Co m pu t er   Science  a n d In f o r m a t io n T ec hn o lo g ies   Vo l.  2 ,   No .   2 J u l y   2 0 2 1 ,   p p .   49 ~ 57   I SS N:  2722 - 3221 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / csit . v 2 i 2 .p 49 - 57       49       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ia e s p r ime. co m/in d ex . p h p /csi t   Desig n and   si m ul a tion o hig h - sw ing  f ully  dif fere n tia l t elesco pic   Op - A m p       Z a hra   P ez esh k i   F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   Ro b o ti c   En g in e e rin g ,   S h a h ro o d   Un iv e rsit y   o f   Tec h n o lo g y ,   S h a h ro o d ,   S e m n a n ,   Ira n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  1 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   Feb   1 0 ,   2 0 2 1   A cc ep ted   Feb   1 7 ,   2 0 2 1       T h is  a rti c le  d e sc rib e th e   p ro c e s o f   d e sig n   a n d   si m u latio n   o f   a   h ig h - sw in g   f u ll y   d iff e r e n ti a tele sc o p ic  Op e ra ti o n a Am p li f ier  (Op - Am p ).   Du e   to   th e   Co m m o n   G a te - Co m m o n   S o u rc e   (CG   a n d   CS c a sc o d e   str u c tu re ,   t h e   g a in   is   v e r y   h ig h .   T o   m a x i m ize   th is  g a in ,   t h e   l o a d   m u st  a lso   b e   se lec ted   s u c h   a s   tw o   c u rre n so u rc e s.  T h is  c ircu it   h a t h e   h ig h e v o lt a g e   in   o u t p u th a n   c u rre n Op - Am p in   a c c o rd a n c e   w it h   d e sira b le  c h a ra c teristics .   T h e   lo ss   o f   p o w e o f   th is  o p e ra ti n g   a m p li f ier  a re   v e r y   lo w   a n d   i n   m il li w a tt s.  W it h   u se   o f   a   p o w e su p p ly   o f   1 . 8   V ,   i a c h iev e a   h ig h - s w i n g   1 . 2   V ,   a   d if f e r e n ti a g a in   o f   7 6 . 3 3 3   d B,   ω _ u G o f   4 1 2   M Hz ,   a n d   >   5 0   d CM RR.  T h is  n e w   d e sig n   th ro u g h   th e   sim u latio n a n d   a n a ly ti c a ll y   sh o w th a th e   h ig h - sw in g   f u ll y   d if fe re n ti a tele sc o p ic Op - Am p   re tain s it s h ig h   CM RR ev e n   a h ig h   f re q u e n c ies .   K ey w o r d s :   Ou tp u t s w i n g   P h ase  m ar g in   Slo w   r ate   T elesco p ic  o p er atin g   a m p li f ier   Un it y - g ai n   f r eq u en c y   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC  BY - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Z a h r P ez esh k i   Facu lt y   o f   E le ctr ical  a n d   R o b o tic  E n g in ee r i n g     Sh a h r o o d   Un iv er s it y   o f   T ec h n o lo g y   Sh a h r o o d ,   Sem n a n ,   I r an   E m ail:  tej ar ate m r o o z@ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h s i m p lest   Op er atio n al  Am p lif ier   ( Op - Am p )   is   h ig h - g a in   d if f er e n tial  a m p lifie r .   T h a m o u n o f   th is   g ai n   in   t h r an g o f   10 1 - 10 5   is   s u f f icien f o r   Op - Am p   ap p licatio n s .   Op - Am p   p er f o r m a n ce   p ar am eter s   ar e:   o p en - lo o p   g ai n ,   s m all  s ig n al  b an d w id t h ,   lar g e   s i g n a b an d w id t h ,   o u tp u s w in g ,   li n ea r it y ,   n o is e,   o f f s e an d   s u p p l y   r ej ec tio n   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   B y   d e s ig n i n g   an   Op - Am p ,   th ese  p ar a m eter s   ar co m m u n icate d   w it h   ea ch   o th er .   Sin g l e   ca s co d e   d if f er en t ial  a m p li f ier s   w it h   i n teg r ated   co m p o n e n t s   ca n   h ar d l y   p r o d u ce   m u c h   g ai n .   T h b an d w id th   i s   d eter m in ed   b y   th lo ad   ca p ac itan ce .   T o   ac h iev th h ig h   g ai n ,   d if f er e n tial  ca s co d es  ar u s ed .   T h ese  ca s co d e   co n n ec tio n s   l ie  b et w ee n   p o w er   s u p p lies   a n d   lo ad   c u r r en s o u r ce s .   W h e n   t h MO S FET s   o f   ea ch   b r an ch   ar e   alig n ed   w it h   ea ch   o th er ,   t h e y   cr ea te  telesco p ic - li k s tr u ct u r e.   T h er ef o r e,   th is   t y p o f   co n f i g u r atio n   is   k n o wn   as  telesco p ic  Op - Am p .   