I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l .   2 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 2 ,   p p .   1 0 6 ~ 1 1 1   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             1 0 6       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J E C E   A   9 3 . 3 6   d B ,   1 6 1   M H z   C M O S   O p e r a t i o n a l   T r a n s c o n d u c t a n c e   A m p l i f i e r   ( O T A )   f o r   a   1 6   B i t   P i p e l i n e   A n a l o g - t o - D i g i t a l   C o n v e r t e r   ( A D C )     N o r d i a n a M u k a h a r * ,   S i t i   H a w a   R u s l a n * *   *   F a c u l t y   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t i   T e k n o l o g i   M A R A   * *   F a c u l t y   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c ,   U n i v e r s i t i   T u n   H u s s e i n   O N N   M A L A Y S I A       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   J u n   1 2 th ,   2 0 1 1   R e v i s e d   A u g   2 0 th ,   2 0 1 1   A c c e p t e d   F e b   2 6 th ,   2 0 1 2       A   g a i n   m o d i f i e d   CM O S   O p e r a t i o n a l   T r a n s c o n d u c t a n c e   A m p l i f i e r   ( O T A )   f o r   a   1 6   b i t   p i p e l i n e   A n a l o g - t o - D i g i t a l   Co n v e r t e r   ( A D C )   i s   p r e s e n t e d .   T h e   c i r c u i t   i s   d e s i g n e d   t o   b e   u s e d   f o r   a   h i g h   r e s o l u t i o n   a n d   l o w   s a m p l i n g   r a t e   A D C.   G a i n   b o o s t i n g   t e c h n i q u e   i s   i m p l e m e n t e d   i n   t h e   d e s i g n   t o   a c h i e v e   h i g h   D g a i n   a n d   s e t t l i n g   t i m e   a s   r e q u i r e d .   P o s t   l a y o u t   s i m u l a t i o n s   f o r   a   5   p F   l o a d   c a p a c i t a n c e   s h o w s   t h a t   O T A   a c h i e v e s   a   g a i n   b a n d w i d t h   o f   1 6 1   M H z   a t   a   p h a s e   m a r g i n   9 3 . 1 4 o   w i t h   9 3 . 2 7   d B   D g a i n .   T h e   s e t t l i n g   t i m e   f o r   a n   O T A   i s   1 6 3   n s   f o r   0 . 1   %   a c c u r a c y   t o   a c h i e v e   f i n a l   v a l u e   a n d   c o n s u m e   p o w e r   a b o u t   4 . 8 8   m W   f r o m   5   V   p o w e r   s u p p l y .   K e y w o r d :   A D C   C o m m o n   M o d e   F e e d b a c k   O p e r a t i o n a l   a m p l i f i e r   D i f f e r e n t i a l   f o l d e d   c a s c o d e   G a i n   Co p y r i g h t   @   2 0 1 2   I n s i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   N o r d i a n a   M u k a h a r ,     F a c u l t y o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t i   T e k n o l o g i   M A R A ,   2 3 0 0 0 ,   D u n g u n ,   T e r e n g g a n u ,   M A L A Y S I A .   E m a i l :   n o r d i 7 4 1 @ t g a n u . u i t m . e d u . m y       1 .   I N T R O D U C T I O N   I n   h i g h   p e r f o r m a n c e   a n a l o g   i n t e g r a t e d   c i r c u i t s ,   s u c h   a s   a   p i p e l i n e   A / D   c o n v e r t e r s ,   o p e r a t i o n a l   a m p l i f i e r   ( O p   A m p )   w i t h   v e r y   h i g h   D C   g a i n   a n d   h i g h   u n i t y   g a i n   f r e q u e n c y   a r e   n e e d e d   t o   m e e t   b o t h   a c c u r a c y   a n d   f a s t   s e t t l i n g   r e q u i r e m e n t s   o f   t h e   s y s t e m s .   