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高速信號

高等模擬集成電路

近年來，隨著集成電路工藝技術的進步，電子系統的構成發生了兩個重要的變化：一個是數字信號處理和數字電路成為系統的核心，一個是整個電子系統可以集成在一個芯片上（稱為片上系統)。這些變化改變了模擬電路在電子系統中的作用，并且影響著模擬集成電路的發展。數字電路不僅具有遠遠超過模擬電路的集成規模，而且具有可編程、靈活、易于附加功能、設計周期短、對噪聲和制造工藝誤差的抗擾性強等優點，因而大多數復雜系統以數字信號處理和數字電路為核心已成為必然的趨勢。雖然如此，模擬電路仍然是電子系統中非常重要的組成部分。這是因為我們接觸到的外部世界的物理量主要都是模擬量，比如圖像、聲音、壓力、溫度、濕度、重量等，要將它們變換為數字信號，需要模擬信號處理和數據轉換電路，如果這些電路性能不夠高，將會影響整個系統的性能。其次，系統中的許多功能不可能或很難用數字電路完成，如微弱信號放大，很高頻率和寬頻帶信號的實時處理等。因此，雖然模擬電路在系統中不再是核心，但作為固有的模擬世界與數字系統的接口，其地位和作用仍然十分重要。片上系統要求將數字電路和模擬電路集成在一個芯片上，這希望模擬電路使用與數字電路相同的制造工藝。隨著MOS器件的線寬不斷減小，使MOS器件的性能不斷提高，MOS數字電路成為數字集成電路的主流，并因此促進了MOS模擬集成電路的迅速發展。為了適應電子系統功能的不斷擴展和性能的不斷提高，對模擬電路在降低電源電壓、提高工作頻率、擴大線性工作范圍和提高性能指標的精度和穩定度等方面提出更高要求，促進了新電路技術的發展。作為研究生課程的教材，本書內容是在本科相關課程基礎上的深化和擴展，同時涉及實際設計中需要考慮的一些問題，重點介紹具有高工作頻率、低電源電壓和高工作穩定性的新電路技術和在電子系統中占有重要地位的功能電路及其中的新技術。全書共7章，大致可分為三個部分。第一部分包括第1章和第7章。第1章為MOS模擬集成電路基礎，比較全面地介紹MOS器件的工作原理和特性以及由MOS器件構成的基本單元電路，為學習本教材其他內容提供必要的知識。由于版圖設計與工藝參數對模擬集成電路性能的影響很大，因此第7章簡單介紹制造MOS模擬集成電路的CMOS工藝過程和版圖設計技術，讀者可以通過對該章所介紹的相關背景知識的了解，更深入地理解MOS器件和電路的特性，有助于更好地完成模擬集成電路的可實現性設計。第二部分為新電路技術，由第2章、第3章和第5章的部分組成，包括近年來逐步獲得廣泛應用的電流模電路、抽樣數據電路和對數域電路，它們在提高工作頻率、降低電源電壓、擴大線性工作范圍和提高性能指標的精度和穩定度方面具有明顯的潛力，同時它們也引入了一些模擬電路的新概念。這些內容有助于讀者開拓提高電路性能方面的思路。第2章介紹電流模電路的工作原理、特點和典型電路。與傳統的以電壓作為信號載體的電路不同，這是一種以電流作為信號載體的電路，雖然在電路中電壓和電流總是共同存在并相互作用的，但由于信號載體不同，不僅電路性能不同而且電路結構也不同。第3章介紹抽樣數據電路的特點和開關電容與開關電流電路的工作原理、分析方法與典型電路。抽樣數據電路類似于數字電路，處理的是時間離散信號，又類似于模擬電路，處理的是幅度連續信號，它比模擬電路具有穩定準確的時間常數，解決了模擬電路實際應用中的一大障礙。對數域電路在第5章中結合其在濾波器中的應用介紹，這類電路除具有良好的電性能外，還提出了一種利用器件的非線性特性實現線性電路的新思路。第三部分介紹幾個模擬電路的功能模塊，它們是電子系統中的關鍵組成部分，并且與信號和信號處理聯系密切，有助于在信號和電路間形成整體觀念。這部分包括第4章至第6章。第4章介紹數據轉換電路的技術指標和高精度與高速度轉換電路的構成、工作原理、特點和典型電路。第5章介紹模擬集成濾波器的設計方法和主要類型，包括連續時間濾波器、對數域濾波器和抽樣數據濾波器。第6章介紹通信系統中的收發器與射頻前端電路，包括收信器、發信器的技術指標、結構和典型電路。因為載波通信系統傳輸的是模擬信號，射頻前端電路的性能對整個通信系統有直接的影響，所以射頻集成電路已成為重要的研究課題。〖〗高等模擬集成電路〖〗〖〗前言〖〗〖〗本書是在為研究生開設的“高等模擬集成電路”課程講義的基礎上整理而成，由董在望主編，第1、4、7章由李冬梅編寫，第6章由王志華編寫，第5章由李永明和董在望編寫，第2、3章由董在望編寫，李國林參加了部分章節的校核工作。本書可作為信息與通信工程和電子科學與技術學科相關課程的研究生教材或教學參考書，也可作為本科教學參考書或選修課教材和供相關專業的工程技術人員參考。