f o r m an ce   c h a n g e s   d r asti ca ll y   d u to   n o i s e,   m i s m atc h es,  cr o s s ta lk   a n d   s h ield in g   r eq u ir ed   to   p r o tect  cr itical  n o d es  f r o m   b ein g   d is tu r b ed   [ 2 7 ] .   W ith o u p r o p e r   lay o u t,  t h m i s m atch e s   an d   t h co u p led   n o is w o u ld   b q u ite  lar g an d   w o u ld   s ig n i f ica n tl y   d e g r ad th p er f o r m an ce   o f   t h a m p li f ier s   [ 2 8 ] .     4 . 2 .   L a y o ut  o f   O T A   Du to   h u g asp ec r atio ,   s o m tr an s is to r s   ar d iv id ed   i n to   m u ltip le  f i n g er s   [ 2 9 ] .   Fig u r 5   s h o w s   all     th tr an s is to r s   w it h   f in g er i n g s .   Asp ec r atio   o f   MN 1   an d   MN 2   is   1 0 0 /1 . 4 .   Sin ce   1 00 = 2 5 0 ,   s o   s in g le   tr an s i s to r   is   d iv id ed   in   to   2   f in g er s   w ith   w id t h   o f   5 0 µm .   T h er is   n o   n ee d   to   m ak f in g er s   o f   o th er   tr an s is to r s   o f   OT A ,   b ec au s s ize s   o f   t h es tr an s is to r s   ar v er y   s m all.           Fig u r 5 .   L a y o u t o f   OT A       5.   SI M UL AT I O A ND  RE SU L T S   I n   th i s   C h ap ter   th s c h e m atic   o f   th cir cu it  h a s   b ee n   s i m u l ated   f o r   v ar io u s   p ar a m eter s .   A ll  v al u e s   h av b ee n   m ea s u r ed   at  lo ad   ca p ac itan ce   o f   3 p F.  P r ep ar ed   c ir cu it  o f   OT A   is   s i m u la ted   at  T an n er ,   T - SP I C E   to o at  0 . 3 5 µ  tech n o lo g y .   T h is   OT A   is   to   b p o w er ed   f r o m   3 . 3   v o lts   p o w er   s u p p l y   an d   w it h   p o w er   d is s ip atio n   o f   2 1 6 μ W .   T h cu r r en t so u r ce s / s i n k s   r eq u ir ed   f o r   b iasi n g   ar u s ed   f r o m   o u tp u s tag e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 :   1 0 4     1 14   108   B ased   o n   th OT A ,   in p u s ta g is   f u ll y   s el f   b iased ,   an   OT A   h as  b ee n   d esig n ed .   T h s i m u latio n s   in cl u d A C   r e s p o n s e,   T r an s ie n a n al y s is ,   DC   R esp o n s e.   T h r esp o n s es  h a v b ee n   c h ec k ed   f o r   te m p er atu r e   v ar iatio n ,   L o ad   ca p ac itan ce   v ar iatio n   a n d   p o w er   s u p p l y   v ar iatio n .   T h er is   n o   n ee d   to   g iv e   an y   D C   at     th in p u t b ec au s th i s   cir cu it i s   f u ll y   s el f   b iased   th at s   w h y   t h er is   n o   n ee d   to   m a k a n y   b i asin g   cir cu i t.     5 . 1 .   AC  Ana ly s is :   On   ap p l y i n g   AC   o f   1 0   m v   a n d   DC   o f   0   at  in p u ter m i n a o f   d esig n ed   f i lter .   ( Her VDD  is   3 . 3 w it h   r e s p ec to   g r o u n d ) .   Fi g u r 6   s h o w s   A C   An al y s is   f o r   O T A .   T h n etlis a n d   th s i m u l ated   AC   r es u lt s   f o r   th g ai n   ( m a g n it u d in   d B )   w it h   r e s p ec to   f r eq u e n c y ( Hz )   h as  b ee n   p lo tted   b y   u s i n g   T SMC   0 . 3 5 µm   o n     T - SP I C E   to o l   ( T an n er ) ,   is   g i v en   i n   Fi g u r 7 .   Fro m   F ig u r e   7   p l o tted   w a v e f o r m s ,   t h f o l lo w i n g   p ar am e ter s   h av b ee n   o b tai n ed   as in   T ab le  2 .               Fig u r 6.   AC   an al y s i s   f o r   OT A   Fig u r 7 .   P lo tted   A C   r esp o n s e   o f   OT A       T ab le  2 .   