H o w e v e r ,   a s   a   C M O S   d e s i g n   s c a l e s   i n t o   l o w   p o w e r ,   l o w   v o l t a g e   a n d   s h o r t   c h a n n e l   C M O S   p r o c e s s   r e g i m e ,   s a t i s f y i n g   b o t h   o f   t h e s e   a s p e c t s   l e a d s   t o   c o n t r a d i c t o r y   d e m a n d s ,   a n d   b e c o m e s   m o r e   d i f f i c u l t   s i n c e   t h e   i n t r i n s i c   g a i n   o f   t h e   d e v i c e s   i s   l i m i t e d .   A s   t h e   C M O S   d e v i c e s   a r e   s i z e d   f o r   l a r g e   t r a n s c o n d u c t a n c e   t o   a c h i e v e   h i g h   g a i n   b a n d w i d t h   ( G B W )   a n d   h i g h   D C   g a i n   f o r   f a s t   a n d   a c c u r a t e   s e t t l i n g   t i m e ,   t h e   a t t e n d a n t   p a r a s i t i c   c a p a c i t a n c e s   s e v e r e l y   e r o d e   t h e   a m p l i f i e r   p h a s e   m a r g i n   ( P M ) ,   t h u s   r e d u c i n g   G B W   [ 1 ] , [ 2 ] ,   [ 4 ] , [ 5 ] .   H e n c e ,   a   s i n g l e   s t a g e   g a i n   e n h a n c e d   O T A   t o p o l o g y   t h a t   a p p r o x i m a t e s   a   s i n g l e   p o l e   s y s t e m   w a s   c o n s i d e r e d   i d e a l   f o r   t h e   a b o v e   l o w   v o l t a g e   r e q u i r e m e n t s .   A   g a i n   b o o s t i n g   t e c h n i q u e   i s   i n c l u d e d   t h a t   i n c r e a s e s   t h e   g a i n   o f   a   n o r m a l   c a s c o d e   s t a g e   w i t h o u t   a f f e c t i n g   t h e   f r e q u e n c y   b e h a v i o u r   t o   a   l a r g e   e x t e n t .   A   n u m b e r   o f   w o r k   h a s   b e e n   r e p o r t e d   w i t h   [ 1 ]   a c h i e v i n g   8 7 0   M H z   G B W   a n d   9 2   d B   D C   g a i n   a t   1 . 5   V   u s e s   0 . 3 5   µ m   C M O S   p r o c e s s .   A   D C   g a i n   o f   1 2 9   d B   a n d   a b o u t   1 6 1   M H z   G B W   w a s   a c h i e v e d   i n   [ 3 ]   f o r   a   0 . 3 5   µ m   C M O S   d e s i g n   b u t   w i t h   a   3 . 3   V   o p e r a t i n g   v o l t a g e .   T h e   O T A   d e s i g n   r e p o r t e d   i n   [ 7 ]   a c h i e v e s   1 0 5   d B   D C   g a i n   a n d   9 0   M H z   G B W   a t   a   3 . 3   V   b u t   c o n s u m e s   4 . 8   M w .   B a s e d   o n   t h e   p r e v i o u s   w o r k ,   i t   i s   w e l l   k n o w n   t h a t   a c t i v e   c a s c o d e   g a i n   b o o s t i n g   t e c h n i q u e   c a n   b e   u s e d   t o   i n c r e a s e   t h e   D C   g a i n   o f   a n   o p e r a t i o n a l   a m p l i f i e r   w i t h o u t   d e g r a d i n g   i t s   h i g h   f r e q u e n c y   p e r f o r m a n c e .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   9 3 . 3 6   d B ,   1 6 1   M H z   C M O S   O p e r a t i o n a l   T r a n s c o n d u c t a n c e   A m p l i f i e r   ( O T A )   .   ( N o r d i a n a   M u k t a r )   1 0 7 2 .   C I R C U I T   I M P L E M E N T A T I O N   T h i s   s e c t i o n   d e s c r i b e   r e s e a r c h   c h r o n i c a l   i n c l u d i n g   c i r c u i t   d e s i g n   p r o c e s s ,   h o w   t o   d e t e r m i n e   t h e   c u r r e n t   a n d   g a i n   f o r   t h e   m a i n   a m p l i f i e r   a r c h i t e c t u r e   a n d   t e s t   t h e   p e r f o r m a n c e   p a r a m e t e r .       