高线性度CDTA及其电流模式滤波器的设计与研究

摘要

21世纪初，随着半导体集成电路的迅猛发展，人们开始研究一种在速度、动态范围和功耗等方面具有优良性能的电路，于是出现了电流模式电路。基于电流差分跨导放大器(CDTA)的电流模式滤波器，存在以下几个显著的优势:供电电压低、工作频率较高、线性工作范围大、功耗较低和电路结构简单等。
　　本文旨在对电流差分跨导放大器及基于CDTA的连续时间模拟滤波器的设计理论、方法和实现电路进行深入的研究。首先，从连续时间滤波器设计的基本原理出发，总结了不同类型的滤波器以及滤波器的实现方法。然后，研究了一种新型的CDTA的MOS管实现电路、基于所设计的CDTA的电流模式双二阶滤波器和一种高阶增益可调滤波电路。最后，对所设计的CDTA和电流模式滤波器进行了版图的设计和验证，论文的主要工作和创新如下:
　　1.研究了一种新型高线性度电流差分跨导放大器。该电路是由两个基本模块组成:电流差分电路和具有自适应电流源偏置的交叉耦合跨导放大器。对该电路进行了理论分析和仿真，结果显示所设计的CDTA具有低的电流输入阻抗和供电电压、高的输出阻抗、高的线性度、跨导可调和宽频带等特征。
　　2.研究了一种新型的基于CDTA的三输入单输出电流模式双二阶通用滤波器。所提出的滤波器电路仅由三个CDTA和两个电容连接而成，能在不改变电路拓扑结构的基础上，适当的改变输入端口电流的接入方式和接入数量，实现五种滤波功能:即低通、带通、高通、带阻、全通。
　　3.针对现有的基于CDTA的滤波器增益不可调的缺点，研究了一种三输入、单输出电流模式高阶增益可调低通滤波器。所提出的滤波器电路，具有独立可调的固有频率和品质因数。并且滤波器的阶数越高，可调节的增益范围就越宽。
　　4.对所研究的新型高线性度CDTA、由CDTA构成的双二阶通用滤波器和四阶增益可调滤波器的版图结构进行了验证和后仿真。

目录

摘要

英文摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 研究的现状和意义

1．2．1 CDTA及其发展状况

1．2．2 基于CDTA的电流模式滤波器发展状况

1．2．3 研究意义

1．3 本文的研究内容和结构安排

1．3．1 本文的研究内容

1．3．2 本文的结构安排

第2章 电流差分跨导放大器及连续时间滤波器设计概述

2．1 电流差分跨导放大器的基本原理

2．1．1 电流差分跨导放大器CDTA及基本组成

2．1．2 第二代电流传输器(CCII)和运算跨导放大器(OTA)

2．2 电流差分跨导放大器CDTA的电路实现方式

2．2．1 基于双极型晶体管的CDTA实现电路

2．2．2 基于CMOS场效应管的CDTA实现电路

2．3 滤波器基本概念及分类

2．4 连续时间滤波器的介绍

2．5 滤波器的实现方法

2．6 小结

第3章 一种新型的电流差分跨导放大器的设计

3．1 基本电流镜

3．2 高线性电流差分跨导放大器CDTA子电路设计

3．2．1 电流差分电路

3．2．2 运算跨导放大器

3．3 CDTA电路仿真

3．4 与其他文献的性能比较

3．5 小结

第4章 基于CDTA的电流模式滤波器的设计与仿真

4．1 二阶滤波器概述

4．2 基于CDTA的电流模式双二阶滤波器的设计

4．2．1 Mason法则

4．2．2 基于CDTA的电流模式双二阶滤波器的实现

4．3 所设计的电流模式双二阶滤波器非理想特性分析

4．3．1 灵敏度分析

4．3．2 非线性度分析

4．4 双二阶滤波器的仿真

4．5 与相关文献的比较

4．6 基于CDTA高阶滤波器的设计与仿真分析

4．6．1 高阶滤波器级联设计理论

4．6．2 基于CDTA高阶滤波器的设计与仿真分析

4．7 小结

第5章 版图设计与验证

5．1 版图设计概述

5．1．1 版图设计流程

5．1．2 版图设计的设计规则

5．2 电流模式滤波器版图设计

5．2．1 CDTA的版图设计及后仿真

5．2．2 电流模式双二阶滤波器和高阶滤波器的版图设计与后仿真

5．3 小结

第6章 总结与展望

6．1 本文研究工作总结

6．2 进一步的工作展望

参考文献

攻读硕士期间参与的项目及发表的学术论文和专利

致谢

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