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可重构模拟电路设计与应用研究

作　者: 祝鸣涛
导　师: 王友仁
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 可重构模拟电路可编程互连网络 CMOS OTA 开关电流(SI) 电流模式可编程滤波器
分类号: TN710
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

可重构模拟电路的最大特点在于其可编程性,即可以通过接收外部输入的配置数据相应地改变电路系统的内部连接和元件参数,实现所需的电路功能。可重构模拟电路系统具有灵活、简捷、易于升级等优良性能,在航空航天、工业自动化、智能传感器、机器人控制等领域有广阔的应用前景。本文详细阐述了可重构模拟电路的基本原理,研究了两种基于不同实现技术、拥有不同设计结构的可重构模拟阵列电路。论文的主要工作有:(1)设计了一种基于CMOS跨导运算放大器的可重构模拟阵列结构。详细阐述了可重构模拟单元、可编程电流镜阵列、可编程电容阵列和可编程互连网络的电路结构,并给出了各部分的参数设计方案。为了评估和验证设计电路的正确性,在5×10的阵列结构上重构实现了可编程电压放大器、可编程滤波器以及D/A转换器等应用实例并通过PSPICE软件进行了仿真验证。此外,研制了2×1的小规模实验阵列电路,分析了所设计电路在实际应用方面的可行性和效果。(2)设计了一种基于开关电流技术的可重构模拟阵列结构。结合开关电流技术的特点,设计了可重构模拟单元和可编程互连网络,并给出了各部分的参数设计方案。在4×2的阵列结构上重构实现了反相阻尼放大器、双线性Z变换积分器以及三阶巴特沃斯低通滤波器三个应用实例并通过PSPICE和MATLAB软件分别进行了仿真验证,对比分析了两种仿真实验的结果,对比结论表明所设计的电路是正确有效的。本文的研究工作受国家自然科学基金(60871009)与航空科学基金(2009ZD52045)的资助。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
图表清单  8-12
注释表  12-13
第一章绪论  13-24
  1.1 可重构模拟电路的研究背景及意义  13-14
  1.2 可重构模拟电路的技术现状及发展趋势  14-16
  1.3 可重构模拟电路的技术基础  16-22
  1.4 可重构模拟电路的技术难点  22-23
  1.5 本文的研究内容和结构  23-24
第二章基于OTA 的可重构模拟电路研究  24-64
  2.1 差分式线性可调CMOS OTA  24-28
    2.1.1 基本差分式CMOS OTA  24-25
    2.1.2 差分式线性可调CMOS OTA  25-28
  2.2 基于差分式线性可调CMOS OTA 的可重构模拟单元  28-33
    2.2.1 可编程电流镜阵列  28-30
    2.2.2 可编程电容阵列  30-31
    2.2.3 CAB 设计  31-33
  2.3 蜂窝式可编程互连网络  33-36
    2.3.1 互连网络设计  33-35
    2.3.2 互连网络特性分析  35-36
  2.4 应用实例及仿真结果分析  36-58
    2.4.1 可编程电压放大器  37-39
    2.4.2 可编程巴特沃斯电流型滤波器  39-51
    2.4.3 可编程幅度调制电路  51-55
    2.4.4 四位D/A 转换电路  55-58
  2.5 可重构模拟电路实验研究  58-63
  2.6 本章小结  63-64
第三章基于开关电流技术的可重构模拟电路研究  64-84
  3.1 开关电流技术基础  64-70
    3.1.1 开关电容技术  64-65
    3.1.2 开关电流基本原理  65-67
    3.1.3 开关电流基本功能模块  67-70
  3.2 基于开关电流技术的可重构模拟单元  70-72
  3.3 crossbar 式可编程互连网络  72-73
  3.4 应用实例及仿真结果分析  73-83
    3.4.1 反相阻尼放大器  73-76
    3.4.2 双线性Z 变换积分器  76-78
    3.4.3 开关电流三阶巴特沃斯低通滤波器  78-83
  3.5 两种可重构模拟电路对比  83
  3.6 本章小结  83-84
第四章总结与展望  84-86
  4.1 本文总结  84-85
  4.2 课题展望  85-86
参考文献  86-91
致谢  91-92
在学期间发表的学术论文  92

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