新型电流差分跨导放大器的设计及其应用研究

摘要

作为电流模式有源器件的最新研究成果，电流差分跨导放大器(CDTA)由于其更强的通用性，近几年来迅速成为该领域研究的热点。本文设计了两种新型 CDTA电路——多输出压控电流差分跨导放大器(MO-VCCDTA)和电调谐电流差分跨导放大器(ECDTA)，并基于这两种CDTA电路给出了它们在基本模拟运算电路和滤波电路方面的应用。主要内容如下： （1）设计了一种z端复制输出且跨导可由电压调节的电流差分跨导放大器。该电路采用电流输入级和反相电流镜相结合的方式完成差分运算；利用MOS管的线性组合，得到了可由电压控制的跨导。电路采用SMIC0.18um CMOS工艺进行设计，在±0.9V电源电压下仿真表明，电路的输入电阻约为10Ω，z+和z-端电流传输精度分别为1.013和1.008；跨导值可在0.39mS-1.33mS内调节，iz/ii、ix/ii的-3dB带宽分别为131MHz、103MHz。 （2）设计了一种电流增益和跨导均可线性调节的可调谐电流差分跨导放大器。电路改变了电流单位增益传输的固有模式，采用工作于弱反型区的MOS管跨导线性环，得到了可电调谐的电流增益；跨导放大级的输入对管工作于弱反型区，使得跨导值可由电流线性调节，同时也降低了功耗。采用SMIC0.18μm CMOS工艺进行设计，在±0.9V电源电压下仿真表明，电流传输增益可在0.105~8.98范围内线性调节，跨导值可在0.067mS~0.56mS范围内线性调节；电路总功耗仅为0.29mW。 （3）给出了所提出的 CDTA模块的部分应用电路。文章首先得到了由这两种CDTA构成的放大器、加减法器、积分器和模拟电感的电路结构。然后，根据这两种CDTA电路各自的特点，分别设计了基于单个MO-VCCDTA构成的通用二阶滤波器和基于ECDTA构成的参数独立可调的通用二阶滤波器，两种滤波器均能实现五种滤波功能且无源器件少，灵敏度低。最后给出了两种 CDTA模块和由其构成的滤波器的版图以及后仿结果。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 电流模式电路

§1.3 滤波器理论

§1.4 电流差分跨导放大器的特点及其研究现状

§1.5 本文的研究目的和意义

§1.6 本文的主要内容及结构安排

第二章 电流差分跨导放大器及电流镜电路基础

§2.1 CDTA的电路理论基础

§2.2 CDTA的实现方法

§2.3电流镜电路理论基础

§2.4本章小结

第三章 多输出压控电流差分跨导放大器的设计与实现

§3.1多输出压控电流差分跨导放大器的电路描述

§3.2多输出压控电流差分跨导放大器的电路实现

§3.3多输出压控电流差分跨导放大器的电路仿真

§3.4本章小结

第四章 电调谐电流差分跨导放大器的设计与实现

§4.1电调谐电流差分跨导放大器的电路描述

§4.2电调谐电流差分跨导放大器的电路实现

§4.3电调谐电流差分跨导放大器的电路仿真

§4.4本章小结

第五章 电流差分跨导放大器的应用研究

§5.1基于CDTA的模拟运算电路

§5.2基于新型CDTA的电流模式通用二阶滤波器设计

§5.3 本章小结

第六章 电路模块的版图设计及后仿真

§6.1版图设计流程及规则

§6.2新型电流差分跨导放大器的版图设计及后仿真

§6.3两种通用二阶滤波器的版图设计及后仿真

§6.4 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果