清華大學出版社多位編輯為本書的出版做了卓有成效的工作，深致謝意。限于編者水平，難免有錯誤和疏漏之處，歡迎批評指正。目錄 1.1MOS器件基礎及器件模型 1.1.1結構及工作原理 1.1.2襯底調制效應 1.1.3小信號模型 1.1.4亞閾區效應 1.1.5短溝效應 1.1.6SPICE模型 1.2基本放大電路 1.2.1共源(CS)放大電路 1.2.2共漏(CD)放大電路 1.2.3共柵(CG)放大電路 1.2.4共源共柵(CSCG)放大電路 1.2.5差分放大電路 1.3電流源電路 1.3.1二極管連接的MOS器件 1.3.2基本鏡像電流源 1.3.3威爾遜電流源 1.3.4共源共柵電流源 1.3.5有源負載放大電路 1.4運算放大器 1.4.1運算放大器的主要參數 1.4.2單級運算放大器 1.4.3兩級運算放大器 1.4.4共模反饋(CMFB) 1.4.5運算放大器的頻率補償 1.5模擬開關 1.5.1導通電阻 1.5.2電荷注入與時鐘饋通 1.6帶隙基準電壓源 1.6.1工作原理 1.6.2與CMOS工藝兼容的帶隙基準電壓源思考題 2電流模電路 2.1概述 2.1.1電流模電路的概念 2.1.2電流模電路的特點 2.2基本電流模電路 2.2.1電流鏡電路 2.2.2電流放大器 2.2.3電流模積分器 2.3電流模功能電路 2.3.1跨導線性電路 2.3.2電流傳輸器 2.4從電壓模電路變換到電流模電路 2.5電流模電路中的非理想效應 2.5.1MOSFET之間的失配 2.5.2寄生電容對頻率特性的影響思考題 3抽樣數據電路 3.1開關電容電路和開關電流電路的基本分析方法 3.1.1開關電容電路的時域分析 3.1.2開關電流電路的時域分析 3.1.3抽樣數據電路的頻域分析 3.2開關電容電路 3.2.1開關電容單元電路 3.2.2開關電容電路的特點 3.2.3非理想因素的影響 3.3開關電流電路 3.3.1開關電流單元電路 3.3.2開關電流電路的特點 3.3.3非理想因素的影響思考題 4A/D轉換器與D/A轉換器 4.1概述 4.1.1電子系統中的A/D與D/A轉換 4.1.2A/D與D/A轉換器的基本原理 4.1.3A/D與D/A轉換器的性能指標 4.1.4A/D與D/A轉換器的分類 4.1.5A/D與D/A轉換器中常用的數碼類型 4.2高速A/D轉換器 4.2.1全并行結構A/D轉換器 4.2.2兩步結構A/D轉換器 4.2.3插值與折疊結構A/D轉換器 4.2.4流水線結構A/D轉換器 4.2.5交織結構A/D轉換器 4.3高精度A/D轉換器 4.3.1逐次逼近型A/D轉換器 4.3.2雙斜率積分型A/D轉換器 4.3.3過采樣ΣΔA/D轉換器 4.4D/A轉換器 4.4.1電阻型D/A轉換器 4.4.2電流型D/A轉換器 4.4.3電容型D/A轉換器思考題 5集成濾波器 5.1引言 5.1.1濾波器的數學描述 5.1.2濾波器的頻率特性 5.1.3濾波器設計的逼近方法 5.2連續時間濾波器 5.2.1連續時間濾波器的設計方法 5.2.2跨導電容（GmC）連續時間濾波器 5.2.3連續時間濾波器的片上自動調節電路 5.3對數域濾波器 5.3.1對數域電路概念及其特點 5.3.2對數域電路基本單元 5.3.3對數域濾波器 5.4抽樣數據濾波器 5.4.1設計方法 5.4.2SZ域映射 5.4.3開關電容電路轉換為開關電流電路的方法思考題 6收發器與射頻前端電路 6.1通信系統中的射頻收發器 6.2集成收信器 6.2.1外差式接收與鏡像信號 6.2.2復數信號處理 6.2.3收信器前端結構 6.3集成發信器 6.3.1上變換器 6.3.2發信器結構 6.4收發器的技術指標 6.4.1噪聲性能 6.4.2靈敏度 6.4.3失真特性與線性度 6.4.4動態范圍 6.5射頻電路設計 6.5.1晶體管模型與參數 6.5.2噪聲 6.5.3集成無源器件 6.5.4低噪聲放大器 6.5.5混頻器 6.5.6頻率綜合器 6.5.7功率放大器思考題 7CMOS集成電路制造工藝及版圖設計 7.1集成電路制造工藝簡介 7.1.1單晶生長與襯底制備 7.1.2光刻 7.1.3氧化 7.1.4擴散及離子注入 7.1.5化學氣相淀積（CVD） 7.1.6接觸與互連 7.2CMOS工藝流程與集成電路中的元件 7.2.1硅柵CMOS工藝流程 7.2.2CMOS集成電路中的無源元件 7.2.3CMOS集成電路中的寄生效應 7.3版圖設計 7.3.1硅柵CMOS集成電路的版圖構成 7.3.2版圖設計規則 7.3.3CMOS版圖設計技術思考題

