sin relación de componentes

Un circuito sin relación de proporción es aquel en el que la salida o el comportamiento no dependen de la relación entre los valores, geometrías o dimensiones físicas de los componentes. En la electrónica analógica, esto contrasta fuertemente con los diseños dependientes de la relación, donde el rendimiento depende completamente de cómo se compara el tamaño de un transistor con otro, o cómo se compara una resistencia con su par. Las topologías sin relación de proporción eliminan esa sensibilidad, haciendo que los circuitos sean más robustos frente a las tolerancias de fabricación y la deriva de temperatura.

El ejemplo clásico es el espejo de corriente. Un espejo de corriente estándar copia una corriente de entrada a una salida haciendo coincidir las relaciones ancho-largo de los transistores; si esas relaciones no coinciden, la copia es incorrecta. Un espejo de corriente sin relación de proporción, por el contrario, utiliza retroalimentación o una arquitectura diferente para imponer voltajes o corrientes iguales sin requerir una coincidencia geométrica precisa. La ganancia o función de transferencia surge de la física (voltajes de umbral, transconductancia) en lugar de un diseño de precisión.

Donde el diseño sin relación de proporción le da libertad

Los circuitos sin relación de proporción son especialmente valiosos en frontends de convertidores analógico-digitales, amplificadores de precisión y comparadores integrados donde el chip debe funcionar de la misma manera, ya sea que un transistor tenga 5 micrómetros o 7 micrómetros de ancho. Las variaciones del proceso durante la fabricación pueden cambiar todos los valores de los componentes entre un 10 y un 20 por ciento; un circuito dependiente de la relación falla, pero uno sin relación de proporción se adapta. Esta es la razón por la cual los circuitos de condensadores conmutados, que dependen de la conservación de la carga en lugar de las relaciones de los condensadores, se han convertido en la columna vertebral de los filtros analógicos y los convertidores de datos modernos.

La contrapartida es la complejidad. Un diseño sin relación de proporción a menudo necesita más transistores, más bucles de retroalimentación o más ingenio en el enrutamiento de la señal para evitar la trampa de la relación. También puede necesitar una polarización y compensación cuidadosas para mantenerse estable. Pero cuando su producto se envía en millones de unidades y los márgenes de rendimiento son escasos, eliminar la necesidad de hacer coincidir transistores con una precisión del 5 por ciento vale la pena el área de silicio adicional y el esfuerzo de diseño.

El término sin relación de proporción surgió en la década de 1980 a medida que maduraba el diseño de circuitos analógicos integrados y los diseñadores aprendían a separar la topología de la geometría. Sigue siendo fundamental en el vocabulario de los ingenieros de circuitos integrados analógicos que deben diseñar circuitos que funcionen tanto en el laboratorio como en la fábrica.