T h r esu lti n g   c ir cu it  i s   s y m m etr ic  w it h   ea ch   o f   t h o u tp u lo ad s   g e n e r ated   b y   t h ca s ca d e   cu r r en t so u r ce .   T h eir   o u tp u t sw i n g s   ar also   lim ited   d u to   t h s h o r t - c ir cu it p r o b lem   o f   o n o f   th in p u ts   to   th o u tp u i n   th ap p licatio n s   s u c h   as  s o u r ce   f o llo w er   [ 3 ] .   A n o th er   p r o b lem   is   p o w er   co n s u m p tio n .   T h er ar e   v ar io u s   d esi g n s   t h at  th e y   h a v tr ied   to   r ea ch   h ig h   s w i n g   w i th   lo w   p o w er   co n s u m p t io n ,   b u th p o w er   co n s u m p tio n   v al u h a s   n o b ee n   r ep o r ted   [ 3 ] .   I n   s o m p ap er s ,   o u tp u s w i n g   is   lo w   o r   h as  n o t   b ee n   r ep o r te d   to o   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   T h g ain - b o o s ted   telesco p ic  Op - a m p s   ca n   r ea ch   to   h ig h   s w in g   w it h   lo w   p o w er   co n s u m p tio n ,   b u t th eir   d esig n   is   clas s i f ied   in to   m u ltip le  d esig n   a.   Fo ld ed   ca s co d Op - am p   [ 6 ] .   b.   T h m ai n   Op - a m p   an d   t h b o o s tin g   Op - a m p   [ 7 ] ,   [ 8] .   c.   T h m ai n   Op - a m p   an d   t h Mu ltip l y i n g   D ig i tal - to - An alo g   C o n v er ter   ( MD AC )   ar ch itect u r [ 9 ] .   d.   Th e   m ai n   Op - a m p   an d   t h Mil ler   co m p e n s atio n   [ 1 0 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2722 - 3221   C o m p u t.  Sci.  I n f .   T ec h n o l. Vo l.  2 ,   No .   2 ,   J u l y   20 2 1 49     57   50   So   s u c h   d esig n   i m p le m e n tat io n   is   v er y   co m p licated .   I n   t h is   p ap er ,   au th o r   w a n to   d esig n   h i g h - s w in g   f u l l y   d if f er e n tial  tele s c o p ic  Op - Am p   i n   0 . 1 8      C MO S   tech n o lo g y .   A ll  s i m u latio n s   o f   th i s   cir cu it  ar e   p er f o r m ed   i n   HSP I C E   R s o f t w ar e.   Ot h er   s o f t w ar e s   s u c h   as  C ad en ce   ca n   al s o   b u s ed   in   t h is   r eg ar d   [ 2 ] .     Fig u r 1   s h o w s   t h f u ll y   d i f f e r en tial  telesco p ic  Op - Am p .   T h f u ll y   d i f f er en t ial  d esig n s   i n clu d t h e   f ir s an d   s ec o n d l y   s w itc h ed   cu r r en m ir r o r s   an d   th o u tp u w h ich   ca n   b cir cu it  d u o   t o   b o o s tin g   th g ai n   an d   r ea ch in g   th w id b an d   [ 1 1 ] - [ 1 7 ] ,   b u th is   ca n   ca u s t h p o w er   co n s u m p t io n   to   in cr ea s e.   B iasi n g   also   ca n   i m p r o v th g ai n   w it h   less   d is s ip atio n ,   e. g .   W id eb an d   QFG  d y n a m ic  b iasi n g   ( QFG - DB )   Op - a m p ,   b u it  ca n n o t   to   in cr ea s th o u tp u o r   in p u v o lta g [ 1 8 ] .   So m ap p licatio n s   s u c h   as  F u l l y   Di f f er en tial  Di f f er en ce   T r an s co n d u ctan ce   Am p li f ier   ( FDDT A ) ,   r eq u ir lo w   o u tp u t,  s o   th h i g h   g a in   is   n o i m p o r tan in   t h eir   d esig n .   B ec au s th e y   ar u tili ze d   as  a   lo w   p ass   f ilter   [ 1 9 ] .   T h ad v an tag o f   th f u l l y   d i f f er e n tia d esig n   i s   th at  t h e   d if f er e n ti al  m o d s i g n a p ath   en co m p as s es  o n l y   th n - c h a n n e MO SF E T s   [ 2 0 ] .   On l y   NM OS   tr an s is to r s   co n d u c t   ti m e - v ar y i n g   cu r r e n ts ,   an d   P MO tr an s i s to r s   tr an s m it  co n s t an cu r r en t.  T h is   in cr ea s es  t h Op - Am p   s p ee d ,   s o   th m o b ilit y   o f   th n - ch a n n el  MO SF E T   is   g r ea ter   th an   th at  o f   th p - ch a n n el  MO SF E T .   I n   m y   d es ig n ,   w u s e   th telesco p ic  Op - Am p   [ 8 ]   o f   Fig u r 1 .   I t   is   co m b in atio n   o f   C o m m o n   Gate - C o m m o n   S o u r ce   ( C S - C G)   th at   ac h iev e s   h ig h er   g ai n   d u to   d o u b le   lo ad   o f   cu r r en t so u r ce .           