¿Cuáles son los desafíos y oportunidades de utilizar tecnologías CMOS avanzadas para circuitos analógicos?

1 Variaciones del proceso

Uno de los principales desafíos de la optimización del diseño de los circuitos analógicos en tecnologías CMOS avanzadas es el aumento de las variaciones del proceso, que afectan la coincidencia, el rendimiento y la fiabilidad de los dispositivos y circuitos. Las variaciones del proceso se pueden clasificar en dos tipos: globales y locales. Las variaciones globales afectan a todos los dispositivos en el mismo chip u oblea, y son causadas principalmente por variaciones en los parámetros de fabricación, como el dopaje, el grosor del óxido y la litografía. Las variaciones locales afectan a dispositivos individuales o grupos de dispositivos, y son causadas principalmente por fluctuaciones aleatorias en el número y distribución de dopantes, espesor de óxido y longitud de puerta. Para hacer frente a las variaciones del proceso, los diseñadores analógicos necesitan utilizar técnicas de diseño adecuadas, como dispositivos de centroide común, interdigitados y ficticios, para mejorar la coincidencia y la simetría de los dispositivos y circuitos. También necesitan utilizar métodos de diseño estadístico, como simulaciones Monte Carlo, análisis de esquinas y optimización del rendimiento, para evaluar el rendimiento y la robustez de los circuitos en diferentes escenarios de proceso.

2 Tensión de alimentación

Otro desafío de la optimización del diseño de los circuitos analógicos en tecnologías CMOS avanzadas es la reducción del voltaje de alimentación, que limita el espacio libre, el rango dinámico y la linealidad de los circuitos. La reducción de la tensión de alimentación se debe principalmente a la necesidad de reducir el consumo de energía y mejorar la fiabilidad de los dispositivos y circuitos. Sin embargo, esto también reduce la oscilación de voltaje y la relación señal-ruido. (SNR) de los circuitos analógicos, y aumenta los efectos de distorsión y no linealidad. Para superar este desafío, los diseñadores analógicos necesitan utilizar topologías y técnicas de circuitos innovadoras, como amplificadores operacionales de bajo voltaje, circuitos de condensadores conmutados, circuitos de modo de corriente y amplificadores de clase AB, para lograr un alto rendimiento y un bajo consumo de energía con un voltaje de suministro reducido. También deben utilizar técnicas de diseño cuidadosas, como minimizar las resistencias y capacitancias parásitas, evitar largas interconexiones y vías, y proteger los nodos sensibles de las fuentes de ruido, para reducir las caídas de voltaje y el acoplamiento de ruido en los circuitos.

3 Ruido y parásitos

Un tercer desafío de la optimización del diseño de los circuitos analógicos en tecnologías CMOS avanzadas es el aumento del ruido y los parásitos, que degradan el rendimiento y la precisión de los circuitos. El ruido y los parásitos se pueden clasificar en dos tipos: intrínsecos y extrínsecos. El ruido intrínseco y los parásitos son inherentes a los dispositivos y circuitos, y son causados principalmente por el ruido térmico, el ruido de parpadeo, el ruido de disparo y el ruido del sustrato. El ruido extrínseco y los parásitos son introducidos por el diseño y el embalaje, y son causados principalmente por el ruido de acoplamiento, el rebote del suelo, la diafonía y las resistencias parásitas, capacitancias e inductancias. Para hacer frente al ruido y los parásitos, los diseñadores analógicos necesitan utilizar métodos adecuados de análisis y optimización del ruido, como la figura de ruido, el factor de ruido, la densidad espectral del ruido y las técnicas de optimización del ruido, para identificar y minimizar las fuentes y mecanismos de ruido dominantes en los circuitos. También necesitan usar técnicas de diseño efectivas, como señalización diferencial, rechazo de modo común, anillos de protección, planos de tierra y condensadores de desacoplamiento, para reducir el acoplamiento de ruido y los efectos parásitos en los circuitos.