A Novel Current Density Based Design Approach of Low-Noise Amplifiers

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作者
Mahdi Tarkhan,Mohamad Sawan
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10: 42309-42320 被引量:13
标识
DOI:10.1109/access.2022.3168743
摘要

The input-referred noise (IRN) is one of the most crucial performance indicators for the analog front-end (AFE) of neural recording devices. In this study, we present a novel design approach for a low-noise amplifier (LNA) based on the transistor optimization method in CMOS technology. Because flicker noise is predominant in neural recording applications, AFE has been designed to meet input-referred flicker noise specifications, whereas thermal noise contributions are monitored and controlled by flicker noise corner frequencies. Transistor optimization is accomplished using a lookup table that encapsulates its performance based on its current density. Initially, transistors are optimized based on the flicker noise performance; later, they may be further optimized based on their size, power consumption, transconductance, or thermal noise contribution. The proposed approach was validated by designing a folded-cascode amplifier with IRN ranging from 2 to 8 <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$\\mu \\text{V}_{\\text {rms}}$ </tex-math></inline-formula>. The results of the simulation show that the errors of our design methodology are less than 10&#x0025;, which is less than those of the <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$g_{m}/I_{D} $ </tex-math></inline-formula> and inversion coefficient methods. The proposed LNA achieves 2.1 <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$\\mu \\text{V}_{\\text {rms}}$ </tex-math></inline-formula> while consuming 0.83 <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$\\mu \\text{W}$ </tex-math></inline-formula> from a 1.2 V supply.
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