2 . 1 .   M a i n   A m p l i f i e r   D e s i g n   T h e   o p e r a t i o n a l   a m p l i f i e r   w i l l   b e   u s e d   i n   a   d a t a   c o n v e r t e r   w i t h   a   r e s o l u t i o n   o f   1 6   b i t s   a n d   i t   m u s t   a m p l i f y   s i g n a l s   t o   w i t h i n   ½   l e a s t   s i g n i f i c a n t   b i t s   ( L S B )   o f   t h e   i d e a l   v a l u e   [ 8 ] , [ 9 ] , [ 1 0 ] . T h e   c l o s e d   l o o p   g a i n   o f   a n   a m p l i f i e r   c a n   b e   d e t e r m i n e d   b y   t h i s   e q u a t i o n ;     ( ) ( ) f A f A A O L O L C L . 1 b + =                                             ( 1 )     T h e   o u t p u t   o f   t h e   a m p l i f i e r   w i l l   b e   e q u a l   t o   i t s   i d e a l   v a l u e   m i n u s   s o m e   m a x i m u m   d e v i a t i o n s ,   A D .     T h e   g a i n   o f   t h e   D A I   o v e r   o n e   c l o c k   c y c l e   i s     F I C L C C A =                                             ( 2 )     T h e   m i n i m u m   r e q u i r e d   D C   o p e n   l o o p   g a i n   c a n   b e   e s t i m a t e d   a s     1 2 . 1 + ³ N O L D C A b                                                                         ( 3 )     B y   a s s u m i n g   2 / 1 = b   a n d   F I C C = t h i s   e q u a t i o n   c a n   b e   r e d u c e d   t o     1 2 + ³ N O L D C A                                             ( 4 )     T h e   1 6   b i t   c o n v e r t e r   m u s t   h a v e   2 6 2 1 4 4 ³ O L D C A o r   1 0 8   d B .   T h e   s p e e d   o f   a   d a t a   c o n v e r t e r   i s   m a i n l y   l i m i t e d   b y   t h e   O p   A m p   u s e d .     T h e   m i n i m u m   O p   A m p   g a i n   b a n d w i d t h   p r o d u c t   ( ) u f r e q u i r e d   f o r   a   s p e c i f i c   s e t t l i n g   t i m e   t   ( w h e r e   t   i s   l e s s   t h a n c l k f 1 ,   w i t h i n   a   d e a d   b a n d   o f L S B . 2 / 1 ± )   c a n   b e   e s t i m a t e d   b y   t h i s   e q u a t i o n ;     ( ) t t o u t f i n a l N o u t f i n a l o u t e V V V - + - = - = 1 2 1 1 1                                         ( 5 )         u f . . 2 1 b p t =                                             ( 6 )                                       T h e   m i n i m u m   r e q u i r e d   O p   A m p   u n i t y   g a i n   f r e q u e n c y   i s   g i v e n   b y   b p . 2 2 l n . 1 + = N c l k u f f                                             ( 7 )               B y   a s s u m i n g   2 / 1 = b     ( ) C L K u f N f . 1 2 2 . 0 + ³                                           ( 8 )                 F o r   a   1 6   b i t   p i p e l i n e d   A D C   t h a t   i s   c l o c k e d   a t   1   M H z ,   t h e   r e q u i r e d   O p   A m p   m u s t   h a v e   u n i t y   g a i n   f r e q u e n c y ,   u f   a t   3 . 7 4   M H z   ( a n d   a t   l e a s t   a   d c   g a i n   o f   1 0 8   d B ) .     S i n c e   t h e   O T A   i s   t o   b e   u s e d   i n   t h e   m u l t i p l y i n g   d i g i t a l   a n a l o g   c o n v e r t e r   ( M D A C )   o f   a   1   M S / s ,   1 6 - b i t   p i p e l i n e   A D C   d e s i g n ,   i t   r e q u i r e s   t h a t   t h e   o u t p u t   t o   s e t t l e   t o   0 . 