Fig u r 1 .   T ele s co p ic  ca s co d e   w it h   NM O S in p u ts       C o m b i n atio n   o f   C S - C ca s co d es  w i th   co m p o n e n ts   s u c h   as  NM OS  is   f o r   h ig h er   g ai n .   C as ca d lo ad   cu r r en s o u r ce s   w it h   co m p o n e n ts   s u c h   as  P MO ar u s ed   to   ac h iev g r ea ter   d r ain   r esi s tan c e,   w h ich   is   u s ed   to   co m b i n C S - C ca s co d es.  T h g ai n   o f   t h cir c u it  i n   Fi g u r 1   ca n   b o b tain ed   b y   u s i n g   h a l f   o f   t h cir c u it  a s   ( 1 )   [ 2 1 ] .     =  [ (   2 ) (   2 ) ]   ( 1 )     W h er   is   th e   cr o s s - co n d u ct iv i t y   a n d     is   t h d r ain   r e s is to r s   in   th M OSFET s .   So ,   t h g ain   o f   t h e   telesco p ic  ca s co d O p - Am p   i n cr ea s es.  T h o u tp u t s w i n g   is   a s   ( 2 ) :     = 2 [  (  1 +  3 + + |  5 | + |  7 | ]   ( 2 )     W h er e,   th    is   o v er d r iv v o lta g o f   th M OSFET s ,   an d     r ed u ce   th r o u g h   t h Mta il  MO S FET   cu r r en s o u r ce ,    .   T h o u tp u v o ltag o f   th is   cir cu it  is   m u c h   less   th a n   th at  o f   s i m p le  f u ll y   d i f f er e n tia l     Op - Am p .   So ,   in   t h i s   p ap er ,   I   w a n to   d esig n   n e w   f u ll y   d i f f er en tia telesco p ic  Op - a m p   with   s p ec i f icatio n s   as   s h o w n   in   T ab le1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t.  Sci.  I n f .   T ec h n o l.         Desig n   a n d   s imu la tio n   o f h ig h - s w in g   fu lly  d iffer en tia l te lesc o p ic   Op - A mp   ( Za h r a   P ezes h ki )   51   T ab le  1 .   T h ch ar ac ter is tic  o f   h ig h - s w in g   f u l l y   d i f f er e n tial t elesco p ic  OP - A MP   cir cu i t   P a r a me t e r   C h a r a c t e r i st i c   G a i n   >   6 0   d B   C M R R   >   5 0   d B      > 2   ×   4 0 0   M H z   P h a se   marg i n   >   6 0   S l o w   R a t e   >   2 0 0   V / μ s   V c m i   =   1   V   V c m o   =   1 . 1   V   O u t p u t   S w i n g   >   0 . 5   V   P o w e r   C o n su mp t i o n   >   =   1 . 2   mW   P o w e r   su p p l y   (  )   1 . 8   V       2.   T H E   P RO P O SE M E T H O D   A cc o r d in g   to   th T ab le   1 ,   au th o r   m u s also   co n s id er   o th er   f ea tu r es  o f   th tele s co p ic   ca s ca d an d   ad d   to   th MO SF E T s   in cl u d in g  = 200    / 2 ,    = 80    / 2 ,   b o d y   m o d u la tio n   e f f ec t s = 0 . 18   1   an d   = 0 . 36   1 ,   an d   th th r es h o ld   v o ltag e:   = |  | = 0 . 45     [3 ] ,   [ 4 ] .   I n   th is   cir c u it,  th e   to tal  p o w er   co n s u m p tio n   s h o u l d   n o ex ce ed   1 . 2   m W .   T h cu r r en s o u r ce   o f      is = 1 . 2  1 . 80 = 0 . 67    So ,   each   ca s co d b r an ch   o f   t h O p - Am p   r eq u ir es  0 . 3 4   m A   c u r r en t,  m ea n s / 2 .   On   t h o t h er   h a n d ,   th e   co m m o n   m o d o u tp u t   v o lta g e   is   1 . 1   .   T h at  is ,   ea ch   n o d a n d   in   Fi g u r 1   s h o u ld   b ab le  t o   s w in g   u p   to   1 . 1   v o lt   an d   k ee p   th tr an s is to r s   3 6   in   s at u r atio n   ar ea .   W ith   1 . 8     p o w er   s u p p l y ,   t h to tal  v o lta g e   av ailab le  f o r     an d   ea ch   ca s co d b r an ch   is   0 . 7   .   T h u s ,   w h av ( 3 ) :      1 +  3 + |  5 | + |  7 | + ] = 1 . 8 1 . 1 = 0 . 7   ( 3 )     Sin ce     d r aw s   m o s o f   th c u r r en t,  o n f i f t h   o f   t h v o lta g r ea ch es  to   it,  s o   = 0 . 14     an d   0 . 56     r em ai n s   f o r   th f o u r   ca s ca d tr an s is to r s .   T h 5 8   cu r r en s o u r ce s   h av lo w   m o b il it y ,   s o   m o r e   v o ltag s h o u ld   b allo ca ted   p er   b r an ch   to   th e m   ( 0 . 32   ) .   T h er ef o r e,   in   ca s ca d b r an ch ,   w e   h av e  5 +  7 = 0 . 32   .   T h r est  o f   th v o ltag i s   all o ca ted   to   tr an s is to r s   1   an d 3 .   T h at  is    1 +    3 =   0 . 24   So ,   th o v er d r iv v o ltag o f   tr an s i s to r s   5   an d   7   is   0 . 