Ch15模擬與模數(shù)溷合

1、東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 1王 志 功東南大學東南大學 無線電系無線電系2002004 4年年集成電路設計基礎東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 2第第15章章 模擬模擬與模數(shù)混合集成電路與模數(shù)混合集成電路15.1 放大器放大器 15.2 振蕩器振蕩器(oscillator)15.3 數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器dac 15.4模模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器adc 東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 3模擬集成電路模擬集成電路與與

2、模數(shù)混合集成電路模數(shù)混合集成電路 模擬集成電路和模數(shù)混合集成電路設計是當今微電子學的重點和難點. 模擬電路的種類很多. 常用的可集成實現(xiàn)的模擬電路包括:=小信號放大器, 功率放大器, 運算放大器調(diào)制解調(diào)器, 混頻器, 振蕩器, 有源濾波器, a/d-d/a轉(zhuǎn)換器等.東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 415.1.1 小信號放大器小信號放大器 簡單反相放大器 可變增益放大器vivovrvddvivovdd15.1 放大器放大器圖 15.1東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 5 全差

3、動放大器 差動輸入單端輸出放大器vivovddvivr2vddvr1vivovddvivddvr1圖 15.1東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 6電感負載放大器 與 電容源級耦合放大器 vddvin+vin-out+out-l1l2vddvin+vin-out+out-c1補充補充東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 7輸入緩沖(補充補充) 放大輸入的pcml信號幅度，調(diào)節(jié)直流電平，提 供輸入匹配vnpcmlscfl50vdd=3.3v50東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與

4、光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 8輸出緩沖(補充補充)scflpcml1001005050vnscflvp 用限幅放大器提供差分pcml輸出信號東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 915.1.2 限幅放大器限幅放大器tideeccvvthiii21圖15.3 bjt差分放大器 差分輸出特性曲線 圖15.2東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 10221411thgsqidthgsqidssddvvvvvviii圖15.5 mos差分放大器差模特性曲線圖15.4

5、東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 1115.1.3 運算放大器運算放大器n cmos運放在vlsi內(nèi)部實現(xiàn)時, 主要特性與通用的單獨運放相比, 只能達到中等水平. 例如, 其典型的電壓增益為1000-20000.圖15.9 運算放大器電路 東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 1215. 2 振蕩器圖15. 10 (a) lc振蕩器 (b) 張弛振蕩器, (c) 環(huán)形振蕩器東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 13圖15.1

6、1 環(huán)形振蕩器的延遲單元: (a) 有源負載差動放大, (b) cmos反相放大, (c) 源級電容耦合放大 東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 1415. 2 振蕩器圖15.13 rc網(wǎng)絡型環(huán)形壓控振蕩器原理電路東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 15圖圖15.14 矢量疊矢量疊加型環(huán)行加型環(huán)行vco東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 1615.3 數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（模轉(zhuǎn)換器（dac）15.3.1原理ln位數(shù)字量: d=b1

7、2-1+b22-2+ .+bn2-n b1:最高有效位(msb)系數(shù)bn:最低有效位(lsb)系數(shù)l對應模擬量: a=kvref dl分辨率: a = kvref 2-n東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 1715.3.2 方框圖圖15.15 d/a變換器方框圖東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 1815.3.3 電路舉例例一一：串聯(lián)電阻分壓d/a變換器圖15.16 串聯(lián)電阻分壓d/a變換器電路圖東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究

8、究 所所 19a2a1a0vout(v)a2a1a0vout(v)000502-3=0100542-3=2.5001512-3=0.625101552-3=3.125010522-3=1.25110562-3=3.75011532-3=1.875111572-3=4.375表表 15.1東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 20圖15.17 并聯(lián)電容分壓d/a變換器電路圖東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 21特點: 并聯(lián)電容分壓網(wǎng)絡代替串聯(lián)電阻網(wǎng)絡數(shù)字非量通過pmos接vdd(=

9、kvref), 或 通過nmos接0v(地)輸出電壓vout=vdd ceq/cc = c + c/2 + c/4 + c/4 =2c(c = c + c2-1 + c2-2 + c21-n + c2-n)ceq為接到vdd的等值電容并聯(lián)電容分壓并聯(lián)電容分壓 d/a變換器變換器東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 2215.4 模模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（adc）l模擬量 va 用n位數(shù)字量d近似va=dvfs=(b12-1+b22-2+ +bn2-n)vfsvfs: 滿量程輸出電壓b1,b2, .bn: 各位二進制數(shù)的系數(shù)l量化精度:v = vfs 2-n15.4.1 原理東東 南南 大大 學學射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所 2315.4.2 并聯(lián)式adc優(yōu)點: 高速缺點: 電路規(guī)模 按2n增加應用: