本文選題：連續(xù)時間濾波器 + 電流反饋運(yùn)算放大器　； 參考：《吉林大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展,用MOS電路實(shí)現(xiàn)有源器件及用MOS電路直接實(shí)現(xiàn)全集成連續(xù)時間濾波器電路受到廣泛關(guān)注。全集成連續(xù)時間濾波器有許多應(yīng)用方面,如用于三通道高保真揚(yáng)聲器的選頻網(wǎng)絡(luò),按鍵式電話系統(tǒng),鎖相環(huán)調(diào)頻立體聲解調(diào)器,高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模擬信號處理部分,電纜調(diào)制解調(diào)器等。電流反饋運(yùn)算放大器(CFOA)是全集成有源連續(xù)時間電路設(shè)計中最重要的有源器件之一。電流反饋運(yùn)算放大器有很多固有的優(yōu)點(diǎn),如:可以提供寬的、近乎常數(shù)的帶寬而不受閉環(huán)增益的影響;有高的轉(zhuǎn)換速率;靈敏度低;動態(tài)范圍大;耗能低;用較少數(shù)量的有源器件設(shè)計各種不同功能的濾波網(wǎng)絡(luò)等等。到目前為止,應(yīng)用CFOA實(shí)現(xiàn)的模擬電路有很多,這些電路可以從三個方面分類:1、階數(shù):低階、高階;2、輸入輸出:單輸入單輸出、單輸入多輸出、多輸入單輸出、多輸入多輸出;3、模式:電壓模式、電流模式、混合模式。越來越多的電路集成在單個芯片上,而這些電路之間會存在嚴(yán)重的干擾。一般的單端信號元件很難克服電路之間的干擾,此時全差分信號處理元件受到了廣泛關(guān)注。最近,全差分電路廣泛應(yīng)用到高頻模擬信號處理中,如開關(guān)電容濾波器、多標(biāo)準(zhǔn)無線接收器等。迄今為止,基于電流反饋運(yùn)算放大器的濾波器電路已不計其數(shù),但對基于全差分電流反饋運(yùn)算放大器(FDCFOA)的濾波器研究比較少。與單端CFOA相比,FDCFOA除了具備其優(yōu)點(diǎn)之外還有很多其他優(yōu)點(diǎn):輸出動態(tài)范圍大,電路設(shè)計靈活性高,降低諧波失真,降低時鐘饋通影響,控制電荷注入誤差和電源噪聲等。本文系統(tǒng)地研究了電流反饋運(yùn)算放大器的電路原理、COMS電路圖及應(yīng)用其設(shè)計的全集成連續(xù)時間濾波器電路。本文還介紹了全差分電流反饋運(yùn)算放大器的電路原理、CMOS電路圖及應(yīng)用其設(shè)計的全差分二階電壓模式濾波器�；谝陨显O(shè)計電路,本文采用了臺灣積體電路制造公司(TSMC)的0.18μm和Berkeley short-channel IGFET model(BSIM)90nm CMOS工藝完成了濾波器電路仿真,仿真結(jié)果證明了電路的有效性和正確性�？偟膩碚f本文的主要本文的主要工作的和結(jié)論如下:(1)提出了基于電流反饋運(yùn)算放大器的二階混合模式通用濾波器。該濾波器電路在不改變電路結(jié)構(gòu)的前提下就可以實(shí)現(xiàn)電壓模式和電流模式低通、高通、帶通濾波器功能。采用TSMC0.18μm的CMOS工藝完成了電路的PSPICE仿真,結(jié)果證明該電路具有靈敏度低、自然角頻率和品質(zhì)因數(shù)可獨(dú)立調(diào)節(jié)及功能靈活等優(yōu)點(diǎn)。(2)設(shè)計了基于電流反饋運(yùn)算放大器的N階電壓模式通用濾波器電路。該電路使用了2n個CFOA,n個電容及3n-1個電阻,可實(shí)現(xiàn)任意階低通、高通、帶通、帶阻及全通濾波器。以三階和四階濾波器電路為例,采用TSMC 0.18μm COMS工藝完成了濾波器電路的PSPICE仿真,仿真證明了設(shè)計電路的可行性。(3)采用跳耦結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了基于電流反饋運(yùn)算放大器5階電壓模式低通濾波器。對跳耦結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)濾波器的設(shè)計過程進(jìn)行了詳細(xì)說明,并對設(shè)計電路完成PSPICE仿真,該濾波器電路具有較窄的過渡帶及良好的截止特性。(4)設(shè)計了基于全差分電流反饋運(yùn)算放大器的二階通用濾波器電路。該電路能實(shí)現(xiàn)全差分輸入、輸出電壓模式和電流模式濾波器功能,與CFOA實(shí)現(xiàn)該濾波器電路相比,可以大大降低總諧波失真。采用BSIM 90nm CMOS工藝完成了PSPICE仿真,該濾波器電路還具有靈敏度低,自然角頻率ω和品質(zhì)因數(shù)Q可以獨(dú)立調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。本文在參考了大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的前提下對全集成連續(xù)時間濾波器理論進(jìn)行了深入研究,并且在基于電流反饋運(yùn)算放大器的全集成濾波電路設(shè)計方面取得了一些技術(shù)性突破。這些研究成果豐富了全集成連續(xù)時間濾波器設(shè)計思想,對全集成連續(xù)時間濾波器理論的發(fā)展有一定的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:With the development of the ultra large scale integrated circuit (VLSI), the realization of the active device with MOS circuit and the direct realization of the fully integrated continuous time filter circuit with the MOS circuit are widely concerned. The full integrated continuous time filter has many applications, such as the frequency selection network for three channel high fidelity speakers, the key phone system, the PLL frequency modulation. Stereo demodulator, analog signal processing part of high speed data communication system, cable modem, and so on. Current feedback operational amplifier (CFOA) is one of the most important active devices in fully integrated active continuous time circuit design. Current feedback operational amplifiers have many inherent advantages, such as: a wide, near constant band can be provided. Wide but not affected by closed loop gain; high conversion rate; low sensitivity; large dynamic range; low energy consumption; using less active devices to design a variety of filter networks with different functions. So far, there are many analog circuits implemented with CFOA. These circuits can be classified from three aspects: 1, order: lower order, higher order; 2, input Output: single input and single output, single input and multiple output, multi input single output, multi input and multiple output; 3, mode: voltage mode, current mode, mixed mode. More and more circuits are integrated on a single chip, and there will be serious interference between these circuits. Signal processing elements