Diseño de IC para amplificar de microvoltios a voltios para hacer un comparador

Estoy desarrollando un IC en tecnología CMOS que, entre muchas otras cosas, necesito comparar una señal con otra. Necesito una señal de onda cuadrada por encima de un límite para dar como resultado VDD, y señales por debajo de ese límite para dar GND.

El problema es que la onda cuadrada utilizada está en la escala de microvoltios y no funciona bien con el proyecto de comparación que tengo. Así que pensé en realizar una amplificación de esta señal antes de hacer la comparación, usando un amplificador de fuente común con carga activa, pero desafortunadamente el circuito no funcionó como debería.

Me pregunto:

  1. Si hay un esquema completo de un circuito comparador que puede hacer comparaciones en la escala de microvoltios.

O

  1. Si hay un esquema completo de un circuito amplificador que funciona para señales del orden de microvoltios.

El nivel de ruido de mi circuito es del orden de nanovoltios, lo que significa que el ruido no es una preocupación en el proceso de amplificación.

@EDITAR Según lo solicitado

El contexto de mi problema es el siguiente:

Tengo un sensor de luz que se espera que capte una señal de onda cuadrada, lo que indica la presencia o ausencia de luz. Este sensor también emite una onda cuadrada del orden de microvoltios, pero con compensación variable. Este circuito ya ha sido probado y sé que funciona muy bien. La onda cuadrada generada servirá como reloj para otras señales del sistema. La fase de la señal NO importa aquí y se ajusta manualmente más adelante en el sistema. Solo necesito que el reloj venga necesariamente del reloj de luz. Entonces, mi idea original era eliminar el desplazamiento y simplemente realizar una comparación de esto con GND, que no funcionó debido al tipo de comparador utilizado. Mi segundo intento fue realizar una amplificación utilizando un amplificador de fuente común en la señal antes de la comparación, pero tampoco tuvo éxito, ya que la señal no se amplificó correctamente.

Esa fue la razón de la pregunta publicada.

Las especificaciones del proyecto son:

tecnología de 180 nanómetros

fuente de alimentación de 1,8 V

Señal de onda cuadrada de entrada de 1 MHz del orden de microvoltios, con un desfase del orden de 0,5 V (pero que no es relevante y puede variar lentamente a lo largo de la operación)

Salida de 1 MHz de 0 a 1,8 donde la fase no importa en relación con la entrada, ya que se ajustará manualmente en una etapa posterior.

El nivel de ruido de mi entorno es del orden de nanovoltios (entorno altamente controlado y componentes de alta precisión, incluida la fuente de alimentación). No me importa mucho el ruido generado en la salida.

Si es necesario, puedo generar señales de referencia para usar en una comparación del orden de 1mV o superior.

No me preocupa el tiempo de respuesta ni el jitter. De hecho, lo más importante de mi proyecto es que en algún momento sé que se está recibiendo una onda cuadrada de 1 MHz.

Creo que una impedancia de entrada de 10k es suficiente para mi proyecto. Inicialmente, no tengo requisitos de resistencia de salida. Diseñaré las otras etapas de acuerdo con esta información.

No creo que haya ninguna limitación en el tipo de componente utilizado. Cualquier sugerencia es bienvenida

Primero defina sus requisitos de entrada DC offset Vio, ganancia, BW, velocidad de giro. No puede diseñar un comparador CMOS con un desplazamiento de entrada de 1uV, así que defina lo que necesita con mayor precisión.
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 Bueno, bastante cierto. Pero el LTC1052 obtiene una especificación de compensación máxima absoluta garantizada de 5 m V . Es CMOS y estoy seguro de que hay mejores. (Como el Intersil ICL7650 original, no el de Maxim). Ese era demasiado fácil de encontrar, así que me detuve.
Felipe, es posible que desee una etapa de preamplificador. El aspecto real de esa etapa dependerá de la resistencia de su fuente. En algunos casos, estará mejor con un JFET. En otros casos, un BJT. Pero creo que la primera etapa es la sección de diseño más importante para problemas como este. BiCMOS posible? Además, los potenciales termoeléctricos son un verdadero dolor en este dominio. ¿Cómo estás manejando eso? Cuando dices nanovoltios de ruido, ¿cómo obtienes eso? Está el ruido de Johnson y su equivalente kT/C para mayúsculas; hay ruido de disparo (enlaces PN); y varias otras fuentes. Creo que se necesita más de ti.
Los niveles de compensación de 1 uV solo se pueden hacer con métodos estabilizados por helicóptero, pero eso aún plantea la pregunta, ¿es necesario que sea en CC? considerando que solo quieres ondas cuadradas
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 tienes toda la razón, pero solo quería saber una forma genérica de hacer este tipo de solución. BW para mi caso es de 10 MHz o superior. La ganancia es al menos algo que se puede usar en un comparador (¿milivoltios? Entonces, al menos 1000). La compensación de CC y SW para mí no importa. Será lo que haga que mi circuito funcione. Incluso puedo tolerar una respuesta realmente lenta y mala precisión, solo necesito hacer posible la comparación.
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 no es necesario tener un componente de CC. Mi onda cuadrada está hecha con un desplazamiento, pero este desplazamiento no es importante. En realidad, esta compensación cambia con el tiempo, por lo que si es necesario compensar, tendría que eliminar el original y agregar otro (esto sé cómo hacerlo).
Eso es lo que pensé, por lo que la compensación de Vio no importa y se puede usar cualquier amplificador operacional con comparador para adaptarse a las especificaciones de salida. o incluso la lógica CMOS utilizada como amplificador autopolarizado. Definir TODAS las especificaciones. Asimétrico, Compensación, velocidad de giro
Enumere todas las especificaciones de entrada y salida en cuestión.

Respuestas (1)

No estoy seguro de si esto es razonablemente posible con su proceso, pero algunas cosas a considerar:

El acoplamiento de CA es imprescindible para eliminar su compensación variable.

Y debe ir un paso más allá y producir un filtro de paso de banda bastante estrecho que incluya 1 MHz. Si produce un amplificador acoplado a CC con una impedancia de entrada de 1k ohm y un ancho de banda de 1 MHz, obtendrá un ruido de entrada mínimo absoluto de 4 uV RMS. Dado que se trata de ruido aleatorio, no existe un límite superior real en la amplitud de los picos de ruido individuales, pero una regla general común es que el pico de pico de ruido es al menos 10 veces el valor RMS. Y el problema empeora con el aumento de la resistencia de entrada.

Afortunadamente, 1 MHz es una frecuencia lo suficientemente alta como para que pueda producir filtros en el chip, pero tenga en cuenta que su densidad será terrible, ya que el área requerida para producir los condensadores necesarios será mucho, mucho mayor que tus transistores Me inclinaría a sugerir que haga sus componentes de filtro fuera del chip. Y 1 MHz no es tan alto como para que cosas como parásitos de plomo te den ataques.

Diseño de IC para amplificar de microvoltios a voltios para hacer un comparador
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v