Rev. Phys. Appl. (Paris) 20, 465-482 (1985)
DOI: 10.1051/rphysap:01985002007046500

L'amplificateur CMOS dans les circuits à capacités commutées

F. Baillieu et R. Hermel

Groupe ESIEE, Chambre de Commerce et d'Industrie de Paris, 89, rue Falguière, 75015 Paris, France

Abstract
When one wants to integrate into single chip mid-frequency analog functions together with digital functions, the CMOS technology with switched capacitors appears to be the best solution. The operational amplifier then becomes the main limiting factor for performance (offset, finite gain, rejection ratios, bandwidth, slew-rate, etc...). However, two types of amplifiers may be used since the loads are just capacitors; i.e. amplifiers the output of which behave like voltage or current sources. The voltage source option is simpler than the current source one, but implies lower performances. The latter option, however, is more difficult to implement The purpose of this paper is the theoretical study of the behaviour of these two types of amplifiers with switched capacitors as well as the electrical description of their technological realization.

Résumé
La filière technologique CMOS représente sans doute la meilleure solution lorsqu'il s'agit de rassembler sur le même substrat des fonctions logiques et des fonctions analogiques moyenne fréquence utilisant le concept de la « commutation de capacités ». L'amplificateur opérationnel est alors l'élément essentiel qui limite les performances de ces dernières (tensions de décalage, gain fini, taux de rejection, bande passante, vitesse de balayage, etc...). Fonctionnant sur charge capacitive, il est possible de retenir des amplificateurs se comportant en sortie, soit comme des sources de tension, soit comme des sources de courant. La première solution est de maniement simple, mais ne conduit pas à des solutions optimums pour une technologie donnée. La seconde solution permet d'obtenir des performances dynamiques meilleures, au prix toutefois d'une plus grande complexité de la conception qui ne peut être menée à bien que par l'emploi d'outils de simulation très performants. L'objet de cet article est l'étude théorique comparative du comportement de ces deux classes d'amplificateurs dans des structures à capacités commutées et la description électrique de leur réalisation technologique.

PACS
1220 - Amplifiers.
1270E - Active filters and other active networks.
2570D - CMOS integrated circuits.

Key words
CMOS integrated circuits -- operational amplifiers -- switched capacitor networks -- CMOS amplifier -- switched capacitor circuits -- mid frequency analog functions -- digital functions -- operational amplifier -- offset -- finite gain -- rejection ratios -- bandwidth -- slew rate -- voltage source -- current source