Ob tain ed   P a r am eter s   f o r   AC   A n a l y s is   G a i n   4 1 . 3 5   d B   3 d B   B a n d w i d t h   1 3 8 . 7 3   k H z   U G B   1 2 . 4 0   M H z   P o w e r   D i ssi p a t i o n   2 1 6 . 1 5   µ W       5 . 2 .   T ra ns ient   Ana ly s is     Fo r   o b s er v in g   t h tr an s ie n t r es p o n s o f   t h f ilter   t h te s t se tu p   o f   Fi g u r 8   m u s t b u s ed .   I n   th is   s et u p   s in u s o id al  s i g n als  ar ap p lied   to   th t w o   in p u ts   an d   th e f f ec ti v v al u o f   in p u s i g n a is   th d if f er en ce   o f     th v o lta g at  th t w o   ter m i n als.  No   DC   p o ten tial  i s   ap p lied   alo n g   w i th   t h s i n u s o i d al  s ig n a b ec au s e     th cir cu i t is  f u l l y   s e lf   b iased .           Fig u r 8 .   T r an s ien a n al y s i s   f o r   OT A       T h s i m u lated   tr an s ie n r es u lt s   f o r   t h m ag n it u d in   v o lt  w i t h   r esp ec to   ti m ( s ec )   h av b e en   p lo tted   in   Fi g u r e   9 .   On   ap p ly in g   t h in p u v o ltag p ea k   to   p ea k   o f   1 m v ,   o u tp u v o lta g p ea k   to   p ea k   o f   2 2 0 m v   h as   b ee n   o b tain ed .   Her m ax   v o lt ag s w in g   i s   1 . 7 2 an d   m i n   v o ltag e   s w i n g   is   1 . 5 0 V.   T h s i m u lated   tr a n s ie n t   r esu lt s   f o r   th m ag n it u d in   v o lt  w i th   r esp ec to   tim ( s e c)   h av b ee n   p lo tted   in   Fig u r 9 .   On   ap p ly in g     th in p u t v o lta g p ea k   to   p ea k   o f   1 m v ,   s le w   r ate  o f   9 . 9 9 2   µs  h as b ee n   o b tain ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A   P o w er E fficien t S elf  B ia s ed   OTA  Desig n   b a s ed   o n   /   Meth o d o lo g w ith   C o n s id erin g …  ( V ika s   Mit ta l )   109       Fig u r 9 .   Si m u lated   tr an s ien t r esp o n s es        5 . 3 .   DC  Ana ly s is   T h m ain   r esp o n s o f   t h is   cir cu it  i s   t h D C   r esp o n s e.   A s   n o   b iasi n g   v o lta g at  t h i n p u i s   u s ed ,   s in g le  v o lta g s o u r ce   i.e .   p o w er   s u p p l y   ( VDD)   p r o v id es  th n ec ess ar y   D C   v o lt ag at  th in p u t.     Her th v o lta g o f   ev er y   n o d is   al m o s t e q u al  to   1 . 6 5   v o lt.   a)   DC   Va lue o f   V OUT1   T h v o ltag o f   n o d VOUT 1   i s   p lo tted   in   Fi g u r 10 ,   w h e n   t h v al u o f   VDD  is   3 . 3   v o lt,  t h en   o n   th is   v alu e,   t h v o lta g at  n o d VOUT 1   is   1 . 6 1   Vo lt.     b)   DC  Va lue o f   VO UT 2   T h v o ltag o f   n o d VOUT 2   i s   p lo tted   in   Fi g u r 11 ,   w h e n   t h v al u o f   VDD  is   3 . 3   v o lt,  t h en   o n   th is   v alu t h v o ltag at  n o d VOUT 2   is   1 . 6 1   Vo lt.           Fig u r 10 .   Vo ltag o f   No d VOUT 1     Fig u r 11 .   Vo ltag o f   n o d V OUT2         5 . 4 .   L o a d Va ria t io ns :   On   ap p l y i n g   d i f f er en v al u es   o f   lo ad   ca p ac itan ce   d if f er en ce s   in   all  t h ac h ie v ed   p ar am eter s   h av e   b ee n   o b tain ed .   T h ac h iev ed   p ar am eter s   h a v b ee n   p lo tt ed   in   th f o llo w in g   f i g u r es  f o r   th r ee   d if f er en t   ( 2 . 5   P F,  3   P F,  3 . 5   P F)  v alu es.   