Application of Low Voltage Transconductance Operational Amplifier in Sigma-Delta Modulator

Transconductance operational amplifier is an important module in analog circuits, and its performance often determines the effect of the entire system. Here, a fully differential folded cascode transconductance operational amplifier suitable for high-order single-loop Sigma-Delta modulator is designed. The transconductance operational amplifier adopts a classic folded cascode structure with a switched capacitor common-mode feedback circuit. The operational amplifier is designed using SIMC 0.18 μm CMOS mixed-signal process, and the circuit is simulated as a whole using Spectre. The simulation results show that when the load capacitance is 5 pF, the circuit has a DC gain of 72 dB, a unity gain bandwidth of 91.25 MHz, a phase margin of 83.35°, a slew rate of 35.1 V/μs, and a power consumption of only 1.41 mW. This design uses a low power supply voltage of 1.8 V. By optimizing the circuit parameters, the circuit still achieves good performance under low voltage conditions and can meet the high-precision requirements of the Sigma Delta modulator. Abstract: Operational Transconductance Amplifier is an important module in the analog circuit， which always determines the performance of the whole system. A low-voltage fully-differential folded-cascode OTA is designed for high-order Sigma Delta modulator in the paper. The OTA uses classic folded cascode structure. Auxiliary feedback amplifiers and the switched capacitor common mode feedback circuit are employed. The OTA is fabricated on SMIC 0.18μm CMOS mixed signal process. The simulation result of whole circuit in Spectre，shows that the open-loop DC gain is 72dB ， the unity-gain bandwidth is 91.25MHz， the phase margin is 83.35°， the slew rate is 35.1V/μs at a driving load of 5pF， and the total power consumption of the device is only 1.41mW. A low-voltage supply 1.8V is adopted in the design， and the parameters of circuit are optimized to achieve well performance in this low-voltage supply. This amplifier is suitable to the application for high resolution Sigma Delta modulator.