Analog Workshop 2023

Design Prozess für Ring Amplifier

Ring Amplifier sind eine vorteilhafte neue Verstärkerarchitektur, aber ihr Entwurf muss in einem zeitaufwändigen Prozess mit manuellen Transientensimulationen durchgeführt werden. AC-basierte Entwurfskriterien sind wegen des Großsignalbetriebs der Ring Amplifier nur begrenzt nutzbar. In dieser Arbeit wird ein alternativer Entwurfsansatz für Ring Amplifier vorgestellt. Es wird eine Reihe von Kostenfunktionen und Parametern entwickelt und die Auswirkung der Parameter auf die Stabilität, die Genauigkeit und die Leistungsaufnahme des Verstärkers im Detail erläutert. Der Optimierungsprozess wird von einem einfachen Ring-Amplifier Modell und einem Stabilitätskriterium abgeleitet. Dieses Kriterium wird im Zusammenhang mit Schaltungsparametern, Designeinschränkungen und anderen Ringverstärkerdesigns analysiert. Es wird eine neue battery-based self-biased Ring-Amplifier Architektur vorgestellt und der Integrator der ersten Stufe eines switched-capacitor Delta-Sigma-Modulators wird unter Verwendung der beschriebenen Verstärkerarchitektur realisiert. Der vorgeschlagene Optimierungsprozess wird erfolgreich mit 180 nm und 40 nm Technologien (zweite Technologie mit zwei Versorgungsspannungen) durchgeführt und die drei Designs werden analysiert und verglichen. Der Optimierungsprozess wird von einem grundlegenden Modell abgeleitet und kann auf andere Ring-Amplifier Architekturen angewendet werden.