Design of a fully-differential ultra low-noise class AB amplifier for MEMS microphone applications

In this thesis, carried-out in collaboration with TDK Invensense Inc., the design of a closed loop continuous-time fully differential operational transconductance amplifier is presented. The design primary focus is to achieve a low-noise, low-power amplifier, suitable for being used in MEMS microphones read-out chains. The implementation of a two-stage class AB architecture enables the achievement of an output swing that approaches rail-to-rail operation. Designed in a 55-nm TSMC CMOS technology, this PVT insensitive amplifier achieves 3.42 µV of input referred noise while consuming only 98.5 µA from a 1.6-V power supply.

In questa tesi, realizzata in collaborazione con TDK Invensense Inc., viene presentato il progetto di un amplificatore operazionale a transconduttanza, differenziale, ad anello chiuso e tempo continuo. Il focus principale del progetto è ottenere un amplificatore a basso rumore e basso consumo, adatto per essere utilizzato nelle catene di readout di microfoni MEMS. L'implementazione di un'architettura a due stadi classe AB consente di ottenere uno swing di uscita che si avvicina al rail-to-rail. Progettato in tecnologia CMOS TSMC a 55 nm, questo amplificatore insensibile alle variazioni di processo, tensione di alimentazione e temperatura, raggiunge un rumore riferito all'ingresso di 3.42 µV consumando corrente per solo 98.5 µA, con un'alimentazione di 1.6 V.