基于浮栅技术的模拟有源滤波器设计

摘要

模拟滤波器技术发展到今天已近一个世纪，其基本概念和基本理论都已经十分成熟了。现在人们更多的也是专注于模拟滤波器的实现方法问题。传统的模拟滤波器实现方法已越来越不能适应高速发展的集成电路技术以及器件的小型化及微型化要求。浮栅技术作为一种高功能度的新技术，近年来受到了普遍的关注和重视，其在模拟滤波器设计方面的应用潜力已引起了研究者的极大兴趣。 本文在探讨用浮栅技术实现模拟滤波器之前首先回顾了模拟滤波器的一些基本理论及经典实现方法，以作为后面研究的理论基础。文中详细介绍了浮栅技术的有关概念、原理以及两种应用浮栅技术的典型器件——单输入栅极浮栅MOS晶体管和多输入栅极浮栅MOS晶体管(神经MOS晶体管)，并基于神经MOS晶体管提出了这种新的模拟滤波器的实现方法。文中也对这种新方法和经典方法作了比较，突出了这种新方法所具有的适于全集成、集成度高及可靠性好等优点。 本文重点研究了神经MOS晶体管的建模以及怎样用之实现模拟滤波器的问题。鉴于神经MOS晶体管是一种新型器件，PSpice电路仿真软件无法对其进行直接仿真，于是本文利用PSpice仿真软件中的ABM(模拟行为建模)功能建立了神经MOS晶体管的等效PSpice模型，并用大量的仿真实验证明了此等效模型的有效性和准确性。本文并不是直接用神经MOS晶体管来实现模拟有源滤波器，而是先用这种器件实现了一个运算放大器，这种运算放大器除具有一般运算放大器的特点外，还具有体积小、集成度高和单一电源供电等优点。最后基于这种神经MOS晶体管运算放大器，在经典运放RC有源滤波器设计理论基础上，完成了基于浮栅技术的模拟有源滤波器设计。文中大量的仿真结果都表明这种设计方法是切实可行的。

目录

文摘

英文文摘

湖南大学学位论文原创性声明及版权使用授权书

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2本文的主要内容

第2章模拟滤波器理论基础

2.1模拟滤波器的产生、发展及应用概述

2.2模拟滤波器逼近理论

2.2.1巴特沃思逼近

2.2.2切比雪夫逼近

2.2.3椭圆滤波器

2.2.4贝塞尔逼近

2.3频率变换和网络变换理论

2.3.1低通到低通的变换

2.3.2低通到带通的变换

2.3.3低通到带阻的变换

2.3.4低通到高通的变换

2.4阻抗换算方法

2.5模拟滤波器的灵敏度分析

2.5.1极点和零点的灵敏度

2.5.2网络函数的灵敏度

2.6小结

第3章模拟滤波器实现方法

3.1模拟滤波器的无源RLC实现

3.2模拟滤波器的有源实现

3.2.1运算放大器有源RC滤波器实现

3.2.2开关电容(SC)滤波器实现

3.2.3 OTA-C滤波器实现

3.2.4电流传输器滤波器实现

3.2.5开关电流滤波器实现

3.3小结

第4章两种基于浮栅技术的典型器件

4.1单输入栅极浮栅MOS晶体管

4.1.1浮栅MOS晶体管等效模型

4.1.2浮栅MOS晶体管的应用

4.1.3浮栅MOS晶体管的不足

4.2神经MOS晶体管

4.2.1神经MOS晶体管的基本结构

4.2.2神经MOS晶体管的主要特点

4.2.3神经MOS晶体管的研究现状

4.2.4神经MOS晶体管的应用现状

4.3 小结

第5章基于神经MOS晶体管的模拟滤波器实现方法

5.1神经MOS晶体管建模

5.2神经MOS晶体管实现模拟滤波器

5.3小结

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间发表的学术论文目录

附录B神经MOS晶体管模型参数表(2um工艺)

附录Cn沟道神经MOS晶体管PSpice模型网表

附录D互补型神经MOS晶体管PSpice模型网表