標簽： 模擬集成電路

上傳時間： 2013-11-13

上傳用戶：chengxin
16位高速模數轉換模塊的設計及其動態性能測試

本文結合研究所科研項目需要，基于16 位高速ADC 芯片LTC2204，設計了一種滿足課題要求的高速度高性能的16 位模數轉換板卡方案。該方案中的輸入電路和時鐘電路采用差分結構，輸出電路采用鎖存器隔離結構，電源電路采用了較好的去耦措施，并且注重了板卡接地設計，使其具有抗噪聲干擾能力強、動態性能好、易實現的特點。

標簽： 模數轉換模塊動態性能測試

上傳時間： 2013-11-10

上傳用戶：cc1
基于周期平穩的盲信噪比估計方法

基于對信號的周期平穩統計量的分析，提出了一種高斯白噪聲信道下的盲信噪比估計方法。對信號的調制方式沒有要求，也不需要發送端發送己知數據。

標簽： 周期信噪比

上傳時間： 2013-11-07

上傳用戶：hakim
過采樣法提高A_D分辨率和信噪比

介紹一種簡便的方法, 只用軟件就可以將轉換器位數提高, 并且還能同時提高采樣系統的信噪比。通過實際驗證, 證明該方法是成功的。

標簽： A_D 過采樣分辨率信噪比

上傳時間： 2013-11-11

上傳用戶：zhenyushaw
對非整周期正弦波形信噪比計算方法的研究

以雙音多頻信號為例，通過運用快速傅里葉變換和Hanning窗等數學方法，分析了信號頻率，電平和相位之間的關系，推導出了計算非整周期正弦波形信噪比的算法，解決了數字信號處理中非整周期正弦波形信噪比計算精度低下的問題。以C編程語言進行實驗，證明了算法的正確性和可重用性，并可極大的提高工作效率。