1   %   i n   ¼   t h e   p e r i o d   ( 2 5 0   n s ) .     T h e   d e s i r e d   A D C   i n p u t   r a n g e   i s   1   V P - P   d i f f e r e n t i a l .     F o r   a   s t e p   i n p u t ,   t h e   o u t p u t   o f   a   f i r s t   s y s t e m   i s   g i v e n   b y :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     F e b r u a r y   2 0 1 2   :     1 0 6     1 1 1   1 0 8 ( ) ( ) t t O e A t V - - = 1                                           ( 9 )                                   w h e r e   τ   i s   t h e   t i m e - c o n s t a n t   a n d   A   i s   t h e   f i n a l   a m p l i t u d e   w h i c h   i n   t h i s   c a s e   i s   1   V .                 T h u s ,   f o r   0 . 1   %   a c c u r a c y ,   t h e   s e t t l i n g   t i m e   i s   a b o u t   8 τ .     A n   a d d i t i o n a l   1 τ   i s   a d d e d   f o r   s l e w i n g   b r i n g i n g   t h e   t o t a l   t o   9 τ .     T h e   s l e w   r a t e   ( S R )   o f   O T A   c a n   b e   d e t e r m i n e d   u s i n g   t h i s   e q u a t i o n .     I t   s h o w s   t h a t   t h e   O T A   m u s t   b e   a b l e   t o   s l e w   a t   3 6   V / µ s .     s V V S R O m t 3 6 = =                                                             ( 1 0 )     B y   c h o o s i n g   t h e   l o a d   c a p a c i t o r   o f   2   p F ,   t h e   r e q u i r e d   c u r r e n t   t h a t   i s   u s e d   t o   c h a r g e   ( o r   d i s c h a r g e )   e a c h   l o a d   c a p a c i t o r   m u s t   b e   1 8 0   µ A   i n   o r d e r   t o   m e e t   t h e   s l e w   r a t e   s p e c i f i c a t i o n .             2 . 2 .   O T A   T o p o l o g y   S i n g l e   s t a g e   O p   A m p   i s   s u i t a b l e   f o r   h i g h   g a i n   d e s i g n   b e c a u s e   i t   h a s   g o o d   b a n d w i d t h   w i t h o u t   a n y   c o m p e n s a t i o n .   A   f u l l y   d i f f e r e n t i a l   f o l d e d   c a s c o d e   O p   A m p   t h a t   h a s   4   s i n g l e   e n d e d   O T A   h a s   b e e n   c h o s e n .     I n   o r d e r   t o   a c h i e v e   h i g h   g a i n   a n d   s p e e d ,   t h e   O p   A m p   e m p l o y   N M O S   i n p u t   d i f f e r e n t i a l   p a i r .   T h e   c o m p l e t e   i m p l e m e n t a t i o n   i s   s h o w n   i n   F i g .   1 .   T h i s   d e s i g n   i n c o r p o r a t e s   f u l l y   d i f f e r e n t i a l   i n p u t s ,   o u t p u t s ,   a   f o l d e d   c a s c o d e   b i a s   c i r c u i t r y   w i t h   c o m m o n   m o d e   f e e d   b a c k   a n d   g a i n   b o o s t i n g   a m p l i f i e r s .   T h e   O T A   c a n   b e   d i v i d e d   i n t o   f o u r   p a r t s :   t h e   b i a s   c i r c u i t ,   t h e   a m p l i f i e r   c i r c u i t ,   t h e   c o m m o n   m o d e   f e e d b a c k   c i r c u i t   a n d   t h e   g a i n   b o o s t i n g   c i r c u i t .       F i g u r e   1 .     F u l l y   d i f f e r e n t i a l   f o l d e d   c a s c o d e   O p   A m p   w i t h   g a i n   b o o s t i n g   a m p l i f i e r s     F u l l y   d i f f e r e n t i a l   f o l d e d   c a s c o d e   O p   A m p   i s   s h o w n   i n   F i g .   