跨导线性原理及应用研究

跨导线性电路是电流模式电路中应用非常广泛的电路形式,可以用于分析和构造很多实用的电路。文中介绍了跨导线性的基本原理,给出了几种用双极型晶体管和MOS管实现的跨导线性电路形式。最后给出了跨导线性电路在电流模式电路中的应用实例。

跨导线性MOCCII电路实现

本文提出了一种由跨导线性环电路和双极型多端输出的电流镜构成的MOCCII(多端输出的第二代电流传输器)的实现电路。文中详细分析了该电路的工作原理,并给出了实验结果。该电路具有频带宽、电压传输和电流传输精度高、结构简单、易于实现及成本低廉且实用性好的特点。

新型高频高线性CMOS跨导线性电流模乘/除法器设计

针对传统CMOS电流乘除法器存在线性度不高、工作频率低等缺点,提出一种以平方根电路、平方/除法器电路为核心的基于MOS管跨导线性原理的新型高频高线性CMOS电流模乘/除法器。在TSMC0.35μm CMOS集成工艺下进行HSPICE仿真测试表明:该电路在3V电源电压下,-3dB带宽可达到35.1MHz,电源静态功耗为202.68μW,输出电流为0～25.1μA,非线性误差为0.85%,总谐波失真为0.14%。本文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,精度提高了,并且采用了相对更先进的0.35μmCMOS工艺,可缩小芯片面积,节约成本。

晶体管非理想因素对跨导线性低通滤波器性能的影响

针对双极型晶体管的非理想因素(寄生发射极电阻RE和基极电阻RB、有限β值及Early效应VA等)对跨导线性低通滤波器性能的影响,分别导出了低通滤波器的截止频率棕軒on、品质因数Q軒与积分器误差函数幅值E和相位兹之间的关系式,得到了棕軒on、Q軒与非理想参数RE、RB、有限β和VA值的关系式,给出了电子补偿的方法。SPICE仿真分析验证了理论分析结果。

跨导线性MDDCCⅡ电路

提出了一个跨导线性MDDCCII电路,该电路全部由双极型晶体管构成。详细分析了其工作原理,并对该电路进行了硬件实验。该电路在0～1.5MHz以很小的跟踪误差满足MDDCCII理想端口特性,其中电压跟踪误差为0.01,同相电流跟踪误差为0.01,反相电流跟踪误差为0.02。作为应用,根据该MDDCCII电路构成了多功能二阶低通和高通滤波器电路,并对滤波器进行了硬件实验。

一种基于跨导线性环CMOS CCCⅡ的设计

设计了一种由跨导线性环电路、基本电流镜和自偏置高摆幅共源共栅电流镜构成的CCCⅡ(第二代电流控制传输器)的CMOS实现电路。文中详细分析了该电路的工作原理,并给出了Hspice仿真结果。该电路具有电源电压低、频带宽、电流传输精度高、及成本低廉且实用性好的特点。

用跨导线性原理分析微电流源的稳定性

运用跨导线性原理求得微电流源输出电流与参考电流之间稳定性的关系表达式，分析了二者的关系；并进一步分析了输出电流稳定性与射极电阻的关系。最后用ＰＳｐｉｃｅ仿真程序验证了上述结论。

一种跨导线性化低相噪压控振荡器

介绍了一种跨导线性化的宽带压控振荡器,由谐振腔电路、偏置电路、可编程电容阵列组成。提出一种通过电容隔直将有源器件进行交叉耦合的谐振腔结构,实现了有源器件的跨导线性化,大幅减小了有源器件自身的固有噪声,改善了压控振荡器的相位噪声特性。通过可编程电容阵列电路,可在压控振荡器内进行频率调节,扩展了振荡频率范围。测试结果表明,压控振荡器的振荡频率覆盖5 400~7 300 MHz,频率覆盖比达26%,在7 300 MHz时,相位噪声达到-128 dBc/Hz@1 MHz。该压控振荡器可作为高性能频率合成器的核心器件,构成本振信号源,可被广泛应用于无线基站、频谱监测等多种领域。

混合跨导线性回路在电流控制传送器的运用

介绍了电流控制传送器特性和电流控制传送器的理想模型,阐述了跨导线性回路的原理,分析了混合跨导线性回路以及混合跨导线性回路的工作原理,并对电流控制传送器以及负寄生电阻电流控制传送器的电路原理进行了推导。

基于晶体管非理想特性的对数域积分器分析与改进

研究了由于双极型晶体管的非理想特性(如寄生发射极电阻RE和基极电阻RB、有限b值及Early效应(VA)等)使得跨导线性积分器特性发生偏移的机理。应用积分器误差函数导出了该积分器非理想特性方程,定量分析出晶体管非理想参数对积分器幅值和相位特性影响,给出了电子补偿的方法,并用PSpice进行了仿真,验证了理论分析结果。

线性可调全差分OTA的实现

为了解决CMOS OTA跨导增益不能线性调节的问题,本文采用AB电流镜对NMOS和PMOS差分对管实现的基本OTA进行电流偏置,从而实现了一个跨导增益可以宽幅线性调节的全差分CMOS OTA电路。提出的OTA能够通过调节外部电流Iadj实现线性调节跨导增益,其误差小于2%,外部电流Iadj的调节范围为-40 A^40 A。OTA的差分输入电压摆幅为200mVp-p,输出电流的非线性度小于1.2%。电路的性能通过PSPICE仿真得到了验证。

