Design of a fully-differential amplifier in 130nm technology for In-Probe Ultrasound Imaging Systems
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3151540Utgivelsesdato
2024Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Denne masteroppgaven dekker design av to ulike fullt differensielle strømspeilforsterkerefor In-probe ultralydavbildningssystemer. Begge forsterkerne er implementerti 130nm CMOS-teknologi. Det første designet består av et inverterbasertinngangstrinn og en NMOS strømspeilutgang. Det andre designet harogså et inverter-basert inngangstrinn, men med en PMOS strømspeilutgang.For å analysere kretsene er det gjort hjørnesimuleringer, støy- og stabilitetsanalyser.En kapasitiv last på 1pF brukes ved utgangen av forsterkeren i allesimuleringene. Strømforsyningen er satt til 1.5V. For implementasjonen medNMOS strømspeilutgang oppnås en forsterkning på 70.7dB og en unity-gainfrekvens på 582MHz. Den inngangsrefererte hvite støyen oppnår et resultatpå 4.46nV/Hz^0.5 for den typiske hjørnesimuleringen. I denne oppgaven vilflimmerstøy ikke bli behandlet. Dette vil bli håndtert på systemnivå. Enfasemargin på 50.2° oppnås. Strømforbruket er 1.59mW. Spesifikasjonene forforsterkning, unity-gain frekvens og støy oppnås i alle hjørner. Spesifikasjonenefor fasemargin oppnås ikke for alle hjørner.For designet med PMOS strømspeilutgang viser simuleringen en forsterkningpå 65dB. Unity-gain frekvensen oppnår et resultat på 610MHz. Den inngangsreferertehvite støyen er 3.63nV/Hz^0.5, og fasemarginen er 56.8°. Strømforbrukettil implementasjonen er 2.43mW. Spesifikasjonene for forsterkning, unity-gainfrekvens, støy og fasemargin oppnås for alle hjørner. The design of two different fully-differential current-mirror amplifiers for InprobeUltrasound Imaging Systems is covered in this master thesis. Bothamplifiers are designed in 130nm CMOS technology. The first design consistsof an inverter input stage and a NMOS current-mirror output. The seconddesign is also an inverter input stage but with a PMOS current-mirror output.Corner simulations, noise and stability analysis are done for analysing thecircuits. A capacitive load of 1pF is used at the output of the amplifier for allsimulations. The power supply is set to 1.5V. For the design with a NMOScurrent-mirror output, a gain of 70.7dB and a unity-gain frequency of 582MHzis reached. The input-referred white noise achieves a result of 4.46nV/Hz^0,5 forthe typical corner simulation. In this thesis flicker noise will not be dealt with.This will be handled on system level. A phase margin of 50.2° is received. Thepower consumption is 1.59mW. Over all corners, gain, unity-gain frequencyand noise specifications can be achieved. The specifications for the phasemargin can not be achieved over all corner.For the design with the PMOS current-mirror output, the simulation showsa gain of 65dB. The unity-gain frequency achieves a result of 610MHz. Theinput-referred white noise is 3.63nV/Hz^0,5 and the phase margin is 56.8°. Thepower consumption of the design is 2.43mW. Over all corners the gain, unitygainfrequency, noise and phase margin specifications can be achieved.