標簽： 周期信噪比正弦波形

上傳時間： 2014-01-18

上傳用戶：laomv123
5 Gsps高速數據采集系統的設計與實現

以某高速實時頻譜儀為應用背景，論述了5 Gsps采樣率的高速數據采集系統的構成和設計要點，著重分析了采集系統的關鍵部分高速ADC（analog to digital，模數轉換器）的設計、系統采樣時鐘設計、模數混合信號完整性設計、電磁兼容性設計和基于總線和接口標準（PCI Express）的數據傳輸和處理軟件設計。在實現了系統硬件的基礎上，采用Xilinx公司ISE軟件的在線邏輯分析儀（ChipScope Pro）測試了ADC和采樣時鐘的性能，實測表明整體指標達到設計要求。給出上位機對采集數據進行處理的結果，表明系統實現了數據的實時采集存儲功能。

標簽： Gsps 高速數據采集系統

上傳時間： 2014-11-26

上傳用戶：黃蛋的蛋黃
新一代高速定位模塊QD75M詳解

電子發燒友網為大家提供了新一代高速定位模塊QD75M詳解，希望看完之后你對高速定位模塊QD75M有一個全面的認識。

標簽： 75M QD 75 定位模塊

上傳時間： 2013-10-22

上傳用戶：stvnash
針對高速應用的電流回授運算放大器

訊號路徑設計講座(9)針對高速應用的電流回授運算放大器電流回授運算放大器架構已成為各類應用的主要解決方案。該放大器架構具有很多優勢，并且幾乎可實施于任何需要運算放大器的應用當中。電流回授放大器沒有基本的增益頻寬產品的局限，隨著訊號振幅的增加，而頻寬損耗依然很小就證明了這一點。由于大訊號具有極小的失真，所以在很高的頻率情況下這些放大器都具有極佳的線性度。電流回授放大器在很寬的增益范圍內的頻寬損耗很低，而電壓回授放大器的頻寬損耗卻隨著增益的增加而增加。準確地說就是電流回授放大器沒有增益頻寬產品的限制。當然，電流回授放大器也不是無限快的。變動率受制于晶體管本身的速度限制（而非內部偏置(壓)電流）。這可以在給定的偏壓電流下實現更大的變動率，而無需使用正回授和其它可能影響穩定性的轉換增強技術。那么，我們如何來建立這樣一個奇妙的電路呢？電流回授運算放大器具有一個與差動對相對的輸入緩沖器。輸入緩沖器通常是一個射極追隨器或類似的器件。非反向輸入是高阻抗的，而緩沖器的輸出（即放大器的反向輸入）是低阻抗的。相反，電壓回授放大器的2個輸入均是高阻抗的。電流回授運算放大器輸出的是電壓，而且與透過稱為互阻抗Z(s)的復變函數流出或流入運算放大器的反向輸入端的電流有關。在直流電情況下，互阻抗很高（與電壓回授放大器類似），并且隨著頻率的增加而單極滾降。