2 .   A   d i f f e r e n t i a l   p a i r   i s   u s e d   t o   s e n s e   t h e   i n p u t   v o l t a g e   d i f f e r e n c e .   I f   t h e   p a i r   i s   o p e r a t i n g   i n   s a t u r a t i o n ,   w h e n   o n e   t r a n s i s t o r   i s   t u r n e d   o n ,   t h e   o t h e r   w i l l   t u r n   o f f .   T h e   c u r r e n t   t h r o u g h   o n e   l e g   w i l l   b e   s o u r c e d   t o   t h e   o u t p u t   w h i l e   t h e   o t h e r   l e g   w i l l   s i n k   c u r r e n t   f r o m   t h e   l o a d .   T h e   i n p u t   t r a n s i s t o r s   w e r e   s i z e d   w i t h   a   v e r y   l a r g e   W / L   r a t i o   t o   p r o v i d e   t h e   h i g h   t r a n s c o n d u c t a n c e   r e q u i r e d   t o   q u i c k l y   m o v e   c h a r g e   o n t o   t h e   t e s t   c a p a c i t o r s .     S p e c i a l   c a r e   m u s t   b e   t a k e n   t o   e n s u r e   t h a t   t h e   i n p u t   d i f f e r e n t i a l   p a i r   i s   o p e r a t i n g   i n   s a t u r a t i o n   a n d   n o t   i n   t h e   t r i o d e   r e g i o n .   O p e r a t i o n   i n   t h e   t r i o d e   r e g i o n   w i l l   c a u s e   t h e   b e h a v i o r   o f   t h e   O T A   t o   b e   n o n l i n e a r   a n d   w i l l   r e s u l t   i n   p o o r   t r a n s i e n t   r e s p o n s e   a s   w e l l   a s   a   l o s s   i n   d c   g a i n .   G a i n   e n h a n c e m e n t   t e c h n i q u e   i s   u s e d   t o   i n c r e a s e   t h e   g a i n   o f   a n   O p   A m p .     I n   t h i s   p r o j e c t ,   s i n g l e   e n d e d   O p   A m p   h a s   b e e n   u s e d   a s   a   g a i n   b o o s t i n g   a m p l i f i e r .     I t   h a s   b e e n   i m p l e m e n t e d   i n   t h e   m a i n   a m p l i f i e r   c i r c u i t   a s   s h o w n   i n   t h e   F i g .   3 .     T h e   i d e a   o f   g a i n   b o o s t i n g   t e c h n i q u e   i s   b a s e d   o n   n e g a t i v e   f e e d b a c k   l o o p   t o   s e t   t h e   d r a i n   o f   v o l t a g e   M 2 1 .     N e g a t i v e   f e e d b a c k   d r i v e s   t h e   g a t e   o f   M 1 9   u n t i l   V x   h a s   t h e   s a m e   v a l u e   a s   V b ia s 3 .     T h e r e f o r e ,   t h e   v a r i a t i o n   o f   V o u t   h a s   m u c h   l e s s   e f f e c t   o n   V x   b e c a u s e   t h e   b o o s t i n g   O p   A m p   O T A A   r e g u l a t e d   t h i s   v o l t a g e   [ 3 ] .     T h u s ,   t h e   o u t p u t   i m p e d a n c e   o f   t h e   c i r c u i t   i s   i n c r e a s e d   b y   t h e   g a i n   o f   t h e   a d d i t i o n a l   g a i n   s t a g e O T A A ,   a s   s h o w n   i n   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n ;   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   9 3 . 3 6   d B ,   1 6 1   M H z   C M O S   O p e r a t i o n a l   T r a n s c o n d u c t a n c e   A m p l i f i e r   ( O T A )   .   ( N o r d i a n a   M u k t a r )   1 0 9   ( ) ( ) 1 9 2 1 1 9 1 9 1 1 o o O T A o m O U T r r A r g R + ´ + + =                                               ( 1 1 )                                               1 9 2 1 1 9 o o m O T A r r g A »               ( 1 2 )       F i g u r e   2 .   