Fro m   Fi g u r es  1 2 ,   1 3   an d   1 4   p l o tted   w av e f o r m s ,   th f o llo w in g   p ar a m eter s   h a v e   b ee n   o b tain ed   as in   T ab le  3 .     A t   C L = 2 . 5   P F   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 :   1 0 4     1 14   110       Fig u r 12 .   A C   An al y s i s   at  C L = 2 . 5   P F       At   CL = 3   P F             Fig u r 13 .   A C   An al y s i s   at  C L = 3   P F       At   CL = 3 . 5   P F           Fig u r 14 .   A C   An al y s i s   at  C L = 3 . 5   P F   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A   P o w er E fficien t S elf  B ia s ed   OTA  Desig n   b a s ed   o n   /   Meth o d o lo g w ith   C o n s id erin g …  ( V ika s   Mit ta l )   111   T ab le  3 .   Ob tain ed   P a r am eter s   f o r   d if f er e n L o ad s   A c h i e v e d   P a r a me t e r s   G a i n   3 d B   B a n d w i d t h   U G B   P o w e r   D i ssi p a t i o n   C L = 2 . 5   p F   4 1 . 2 7   d B   1 5 5 . 3 3   k H z   1 5 . 6 6   M H z   2 1 6 . 1 5   µ W   C L = 3   p F   4 1 . 3 5   d B   1 3 8 . 7 3   k H z   1 2 . 4 0   M H z   2 1 6 . 1 5   µ W   C L = 3 . 5   p F   4 1 . 1 3   d B   1 1 2 . 6 8   k H z   9 . 8 4   M H z   2 1 6 . 1 5   µ W         5 . 5 .   T e m pera t ure  Va ria t io ns   On   ap p l y i n g   d i f f er e n v alu e s   o f   te m p er at u r th er ar ch an g es  i n   all  ac h iev ed   p ar a m eter s .   T h ac h iev ed   p ar a m e ter s   h as  b ee n   p lo tted   in   t h f o llo w i n g   f i g u r e s   f o r   th r ee   d i f f er e n ( 2 0 0 C ,   3 0 0 C ,   4 0 0 C , )   v alu e s   te m p er at u r es.i. e.     5 . 5 . 1 .   AC  Ana ly s is   AC   an a l y s is   h as  b ee n   d o n f ir s f o r   all  t h r ee   te m p er at u r es.   Fro m   Fi g u r 15 ,   p lo tted   w av ef o r m s ,   th f o llo w i n g   p ar a m eter s   h av b ee n   o b tain ed   as  in   T ab le  4 .   A cc o r d in g   to   T ab le  5   th is   h a s   to   b s ee n   th at  a s   te m p er atu r is   i n cr ea s i n g ,   ea ch   p ar a m eter   is   i m p r o v in g .   Gai n   an d   B an d w id th   i s   m a x i m u m   at  3 0 0 C .           Fig u r 15 .   A C   An al y s i s   at  Di f f er en t T e m p er atu r es       T ab le  4 .   Ob tain ed   P a r am eter s   f o r   d if f er e n t T em p er at u r es   A c h i e v e d   P a r a me t e r s   T = 20 0 C   T = 30 0 C   T = 40 0 C   G a i n     4 0 . 9 2   d B   4 1 . 4 5   d B   2 8 . 2 8   d B   3 d B   B a n d w i d t h   1 2 1 . 9 8   k H z   1 2 1 . 9 8   k H z   1 2 1 . 7 8   k H z   U G B   1 2 . 6 9   M H z   1 2 . 6 9   M H z   5 . 8 8   M H z   P o w e r   D i ssi p a t i o n   2 1 6 . 1 5   µ W   2 1 6 . 1 5   µ W   2 1 6 . 1 5   µ W               T ab le  5 .   Ob tain ed   P a r am eter s   f o r   d if f er e n t P o w er   S u p p lies   A c h i e v e d   P a r a me t e r s   V DD = 3   V   V DD = 3 . 3   V   V DD = 3 . 6   V   G a i n   3 7 . 0 3   d B   4 0 . 9 2   d B   3 8 . 1 2   d B   3 d B   B a n d w i d t h   8 3 . 1 7   k H z   1 2 1 . 9 8   k H z   1 5 7 . 4 7   k H z   U G B   2 . 3 9   M H z   1 2 . 6 9   M H z   1 1 . 6 5   M H z   P o w e r   D i ssi p a t i o n   1 9 6 . 5   µ W   2 1 6 . 1 5   µ W   2 3 5 . 8   µ W       5 . 5 . 2 .   DC  Ana ly s is   T h DC   an al y s is   h as  b ee n   d o n f o r   all  th r ee   te m p er at u r es  an d   th v a lu e s   f o r   all  th r ee   n o d es  h av e   b ee n   p lo tted .   