標簽： 電流運算放大器

上傳時間： 2013-10-19

上傳用戶：黃蛋的蛋黃
時鐘分相技術應用

摘要: 介紹了時鐘分相技術并討論了時鐘分相技術在高速數字電路設計中的作用。關鍵詞: 時鐘分相技術; 應用中圖分類號: TN 79　　文獻標識碼:A 　　文章編號: 025820934 (2000) 0620437203 時鐘是高速數字電路設計的關鍵技術之一, 系統時鐘的性能好壞, 直接影響了整個電路的性能。尤其現代電子系統對性能的越來越高的要求, 迫使我們集中更多的注意力在更高頻率、更高精度的時鐘設計上面。但隨著系統時鐘頻率的升高。我們的系統設計將面臨一系列的問題。 1) 時鐘的快速電平切換將給電路帶來的串擾(Crosstalk) 和其他的噪聲。 2) 高速的時鐘對電路板的設計提出了更高的要求: 我們應引入傳輸線(T ransm ission L ine) 模型, 并在信號的匹配上有更多的考慮。 3) 在系統時鐘高于100MHz 的情況下, 應使用高速芯片來達到所需的速度, 如ECL 芯片, 但這種芯片一般功耗很大, 再加上匹配電阻增加的功耗, 使整個系統所需要的電流增大, 發熱量增多, 對系統的穩定性和集成度有不利的影響。 4) 高頻時鐘相應的電磁輻射(EM I) 比較嚴重。所以在高速數字系統設計中對高頻時鐘信號的處理應格外慎重, 盡量減少電路中高頻信號的成分, 這里介紹一種很好的解決方法, 即利用時鐘分相技術, 以低頻的時鐘實現高頻的處理。 1　時鐘分相技術我們知道, 時鐘信號的一個周期按相位來分, 可以分為360°。所謂時鐘分相技術, 就是把時鐘周期的多個相位都加以利用, 以達到更高的時間分辨。在通常的設計中, 我們只用到時鐘的上升沿(0 相位) , 如果把時鐘的下降沿(180°相位) 也加以利用, 系統的時間分辨能力就可以提高一倍(如圖1a 所示)。同理, 將時鐘分為4 個相位(0°、90°、180°和270°) , 系統的時間分辨就可以提高為原來的4 倍(如圖1b 所示)。以前也有人嘗試過用專門的延遲線或邏輯門延時來達到時鐘分相的目的。用這種方法產生的相位差不夠準確, 而且引起的時間偏移(Skew ) 和抖動 (J itters) 比較大, 無法實現高精度的時間分辨。近年來半導體技術的發展, 使高質量的分相功能在一片芯片內實現成為可能, 如AMCC 公司的S4405, CY2 PRESS 公司的CY9901 和CY9911, 都是性能優異的時鐘芯片。這些芯片的出現, 大大促進了時鐘分相技術在實際電路中的應用。我們在這方面作了一些嘗試性的工作: 要獲得良好的時間性能, 必須確保分相時鐘的Skew 和J itters 都比較小。因此在我們的設計中, 通常用一個低頻、高精度的晶體作為時鐘源, 將這個低頻時鐘通過一個鎖相環(PLL ) , 獲得一個較高頻率的、比較純凈的時鐘, 對這個時鐘進行分相, 就可獲得高穩定、低抖動的分相時鐘。這部分電路在實際運用中獲得了很好的效果。下面以應用的實例加以說明。2　應用實例 2. 1　應用在接入網中在通訊系統中, 由于要減少傳輸上的硬件開銷, 一般以串行模式傳輸圖3　時鐘分為4 個相位數據, 與其同步的時鐘信號并不傳輸。但本地接收到數據時, 為了準確地獲取數據, 必須得到數據時鐘, 即要獲取與數據同步的時鐘信號。在接入網中, 數據傳輸的結構如圖2 所示。數據以68MBös 的速率傳輸, 即每個bit 占有14. 7ns 的寬度, 在每個數據幀的開頭有一個用于同步檢測的頭部信息。我們要找到與它同步性好的時鐘信號, 一般時間分辨應該達到1ö4 的時鐘周期。即14. 7ö 4≈ 3. 7ns, 這就是說, 系統時鐘頻率應在300MHz 以上, 在這種頻率下, 我們必須使用ECL inp s 芯片(ECL inp s 是ECL 芯片系列中速度最快的, 其典型門延遲為340p s) , 如前所述, 這樣對整個系統設計帶來很多的困擾。我們在這里使用鎖相環和時鐘分相技術, 將一個16MHz 晶振作為時鐘源, 經過鎖相環 89429 升頻得到68MHz 的時鐘, 再經過分相芯片AMCCS4405 分成4 個相位, 如圖3 所示。我們只要從4 個相位的68MHz 時鐘中選擇出與數據同步性最好的一個。選擇的依據是: 在每個數據幀的頭部(HEAD) 都有一個8bit 的KWD (KeyWord) (如圖1 所示) , 我們分別用這4 個相位的時鐘去鎖存數據, 如果經某個時鐘鎖存后的數據在這個指定位置最先檢測出這個KWD, 就認為下一相位的時鐘與數據的同步性最好(相關)。根據這個判別原理, 我們設計了圖4 所示的時鐘分相選擇電路。在板上通過鎖相環89429 和分相芯片S4405 獲得我們所要的68MHz 4 相時鐘: 用這4 個時鐘分別將輸入數據進行移位, 將移位的數據與KWD 作比較, 若至少有7bit 符合, 則認為檢出了KWD。將4 路相關器的結果經過優先判選控制邏輯, 即可輸出同步性最好的時鐘。這里, 我們運用AMCC 公司生產的 S4405 芯片, 對68MHz 的時鐘進行了4 分相, 成功地實現了同步時鐘的獲取, 這部分電路目前已實際地應用在某通訊系統的接入網中。 2. 2　高速數據采集系統中的應用高速、高精度的模擬- 數字變換 (ADC) 一直是高速數據采集系統的關鍵部分。高速的ADC 價格昂貴, 而且系統設計難度很高。以前就有人考慮使用多個低速圖5　分相技術應用于采集系統 ADC 和時鐘分相, 用以替代高速的ADC, 但由于時鐘分相電路產生的相位不準確, 時鐘的 J itters 和Skew 比較大(如前述) , 容易產生較大的孔徑晃動(Aperture J itters) , 無法達到很好的時間分辨。現在使用時鐘分相芯片, 我們可以把分相技術應用在高速數據采集系統中: 以4 分相后圖6　分相技術提高系統的數據采集率的80MHz 采樣時鐘分別作為ADC 的轉換時鐘, 對模擬信號進行采樣, 如圖5 所示。在每一采集通道中, 輸入信號經過緩沖、調理, 送入ADC 進行模數轉換, 采集到的數據寫入存儲器(M EM )。各個采集通道采集的是同一信號, 不過采樣點依次相差90°相位。通過存儲器中的數據重組, 可以使系統時鐘為80MHz 的采集系統達到320MHz 數據采集率(如圖6 所示)。 3　總結靈活地運用時鐘分相技術, 可以有效地用低頻時鐘實現相當于高頻時鐘的時間性能, 并避免了高速數字電路設計中一些問題, 降低了系統設計的難度。