F u l l y   d i f f e r e n t i a l   f o l d e d   c a s c o d e   O p   A m p               F i g u r e   3 .     G a i n   e n h a n c e m e n t   t o   i n c r e a s e   c a s c o d e   o p e n   c i r c u i t   g a i n       B o t h   t h e   d c   g a i n   a n d   t h e   o u t p u t   i m p e d a n c e   o f   t h e   m a i n   O p   A m p   a r e   m u l t i p l i e d   b y   a   f a c t o r   o f   a b o u t   ( 1   +   A O T A ) ,   w h e r e   A O T A   i s   t h e   g a i n   o f   t h e   a d d i t i o n a l   f e e d b a c k   p a t h .     A c c o r d i n g   t o   t h e   o u t p u t   i m p e d a n c e s ,   t h e   o v e r a l l   d c   g a i n   c a n   b e   i n c r e a s e d   s e v e r a l   o r d e r s   o f   m a g n i t u d e ,   a s   s h o w n   i n   t h e   f o l l o w i n g   e q u a t i o n ;     1 9 2 1 1 9 2 1 2 1 o o m m O T A O U T m T O T A L r r g g A R g A = =                                 ( 1 3 )                                 3 .   R E S U L T S   A N D   D I S C U S S I O N   S i m u l a t i o n   o f   b o t h   s c h e m a t i c   a n d   l a y o u t   o f   t h e   O T A   w a s   d o n e   u s i n g   T A N N E R   E D A   T o o l .   T h e   O p   A m p   h a s   b e e n   i m p l e m e n t e d   i n   0 . 5   m m   C M O S 1 4 T B   p r o c e s s   w i t h   5   V   p o w e r   s u p p l y .   T h e   A C   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   a r e   s h o w n   i n   F i g . 4 .   I t   s h o w s   t h a t   t h e   d c   g a i n   i s   9 3 . 3 6   d B   a n d   t h e   b a n d w i d t h   i s   1 6 1   M H z .   T h e   p h a s e   m a r g i n   i s   a b o u t   9 3 0 .   W i t h   a   u n i t y   g a i n   c o n f i g u r a t i o n ,   t h e   s l e w   r a t e   a n d   s e t t l i n g   t i m e   a r e   m e a s u r e d .   T h e   t r a n s i e n t   r e s p o n s e   o f   t h e   t e s t   c i r c u i t   i s   s h o w n   i n   F i g .   5 .   T h e   p l o t   o n   t h e   t o p   o f   t h e   f i g u r e   s h o w s   t h e   i n p u t   a n d   o u t p u t   o f   t h e   O T A   w h i l e   t h e   p l o t   i n   o n   t h e   b o t t o m   s h o w s   t h e   d i f f e r e n t i a l   o u t p u t   v o l t a g e .   T h e   g o a l   i s   t o   a c h i e v e   a   d i f f e r e n c e   o f   1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     F e b r u a r y   2 0 1 2   :     1 0 6     1 1 1   1 1 0 V   a f t e r   s e t t l i n g   b e t w e e n   t h e   o u t p u t s ,   w i t h   a t   l e a s t   1 6   b i t s   a c c u r a c y .   F i g .   5   s h o w s   a   t y p i c a l   s e t t l i n g   t i m e   m e a s u r e m e n t .   T h e   d i f f e r e n t i a l   o u t p u t   s e t t l e s   t o   9 9 9   m V   i n   1 6 3   n s ,   a n d   b a c k   d o w n   t o   l e s s   t h a n   1   m V   i n   1 6 3   n s .       F i g u r e   4 .     A C   r e s p o n s e   o f   O p   A m p       F i g u r e   5 .   S i m u l a t e d   t r a n s i e n t   r e s p o n s e   o f   O p   A m p     T h e   m a i n   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   O p   A m p   a r e   s u m m a r i z e d   i n   T a b l e   1 .   T h e   r e s u l t s   s h o w s   t h a t   t h e   g a i n   b o o s t e d   t e c h n i q u e   i m p r o v e   e f f i c i e n t l y   t h e   d c   g a i n   w i t h o u t   a f f e c t i n g   t h e   s p e e d   o f   O p   A m p .     