Lista #1:

Note que todos os transistores operam na saturação. O projeto inicial pode
ser feito ignorando Lambda e a variação de VT nos transistores do par 
diferencial,
que tem o source suspenso e o substrato em -vss. Ajustes podem ser feitos
depois, a partir das simulações, se necessário.
Para achar o tamanho final dos transistores, depois de achar as razões W/L 
necessárias, escolha um valor adequado para L e ache W. L é limitado pelas
dimensões da tecnologia, mas em circuitos analógicos não deve ficar no mínimo.
W é limitado pela corrente máxima por unidade de largura nos transistores,
mas é improvável que com as máximas tensões usadas seja possível exceder os
limites. 
Nada deve ser crítico com os parâmetros da lista. A velocidade do circuito
varia com o escalamento das dimensões.
Há outros pontos livres, como a tensão no gate da fonte de corrente, a tensão
nos sources do par diferencial (devem ser iguais para operação correta do
espelho), e a tensão nos drenos, que deve ficar proxima do centro entre vdd
e a tensão que tira o par diferencial da saturação. 
Notar que no LTSPICE, a equação na região de saturação vale:
id=(kp/2)(W/L)(vgs-vt)^2(1+lambda vds)
Assim, para ter K=30e-6 na expressão sem a divisão por 2, deve-se colocar 
kp=60e-6.
Vt é negativo para transistores PMOS.
No Microwind, os transistores parecem ter o parâmetro Lambda = 0.01, e a constante
dielétrica relativa do gate de 3.9.

Lista #2

Apenas a versão com cascode regulado dá algum trabalho.
Para achar como dimensionar os transistores, ache primeiro as condições para
manter saturados os dois transistores da entrada (vds>vgs-Vt). 
A condição para a saturação do transistor do cascode na entrada requer que
os cascodes tenham W/L maior que os transistores do espelho. O quanto maior
pode ser escolhido arbitrariamente (W3/L3 = x*W1/L1).
Juntando a condição sobre o transistor de entrada do espelho, surgem dois
limites para I5*W5/L5, onde M5 é o transistor do amplificador de erro.
O projeto que requer menos tensão é o em que estes limites são iguais.
Resulta uma equação para W/L do transistor de entrada do espelho. Os cascodes
saem então pela razão já escolhida deles para os do espelho. Daí se pode
arbitrar W5/L5 e calcular I5 usando as equações dos limites.
Verifique então que todos os transistores estão saturados dentro dos limites
de corrente especificados, e que o espelho opera corretamente. Ele deve operar
muito bem mesmo com alguns transistores na região ôhmica.
Calculando ou simulando a condutância de saída, considerando Lambda, se observa 
que o uso do espelho na entrada destrói a propriedade do cascode dobrado de gerar 
baixa condutância de saída. Duplicando o amplificador de erro, com um na saída 
e outro na entrada, a propriedade é restaurada.
O cascode simples pode ser construído com transistores iguais, se conveniente. 
Os transistores ficam com W/L maiores que no cascode regulado, pois a tensão nos 
gates dos cascodes é mais baixa que no cascode regulado.

Lista #3

O projeto começa pela fonte de corrente M6, que deve permanecer em saturação
com a mínima tensão de saída. Algo entre -2 V e -1.5 V. Quanto menor mais largo
fica o transistor. A tensão de polarização dos espelhos aparece aí também.
A seguir, M7 é dimensionado, para operar saturado com o dobro da corrente 
máxima de saída e com a tensão máxima de saída. Vai ficar muito
mais largo que M7 (6x). A corrente em M5 foi especificada como 10 uA. Pode-se
então dimensionar M5, versão escalada de M7. M3 e M4 são versões escaladas de
M7, quando passa a corrente normal em M7 e a metade da corrente em M5 por
cada um deles. M1 e M2 podem então ser dimensionados por vários critérios.
O ganho de tensão calculado sem colocar os termos (1+Lambda vds) nas expressões
dos gm e gds vai ficar subestimado. Colocando, fica como o LTSPICE calcula.
Para simular, pode ser especificado o parâmetro Tox=25e-9 nas linhas de
.model dos transistores, e também o parâmetro que controla a capacitância
de superposição cgd. Não vai resultar o mesmo que colocar os capacitores
calculados explicitamente do circuito, mas fica perto. O LTSPICE não detalha
como modela as capacitâncias, mas não parece ser o cálculo aproximado do
projeto. Para verificação, pode-se não colocar nada, deixando os transistores
"instantâneos", e colocar os capacitores de M7 separadamente. O slew rate pode ser
observado colocando um sinal alternado grande na entrada, suficiente para
desviar toda a corrente em M5 por M1 ou M2. A resposta em frequência pode ser
calculada pelo programa também. Note que tudo varia dependendo do que seja
colocado de carga para o amplificador. Um resistor de 20 k drenaria a corrente
máxima com 2 V de excursão de sinal. Pode-se colocar também um capacitor em
paralelo, de 10 pF por exemplo. Se os transistores forem feitos longos, pode
acontecer que o efeito Miller no segundo estágio não seja importante, e aí
os cálculos da compensação vão ser diferentes do feito em sala. Mas de qualquer
forma a estrutura será a mesma. É improvável que seja necessário colocar o
resistor em série com o capacitor de compensação.