16     an d   th v o ltag o f   tr an s i s to r s   1   an d   3   is 0 . 12   .   T h e   asp ec r atio   o f   1   ca n   b e v alu a t ed   b y   th b ia s   c u r r en a n d   t h e   o v er d r iv v o lta g o f   ea c h   M OSFET .   T h r elatio n   o f   d r ain   cu r r en t t o   s atu r atio n   ar ea   is   ( 4 ) :     = ( 1 / 2 )  ( / ) (   ) 2     ( 4 )     T o   m i n i m ize  th p ar asit ic  ca p ac ito r s   o f   th in teg r ated   d ev ices ,   th m in i m u m   le n g th   o f   ea ch   MO SF E T   tr an s i s to r   is   = 0 . 18    .   T h en ,   ( ) 1 4 = 38    ( ) 5 8 = 58 . 25      an d   = 58 . 775      ar o b tain ed .   So ,   th d esi g n   w a s   d o n ac co r d in g   to   th to t al  p o w er   co n s u m p t io n ,   p o w er   s u p p l y   a n d   o u tp u s w i n g .   T h a m o u n o f   t h g ain   ca n   n o w   b ca lcu lated   f r o m   t h ( 5 ) ,     1 [ ( 3 3 1 ) ( 5 5 7 ) ]       ( 5 )     B y   ch o o s i n g   m in i m u m   c h a n n el  len g t h   o f   0 . 18      f o r   all  MO SF E T   tr an s is to r s   w h a v   an d     w h ic h   ar o b tain ed   f r o m   ( 6 )   an d   ( 7 ) .     = 2 /    ( 6 )     = 1 /   ( 7 )     So ,   au th o r   h a v e:     1 4 = 2 × 0 . 32 × 10 3 0 . 123 = 5 . 203    /   5 8 = 2 × 0 . 32 × 10 3 0 . 157 = 4 . 764    /   1 4 = 1 0 . 18 × 0 . 32 × 10 3 17361 . 11   Ω   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2722 - 3221   C o m p u t.  Sci.  I n f .   T ec h n o l. Vo l.  2 ,   No .   2 ,   J u l y   20 2 1 49     57   52   5 8 = 1 0 . 36 × 0 . 32 × 10 3 8680 . 56   Ω     I n   th i s   p ap er ,   au th o r   p r o p o s th cir cu i o f   Fi g u r 2 ,   ca lled   h ig h - s w i n g   f u l l y   d i f f er e n tial  telesco p ic    Op - Am p .       Fig u r 2 T h p r o p o s ed   h ig h - s w i n g   f u ll y   d if f er e n tial te lesco p ic  Op - Am p   cir cu i t       Fo r   d o in g   s i m u la tio n ,   f ir s tl y   au th o r   m u s g et  t h w o r k i n g   p o in o f   all  tr an s i s to r s   u s i n g   th " . o p co m m a n d   ( all  tr an s is to r s   ar i n   s at u r atio n   ar ea )   s ee   Fi g u r 3 .           Fig u r 3 W o r k in g   p o in t o f   t h e   p r o p o s ed   h ig h - s w i n g   f u ll y   d i f f er e n tia l te lesco p ic  Op - Am p   c ir cu it       T o   k ee p   th all  tr an s is to r s   i n   th s at u r atio n   ar ea ,   th b ias  v o l tag es,  co n tr o v o lta g e,   an d   m a x i m u m   an d   m i n i m u m   i n p u v o ltag e s ,    ,   ar ca lcu lated   to   d r iv th tr a n s i s t o r s   to   th s atu r atio n   ar ea   as:     =       >    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t.  Sci.  I n f .   T ec h n o l.         Desig n   a n d   s imu la tio n   o f h ig h - s w in g   fu lly  d iffer en tia l te lesc o p ic   Op - A mp   ( Za h r a   P ezes h ki )   53   1 =  3 + 1 +       3 >  3   2 =  7  5       5 <  5   3 =   7       7 <  7   {  =  2  7  3      =  1 +       1 >  1 }     So   af ter   s i m u la tio n ,   al tr an s i s to r s   ar ac ti v a n d   th e ir   cu r r en ar r e g u la ted   w h ic h   th e   t o tal  p o w er   co n s u m p tio n   o f   th cir c u it o b t ain s   a s   1 . 2      s ee   Fi g u r 4 .           Fig u r 4 P o w er   co n s u m p tio n   o f   th cir cu it (   ).       3.   RE SU L T AND   D I SS CUS I O N   I n   th is   s ec tio n ,   au th o r   w a n t o   d is cu s s   ab o u th s i m u lat io n .   A cc o r d in g   to   th Fig u r 4 ,   th cu r r en t   d r a w n   f r o m   t h p o w er   s u p p l y   i s   0 . 72      an d   th to tal  p o w er   co n s u m p tio n   o f   th cir cu it  is   1 . 2    .   T h o u tp u t   v o ltag r esp o n s as s h o w n   i n   Fig u r 5   is   1 . 2   .           Fig u r 5 Th o u tp u t s w in g   o f   th p r o p o s ed   h ig h - s w in g   f u l l y   d if f er e n tial te le s co p ic  Op - Am p   cir cu it       I n   Fig u r 6 ,   th cir cu it  g ain   i s   g r ea ter   th a n   60      an d   76 . 333      ( 111 . 75 35 . 417 = 76 . 333   dB ) .   