现场可编程模拟器件研究

摘要

可编程模拟器件作为其数字产品的对应物，在很长时期内受到各相关研究机构和厂商的关注。由于模拟技术与现实世界联系密切，因此可编程模拟器件可以极大地提高模拟工程师的设计效率，减少重复投片成本，并通过模拟验证工具增加对所设计产品的信心。可编程模拟器件按照用来实现的技术可分为阻容结构、开关电容结构和开关电流结构等几种类型，每一种类型在面积、功耗、精度等方面均有不同的侧重。由于模拟电路受工艺、温度和噪声诸多因素影响的本质特性，因此需要考虑针对上述几点的补偿措施以扩大可编程模拟器件的应用范围。另外，对于现场可编程模拟阵列来说，其内部单元之间以及单元与I/O接口之间的连线具有随机性，必须想办法克服连线分布效应所带来的不均衡性。本论文旨在通过对各种可编程模拟技术加以认真分析和比较，在此基础上选择一种在模拟函数和性能主要方面具有最优化特征的技术用来实现可编程模拟单元，同时对模拟阵列面积和功耗相关因素进行了分析，并提出采用层次化布线来减少分布寄生效应，另外对I/O接口也作了一定的说明。通过相关模拟工具对单元电路和应用电路功能的仿真，表明这种结构的现场可编程模拟阵列基本达到了预期目标。

目录

声明

摘要

引言

第一章现场可编程模拟器件的产生

§1.1现场可编程器件的产生原因

§1.2现场可编程逻辑器件的成功和广泛应用

§1.3现场可编程模拟器件产生的技术背景和原因

第二章现场可编程模拟器件现状

§2.1 FPAA概貌

§2.2 FPAA多种结构介绍

§2.2.1基于CMOS工艺的现场可编程模拟阵列

§2.2.2基于跨导的现场可编程模拟阵列

§2.2.3基于电流模式的现场可编程模拟阵列

§2.2.4基于电流传输的现场可编程模拟阵列

§2.2.5基于开关电容技术的现场可编程模拟阵列

§2.3 FPAA单元结构和实现原理的比较

§2.3.1 Anadigm公司的AN10E40 FPAA产品

§2.3.2 Lattice公司的ispPAC系列在线可编程器件

§2.4现场可编程模拟器件现状总结

第三章FPAA性能分析

§3.1 FPAA性能相关因素

§3.2 FPAA面积与功耗分析

§3.2.1 FPAA面积利用率问题

§3.2.2FPAA功耗问题

§3.3 FPAA工艺相关性分析

§3.3.1 MOS管导通电阻的工艺相关性

§3.3.2 MOS管衬漏电阻对传输特性的影响

§3.3.3无源器件对工艺的要求

§3.4 FPAA整体性能分析

§3.5 FPAA结构改进

第四章可编程模拟阵列的实现

§4.1 FPAA整体架构

§4.2模拟单元组成和编程方式

§4.2.1可编程模拟单元组成

§4.2.2编程方式

§4.3可编程布线结构

§4.4输入输出接口

§4.4.1电压-电流信号转换

§4.4.2 AD/DA转换

§4.5开关电流技术的误差分析

第五章总结与未来展望

参考文献

致谢