可编程开关电流滤波器的研究与设计

摘要

开关电流(Switched-Current,SI)技术是一种新型的电流模式数据取样信号处理技术。它不仅可与标准的数字CMOS工艺完全兼容,而且具有高频特性好、工作电压低、动态范围大等优点,是继开关电容之后,数模混合集成电路发展的新方向。
　　本文主要进行可编程开关电流滤波器的研究和设计。首先介绍了SI电路的原理和各种误差的起因,并给出了SI存储单元和SI积分器的性能改进方法。接着讲述了SI滤波器的综合方法以及可编程SI滤波器的实现方法。最后完成了一款多功能可编程的SI双二次滤波器的设计,其单元模块包括SI存储单元、SI积分器、电流乘法器、电流镜、分流器、基准电压源和基准电流源等。论文的研究概括如下:
　　(1)对开关电流存储单元的误差改进方法进行了总结和研究,设计了新型的高性能Class AB SI存储单元。电路由对称的电压反转跟随器和Class AB SI存储单元组成,输入级采用电流传输器和输出级采用可调共源共栅结构。电路具有误差小、功耗低、性能高等特点。仿真结果表明,其传输误差仅为0.75％,时钟馈通误差是基本的Class AB SI存储单元的9.0%,功耗是相同输出动态范围的甲类SI存储单元的37.5%,输入信号的动态范围可达到静态电流的4倍左右。
　　(2)对开关电流积分器中存在的误差进行了分析和总结,设计了性能良好的SI双线性积分器电路。电路采用差分结构基本消除了积分器产生的直流偏移电流。
　　(3)以Class AB栅极接地相乘核为基本单元,设计了一款高线性度、四象限的电流乘法器。该乘法器辅助分流器可作为可编程SI滤波器的系数调节电路。
　　(4)以差分结构开关电流双线性积分器和栅极接地Class AB电流乘法器作为基本模块,设计了一款多功能可编程SI双二次滤波器。该滤波器可实现低通(LP)、带通(BP)和高通(HP)多种功能;另外,通过调节电流乘法器的系数,可实现巴特沃思、切比雪夫和椭圆滤波器等功能,同时其截止频率ωo和Q值也可通过外部直流电流连续调节。
　　(5)设计了可编程SI滤波器核心单元的版图,总结了SI电路版图设计的技巧。

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第一章 绪论

§1.1 开关电流技术产生的背景

§1.2 开关电流技术的发展和研究现状

§1.3 可编程开关电流滤波器的研究意义

§1.4 论文的主要工作和章节安排

第二章 开关电流技术基本理论

§2.1 工作原理

§2.2 基本模块

§2.3 误差分析

§2.4 本章小结

第三章 开关电流性能改进技术

§3.1 常用的SI电路性能改进方法

§3.2 甲乙类开关电流技术

§3.3 开关电流积分器的改进方法

§3.4 本章小结

第四章 可编程开关电流滤波器的综合方法

§4.1 引言

§4.2 开关电流滤波器的变换

§4.3 开关电流双二次滤波器的综合

§4.4 可编程开关电流滤波器的实现方法

§4.5 本章小结

第五章 可编程开关电流滤波器的电路实现

§5.1 引言

§5.2 基本组成模块

§5.3 电流乘法器

§5.4 高性能Class AB SI存储单元

§5.5 差分结构SI双线性积分器的设计

§5.6 可编程SI双二次滤波器的电路实现

§5.7 可编程SI滤波器的测试

§5.8 误差分析

§5.9 本章小结

第六章 版图设计

§6.1 引言

§6.2 系统主要模块版图

§6.3 开关电流电路版图小结

§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的主要研究成果