A cc o r d in g   to   th Fig u r 16   an d   Fig u r 17   th i s   h as  to   b s ee n   t h at  t h er is   n o   ef f ec o n   t h DC   v o ltag e s   o f   all  n o d es.  So   th is   h as  to   b s aid   th at  th cir cu it  is   r esis ta n f o r   co m m o n   m o d e   s ig n al  an d   ca n   b e   o p er ated   o n   d if f er e n t te m p er at u r es.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864   I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 :   1 0 4     1 14   112   E f f ec t   o n V OUT1           Fig u r 1 6 .   DC   An al y s i s   o n   No d V OUT1       E f f ec t   o n VO UT 2           Fig u r 17 .   DC   An al y s i s   o n   No d V out2       5 . 6 .   P o w er   Su pp ly   Va ria t io ns   T h ef f ec o f   th v ar iatio n   in   p o w er   s u p p l y   h as  b ee n   p lo tt ed .   Fro m   F ig u r 1 8 ,   p lo tted   w a v e f o r m s ,   th f o llo w in g   p ar a m eter s   h av e   b ee n   o b tain ed   as   in   T ab le  5 .   A cc o r d in g   to   t h T ab le  5   th is   h as  to   b s ee n   th a t   th o v er all  p er f o r m a n ce   o f   t h e   cir cu it is   i n cr ea s i n g   f o r   less er   v alu o f   p o w er   s u p p l y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       A   P o w er E fficien t S elf  B ia s ed   OTA  Desig n   b a s ed   o n   /   Meth o d o lo g w ith   C o n s id erin g …  ( V ika s   Mit ta l )   113       Fig u r 18 .   A C   An al y s i s   o f   P o w er   S u p p l y   Var iatio n       6.   CO NCLU SI O NS   Self   b ias in g   i s   th ar ea   o f   b iasi n g ,   w h ic h   r ed u ce s   t h ar ea   r eq u ir e m e n o f   t h cir cu it.    As  t h tec h n o lo g y   is   s ca led   d o w n   it   is   m o r i m p o r tan f o r   f ilter   to   w o r k   at  a n y   C le v el.   Her in   t h i s   t h esi s   w o r k ,   f u ll y   s el f   b iased   OT A   u s i n g   d esig n   m et h o d o lo g y   b ased   o n   th /   tr an s is to r   c h ar ac ter is tics   i s   d esig n ed   an d   s i m u la ted   w i t h   t h s c h e m a tic  o f   t h cir cu it.   T h O T A   h as  Gai n   o f   4 1 . 3 5   d B   an d   3 d b   b an d w id t h   o f   1 3 8 . 7 3   k Hz  an d   th UGB   o f   1 2 . 4 0 MH w it h   th c u r r en co n s u m p tio n   o f   6 5 . 5 0   μ A .   T h cir cu it  d o es  n o h a v n ee d   o f   an y   D C   e x ter n al  b iasi n g   cir cu it,   o n l y   n ee d   to   ap p l y   VDD  ( 3 . 3   V) .   Her s elf   b iasi n g   h as  b ee n   in tr o d u ce d   w it h   p o w er   co n s u m p tio n     o f   2 1 6 . 1 5 μ W .     T h o p er atio n   o f   th in p u s ta g u n d er   d if f er en s u p p l y   v o lt ag es  a n d   te m p er atu r ar s i m u lated   an d   an al y ze d .   Si m u latio n   r esu l f o r   te m p er atu r v ar iatio n ,   p o w er   s u p p l y   v ar iatio n s   an d   lo ad   v a r iatio n s   s h o w s   t h at  th cir cu it  ca n   b u s ed   f o r   w i d r an g o f   te m p er atu r e,   p o w er   s u p p l y   an d   lo ad   v ar iatio n .   T h m ai n   f ea t u r o f   th cir cu i t is t h s el f   b iasi n g   with   lo w   cu r r en t c o n s u m p tio n   o f   6 5 . 5 μ W .       RE F E R E NC E S   [1 ]   S il v e ira,  F . ,   F lan d re ,   D.,   Je sp e rs,  P . G . A . ,   A   g m /ID  Ba se d   M e th o d o lo g y   f o th e   De sig n   o f   CM OS  A n a lo g   Circu it s   a n d   Its  A p p li c a ti o n   t o   th e   S y n th e sis  o f   a   S il ico n o n -   In su lato M icro p o w e OTA ,   IEE Jo u rn a o f   S o lid -   S tate   Circu it s,  v o l.   3 1 ,   n o .   