电流控制全平衡电流传输器及其电流模式滤波器研究

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在超大规模集成电路的飞速发展过程中,电流模式电路在速度、带宽等方面显示了巨大的优势。作为电流模式电路中的基本模块,电流传输器具有频率范围宽、线性度好、转换速率高等优点。但是,以目前工艺实现的电流传输器,电流输入端存在一个不可忽略的寄生电阻,在电压传输中产生了误差,采用电流控制电流传输器是目前解决该问题的最佳途径。在超大规模集成电路中,由数字模块引起的噪声极大地影响了系统中的模拟模块,全平衡式结构的电流传输器,能有效地抑制这些以共模信号形式出现的噪声,并且,由全平衡结构的电流传输器构成的差分式滤波器也可将该噪声进行滤除。本文主要致力于研究具有全平衡结构的电流控制电流传输器及其在滤波器、放大器和普适电流传输器方面的应用。本论文首先阐述了电流传输器的发展历程及其在电流模式连续时间滤波器中的应用现状,详细介绍了各种电流传输器的端口特性、电路原理及典型电路实现,以及在电流模式二阶和高阶滤波器中的应用。在此基础上对全平衡结构的电流控制电流传输器及其构成的电流模式滤波器、放大器及普适电流传输器进行了创新性研究。本文主要的创新工作可概括如下:(1)本论文提出一个具有全平衡结构的电流控制电流传输器,即电流控制全平衡电流传输器(CFBCCⅡ),将偏置电流可控的电阻引入到全平衡结构的电流传输器中,使得电路既具有全平衡网络的优势,又能偏置电流可控。提出的CFBCCⅡ电路的所有端口均为差分式,引入的共模反馈单元能有效地抑制共模信号。该电路采用CMOS复合管构成的跨导线性环实现电压的传输,在无需苛刻的工艺条件下,消除了传统电流传输器的电压传输误差,电路本身具备的电阻特性减少了应用电路中无源元件的数目,更使得应用电路的多种参数能够实现电可调。(2)本论文提出3种基于CFBCCⅡ的二阶电流模式滤波器,包括一种基于单个CFBCCⅡ的多输入单输出滤波器和两种基于多个CFBCCⅡ的多输入多输出滤波器。其中基于单个CFBCCⅡ的多输入单输出滤波器为单端式结构,电路仅使用一个CFBCCⅡ2个接地无源元件,由于CFBCCⅡ自身的电阻特性,电路无需任何电阻,适当选择输入端口即可实现低通、带通、高通、带阻及全通5种滤波功能,滤波器的固有频率及品质因数独立可调。两种基于多个CFBCCⅡ的多输入多输出滤波器均为差分式结构,第一种结构的滤波器使用2个CFBCCⅡ和4对接地无源元件,第二种结构的滤波器使用3个CFBCCⅡ和2对接地无源元件,两种电路均能实现低通、带通及高通3种滤波功能,且固有频率和品质因数独立可调。采用chartered0.35μm工艺,对CFBCCⅡ电路、基于CFBCCⅡ的单端式多输入单输出滤波器以及基于3个CFBCCⅡ的差分式多输入多输出滤波器利用Candence软件进行版图设计,并参加MPW流片计划完成了流片实验。(3)本论文提出基于CFBCCⅡ的电流模式高阶椭圆滤波器,该滤波器的特点是:电路为差分式结构,能较好地抑制共模信号,滤波器的截止频率可由CFBCCⅡ的偏置电流进行调节,采用的跳耦法使得设计过程简单明了,并保留了无源RLC梯形滤波器的低灵敏度。(4)本论文在CFBCCⅡ电路的基础上提出了一个普适电流传输器,可以很方便的构成各种电流传输器,电路具有较强的普适性。作为CFBCCⅡ的应用,提出了基于CFBCCⅡ的2种差分式电流模式放大器及2种差分式电压模式放大器,放大器的放大增益均可通过CFBCCⅡ的偏置电流进行调节。
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