So   th C o m m o n   Mo d R ej ec tio n   R atio   ( C M R R )   is   g r ea ter   th an   50    .   A f r eq u e n c y   o f   4 1 2   MH z,   th e   g ain   r ea c h es  o n a n d   th u s   th u n i t y - g ai n   f r eq u e n c y   v al u e,    ,   is   4 1 2   MH s ee   Fi g u r 7 .   A cc o r d in g   to   th Fig u r 7 ,   at  th e  = 412   ,   th o u tp u t   p h ase  v al u o f   th s y s te m   is 61 . s o   th P h ase  Ma r g in   ( P M)   o f   t h cir cu it  is 180℃ 61 . 7℃ = 118 . 3℃ ,   w h ich   d esira b le   v alu i s .   F u r th er ,   t h T o tal  Har m o n ic  Di s to r tio n   ( T HD)   o f   th cir cu it is   0 . 3 3 2 % f o r   b o th   1   an d   2   o u tp u t s   s ee   Fi g u r 8 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2722 - 3221   C o m p u t.  Sci.  I n f .   T ec h n o l. Vo l.  2 ,   No .   2 ,   J u l y   20 2 1 49     57   54       Fig u r 6 Fre q u en c y   r e s p o n s o f   th p r o p o s ed   h ig h - s w i n g   f u ll y   d if f er e n tial te le s co p ic  Op - Am p   cir cu it           Fig u r 7 T h e      an d   th o u tp u t s y s te m   p h ase  o f   t h p r o p o s ed   h ig h - s w i n g   f u ll y   d i f f er e n tial te le s co p ic    Op - Am p   cir c u it           Fig u r 8 T h T HD  o f   th p r o p o s ed   h ig h - s w i n g   f u ll y   d i f f er en tial  tele s co p ic  Op - Am p   cir c u it   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t.  Sci.  I n f .   T ec h n o l.         Desig n   a n d   s imu la tio n   o f h ig h - s w in g   fu lly  d iffer en tia l te lesc o p ic   Op - A mp   ( Za h r a   P ezes h ki )   55   Au t h o r   ca n   ca lcu la te  th s lo w   r ate  as  ( 8 )   [ 7 ] ,   [ 2 2 ] .       /  |  = / = ( 2  1 . 2 ) /     ( 8 )     W h er e    1 . 2   is   t h b ias  c u r r en o f   tr an s is to r s   1   an d   2 .   T h v alu o f   t h s lo w   r ate  is   o b ta in ed     2 6 1 . 2 5   v o lts   p er   m icr o s e co n d   ( MH z)   f r o m   th s i m u lat io n   s e Fig u r 9 .           Fig u r 9 T h s lo w   r ate  o f   h i g h - s w i n g   f u ll y   d if f er e n t ial  teles co p ic  Op - Am p   cir cu it       Fo r   n o is an al y s i s ,   I   h av to   s e n d   th n o i s to   th s y s te m ,   f o r   ex a m p le,   w it h   5 0   o h m ic  p u ll - u p   r esis to r   ( p 1 ) :   p 1   in   0   p o r t=1   ac =0 . 1   d c =2 . 1   z0 = 5 0     T h r esis tan ce   v a lu e   f r o m   t h 1   o u tp u to      is   ca lcu lated   5 5 7 ,   w h ich   is   359   Ω .   T h o u tp u t   n o is is   1 0 1 . 9 3 3 7     s ee   Fig u r 1 0 .           Fig u r 10 T h o u tp u t n o i s o f   th p r o p o s ed   h ig h - s w i n g   f u ll y   d if f er e n tial  tele s co p ic  Op - Am p   cir cu it       T h ch ar ac ter is tic  tab le  o f   th p r o p o s ed   h ig h - s w in g   f u ll y   d i f f er en tial  telesco p ic  Op - Am p   ci r cu it  is   as   T ab le  2 .       T ab le  2 .   T h C h ar ac ter is tic  o f   th p r o p o s ed   h ig h - s w in g   f u l l y   d if f er e n tial  t ele s co p ic  OP - Am p   c ir cu it   C h a r a c t e r i st i c   D e scri p t i o n   P o w e r   su p p l y   1 . 8 V   P o w e r   c o n su mp t i o n   1 . 2   mW   G a i n   7 6 . 3 3 3   d B   ω U G B   4 1 2   M H z   O u t p u t   P h a se   V a l u e   - 6 1 . 7   PM   1 1 8 . 3   T H D   0 . 3 3 2 %   S l o w   R a t e   2 6 1 . 2 5   M H z   T o t a l   O u t p u t   N o i se   V o l t a g e   1 0 1 . 9 3 3 7   V   O u t p u t   S w i n g   V o l t a g e   1 . 2   V   C M R R   >   5 0 d B     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2722 - 3221   C o m p u t.  Sci.  I n f .   T ec h n o l. Vo l.  2 ,   No .   2 ,   J u l y   20 2 1 49     57   56   T h v alu o f   ( ×  ) /     o b tain s   as:     ( ×  ) /  = ( 76 . 333 × 412 × 10 6 ) / ( 1 . 2 × 10 3 ) 26207 . 7 × 10 9   /      T h ch ar ac ter is tic  o f   th i s   p r o p o s ed   Op - a m p   is   g o o d   co m p ar in g   t h o th er   Op - a m p s .   T ab le  3   co m p ar e s   th ch ar ac ter i s tic  o f   t h is   Op - a m p   w ith   o t h er   d esig n s .       