This dissertation is aimed at the development of a current mode instrumentation amplifier (CMIA) with a high common mode input range. This characteristic is obtained due to the rail-to-rail operational amplifiers (opamps). These opamps are built with rail-to-rail differential amplifiers as input stages, and with cascode-based output stages, which are able to copy its current by adding identical branches and connecting their gates without the voltage degradation as the known CMIA topologies. The main contribution of this work is the development of a rail-to-rail current mode instrumentation amplifier, analyzing the pros and cons of this topology. The functionality of the proposed topology is shown through measured results of a manufactured integrated circuit. This first prototype, although it was operated in a large input common mode range, presented insufficient values of CMRR (Common Mode Rejection Ratio) and VOS (Offset voltage). These two characteristics were studied and modeled, the instrumentation amplifier was re-designed, and simulated results demonstrate important improvements. / Esta dissertação tem como objetivo o desenvolvimento de um amplificador de instrumentação em modo corrente com uma ampla faixa de entrada em modo comum. Esta característica é obtida graças ao emprego de estágios de amplificação rail-to-rail na entrada e a geração do sinal de saída através do espelhamento da corrente diretamente dos gates dos transistores do estágio ao invés da alternativa clássica, onde espelhos são ligados em série e degradam a excursão do sinal de saída. Com esta proposta, é possível a implementação de ampops com entrada e saída rail-to-rail. A principal contribuição deste trabalho é analisar as vantagens e desvantagens da utilização destas soluções na implementação de um amplificador de instrumentação com entrada rail-to-rail. A funcionalidade da topologia proposta é demonstrada através dos resultados medidos de um circuito integrado fabricado. Este primeiro protótipo, apesar do bom funcionamento em toda a faixa de entrada em modo comum, apresentou valores insatisfatórios de CMRR (Common Mode Rejection Ratio) e de VOS (Tensão de offset), o que levou a um aprofundamento no estudo e modelagem destas características. A partir disto, o circuito foi re-projetado e os resultados de simulação demonstram melhorias bastante significativas em suas características.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diomadson Belfort.pdf: 1540332 bytes, checksum: 3100ff3681a43294daea6ee8313b879e (MD5) Previous issue date: 2007-09-05 / In digital measurement systems, signal conditioning circuits have the main functionality of adjusting analog signals for digital conversion. For maximizing the application of a measurement circuit or system, yet considering its integration in a single chip, these circuits must be programmable, in order to serve to different kinds of sensors with diverse output signal characteristics. The main functions of the signal conditioning circuit, in this case, are the amplification and dc level shift of the analog signal. In this master s thesis, an architecture of a signal conditioning integrated circuit with programmable gain and dc level shift, optimized in number of discrete components, using the switched capacitor technique is proposed. The proposed architecture allows the circuit use in differential and single-ended modes, with unipolar and bipolar signals. The design of an integrated circuit is carried out for implementing the proposed architecture using 0.35 mm TSMC CMOS technology, available in the ASIC design kit (ADK) of the Mentor Graphics, IC Nanometer software package. / Em sistemas digitais de medição, circuitos de condicionamento de sinais têm como principal finalidade o ajuste dos sinais analógicos para realização da conversão digital. Para maximização da aplicação de um circuito ou sistema de medição, considerando ainda sua integração em uma única pastilha, esses circuitos têm que ser programáveis, de forma a atender a diversos tipos de sensores com características de sinais de saída diversas. As principais funções do circuito de condicionamento, neste caso, são a amplificação e o ajuste de nível cc do sinal analógico. Nesta dissertação, propõe-se uma arquitetura de um circuito de condicionamento integrado com ajuste de nível cc e ganho programáveis, otimizada em número de componentes discretos, usando a técnica de capacitores chaveados. A arquitetura proposta permite a utilização do circuito nos modos diferencial e de terminação única, unipolar ou bipolar. Um projeto de um circuito integrado é realizado implementando a arquitetura proposta em tecnologia CMOS 0,35 mm TSMC, disponível no ASIC design kit (ADK) do pacote de programas da Mentor Graphics, IC Nanometer.