9 ,   S e p tem b e 1 9 9 6 .   [2 ]   Co rtes ,   F .   P . ,   F a b ris,   E. ,   a n d   Ba m p i,   S . ,   A n a ly sis  a n d   De sig n   o f   Am p li f iers   a n d   Co m p a ra to rs  in   CM OS  0 . 3 5 μm   T e c h n o lo g y ,   M icro e lec tro n ics   R e li a b il it y ,   Ese lv ier L td ,   v o l.   4 4 ,   p p .   6 5 7     6 6 4 . ,   A p ril   2 0 0 4 .   [3 ]   C o rtes ,   F .   P . ,   F a b ris,   E. ,   a n d   B a m p i,   S . ,   A p p ly in g   th e     /     M e th o d   in   t h e   A n a l y sis  a n d   De sig n   o f   M il ler   Am p li f ier,  Co m p a ra to a n d   Gm - f il ter” ,   P ro c e e d i n g s o f   IF I P   V L S I - S o c   2 0 0 3 ,   G e r m a n y ,   De c e m b e 2 0 0 3 .   [4 ]   V o o rn a l,   H.,   &   V e e n stra ,   H.,   T u n a b le  h ig h - f re q u e n c y   Gm - f il ters .   IEE Jo u r n a o f   S o li d - S tate   Circu it s,  v o l.   3 5 ,   n o .   8 ,   p p . 1 0 9 7 1 1 0 8 ,   2 0 0 0 .   [5 ]   Ka rd o n tch ik ,   H.,   G ra y ,   P .   R. ,   Hig h - F re q u e n c y   CM OS  Co n t in u o u s - T im e   F il ters .   IEE Jo u rn a l   o f   S o li d - S tate   S y st e m s,  v o l.   S C - 1 9 ,   p p .   9 3 9 - 9 4 8 ,   1 9 8 4 .   [6 ]   G u lati  K.,   L e e   H.  S . ,   " A   Hig h   S w in g   CM OS  T e les c o p ic  Op e ra ti o n a A m p li f ier " ,   IEE Jo u r n a l   o f   S o li d   S tat e   Circu it s,  v o l.   3 3 ,   No .   1 2 ,   De c e m b e 1 9 9 8 .   [7 ]   P a n d e y ,   P . ,   S i lv a - M a rti n e z   J.,   a n d   L iu ,   X . ,   A   CM OS  1 4 0 - m W   F o u rt h - Ord e C o n ti n u o u s - T ime   L o w - P a ss   F il ter  S tab il ize d   w i th   a   Clas A Co m m o n   M o d e   F e e d b a c k   Op e ra ti n g   a 5 5 0   M Hz ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Circu i ts  a n d   S y st e m s -   I:  Re g u lar P a p e rs,  v o l.   5 3 ,   n o .   4 . p p .   8 1 1 ,   2 0 0 6 .   [8 ]   Na u ta,  B. ,   A   CM OS  T ra n sc o n d u c tan c e - F il ter   T e c h n iq u e   f o V e ry   Hig h   F re q u e n c ies ,   IEE E   J o u r n a o f   S o li d - S tate   Circu it s,  v o l .   2 7 ,   p p . 1 4 2 1 5 3 ,   1 9 9 2 .   [9 ]   T h a n a c h a y a n o n t,   A . ,   &   P a y n e ,   A . ,   CM OS  F lo a ti n g   A c ti v e   In d u c to a n d   it A p p li c a ti o n to   Ba n d p a ss   F il ter  a n d   Os c il lato De sig n s” ,   IEE   P ro c e e d in g s Circu it s,  De v ice s a n d   S y ste m s,  v o l.   1 4 7 ,   n o .   1 ,   p p . 4 2 4 8 ,   2 0 0 0 .   [1 0 ]   S á n c h es - S in e n c i o ,   E . ,   S il v a - M a rti n e z ,   J.,   CM OS   T ra n sc o n d u c ta n c e   Am p li f iers   a n d   A c ti v e   F il ters a   T u to rial” ,   P r o c e e d in g s o f   IEE Circ u it s De v ice s S y ste m s,  v o l.   1 4 7 ,   p p .   3 -   1 2 ,   2 0 0 0 .   [1 1 ]   Bu rg g e r,   V . W . ,   Ho stick a ,   B. J.,   a n d   M o sc h y tz,  G . S . ,   " A   Co m p a ris o n   o f   S e m ico n d u c t o C o n tr o ll e d   S o u rc e f o th e   De sig n   o f   A c ti v e   RC I m p e d a n c e s " ,   In t.   J.  o f   Circu it   T h e o ry   a n d   A p p l. ,   v o l.   1 0 ,   p p . 2 7 - 4 2 ,   1 9 8 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.