模擬與模數(shù)混合集成電路PPT課件

1、1模擬集成電路與模數(shù)混合集成電路 模擬集成電路和模數(shù)混合集成電路設(shè)計(jì)是當(dāng)今微電子學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn). 模擬電路的種類很多. 常用的可集成實(shí)現(xiàn)的模擬電路包括: 小信號(hào)放大器, 功率放大器, 運(yùn)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.第1頁(yè)/共23頁(yè)215.1.1 小信號(hào)放大器 簡(jiǎn)單反相放大器 可變?cè)鲆娣糯笃鱒iVoVrVddViVoVdd15.1 放大器圖 15.1第2頁(yè)/共23頁(yè)3 全差動(dòng)放大器 差動(dòng)輸入單端輸出放大器ViVoVddViVr2VddVr1ViVoVddViVddVr1圖 15.1第3頁(yè)/共23頁(yè)4電感負(fù)載放大器 與 電容源級(jí)耦合放大器 VDD

2、Vin+Vin-Out+Out-L1L2VDDVin+Vin-Out+Out-C1補(bǔ)充第4頁(yè)/共23頁(yè)5輸入緩沖(補(bǔ)充) 放大輸入的PCML信號(hào)幅度，調(diào)節(jié)直流電平，提 供輸入匹配VnPCMLSCFL50VDD=3.3V50第5頁(yè)/共23頁(yè)6輸出緩沖(補(bǔ)充)SCFLPCML1001005050VnSCFLVp 用限幅放大器提供差分PCML輸出信號(hào)第6頁(yè)/共23頁(yè)715.1.2 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第7頁(yè)/共23頁(yè)8221411thGSQIDthGSQIDSSDDVVvVVvIii圖15.5 MOS差分放大器差模特性曲

3、線圖15.4第8頁(yè)/共23頁(yè)915.1.3 運(yùn)算放大器 CMOS運(yùn)放在VLSI內(nèi)部實(shí)現(xiàn)時(shí), 主要特性與通用的單獨(dú)運(yùn)放相比, 只能達(dá)到中等水平. 例如, 其典型的電壓增益為1000-20000.圖15.9 運(yùn)算放大器電路 第9頁(yè)/共23頁(yè)1015. 2 振蕩器圖15. 10 (a) LC振蕩器 (b) 張弛振蕩器, (c) 環(huán)形振蕩器第10頁(yè)/共23頁(yè)11圖15.11 環(huán)形振蕩器的延遲單元: (a) 有源負(fù)載差動(dòng)放大, (b) CMOS反相放大, (c) 源級(jí)電容耦合放大 第11頁(yè)/共23頁(yè)1215. 2 振蕩器圖15.13 RC網(wǎng)絡(luò)型環(huán)形壓控振蕩器原理電路第12頁(yè)/共23頁(yè)13圖15.14 矢

4、量疊加型環(huán)行VCO第13頁(yè)/共23頁(yè)1415.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）15.3.1原理lN位數(shù)字量:D=b12-1+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(duì)應(yīng)模擬量:A=KVref Dl分辨率: A = KVref 2-N第14頁(yè)/共23頁(yè)1515.3.2 方框圖圖15.15 D/A變換器方框圖第15頁(yè)/共23頁(yè)1615.3.3 電路舉例例一：串聯(lián)電阻分壓D/A變換器圖15.16 串聯(lián)電阻分壓D/A變換器電路圖第16頁(yè)/共23頁(yè)17A2A1A0Vout(V)A2A1A0Vout(V)000502-3=0100542-3=2.5001512-

5、3=0.625101552-3=3.125010522-3=1.25110562-3=3.75011532-3=1.875111572-3=4.375表 15.1第17頁(yè)/共23頁(yè)18圖15.17 并聯(lián)電容分壓D/A變換器電路圖第18頁(yè)/共23頁(yè)19特點(diǎn): 并聯(lián)電容分壓網(wǎng)絡(luò)代替串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)字非量通過(guò)PMOS接Vdd(=KVref), 或 通過(guò)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 D/A變換器第19頁(yè)/共23頁(yè)2015.4 模數(shù)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(jìn)制數(shù)的系數(shù)l 量化精度:V = VFS 2-N15.4.1 原理第20頁(yè)/共23頁(yè)2115.4.2 并聯(lián)式ADC優(yōu)點(diǎn): 高速缺點(diǎn): 電路規(guī)模 按2N增加應(yīng)用: 高速低量 化精度場(chǎng)合圖15.18第21頁(yè)/共23頁(yè)2215.4.3 逐次逼近