T a b l e   1 .     P o s t - l a y o u t   a m p l i f i e r   p e r f o r m a n c e   s u m m a r y   P a r a m e t e r   V a l u e   T e c h n o l o g y   0 . 5   u m   C M O S 1 4 T B   D C   G a i n   w i t h o u t   g a i n   b o o s t i n g   4 8 . 8   d B   D C   G a i n   w i t h     g a i n   b o o s t i n g   9 3 . 3 6   d B   P h a s e   M a r g i n   9 3 . 1 4   o   B a n d w i d t h   1 6 1   M H z   S l e w   R a t e   3 6   V / µ s   O u t p u t   v o l t a g e   s w i n g   1 . 7 5     4 . 8 6   V   S e t t l i n g   t i m e   ( 0 . 1 % )   a c c u r a t e   1 6 3   n s   S u p p l y   V o l t a g e   5   V   P o w e r   D i s s i p a t i o n   4 . 8 8   m W   L o a d   C a p a c i t o r   5   p F   A r e a   0 . 0 8 9   m m 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   9 3 . 3 6   d B ,   1 6 1   M H z   C M O S   O p e r a t i o n a l   T r a n s c o n d u c t a n c e   A m p l i f i e r   ( O T A )   .   ( N o r d i a n a   M u k t a r )   1 1 1 4 .   C O N C L U S I O N     T h e   d e s i g n   o f   a   s i n g l e   s t a g e   f u l l y   d i f f e r e n t i a l   o p e r a t i o n a l   a m p l i f i e r   w i t h   g a i n   b o o s t i n g   a m p l i f i e r   f o r   0 . 5   m m   C M O S 1 4 T B   i s   p r e s e n t e d   i n   t h i s   p a p e r .   W i t h   t h e   l o a d   c a p a c i t o r   o f   5   p F ,   t h e   d e s i g n   d e m o n s t r a t e s   a   d c   g a i n   o f   9 3 . 2 7   d B   w i t h   a   b a n d w i d t h   o f   1 6 1   M H z   a n d   p h a s e   m a r g i n   o f   9 3 . 1 4   o .   T h i s   d e s i g n   i s   t a i l o r e d   f o r   h i g h   r e s o l u t i o n   w i t h   l o w   s a m p l i n g   r a t e   p i p e l i n e d   A D C   a n d   i t   w i l l   b e   u s e d   i n   a   1 6   b i t   p i p e l i n e d   A D C .       R E F E R E N C E S     [ 1 ]   A .   A .   O l u j i d e ,   e t   a l . ,   "   A   1 9 . 5 m W   1 . 5 V   1 0 - b i t   P i p e l i n e   A D C   f o r   D V B - H   S y s t e m s   i n   0 . 3 5   u m   C M O S , "   C i r c u i t s   a n d   S y s t e m s ,   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o s i u m ,   2 0 0 6 .   [ 2 ]   A .   A .   O l u j i d e ,   e t   a l . ,   "   A   9 2 d B   5 6 0 M H z   1 . 5 V   0 . 3 5   u m   C M O S   O p e r a t i o n a l   T r a n s c o n d u c t a n c e   A m p l i f i e r , "   C i r c u i t   T h e o r y   a n d   D e s i g n .   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   E u r o p e a n   C o n f e r e n c e ,   v o l .   3 ,   p p .   3 2 5 - 3 2 8 ,   2 0 0 5 .   [ 3 ]   W .   J i n ,   e t   a l . ,   " C o m m o n   A n a l y s i s   a n d   D e s i g n   o f   F u l l y   D i f f e r e n t i a l   T e l e s c o p i c   C a s c o d e   O p   A m p , "   S o l i d - S t a t e   a n d   I n t e g r a t e d   C i r c u i t s   T e c h n o l o g y     P r o c e e d i n g s ,   7 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e ,   v o l .   2 , p p .   1 4 5 7 - 1 4 6 0 ,   2 0 0 4 .   [ 4 ]   Y .   C h i u ,   e t   a l . ,   "   A   1 4 - b   1 2 - M S / s   C M O S   p i p e l i n e   A D C   w i t h   o v e r   1 0 0 - d B   S F D R , "   S o l i d - S t a t e   C i r c u i t s ,   I E E E   J o u r n a l ,   v o l .   