可编程双极性sigmoid函数及其导数发生器

在硬件实现的神经网络中,为了解决神经元激活电路结构复杂、参数不可调、与突触电路不匹配的问题,基于跨导线性原理,提出了一种双极性sigmoid激活函数及其导数发生器。该函数发生器仅由一个跨导线性环和两个差分跨导电路构成,通过改变外部偏置电流和电压可调节函数的幅值、阈值和增益因子,具有结构简单、易于编程的优点。实现的电路可选择电流或者电压输出,适用于各种电流模式或者电压模式神经网络中。采用TSMC 0.35um CMOS集成工艺对电路进行PSPICE仿真测试,结果表明,该电路产生的函数及其导数与理想函数拟合度好,相对误分别不超过2%和4%。

基于28 nm RRAM的可重构真随机数发生器

基于阻变存储器(RRAM)电流饥饿型环形振荡器的真随机数发生器(TRNG)方案,提出交替读写的操作模式,优化熵源重构机制.针对现有RRAM在多操作周期下跨导线性化问题,提出熵可配置电阻窗口钳位电路.通过减小电阻窗口获得RRAM非线性的最大化,所提电路能够有效避免RRAM出现过度置位、过度复位的现象,保证熵源稳定性.基于UMC 28 nm HKMG工艺对TRNG进行流片.输出数据统计性测试结果通过了NIST SP800-22所有测试集的真随机数标准测试.检测结果表明,在高斯分布的95%置信区间,所有统计数据的自相关函数值均落在-0.003~0.003,输出序列具有良好的随机性.

对数域积分电路的噪声特性研究

介绍了瞬时缩展积分器的基本原理,对数域积分器是其中重要的一种。由于对数域电路是基于晶体管的对数指数缩展特性,且晶体管本身存在噪声源,使得它的噪声呈现出信号与噪声相互调制的特性,这与线性非缩展积分电路噪声为常数是有所不同。文中采用积分器框图形式,将噪声集中考虑为一固定噪声源进行分析,最后得出了甲类和甲乙类工作状态的对数域积分器信噪比SNR的计算公式。研究表明,只有甲乙类工作的积分电路可饱和到SNRmax,使其动态范围能比甲类状态电路的动态范围扩展很多。

一种高线性低功耗基带G_m-C滤波器

介绍了一种应用于无线局域网(WLAN)收发机系统的跨导-电容(Gm-C)低通滤波器,该电路可工作于低电压,并且具有高线性度。该射频发射器中的滤波器采用截止频率为9.9MHz的3阶切比雪夫低通滤波器,在30 MHz频率处的阻带衰减达到30.5dB。由于采用跨导线性环技术,滤波器工作于1.2V电源电压时,IIP3可达13.5dBm。电路采用0.13μm CMOS工艺实现,滤波器芯片尺寸为0.52mm×0.17mm,消耗电流3.76mA。

一种改进型电调谐电流差分跨导放大器的设计

设计了一种电流增益和跨导均可线性调节的电调谐电流差分跨导放大器(ECDTA)。电路改变了电流单位增益传输的固有模式,采用工作于弱反型区的MOS管跨导线性环,得到了可电调谐的电流增益;跨导放大级采用CMOS对管和浮地电源交叉耦合放大器,在传输特性的非线性误差不大于1%时,电路的差动输入电压范围可达±2.8 V。采用SMIC 60 nm CMOS工艺进行设计,在±0.9 V电源电压下仿真表明,电流传输增益可在0.105~8.98范围内线性调节,跨导值可在0.056 m S^0.204 m S范围内线性调节;电路总功耗仅为0.31 m W。

TL环路在电流模式电路中的分析及其应用研究

电流模式电路即处理电流信号的电路,相比于电压模式电路它在速度、带宽、动态范围等方面具有优良的性能,近年来得到了快速发展。跨导线性环路理论是分析电流模式电路的一种快速而有效的手段,该文首先介绍了跨导线性的基本原理,之后讲解了双极型晶体管跨导线性环路原理,并推广到MOS晶体管构成的跨导线性环路。最后给出了跨导线性环路在电流模式电路中的典型应用。

一种自适应斜坡补偿电路的设计与实现

提出了一种应用于电流型DC-DC转换器的自适应斜坡补偿电路.在分析斜坡补偿原理的基础上,提出了一种动态的斜坡补偿方法.该方法利用跨导线性环电路对补偿电流信号进行叠加,无需外加引脚引入输出电压,从而减小了芯片封装尺寸,以较少的电路使引入的斜坡补偿对系统带载能力和瞬态响应的负面影响减至最小.此电路采用UMCBCD工艺,在升压型DC-DC转换器2V转换8V的条件下,带载能力达到300mA,负载调整率为6.7mV/A.

多功能AB类四象限模拟乘法器

在AB类电流镜基础上应用跨导线性原理设计出一种新颖的电流平方/电流跟随器,并以该模块为基本单元综合设计出一种多功能的四象限模拟乘法器.该乘法器在内部结构和元件参数不变的情况下,根据输入、输出信号的选择可以实现电压模式和电流模式乘法器.采用TSMC 0.35μm CMOS集成工艺对电路进行PSPICE仿真测试,结果表明提出的电路具有带宽宽、功耗低、线性度好等优点,可以作为一个基本模块在电流模式和电压模式电路中应用.

高精度电流模式四象限乘法器的设计与应用

在AB类电流镜基础上,采用两个跨导线性环电路,设计了一款高精度电流模式四象限模拟乘法器。通过引入参考电流,增大了乘法器输入输出范围。将提出的乘法器作为增益控制单元与基本差分式OTA相连,实现了一款跨导增益宽范围线性可调的OTA。采用TSMC 0.35μm CMOS集成工艺,对实现的乘法器和OTA进行Pspice仿真,结果表明,乘法器与OTA具有精度高、输入范围广、线性度好、功耗低等优点,可作为基本模块应用于多种电流模式信号处理系统中。