第8章现代模拟集成电路技术讲义.ppt

第8章 现代模拟集成电路技术 8—1 模拟集成电路设计——电流模法 8—2 电流反馈型集成运算放大器 8—3 开关电流——数字工艺的模拟集成技术 8—4 跨导运算放大器(OTA)及其应用 8—5 在系统可编程模拟器件(ispPAC)  原理及其软件平台 8—1 模拟集成电路设计——电流模法 8—1—1电流模法的特点及原理 传统电路都是以电压作为输入、输出和信息传输的参量，我们称之为“电压模”或“电压型”电路。由于极间电容和分布电容的客观存在，此类电路的工作速度不可能很高，工作电压及功耗也不可能很低。 所谓“电流模”电路是以电流作为输入、输出以及信息传输的主要参数的，电路中除晶体管的结电压uBE有微小变化外，无别的电压参量，因此其工作速度很高(SR＞2000V/μs)，而电源电压很低(可低至3.3V或1.5V)，而且具有动态范围宽、非线性失真小、温度稳定性好、抗干扰和噪声能力强等优点。电流模技术与互补双极工艺(CB工艺)相结合，已成为当今宽带高速模拟集成电路设计的支柱技术。 一、跨导线性原理 双极型晶体管的电流iC和发射结电压uBE互为因果关系，即 ? 二、跨导线性环(TL)原理 有n个正向偏置的发射结uBE构成一个闭合环路(如图8—1所示，n为偶数)。其中顺时针(CW)uBE数等于逆时针(CCW)uBE数，即 因为反向饱和电流ISj等于发射区面积Aj与饱和电流密度JSj的乘积： 从此，跨导线性环原理可描述为： 在一个由偶数个(n)正向偏置结构成的闭合环路中，若顺时针结数等于逆时针结数，则顺时针方向的电流密度之积等于逆时针方向的电流密度之积。 式(8—8)可改写为 8—1—2 跨导线性环——电流模电路举例 一、互补跟随输出级 互补跟随输出级电路如图8—2所示。由图可见，V1、V2、V3和V4组成一个跨导线性环。设各管发射区面积相等，即A1=A2=A3=A4,则有 二、矢量差电路 电路如图8—3所示。这里有两个跨导线性环。 环1：V1、V2、V4、V5，且有 三、吉尔伯特(Gilbert)电流增益单元及多级电流放大器 电路如图8—4所示。其中输入差模电流为 8—2 电流反馈型集成运算放大器 电流反馈型集成运算放大器又称电流模运算放大器(CurrentModeOperationalAmplifier)。该放大器具有高速、宽带特性，压摆率SR＞1000~5000V/μs，带宽可达100MHz~1GHz;而且，在一定条件下，具有与闭环增益无关的近似恒定带宽。由于其优越的宽带特性，在视频处理系统、同轴电缆驱动放大器等领域得到广泛应用。 8—2—1电流模集成运算放大器的基本特性 电流模运算放大器的基本框图如图8—6所示。 由图可见，同相输入端经一缓冲级到反相输入端，其中Ri表示缓冲级输出电阻。由此得出，电流模运放与电压模运放不同，其同相输入端是高阻输入，而反相输入端则是低阻输入。缓冲级之后接一互阻增益级，将输入电流变换为输出电压。图中RT表示低频互阻增益(一般可达MΩ数量级)，CT为等效电容(主要是相位补偿电容Cφ1，1~5pF左右)。输出端又接一个缓冲级，故最后的输出电阻很小。电流模运放可以看成一个流控电压源，其互阻增益A r(s)的表达式如下： 8—2—2 电流模运放的典型电路 电流模运算放大器的典型电路如图8—7所示。 图中，V1、V2接成有源负载跟随器。所以同相输入端为高阻。而反相输入端接V3、V4的射极，为低阻。 V1 ~ V4组成输入缓冲级。而且可以看出， V1 ~ V4组成了跨导线性环。CM1和CM2表示两个电流镜，它们将iC3、iC4映射到i1和i2，并在Z点相加。V5、V6组成输出缓冲级。V7、V8组成互补跟随输出级，以保证输出电阻很小，增强带负载能力。 8—2—3电流模运放的闭环特性 电流模运放的闭环低频增益同电压模运放。如图 8—8所示，同相输入时的闭环电压增益等于 通常RT约为几MΩ，Ri约为10~60Ω，所以可以满足