1 3 ,   p p .   2 1 3 9 - 2 1 5 1 ,   2 0 0 4 .   [ 5 ]   R .   G .   C a r v a j a l ,   e t   a l . ,   "   L o w   V o l t a g e   H i g h - G a i n   D i f f e r e n t i a l   O T A   f o r   S C   c i r c u i t s , "   E l e c t r o n i c   L e t t e r s ,   v o l .   3 9 ,   p p .   1 1 5 9 - 1 1 6 0 ,   2 0 0 3 .   [ 6 ]   D .   S h a h r j e r d i ,   e t   a l . ,   "   A   F a s t   S e t t l i n g ,   H i g h   D C   G a i n ,   L o w   P o w e r   O p   A m p   D e s i g n   f o r   H i g h   R e s o l u t i o n ,   H i g h   S p e e d   A / D   C o n v e r t e r s , "   M i c r o e l e c t r o n i c s ,   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   1 5 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e ,   p p .   2 0 7 - 2 1 0 ,   2 0 0 3 .   [ 7 ]   K .   G u l a t i ,   e t   a l . ,   "   A   H i g h - S w i n g   C M O S   T e l e s c o p i c   O p e r a t i o n a l   A m p l i f i e r , "   S o l i d - S t a t e   C i r c u i t s ,   I E E E   J o u r n a l ,   v o l . 3 ,   p p .   2 0 1 0 - 2 0 1 9 ,   1 9 9 8 .   [ 8 ]   B .   R a z a v i ,   .   D e s i g n   o f   A n a l o g   C M O S   I n t e g r a t e d   C i r c u i t s ,   N e w   Y o r k :   M c G r a w - H i l l . 2 0 0 1 .   [ 9 ]   R .   L .   G e i g e r ,   e t   a l . ,   V L S I   D e s i g n   T e c h n i q u e s   f o r   A n a l o g   a n d   D i g i t a l   C i r c u i t s ,   N e w   Y o r k :   M c G r a w - H i l l ,   1 9 9 0 .   [ 1 0 ]   R .   B a k e r ,   e t   a l . ,   C M O S   C i r c u i t   D e s i g n ,   L a y o u t ,   a n d   S i m u l a t i o n ,   I E E E   P r e s s   S e r i e s   o n   M i c r o e l e c t r o n i c   S y s t e m s :   J o h n   W i l e y   &   S o n s ,   I N C . 1 9 9 8 .       B I B L I O G R A P H Y   O F   A U T H O R S             N o r d i a n a   M u k a h a r   r e c e i v e d   t h e   B a c h e l o r   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   t h e   K o l e j   U n i v e r s i t i   T e k n o l o g i   T u n   H u s s e i n   O N N ,   i n   2 0 0 6 .   S h e   r e c e i v e d   t h e   M . S   D e g r e e   f r o m   t h e   U n i v e r s i t i   T u n   H u s s e i n   O N N   M a l a y s i a .   H e r   r e s e a r c h   i n t e r e s t   i n c l u d e s   a n a l o g   a n d   d i g i t a l   d e s i g n ,   F P G A   a n d   e m b e d d e d   d e s i g n .                         S i t i   H a w a   R u s l a n   i s   a n   A s s o c i a t e   P r o f f e s s o r   a t   U n i v e r s i t i   T u n   H u s s e i n   O N N   M a l a y s i a .   S h e   r e c e i v e d   t h e   B . S   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   U n i v e r s i t i   o f   M i a m i ,   F l o r i d a .   S h e   r e c e i v e d   t h e   M . S   D e g r e e   f r o m   U n i v e r s i t i   T e k n o l o g i   M a l a y s i a   a n d   c u r r e n t l y   s h e   i s   p u r s u i n g   h e r   P H D   a t   U n i v e r s i t i   T u n   H u s s e i n   O N N   M a l a y s i a .   H e r   r e s e a r c h   i n t e r e s t   i n c l u d e s   a n a l o g   a n d   d i g i t a l   d e s i g n ,   F P G A   a n d   e m b e d d e d   d e s i g n .               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.