標簽： 時鐘分相技術應用

上傳時間： 2013-12-17

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高速數字系統設計下載pdf

高速數字系統設計下載pdf:High-Speed Digital SystemDesign—A Handbook ofInterconnect Theory and DesignPracticesStephen H. HallGarrett W. HallJames A. McCallA Wiley-Interscience Publication JOHN WILEY & SONS, INC.New York • Chichester • Weinheim • Brisbane • Singapore • TorontoCopyright © 2000 by John Wiley & Sons, Inc.speeddigital systems at the platform level. The book walks the reader through everyrequired concept, from basic transmission line theory to digital timing analysis, high-speedmeasurement techniques, as well as many other topics. In doing so, a unique balancebetween theory and practical applications is achieved that will allow the reader not only tounderstand the nature of the problem, but also provide practical guidance to the solution.The level of theoretical understanding is such that the reader will be equipped to see beyondthe immediate practical application and solve problems not contained within these pages.Much of the information in this book has not been needed in past digital designs but isabsolutely necessary today. Most of the information covered here is not covered in standardcollege curricula, at least not in its focus on digital design, which is arguably one of the mostsignificant industries in electrical engineering.The focus of this book is on the design of robust high-volume, high-speed digital productssuch as computer systems, with particular attention paid to computer busses. However, thetheory presented is applicable to any high-speed digital system. All of the techniquescovered in this book have been applied in industry to actual digital products that have beensuccessfully produced and sold in high volume.Practicing engineers and graduate and undergraduate students who have completed basicelectromagnetic or microwave design classes are equipped to fully comprehend the theorypresented in this book. At a practical level, however, basic circuit theory is all thebackground required to apply the formulas in this book.

標簽： 高速數字系統設計

上傳時間： 2013-10-26

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