have been widely concerned. Recently, full differential circuits are widely used in high frequency analog signal processing, such as switched capacitor filters, multi standard wireless receivers, etc. so far, the filter circuits based on current feedback operational amplifiers have been countless, but for the full differential current feedback operational amplifier (FDCFOA) Compared with the single terminal CFOA, FDCFOA has many other advantages in addition to its advantages: large dynamic range, high flexibility in circuit design, lower harmonic distortion, lower clock feed pass influence, control of charge injection error and power noise. This paper systematically studies the circuit of current feedback operational amplifier. The principle, the COMS circuit diagram and the fully integrated continuous time filter circuit used for its design. This paper also introduces the circuit principle of the full differential current feedback operational amplifier, the CMOS circuit diagram and the full differential two order voltage mode filter used for its design. Based on the above design circuit, this article uses the Taiwan integrated circuit manufacturing company (TSMC) 0 .18 mu m and Berkeley short-channel IGFET model (BSIM) 90nm CMOS process completed the simulation of the filter circuit. The simulation results proved the effectiveness and correctness of the circuit. In general, the main work and conclusions of this paper are as follows: (1) the two order hybrid mode universal filter based on the current feed back operational amplifier is proposed. The filter circuit can realize the voltage mode and current mode low pass, high pass and bandpass filter function without changing the circuit structure. The CMOS process of TSMC0.18 mu m is used to complete the PSPICE simulation of the circuit. The results show that the circuit has the advantages of low sensitivity, independent adjustment of natural angular frequency and quality factor and flexible function and so on. (2) a general filter circuit of N order voltage mode based on current feedback operational amplifier is designed. The circuit uses 2n CFOA, n capacitance and 3n-1 resistance, and can achieve any order low pass, high pass, band pass, band stop and all pass filter. The filter circuit is completed by TSMC 0.18 m COMS process, with the example of the filter circuit of the order of three and four. The simulation of PSPICE simulation proves the feasibility of the design circuit. (3) the 5 order voltage mode low pass filter based on the current feedback operational amplifier is realized by the jump coupling structure. The design process of the filter is described in detail, and the PSPICE simulation of the design circuit is completed. The filter circuit has a narrow transition zone. And good cut-off characteristics. (4) the two order universal filter circuit based on the full differential current feedback operational amplifier is designed. The circuit can achieve full differential input, output voltage mode and current mode filter function. Compared with the CFOA filter circuit, the total harmonic distortion can be greatly reduced. The BSIM 90nm CMOS process is used to complete the circuit. PSPICE simulation, the filter circuit also has the advantages of low sensitivity, natural angular frequency omega and the quality factor Q can be independently adjusted. In this paper, based on a large number of domestic and foreign literature, the full integrated continuous time filter theory is deeply studied, and the fully integrated filter circuit based on the electric current feedback operational amplifier is set up. Some technical breakthroughs have been made. These achievements enrich the design idea of the fully integrated continuous time filter, and have certain guiding significance for the development of the fully integrated continuous time filter theory.

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN722.77;TN713

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本文編號：1839471