文章导读

近年来，超低电压运算跨导放大器 (OTA) 因其在物联网 (IoT) 和生物医学等模拟与混合信号应用中的关键作用，吸引了广泛关注。为了简化模拟电路设计流程，来自意大利罗马大学信息与通信技术系的Francesco Centurelli教授团队，在Journal of Low Power Electronics and Applications (JLPEA) 期刊上发表了题为“A Standard-Cell-Based CMFB for Fully Synthesizable OTAs”的研究文章。该研究提出了一种全新的基于标准单元的共模反馈 (CMFB) 方法，用于完全可综合的OTA。

研究过程与结果

随着模拟和混合信号电路设计在IoT、生物医学等领域的重要性不断提升，低功耗、高效率的模拟电路设计需求日益增长。传统模拟电路设计复杂且耗时，尤其是涉及手动布局和优化时。这不仅限制了设计效率，还难以适应现代高度集成的芯片需求。CMFB是差分放大器设计中的关键部分，用于稳定输出电压并提高共模抑制比 (CMRR)。该研究提出了一种创新的基于标准单元的CMFB方法，通过引入明确的电压参考，大幅提升伪差分标准单元放大器的CMRR，并显著改善了直流输出电压的稳定性。团队利用先进的EDA工具对所设计的CMFB进行了多场景仿真，包括过程、电压和温度变化 (PVT) 的鲁棒性测试。仿真结果显示，该设计在各种工艺节点下均表现出优异的共模稳定性和低功耗特性。将设计的CMFB模块集成到全合成运算放大器中，进一步验证了其在实际应用中的性能。实验表明，新设计的运算放大器在增益、线性度和频率响应等指标上均达到甚至超过手动设计的性能水平，同时显著缩短了设计周期。

基于标准单元的CMFB设计方法具备以下优势：

高移植性：设计模块可直接复用于不同工艺节点和应用场景，减少了重复设计工作量。

低功耗：通过优化反馈网络结构，该设计有效降低了功耗，为移动设备和低功耗物联网应用提供了理想解决方案。

设计效率提升：利用全合成流程，设计周期缩短至传统方法的一半以下，同时大幅降低了设计门槛。

以上图片展示了研究中提出的CMFB架构

研究总结

该研究成功将标准单元概念引入到模拟电路设计中，突破了传统手工设计的局限，为全合成模拟电路的规模化推广奠定了基础。这一方法不仅适用于运算放大器，还可扩展至其他模拟模块的设计，例如比较器、滤波器等。这项研究不仅展示了基于标准单元的CMFB在全合成运算放大器中的潜力，更为全行业提供了一个高效、灵活的设计范式，为模拟电路设计迈向全自动化开辟了新的道路。

未来，研究团队将进一步优化CMFB的结构，结合机器学习算法提升自动化设计效率。还可将此方法应用于更复杂的模拟电路系统，以探索基于全合成技术的高性能模拟电路在5G通信、人工智能和物联网等领域的更多可能性。

原文出自JLPEA 期刊：https://www.mdpi.com/2079-9268/12/2/27

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/jlpea

JLPEA 期刊介绍

主编：Davide Bertozzi, University of Manchester, UK

期刊旨在发表低功耗电子方向的创新研究和重要成果。期刊范围涵盖的主题包括但不限于新兴电子器件和工艺技术、模拟、数字和混合信号VLSI电路、架构和系统设计、SoC和嵌入式系统、能量采集和无电池系统、综合和优化工具，以及用于低功耗设计的CAD工具和方法。目前被Scopus、ESCI等数据库收录。

2023 Impact Factor：1.6

2023 CiteScore：3.6

Time to First Decision：20 Days

Acceptance to Publication：2.7 Days