Lista #4

Primeiramente verifique se o amplificador da lista #3 é suficiente em termos
de ganho, GB e "slew rate", sem carga. Pode ser necessário aumentar o ganho
CC, o que pode ser feito aumentando W/L no par diferencial de entrada. Simule
então o filtro RC-ativo contínuo, colocando dois amplificadores completos e
um inversor ideal (use a fonte "E"). Ou então coloque um resistor negativo na
entrada do segundo integrador. Vai precisar de dois capacitores iguais
e resistores de 2 valores para satisfazer a especificação. Note que o amplificador
pode fornecer até 100 uA na saída, o que basta para alimentar capacitores
bem grandes com a excursão máxima de sinal. O nível de impedância dos componentes
RC pode ser escolhido dentro de uma faixa bem grande.
Escolha então como fazer as chaves, usando transistores pequenos, mas não
pequenos demais devido ao modelo usado (10x10 um?). O tempo de estabilização 
vai determinar o tamanho máximo dos capacitores que podem ser usados. A máxima
corrente de saída dos amp. ops. também.
Para uma realização totalmente integrada, os maiores capacitores não devem 
exceder poucos pF.
Determine então qual o nível de impedância a usar, e troque os resistores por 
suas versões a capacitor chaveado, comparando a resposta obtida com a do 
filtro contínuo. Uma boa forma de excitação para testar o filtro é uma senóide 
na frequência central do filtro, com 200 mV de pico. Deve sair na saída uma 
senóide com 1 V de pico, estabilizando em uns 5 ciclos (Q=5). Pode ser útil 
trocar primeiro um dos resistores (talvez o que inverte), e depois os demais.
A resposta pode ficar bastante diferente do ideal com uma mistura de resistores
e capacitores chaveados. Mas com todos chaveados fica próxima do ideal. 
Para gerar o transiente correspondente ao da versão contínua, é conveniente
adicionar um par de chaves para curto-circuitar os capacitores que realimentam
os integradores durante um curto tempo, antes de aplicar o sinal de entrada.
Do contrário o cálculo inicial do ponto de operação vai saturar os amplificadores.
Se o LTSPICE "travar" com o circuito, salve o circuito e reinicie o programa.
Parece haver algum bug que causa isto, às vezes.

Lista #5

Primeiramente verifique se o amp. op. é rápido o suficiente. Deve ter um ganho
de ao menos 100 em malha aberta em 1 MHZ. O ganho pode ser aumentado aumentando
a largura do par diferencial de entrada. A velocidade pode ser aumentada reduzindo
o tamanho dos transistores, mas mantendo W/L. O modelo usado não é correto para
transistores com dimensões muito pequenos, mas para o caso pode-se aceitar que
seja. Transistores com dimensões mínimas de poucos um devem ser suficientes.
Veja então o nível de impedância a usar no filtro. Capacitores não devem ser
maiores que poucos pF, e os amplificadores podem fornecer apenas 100 uA, o que
requer resistores bem maiores que 20 kOhms. Simule o filtro com resistores.
Os inversores usados para construir os amplificadores balanceados são críticos. 
Verifique como fica a resposta em frequência de um deles. Compense os amplificadores 
(todos) de forma a obter uma banda passante extensa (até 100 MHz ao menos) e 
plana nos inversores.
Troque então os resistores por mosfets com a mesma resistência se controlados
com 2.5 V (vgs-VT=1.5 V). Os inversores feitos com resistores MOS simples ficam
muito ruins. Tente fazer os resistores dos inversores com pares NMOS-PMOS em
paralelo, cada um com o dobro da resistência requerida, e com os gates ligados
às duas tensões de alimentação. Assim a linearidade dos inversores fica quase
perfeita. (Interessante notar que é possível fazer um filtro MOSFET-C linear não
balanceado com resistores assim.) Verifique a resposta em frequência e a excursão 
de sinal. Reduza a tensão de controle até ter vgs-VT=150 mV e repita as análises. 
Deve resultar um filtro em 100 kHz, que aceita um menor nível de sinal.

Atualizado em 31/3/2011