T ab le  3 C o m p ar is o n   t h C h ar ac ter is tic  o f   t h p r o p o s ed   h ig h - s w i n g   f u ll y   d i f f er e n tial  t ele s c o p ic  OP - Am p   c ir cu it   w it h   o th er   cir cu i ts   C h a r a c t e r i st i c   T h e   p r o p o se d   Op - a m p   Q F G D B   o p - a mp   [ 3 ]   F u l l y   D i f f e r e n t i a l   G a i n - B o o st e d   T e l e sco p i c     C a sco d e   Op - a m p   [ 7 ]   T e l e sco p i c   O p - a mp   f o r   M D A C   [ 9 ]   H i g h - S w i n g   C M O S   T e l e sco p i c   O p e r a t i o n a l   A mp l i f i e r   [ 8 ]   F o l d e d - c a sco d e   O p - a mp   [ 6 ]   T e l e sco p i c   O p - A mp   w i t h   I mp r o v e d   G a i n   [ 1 0 ]     Dc - G a i n   En h a n c e d   C M O S   T e l e sco p i c   O p - A mp   [ 5 ]   F u l l y - d i f f e r e n t i a l   O p - a mp   [ 1 5 ]   P o w e r   su p p l y   1 . 8   < 1   3 . 3   1 . 8   3 . 3   3 . 3   5   -   1 . 8   P o w e r   c o n su mp t i o n   ( mW )   1 . 2   -   3 . 8 9   0 . 0 5 1   -   9 - 14   -   5   -   G a i n   ( d B )   7 6 . 3 3 3   6 0 . 5   1 2 9   6 2 . 8 1   1 0 5   -   85   >   6 1   >   6 0   ω U G B   ( M H z )   4 1 2   65   1 6 1   2 8 5 . 6   93   1 . 3 G H z   1 7 7 . 1   1 G H z   >   5 0   O u t p u t   P h a se   V a l u e   ( )   - 6 1 . 7   -   -   -   -   -   -   -   -   P M   ( )   1 1 8 . 3   81   7 0 . 6   5 7 . 4 2   78   -   -   81   60   T H D   ( %)   0 . 3 3 2   -   -   -   -   -   -   -   -   S l o w   R a t e   (V/ s)   2 6 1 . 2 5   -   92   2 . 1 9   1 3 3   -   -   -   >   1 0 0   T o t a l   O u t p u t   N o i se   V o l t a g e   ( V)   1 0 1 . 9 3 3 7   -   -   -   -   -   -   -   -   O u t p u t   S w i n g   V o l t a g e   ( V )   1 . 2   -   3   -   2 . 4   -   -   -   >   2 . 7   C M R R   ( d B )   > 5 0   > 5 0   > 5 0   -   > 5 0   -   -   -   -       4.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r esen ts   t h d esi g n   o f   a n   o f   h i g h - s w i n g   f u l l y   d i f f er en tial  tele s co p ic  Op - Am p   ci r cu it  w it h   0 . 1 8   C MO tech n o lo g y .   T h r esu lt s   o f   t h cir cu i s i m u latio n   w it h   HSP I C E   R s o f t w ar s h o w   t h at  th cir c u it   p ar am eter s   h a v ac ce p tab le  v alu es.  On o f   t h i m p o r tan t   f ea tu r es  t h at   th i s   p ap er   w an ts   to   ac q u ir is   h i g h er   v o ltag t h a n   cu r r en Op - Am p s   in   ac co r d an ce   w i th   d esira b le  p ar am eter s .   Fin a ll y ,   b y   co m p r o m is i n g   th cir c u it   p ar am eter s ,   w w er ab le  to   o b tain   g o o d   p er f o r m a n ce   f r o m   t h cir cu it  d esi g n .   As  t h a m p li f icatio n   o f   s ig n al s   in   m an y   elec tr o n ic  cir cu its   p l a y s   k e y   r o le  an d   ca n   b ea s il y   i m p le m e n ted   w it h   Op - Am p ,   th i s   d esi g n   ca n   d em o n s tr ate  t h i s   r ea lit y   w h ic h   ca n   i m p le m e n ted   in   Ver y   L ar g e - Scale   I n te g r atio n   ( V L SI)   ch ip .       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h is   p ap er   is   tech n ical  r ep o r r elate d   to   th L i n ea r   I C   co u r s w h ic h   h a s   b ee n   p er f o r m ed   in   Sh a h r o o d   Un i v er s it y   o f   T ec h n o lo g y ,   Se m n a n ,   I r an .       RE F E R E NC E S   [1 ]   A .   W o ra p ish e t,   A .   De m o sth e n o u s   a n d   X.  L iu ,   " A   CM OS  In stru m e n tatio n   Am p li f ier  W it h   9 0 - d C M RR  a 2 - M Hz   Us in g   Ca p a c it iv e   Ne u traliza ti o n A n a l y si s,  De sig n   Co n sid e ra ti o n s,   a n d   Im p lem e n tatio n , "   in   I EE T ra n sa c ti o n o n   Circ u it s a n d   S y ste ms   I:  Reg u l a r P a p e rs ,   v o l.   5 8 ,   n o .   4 ,   p p .   6 9 9 - 7 1 0 ,   A p ri 2 0 1 1 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /T CS I. 2 0 1 0 . 2 0 7 8 8 5 0 .   [2 ]   H.  Qia o ,   De sig n   o f   a   CM OS  T wo - sta g e   F u ll y   Diffe re n ti a Op e ra ti o n   A m p li f i e r,   J .   Ph y s.:  Co n f.   S e r.   v o l.   1 4 4 9 ,   n o .   2 0 2 0 ,   p p .   