基于CDTA的FPAA及其生成的濾波器和振蕩器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、電流模式電路由于具有速度快、頻帶寬、功耗低以及動(dòng)態(tài)范圍大等傳統(tǒng)電壓模式電路不具備的優(yōu)勢(shì)，在過(guò)去幾十年獲得了蓬勃的發(fā)展。電流差分跨導(dǎo)放大器（CDTA）是一個(gè)電流輸入、電流輸出器件，相比運(yùn)算跨導(dǎo)放大器（OTA）及第二代電流傳輸器（CCII），它是一個(gè)真正意義上的電流模式器件，并且 CDTA還具有輸入端虛接地，理想輸入電阻和寄生電阻都為0，帶寬較大等優(yōu)點(diǎn)，因此它被廣泛地應(yīng)用于電流模式濾波器、振蕩器以及各種模擬信號(hào)處理電路。
　　可重構(gòu)模

2、擬陣列（FPAA）可以通過(guò)可編程開(kāi)關(guān)組的斷開(kāi)與導(dǎo)通改變自身結(jié)構(gòu)，從而改變電路功能,能滿(mǎn)足自適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的需求，在工業(yè)、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。而采用CDTA實(shí)現(xiàn)的FPAA具有較寬的帶寬和較高的工作頻率，并且還具有傳輸損耗小，不產(chǎn)生輸出信號(hào)失真等特點(diǎn)，是一種性能良好的FPAA。本文主要研究了基于CDTA的蝴蝶形FPAA，重點(diǎn)研究了基于CDTA并且可由蝴蝶形FPAA生成的濾波器和振蕩器等電路，其主要?jiǎng)?chuàng)新工作可概括如下：
　

3、?。?）提出了一個(gè)基于CDTA的蝴蝶形結(jié)構(gòu)FPAA。本文首先設(shè)計(jì)了一個(gè)低電壓、低功耗、跨導(dǎo)線(xiàn)性可調(diào)的NMOS-CDTA，在此NMOS-CDTA的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的可重構(gòu)模塊（CAB），并利用此 CAB搭建了一個(gè)蝴蝶形的FPAA。為了減少 FPAA中使用的CAB數(shù)目，本文提出的FPAA采用了蝴蝶形結(jié)構(gòu)，此蝴蝶形 FPAA僅由六個(gè)通過(guò)垂直輸入線(xiàn)和水平輸出線(xiàn)縱橫交織的網(wǎng)狀線(xiàn)連接在一起的CAB構(gòu)成。網(wǎng)狀連接線(xiàn)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)一個(gè)可

4、編程開(kāi)關(guān)來(lái)控制此節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)通或截止。提出的蝴蝶形FPAA采用Charted0.18μm CMOS工藝進(jìn)行了流片驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的FPAA能夠通過(guò)可編程的方式生成六階低通濾波器、二階電流模式通用濾波器、二階電流模式正交振蕩器、電流模式多相位振蕩器以及電流模式乘法器等5種常用的模擬電路功能，其中六階低通濾波器帶寬達(dá)200MHz，二階電流模式正交振蕩器振蕩頻率達(dá)76MHz，電流模式多相位振蕩器振蕩頻率達(dá)11.7MHz。
　?。?）

5、提出了一個(gè)基于CDTA的電流模式單輸入多輸出二階濾波器和一個(gè)基于CDTA的電流模式多輸入單輸出二階濾波器。這兩個(gè)濾波器都可以由蝴蝶形P FA A生成，并且這兩個(gè)濾波器都含有較少的有源和無(wú)源器件，都能夠?qū)崿F(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻以及全通等5種基本的濾波功能，每個(gè)濾波器的特征參數(shù)ωo和Q都可以實(shí)現(xiàn)正交可調(diào)諧。本文提出的兩個(gè)濾波器都采用了Charted0.35μm CMOS工藝進(jìn)行了Pspice仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明本文提出的兩個(gè)濾波器的工作

6、頻率分別為6MHz和10MHz，每個(gè)濾波器都只采用了2個(gè)CDTA和2個(gè)接地電容，并且都能夠?qū)崿F(xiàn)5種常用的濾波功能。
　?。?）提出了多個(gè)基于CDTA的電流模式二階正交振蕩器以及三階正交振蕩器。這些正交振蕩器都能夠由蝴蝶形結(jié)構(gòu) PFAA生成，并且結(jié)構(gòu)都非常簡(jiǎn)單，僅由有源 CDTA以及無(wú)源接地電容構(gòu)成。本文提出的二階和三階振蕩器都采用了Charted0.18μm CMOS工藝進(jìn)行了Cadence仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明所提出的二階可調(diào)諧

7、振蕩器振蕩頻率可達(dá)210MHz；兩個(gè)三階正交振蕩器的頻率調(diào)諧范圍分別可達(dá)145.14MHz和63.68MHz，所提出的兩個(gè)三階正交振蕩器可以實(shí)現(xiàn)性能良好的輸出頻率可變振蕩器（VFO）。
　?。?）本文在現(xiàn)有CDTA的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單的并且滿(mǎn)足 CDTA端口特性的放大器，并利用此簡(jiǎn)化的CDTA設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠提供六相位或者八相位的可編程多相位射頻振蕩器，進(jìn)一步將CDTA的振蕩器設(shè)計(jì)理論延伸到了高頻振蕩器的設(shè)計(jì)。

8、后仿真結(jié)果表明，可編程多相位射頻振蕩器的供電電壓僅為1V，六相位振蕩器的振蕩頻率可達(dá)1.45GHz，頻率可以從788.5 MHz變化到2.506 GHz，調(diào)諧范圍達(dá)到1.7GHz；八相位振蕩器的振蕩頻率可達(dá)1GHz，輸出頻率可以從558.9 MHz變化到1.512 GHz，調(diào)諧范圍達(dá)到0.95GHz。同時(shí)，本文還根據(jù)電流差分跨導(dǎo)放大器在信號(hào)處理領(lǐng)域的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一個(gè)應(yīng)用于2.4GHz Industrial Scientific Medi