Projeto, fabricação e caracterização elétrica de amplificadores operacionais de transcondutância CMOS utilizando um sistema evolucionário integrado ao SPICE (AGSPICE)

Resumo

O projeto de circuitos integrados analógicos é uma tarefa complexa devido ao grande número de variáveis de entrada a serem determinadas simultaneamente com o intuito de atender as inúmeras especificações de um projeto de circuito integrado (CI) analógico. Na prática, o projeto de circuitos integrados (CIs) analógicos é um processo demorado, onde o projetista deve interagir repetitivamente com o simulador de circuitos integrados. São muitas as soluções possíveis para atender as múltiplas especificações de um CI analógico. Essas infinitas soluções estão baseadas nas diferentes combinações entre as dimensões dos transistores e das condições depolarização do CI. O tempo de desenvolvimento e o atendimento das especificações do projeto de CI analógico, dessa forma, estão diretamente ligados à experiência do projetista. Com o objetivo de reduzir o tempo de desenvolvimento de um CI analógico e a interação continua entre o projetista e o simulador, foi desenvolvido um programa (software), baseado em técnicas de Eletrônica Evolucionária, que usa uma das técnicas de Inteligência Artificial (IA), no caso, o Algoritmo Genético (AG), que integrado ao simulador de circuitos integrados Spice Opus, constitui o sistema evolucionário para projetos de CIs analógicos, intitulado de AGSPICE. O sistema AGSPICE desenvolvido durante o trabalho de mestrado do candidato a bolsa de doutorado, tem a capacidade de buscar automaticamente, sema intervenção contínua do projetista, as possíveis soluções que melhor atendam as diferentes especificações de projeto, reduzindo significativamente o tempo de projeto dos CIs analógicos. Os resultados obtidos com o sistema AGSPICE, durante o programa de mestrado do candidato, mostraram-se bastante promissores, o que motiva a dar continuidade a esse trabalho. Portanto, o objetivo deste projeto de doutorado é fabricar os diferentes amplificadores operacionais de transcondutância (OTAs), desenvolvidos durante o mestrado (micro potência, alto ganho de tensão e alta frequência de transição), usando-se um processo comercial CMOS de CIs, via o Programa Educacional do MOSIS (MEP). Além disso, os diferentes OTAs serão implementados com MOSFETs de geometrias de porta convencional (retangular) e não convencionais [circular, em formato de S (Wave), em formato hexagonal (Diamante), em formato octogonal (OCTO) e em formato de "<" (FISH)], com a finalidade de comparar os diferentes desempenhos elétricos dos diferentes OTAs em função das diferentes geometrias de transistores, que foram usados para sua implementação. Estudos recentes demonstram que os MOSFETs implementados com essas geometrias de porta não convencionais são capazes de potencializar o desempenho elétrico dos transistores, quando comparados àqueles observados nos equivalentes convencionais, considerando-se a mesma área de porta (AG), o mesmo fator geométrico (W/L) e as mesmas condições de polarização. Após a caracterização elétrica experimental desses diferentes OTAs, visamos também identificar qual o melhor estilo de leiaute para a implementação de CIs analógicos, focando nos benefícios que esses transistores podem trazer aos OTAs em termos de ganhos de área, ganhos de tensão, de frequência de operação, etc. (AU)