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CMOS电流乘除法器及其应用研究

作　者: 解鸿国
导　师: 宋树祥
学　校: 广西师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: 电流模式信号处理乘除法器 ECCⅡ 平方根平方/除法器
分类号: TP332.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着电流模式乘除法器的发展,CMOS电流模式乘除法器的研究和开发已逐渐成为主流趋势。CMOS电流模式乘除法器,与BJT乘除法器相比,在信号带宽、线性度、动态范围、信号处理能力等方面都有明显的优势,因而在信号处理中得到了广泛的应用,主要可以应用于模糊逻辑控制器、人工神经网络、可编程放大器、调制器、分相器、电流传输器、滤波器、正余弦综合器、密码学系统等。对于集成电路设计工程师来说,CMOS电流乘除法器可以作为非常有用的集成电路设计基本模块。基于平方根电路和平方/除法器电路设计的CMOS电流模式乘除法器具有线性度好、低功耗、结构简单、带宽宽、精度高等特点,在CMOS电流模式乘除法器中较具发展潜力。本论文研究了平方根和平方/除法器的电路实现及基于平方根电路和平方／除法器电路的CMOS电流模式乘除法器电路的设计与实现及其在模拟调幅器、可编程电流放大器、电调谐第二代电流传输器(ECCⅡ)等中的应用。本论文完成的工作及创新点主要包括：(1)以MOS管构成的跨导线性环路为基础,设计出电流模平方根电路以及平方／除法器电路,将平方根电路和平方/除法器电路连接起来,实现了一种新型高频高线性CMOS跨导线性电流模乘除法器电路。对提出的CMOS电流乘除法器的电路,使用CMOSO.35μm工艺参数,进行了HSPICE仿真。结果表明,该乘除法器电路能很好实现乘除法运算等功能。仿真结果证实了,提出的电路具有良好的线性特性、高频特性。该电路在3V的电源电压下工作时,-3dB带宽可达到35.1MHz,电源静态功耗为202.68μ W,输出电流范围为0～25.1μ A,非线性误差为0.85%,总谐波失真为0.14%。提出的乘除法器电路与Tanno、Lopez等提出的基于跨导线性原理的乘除法器电路相比,优点在于-3dB带宽提高了,功耗降低了,电源电压降低了,线性度提高了,并且采用了相对更先进的0.35μmCMOS工艺,可节约芯片面积。(2)以上述提出的CMOS电流乘除法器电路为基础,电路结构及元件参数不变,对输入、输出信号进行选择,实现了提出的乘除法器在模拟调幅器、可编程电流放大器等中的应用。通过HSPICE软件仿真测试,证实了提出的应用方案的正确性。(3)研究了一种新型简易CMOS电流乘除法器的电路及其在电流传输器电路设计中的应用。该电流模乘除法器电路同样是基于平方根电路和平方/除法器电路而组建成的,以此电路为基础,将该电路作为核心电路,加以应用,实现了可编程电流放大器,然后搭建电压到电流转换器、电流镜等其他电路,实现了一种新型的基于可编程电流放大器的CMOS第二代电调谐电流传输器ECCⅡ。该电路工作在很低的电源电压(±1.2V)下,电路增益持续可编程,线性调谐范围宽,Z端的输出阻抗高。这种电流传输器的电流传输比可以通过调节直流偏置电流而精确地控制。该电路采用0.35umCMOS工艺,使用HSPICE软件仿真。仿真结果证实了提出的ECCⅡ在线性度、频响、电调谐性和功耗方面具有良好的性能。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题的来源、研究背景及意义  9
  1.2 乘除法器发展概述  9-10
  1.3 电流模式电路基础  10-13
    1.3.1 电流模式电路的一般概念  10-12
    1.3.2 电流模式电路的特点  12-13
  1.4 论文的研究内容  13-14
  1.5 论文的组织结构  14-15
第2章 MOS器件模型及HSPICE仿真环境简介  15-22
  2.1 MOS晶体管模型  15-20
    2.1.1 MOS管大信号模型  15-16
    2.1.2 MOS管交流小信号模型  16-17
    2.1.3 MOS SPICE模型  17-20
  2.2 HSPICE仿真环境简介  20-21
    2.2.1 HSPICE简介  20-21
    2.2.2 HSPICE的特点  21
    2.2.3 HSPICE电路设计流程  21
  2.3 本章小结  21-22
第3章新型高频高线性CMOS跨导线性电流模乘除法器设计  22-34
  3.1 电流模式乘除法器概述  22-23
  3.2 MOS跨导线性电路基础  23-26
    3.2.1 跨导线性电路的基本概念  23-24
    3.2.2 由MOSFET构成的TL环路  24-26
  3.3 乘除法器电路工作原理  26-30
    3.3.1 电流模乘/除法器电路  26-28
    3.3.2 提出的电流模乘/除法器电路  28-30
  3.4 仿真结果与性能分析  30-32
  3.5 本章小结  32-34
第4章 CMOS电流乘除法器的应用  34-48
  4.1 乘除法器电路在模拟调幅器中的应用  34-35
  4.2 乘除法器电路在可编程电流放大器中的应用  35-36
  4.3 乘除法器电路在ECCII中的应用  36-47
    4.3.1 电路工作原理和电路实现  37-44
    4.3.2 仿真结果与性能分析  44-47
    4.3.3 小结  47
  4.4 本章小结  47-48
第5章总结和展望  48-50
  5.1 总结  48-49
  5.2 展望  49-50
参考文献  50-54
攻读硕士期间的科研成果  54-55
致谢  55-56

CMOS电流乘除法器及其应用研究

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