第11章模拟集成电路设计新技术ppt课件.ppt

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1、第十一章　模拟集成电路设计新技术11.1　模拟集成电路设计——电流模法11.2　电流反馈型集成运算放大器11.3　开关电容网络11.4　开关电流——数字工艺的模拟集成技术11.5　跨导运算放大器(OTA)及其应用11.6　在系统可编程模拟器件(ispPAC)原理及其软件平台举例11.1模拟集成电路设计——电流模法11.1.1电流模法的特点及原理传统电路都是以电压作为输入、输出和信息传输的参量，我们称之为“电压模”或“电压型”电路。由于极间电容和分布电容的客观存在，此类电路的工作速度不可能很高，工作电压

2、及功耗也不可能很低。所谓“电流模”电路是以电流作为输入、输出以及信息传输的主要参数的，电路中除晶体管的结电压uBE有微小变化外，无别的电压参量，因此其工作速度很高(SR＞2000V/μs)，而电源电压很低(可低至3.3V或1.5V)，而且具有动态范围宽、非线性失真小、温度稳定性好、抗干扰和噪声能力强等优点。电流模技术与互补双极工艺(CB工艺)相结合，已成为当今宽带高速模拟集成电路设计的支柱技术。1.　跨导线性原理双极型晶体管的电流iC和发射结电压uBE互为因果关系，即(11.1.1)(11.1.2)其

3、跨导gm为(11.1.3)2.　跨导线性环(TL)原理有n个正向偏置的发射结uBE构成一个闭合环路(如图11.1.1所示，n为偶数)。其中顺时针(CW)uBE数等于逆时针(CCW)uBE数，即(11.1.4)(11.1.5)(11.1.6)图11.1.1简化的跨导线性环原理图因为反向饱和电流ISj等于发射区面积Aj与饱和电流密度JSj的乘积：(11.1.7)(11.1.8)(11.1.99)得到一个最简洁的关系式：从此，跨导线性环原理可描述为：在一个由偶数个(n)正向偏置结构成的闭合环路中，若顺时针结

4、数等于逆时针结数，则顺时针方向的电流密度之积等于逆时针方向的电流密度之积。式(11.1.8)可改写为(11.1.10)(11.1.11)(11.1.12)11.1.2跨导线性环——电流模电路举例1.互补跟随输出级互补跟随输出级电路如图11.1.2所示。由图可见，V1、V2、V3和V4组成一个跨导线性环。设各管发射区面积相等，即A1=A2=A3=A4,则有可见，静态工作电流等于偏置电流IB。若负载电流iL≠0,则(11.1.13)(11.1.14)若负载电流iL=0,则图11.1.2互补跟随输出级如果负

5、载电流

6、iL

7、<

8、iL

9、>>IB时，则iC1=0(11.1.17a)iC2=iL(11.1.17b)或相反:可见，此时V1、V2管分别工作在乙类状态。2.　矢量差电路电路如图11.1.3所示。这里有两个跨导线性环。环1：V1、V2、V4、V5，且有其中面积比系数λ为环2：V2、V3，且有(11.1.18)(11.1.19)(11.1.

10、20)(11.1.21)(11.1.22a)得图11.1.3　矢量差电路而根据环1，有所以，输出电流与输入电流的关系为(11.1.22b)(11.1.23)实现了矢量差的运算。3.吉尔伯特(Gilbert)电流增益单元及多级电流放大器电路如图11.1.4所示。其中输入差模电流为(11.1.24)X是一个由输入信号控制的系数。该电路存在一个跨导线性环，由V1、V2、V3、V4组成。现在我们来计算输出差模电流iod。设各管发射区面积相同，λ=1，根据TL环原理，有图11.1.4吉尔伯特电流增益单元(11.

11、1.25)(11.1.26)(11.1.27)(11.1.28a)(11.1.28b)(11.1.29a)(11.1.29b)且得故输出差模电流iod为那么，电流增益Aid为(11.1.30)(11.1.31)一般Aid可作到1~10左右。图11.1.5给出吉尔伯特电流增益单元的级联电路。该电路总的电流增益Aid为(11.1.32)而且，两级偏置电压仅差一个UBE。图11.1.5　吉尔伯特电流增益单元级联11.2电流反馈型集成运算放大器电流反馈型集成运算放大器又称电流模运算放大器(CurrentMod

12、eOperationalAmplifier)。该放大器具有高速、宽带特性，压摆率SR＞1000~5000V/μs，带宽可达100MHz~1GHz;而且，在一定条件下，具有与闭环增益无关的近似恒定带宽。由于其优越的宽带特性，在视频处理系统、同轴电缆驱动放大器等领域得到广泛应用。11.2.1电流模集成运算放大器的基本特性电流模运算放大器的基本框图如图11.2.1所示。图11.2.1电流模集成运放框图由图可见，同相输入端经一缓冲级到反相输入端，其中Ri表示缓