Innovative approach for electrical characterisation of pseudo‐resistors

Abstract

Since the use of pseudo-resistors became popular in of bio-amplifiers research, several works have been published, but a lack of knowledge about accurate experimental characterisation and simulation of these non-linear devices remains. An innovative experimental procedure concerning the characterisation of pseudo-resistors is presented. The proposed experimental procedure proves the existence of a linear operation region, where the device can operate like a very high resistance, which is mainly applied on bio-amplifier designs. The main experimental results of the electrical characterisation of pseudo-resistors are described in detail and compared with the SPICE results. The pseudo-resistor experimental curve response including the non-linear operation region is presented. Finally, a new non-linear polynomial resistor model to use in SPICE simulator, replacing with success the electrical representation model based on transistors models is proposed. The presented simulations were performed with Mentor Graphics Eldo TM SPICE simulator, using BSIM3V3.1 and PSP103.1 models. The MOSIS Educational Program fabricated the samples used in this work.

Wide EDO handling range chopper amplifier based on high linearity PRs bulk-feedback DSL

“…The parallel PR in [2] can achieve a total harmonic distortion (THD) of 0.24% in TIA applications, but its resistance value is smaller than other PRs under the same bias and the same W/L. A co-well symmetric PR structure were proposed in [3] . Its R-V of the PR has symmetry but its linearity needs to be improved.…”

Non-linear model for pseudo CMOS resistors addressing the recovery time in bio-amplifiers

“…Traditional SPICE modelling methods, as fixed resistances or transistor-based models cannot reproduce simultaneously both the linear and the non-linear behaviors of the pseudo-resistor. A polinomial model has already been developed for the pseudo-resistor [5], but it requires a heavy mathematical processing because it is a nonlinear curve mathematical fit. The model here proposed, which uses the linearization technique named piecewise linear approximation (PWL), is much more adequate to fast SPICE simulation, because it makes use of ideal standard elements of SPICE as diodes, DC sources and resistors in parallel, to discreetly reproduce the same behavior.…”

Projeto, implementação e modelagem compacta de transistores MOSFET na configuração pseudorresistor para circuitos aplificadores de biosinais

“…Para se projetar um bioamplificador com a frequência de corte inferior (passa-altas) da ordem de unidades de Hz ou até centenas de mHz, surge o problema da necessidade de uma constante RC muito elevada que só é possível de se alcançar utilizando uma resistência ou capacitância com valor muito elevado, que resulta em dimensões que aumentam em muitas vezes a área necessária no CI (die). A utilização do pseudorresistor está sendo cada vez mais empregada para a solução desse problema (BENKO et al, 2016a(BENKO et al, , 2016bHARRISON;CHARLES, 2003;PEREIRA et al, 2014PEREIRA et al, , 2017. O pseudorresistor consiste em um transistor MOSFET com uma configuração capaz de fornecer uma resistência equivalente da ordem de TΩ entre seus terminais.…”

“…Muitos processos de fabricação de CIs atuais possuem parâmetros elétricos para simulação SPICE com o modelo BSIM3V3. de caracterização indireta do pseudorresistor foi criada juntamente com um primeiro modelo de simulação baseado em coeficientes polinomiais(BENKO et al, 2016b).…”

“…No modelo apresentado, cada fonte Vbi segue um passo constante de 100 mV. Caso seja necessária uma melhor precisão, devem ser feitas novas inserções de ramos com passos de tensão menores para Vbi.Figura 32 -Esquema elétrico do macromodelo PWL.Em comparação com o modelo desenvolvido em(BENKO et al, 2016b), o macromodelo PWL apresenta vantagens do ponto de vista do desempenho e compatibilidade com várias plataformas SPICE. Enquanto o modelo polinomial exige um processamento matemático pesado por ser um ajuste de curva não linear por coeficientes polinomiais de 8ª ordem, o macromodelo PWL apresentado não, pois faz uso de elementos SPICE ideais como…”