0 1 2 0 8 4 ,   2 0 2 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t.  Sci.  I n f .   T ec h n o l.         Desig n   a n d   s imu la tio n   o f h ig h - s w in g   fu lly  d iffer en tia l te lesc o p ic   Op - A mp   ( Za h r a   P ezes h ki )   57   [3 ]   J.  Ra m irez - A n g u lo ,   M .   S a w a n t,   A .   L o p e z - M a rti n ,   a n d   R. G .   Ca rv a jal,   A   p o w e e ff icie n a n d   sim p le  sc h e m e   f o d y n a m ic a ll y   b ias in g   c a sc o d e   a m p li f iers   a n d   tele sc o p ic  o p - a m p s,”   in te g ra ti o n ,   t h e   VL S I   jo u rn a l v o l.   4 1 ,   n o .   4 ,   p p .   539 5 4 3 ,   2 0 0 8 .   [4 ]   D.S .   S h y lu 1 ,   D.  Ja c k u li n e   M o n i,   a n d   N.   Brig it   F ra n c is,   De sig n   a n d   A n a ly sis  o f   L o w   P o w e P se u d o   D if f e r e n ti a Clas s - A b   T e les c o p ic  Op e ra ti o n a Am p li f ier,”  In ter n a ti o n a J o u rn a l   o Res e a rc h   in   E n g i n e e rin g   a n d   T e c h n o l o g y v o l.   3 ,   n o .   1 9 ,   p p .   2 3 4 - 2 3 8 ,   2 0 1 4 .   [5 ]   B.   A li z a d e h ,   S a d e g h   M o h a m m a d z a d e h   Ba z a rc h i,   a n d   A .   Da d a sh i,   Dc - g a in   e n h a n c e d   CM OS  T e les c o p ic  o p - a m p ,   2 0 1 1   F a ib le  T e n sio n   F a ib le Co n so mm a ti o n   ( FT FC) ,   M a rra k e c h ,   p p .   9 1 - 9 4 ,   2 0 1 1 .   [6 ]   A .   Ba ra d a ra n   Re z a e ii ,   K.  Da d a sh i,   a n d   S .   M a h d a v i,   G a in - Ba n d wid th   En h a n c e m e n in   F o ld e d - Ca sc o d e   Op - A m p ,   2 0 1 6   1 st  I n ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Ne w   Res e a rc h   Ac h iev e me n ts  in   El e c trica a n d   C o mp u ter   E n g i n e e rin g ,   2 0 1 6 .   [ On li n e ]   h tt p s: // ww w . c iv il ica . c o m /P a p e r - CBCO NF0 1 - CBCO NF0 1 _ 0 0 7 0 . h tm l .   [7 ]   W a n g   Jin   a n d   Qiu   Yu li n ,   " A n a l y sis  a n d   d e sig n   o f   f u ll y   d i ff e re n ti a g a in - b o o ste d   tele sc o p ic  c a s c o d e   O p - A m p ,   Pro c e e d in g s.   7 t h   In ter n a ti o n a l   C o n f e re n c e   o n   S o li d - S t a te  a n d   In te g ra ted   Circ u it s   T e c h n o l o g y ,   Be ij in g ,   C h in a ,   v o l.   2 p p .   1 4 5 7 - 1 4 6 0 ,   2 0 0 4 d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /ICS ICT . 2 0 0 4 . 1 4 3 6 8 7 4 .   [8 ]   K.  G u lati  a n d   Ha e - S e u n g   L e e ,   " A   h ig h - s w in g   CM OS  tele s c o p ic  o p e ra ti o n a a m p li f i e r, "   in   IEE J o u rn a o S o li d - S ta te Ci rc u it s,   v o l.   3 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   2 0 1 0 - 2 0 1 9 ,   De c .   1 9 9 8 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /4 . 7 3 5 5 4 2 .   [9 ]   A .   De n d o u g a   a n d   S .   Ou ss a lah ,   T e les c o p ic Op - Am p   Op ti m i z a ti o n   f o M DA Circu it   De sig n ,   El e c tr o n ics v o l.   2 0 ,   n o .   2 ,   p p .   5 5 - 6 1 ,   2 0 1 6 .   [1 0 ]   M .   S u th a r,   N.  G u p ta,  a n d   P .   S o n i,   P ro p o se d   T e les c o p ic  Op - Am p   w it h   Im p ro v e d   G a in ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   S c ien ti fi c   a n d   Res e a rc h   P u b l ica ti o n s v o l .   2 ,   n o .   2 ,   p p .   1 - 3 ,   2 0 1 2 .   [1 1 ]   G . L .   S c h a ff e a n d   C. A .   Cu p e rti n o ,   F u l ly   d iff e r e n ti a a u to z e ro in g   a m p li f ier,”  Un it e d   S ta tes   P a ten t US  8 . 4 8 7 . 6 9 7   B2 ,   2 0 1 3 .   [1 2 ]   S .   Ch a k ra b o rty ,   F u ll y   Di f fe re n ti a W id e b a n d   Am p li f ier,”   NM 6 0 0 7   An a l o g   IC  L a b o r a to ry   Co u rs e ,   NT U - M S c   in   In teg ra te d   Circ u it   De sig n ,   T e c h n isc h e   Un iv e rit a M u n c h e n ,   Na n y a n g   Tec h n o lo g ica Un iv e rsity ,   Tec h n ica re p o rt 2 0 1 7 ,   d o i:   1 0 . 1 3 1 4 0 /RG . 2 . 2 . 2 8 3 4 6 . 0 8 6 4 5 .   [1 3 ]   N.   Ho ss e in - Zad e h ,   M .   Da li ri ,   S .   M a g iero w s k a n d   E.   