差分电流反馈放大器的研究与设计

摘要

近年来，电流反馈运算放大器(CFOA)因为其潜在的宽带、高转换速率和增益几乎与带宽独立的调节性能引起了模拟和混合信号集成电路应用领域专家学者的极大关注。典型的CFOA由一个电流传输器和一个电压缓冲器构成。
　　 第二代电流传输器(The Second Generation Current Conveyor，CCⅡ)作为最重要和最通用的有源积木块被广泛应用于仪器仪表和通信系统等电子电路中。现今，CCⅡ在诸如有源滤波器、模拟信号处理、A/D和D/A转换器等方面已逐渐取代了传统的电压运放。CCⅡ的性能优劣主要取决于电流传输精度、电压跟随能力和电流输出驱动能力，因此，实现CCⅡ的高精度与高驱动能力就必须采用合适的电路结构。
　　 本文在±1.5 V供电电压下，设计了一种电压跟随能力强和电流传输精度高的第二代正向差分式电流传输器(CCⅡ+)，并在此基础上构成了一种性能较高的能够实现双端同时差分输入的CFOA。设计中，通过采用AB类推挽输出方式，达到了降低静态功耗和提高电流驱动能力的目的；采用线性跨导原理，有效的提高了电路的输入输出摆幅并且实现了电压的差分输入。应用密勒电容与调零电阻串联的补偿方式，有效地改善了CCⅡ+的频率响应特性，并分析了AB输出级晶体管对静态电流的影响作用。
　　 本文设计的电路采用TSMC0.35μm CMOS工艺，利用LTSPICE软件对整个电路进行了仿真，仿真结果表明，该CCⅡ+的电压跟随误差仅0.0534 dB，-3 dB带宽达到263 MHz，电流传输误差为0.007 dB，-3 dB带宽达到68 MHz，X端输入电阻低于50Ω，电流驱动能力为-0.62 mA～1.07 mA，电路功耗＜3mW。CFOA获得了与增益关系不大的带宽特性，272 MHz的单位增益带宽，307.7V/μs的转换速率，以及不超过4 mW的静态功耗。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪 论

1.1 引 言

1.2本论文研究背景与意义

1.3 本论文的主要研究内容

1.4本论文的主要工作和内容安排

第2章 电流反馈运算放大器的原理

2.1 CFOA与VFA的比较

2.1.1闭环特性

2.1.2开环特性

2.1.3噪声

2.1.4压摆率

2.2电流反馈运算放大器的符号和模型

2.3电流反馈运算放大器的负反馈闭环特性

2.3.1同相输入方式闭环特性

2.3.2反相输入方式特性

2.4电流反馈运放非理想特性分析

2.4.1受控电流源非理想特性

2.4.2输入输出端口非理想特性

2.5本文电流反馈运放设计思路

第3章 电流传输器设计

3.1电流传输器介绍

3.1.1第一代电流传输器(CCⅠ)

3.1.2第二代电流传输器(CCⅡ)

3.2第二代电流传输器设计

3.3本文电流传输器电路设计方案

3.3.1电流原理图介绍

3.3.2宽线性跨导模块

3.3.3 AB类推挽输出的低功耗设计思想

3.3.4运放的密勒补偿

3.4电流传输器的仿真

3.4.1仿真环境简介

3.4.2电压跟随特性仿真

3.4.3电流跟随特性仿真

3.4.4结论

第4章 电流反馈放大器设计与仿真

4.1本文电流反馈放大器电路设计方案

4.2 CFOA电路仿真

4.2.1大信号电压跟随特性

4.2.2小信号交流幅相特性

4.2.3同向闭环幅频特性

4.2.4瞬态特性

4.2.5后仿验证

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录