现代模拟集成电路技术.ppt

,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 现代模拟集成电路技术,第,8,章 现代模拟集成电路技术,8,1,模拟集成电路设计,电流模法,82,电流反馈型集成运算放大器,83,开关电流,数字工艺的模拟集成技术,84,跨导运算放大器,(,OTA),及其应用,8,5,在系统可编程模拟器件,(,ispPAC,),原理及其软件平台,81,模拟集成电路设计,电流模法,811,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,u,BE,有微小变化外，无别的电压参量，因此其工作速度很高,(,S,R,2000V/s),，,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。,一、跨导线性原理,双极型晶体管的电流,i,C,和发射结电压,u,BE,互为因果关系，即,(81),(82),其跨导,g,m,为,(83),二、跨导线性环,(TL),原理,有,n,个正向偏置的发射结,u,BE,构成一个闭合环路,(,如图,81,所示，,n,为偶数,),。其中顺时针,(,CW),u,BE,数等于逆时针,(,CCW),u,BE,数，即,(84),(85),(86),图,81,简化的跨导线性环原理图,因为反向饱和电流,I,Sj,等于发射区面积,A,j,与饱和电流密度,J,Sj,的乘积：,(87),(88),(89),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,(88),可改写为,(810),(811),(812),引入面积比系数,，,812,跨导线性环,电流模电路举例,一、互补跟随输出级,互补跟随输出级电路如图,82,所示。由图可见，,V,1,、,V,2,、,V,3,和,V,4,组成一个跨导线性环。设各管发射区面积相等，即,A,1,=,A,2,=,A,3,=,A,4,则有,若负载电流,i,L,=0,则,可见，静态工作电流等于偏置电流,I,B,。,若负载电流,i,L,0,则,(813),(814),图,82,互补跟随输出级,如果负载电流,|,i,L,|,R,f,R,T,R,i,，,故式,(836),可近似为,当,(,A,uf0,R,i,)New,菜单，将弹出如图,831,所示的对话框。,图,831,产生新文件的对话框,首先选择器件。如选中,ispPAC10,，,则进入图,832,所示的图形设计输入环境，清晰地展示出,ispPAC10,的内部结构。然后，可根据传递函数的要求连线并选择参数。,2.,根据要求连线,只要双击某一节点，就会弹出连线信息对话框。根据你的需要连线即可。如图,830,，将,IN1,连到,IA1,输入端，,OA1,的输出连到,IA3,的输入端，,OA2,的输出又反馈到,IA2,的输入端，等等，如图,832,所示。,图,832,图形设计输入环境及双二次滤波器设计实例,3.,选择参数,例如，分别双击,IA1,、,IA3,、,IA2,，,选择增益,k,11,=-3,k,12,=-1,k,21,=1,。,双击电容,C,f1,选,C,f1,=25.49pF,，,C,f2,=5.92pF,。,OTA1,的反馈电阻,R,f,连通，而,OTA2,的反馈电阻断开。可编程增益,k,可调范围为,-10+10,，以,1,步进。,C,f,的可调范围为,1.0762,pF,，,分,128,级可选。,实际上，,PACDesigner,软件中含有一个“宏”，专门用于滤波器的设计。只要输入,f,0,、,Q,等参数，即可自动连线和自动选择参数，从而自动产生你所需的二阶滤波器电路。,4.,模拟,(,设计仿真,),开发软件有一个模拟器，用于模拟放大器或滤波器的幅频特性及相频特性。具体步骤如下：,1),设置仿真参数,按,Operations=Simulator,菜单，弹出如图,833,所示的对话框。在该对话框中确定仿真频率的起始值和终止值，仿真点数，以及输入、输出节点。该软件可同时仿真四条幅频特性和四条相频特性。在我们的例子中，将仿真,Cuve1,，,其相应的输入节点为,U,i1,，,输出节点为,U,o1,；,对于,Cuve2,，,其相应的输入节点为,U,i1,，,输出节点为,U,o2,。,图,833,仿真参数设置对话框,2),执行仿真操作,完成参数设置后，按,Tools=,RunSimulator,菜单进行仿真。本例的仿真结果如图,834,所示。,图,834,双二阶滤波器实例的仿真曲线,5.,器件编程和下载,仿真结果达到设计要求后，最后一步是对,PAC,器件配置编程。通过编程电缆给器件下载，执行,ools,Downloacl,菜单即可。,6.,PACDesigner,软件的几个重要的功能,至此，,PACDesigner,软件的重要操作流程已经介绍完毕。为了进一步熟练运用,该软件，这里介绍一下该软件的其它几个重要的功能。,Tools=,RunMacro,菜单,该菜单具有根据用户定义的参数值自动生成满足条件的双二阶、巴特沃斯,(,Butterworth,),、,切比雪夫,(,Chebyshev,),等类型的滤波器。启动该菜单会产生如图,835,所示的对话框。,图,835,RunMacro,对话框,对话框中有三种,Macro,可运行：,ispPAC10-,Biquad,.exe,产生适用于,ispPAC10,的双二阶滤波器；,ispPAC10-Ladder.exe,产生适用于,ispPAC10,的巴特沃斯,(,Butterworth,),、,切比雪夫,(,Chebyshev,),等类型的滤波器；,ispPAC20-,Biquad,.exe,产生适用于,ispPAC20,的双二阶滤波器。,File=,BrowseLibrary,安装完,PACDesigner,软件后，会在存放该软件目录的,libarary,子目录下生成一系列,.,pac,的设计源文件作为库文件。用户可在设计中按,File,BrowseLibarary,菜单调用这些文件，并在此基础上改进从而方便地完成自己的设计。用户也可将自己已有的设计文件,(*.,pac,),放入该目录下作为新的库文件，以备以后的设计调用。,Edit=Security,该菜单可以用来选择设计下载至,ispPAC,器件后能否允许被读出，起加密保护作用。,