G h a f a r - Zad e h ,   " A   No v e F u ll y   Diffe re n ti a N M T ra n sc ie v e r, "   2 0 1 8   IE EE   L if e   S c ien c e s Co n fer e n c e   ( L S C),   M o n tre a l ,   QC,  p p .   1 3 - 16 ,   2 0 1 8 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /L S C. 2 0 1 8 . 8 5 7 2 2 2 0 .   [1 4 ]   J.  Hu ij si n g ,   F u ll y   Diff e re n ti a Op e ra ti o n a l   Am p li f iers ,   In Op e ra ti o n a l   Amp li fi e rs .   S p ri n g e r,   Ch a m ,   p p .   2 8 9 - 3 0 6 ,   2 0 1 7 ,   d o i:   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 2 8 1 2 7 - 8 _ 8 .   [1 5 ]   E.   Ba lt i,   F u ll y - d iff e r e n ti a o p a m p   d e sig n ,   Un iv e rsity   o f   Id a h o ,   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter  En g in e e rin g ,   T e c h n ica Rep o rt ECE - 5 1 5   A n a lo g   In teg ra ted   Circu it   De sig n ,   S e p   2 0 1 8 .   [1 6 ]   R. J.  Ba k e r,   F u ll y - Di ff e re n ti a l   A m p li f ier,”  Un it e d   S t a tes   Pa ten t ,   U S   5 . 9 5 3 . 2 7 6 ,   1 9 9 9 .   [1 7 ]   A .   F a n t,   L . S a n t ,   a n d   P .   V e rn e T o rta,  In p u t   Co m m o n   M o d e   Circu i t   f o r   A   F u ll y   Dif fe re n tal  Am p li f e r,   Un it e d   S t a tes   Pa ten t US  8 . 6 3 3 , 7 6 5   B 2 ,   2 0 1 4 .   [1 8 ]   J.  Ra m irez - A n g u lo ,   M .   S .   S a w a n t,   R.   G .   Ca rv a jal  a n d   A .   J.  L o p e z - M a rti n ,   " Ne w   c o m p a c a n d   p o w e e ff icie n d y n a m ic a ll y   b ias e d   c a sc o d e   m irr o rs  a n d   tele sc o p ic  o p - a m p s,"   2 0 0 6   IEE E   In ter n a ti o n a S y mp o si u o n   Circ u it a n d   S y ste ms ,   Isla n d   o f   Ko s,  2 0 0 6 ,   p p . 2 8 3 3 - 2 8 3 6 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /I S CA S . 2 0 0 6 . 1 6 9 3 2 1 4 .   [1 9 ]   F .   Kh a teb ,   M .   Ku m n g e rn ,   T .   Ku lej,   a n d   V .   Kle d ro w e tz,  L o w - v o lt a g e   f u ll y   d iff e r e n ti a d if fe re n c e   tr a n sc o n d u c tan c e   a m p li f ier,”  IET   Circ u it s De v ice S y st. v o l.   1 2 ,   n o .   1 ,   p p .   7 3 - 8 1 ,   2 0 1 8 .   [2 0 ]   A . S .   S e d ra ,   a n d   K.C.   S m it h ,   M ic ro e lec tro n ic  c ircu i ts  th e o ry   a n d   a p p li c a ti o n s ,   Ox f o rd   Un iv e rsit y   p re ss ,   7 th   e d it i o n ,   p p .   8 4 8 - 857 2 0 1 0 .   [2 1 ]   B.   Ra z a v i,   De sig n   o a n a l o g   CM OS   In teg r a ted   C irc u it s ,   T a ta M e g ra w   Hill ,   2 0 0 2   e d it io n ,   p p .   2 9 1 - 3 0 7 .   [2 2 ]   T . C.   Ca ru so n e   D.  J o h n s   a n d   K.  M a rti n A n a l o g   In te g ra ted   C irc u it   De sig n ,   W il e y ,   2 n d   E d . ,   2 0 1 1 ,   p p .   1 - 8 1 6 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O R       Zah ra   P e z e sh k i   is  a   M a ste h o ld e in   El e c tro n ic  In teg ra ted   Circu i t s.  S h e ’s  w o rk e d   o n   e lec tro n ic  c ircu it   d e sig n   a n d   p r o jec m a n a g e m e n f ro m   2 0 0 2   to   n o w   a w e ll   a o b tain e d   o n e   p a ten in   2 0 0 7   f o so lv in g   irri g a ti o n   p ro b lem s .   F u rt h e rm o re ,   sh e   h a c o o p e ra ted   w it h   Ira n   Co n st ru c ti o n   En g in e e rin g   Org a n iza ti o n   (IRCE O)  a a   re se a rc h e sin c e   2 0 1 2   w h e re a sh e   w o r k o n   d e v e lo p in g   n e w   BIM   sta n d a rd f o c o n stru c ti o n   in d u stry .   Cu rre n tl y ,   sh e   w o rk s a a n   e n g in e e r,   se n io lec tu re a n d   a   jo u r n a li st  w o rk in g   w it h   IR CEO  a n d   Ira n ian   p re ss .   S h e   is  g re a tl y   in tere ste d   in   e n e rg y   issu e s,  su sta in a b il it y   a n d   o p ti m iza ti o n .   He re se a rc h   a c ti v it ies   a re   h ig h ly   in   d e sig n ,   m o d e li n g ,   p ro g ra m m in g   a n d   m a n u f a c tu rin g   o f   e lec tri c a m a p s,  e lec tri c a b o a rd a n d   A d e v ice to   in c re a se   th e rm a c o m f o rt  a n d   sa v e   e n e rg y .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.