Реализация малопотребляющих КМОП фильтров на переключаемых конденсаторах на основе токовых конвейеров

• Автор: Тутышкин, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 177 с. : ил.

Глава I. Текущее состояние, перспективы, задачи
1.1. Общие вопросы теории фильтрации, фильтры на переключаемых конденсаторах
1.2. Основные свойства и схемотехника токовых конвейеров
1.3. Применение токовых конвейеров для решения задач фильтрации и других задач обработки и формирования сигналов
1.3.1. Конверторы импедансов 3
1.3.2. Звенья фильтров на основе токовых конвейеров
1.3.3. Дополнительные возможности применения ССП
1.4. Цель и задачи работы
Глава II. Синтез БС-фильгров на основе токовых конвейеров
2.1. Общие положения
% 2.2. Анализ БС-схем на основе токовых конвейеров
2.2.1. Текущее состояние вопроса, проблемы и задачи
2.2.2. Топологический анализ
2.2.3. Алгебраический анализ
2.3. Разработка интегратора
2.4. Методика синтеза ФНЧ на основе токовых конвейеров
2.5. Выводы
Глава III. Реализация основных структурных блоков фильтра
3.1. Элементная база фильтра
3.2. Реализация схемы повторителя напряжения
3.3. Реализация схемы токового конвейера
3.3.1. Оценка минимально необходимых значений параметров схемы
3.3.2. Разработка принципиальной схемы токового конвейера
3.4. Реализация схемы ключа
3.5. Макромодель токового конвейера
3.5.1. Идеализированная модель токового конвейера
3.5.2. Моделирование частотных свойств токовых конвейеров
3.5.3. Нелинейные свойства токовых конвейеров
3.5.4. Шумовые свойства токовых конвейеров
3.5.5. Полная макромодель ССП

3.6. Выводы
Глава IV. Синтез фильтра - моделирование и эксперимент
% 4.1. Постановка задачи
4.2. Синтез фильтра
4.3. Моделирование
4.3.1. Тестирование макромодели токового конвейера
4.3.2. Моделирование АЧХ SC-фильтра с использованием макромодели токового конвейера
4.3.3. Моделирование с использованием пакета программ Cadence
4.4. Эксперимент
4.4.1. Формирование управляющих сигналов
4.4.2. Разработка топологии микросхемы
4.4.3. Измерительная установка 15
4.4.4. Измерение характеристик токового конвейера
щ 4.4.5. Измерение характеристик фильтра
4.5. Выводы
Заключение
Список литературы

Актуальность темы. Увеличение степени интеграции микроэлектронных схем и тенденция к уменьшению потребляемой мощности радиоэлектронной аппаратуры приводят к необходимости понижения напряжений питания, что является причиной уменьшения динамического диапазона аналоговых цепей. В этой связи особую актуальность приобретает задача увеличения динамического диапазона разрабатываемых устройств. В то же время, при реализации современных телекоммуникационных систем, таких как WLAN, DECT и Bluetooth, необходимо использовать частотноизбирательные устройства с расширенным диапазоном рабочих частот, в частности, фильтры нижних частот (ФНЧ) с полосой пропускания от 1 МГц [1, 2]. В качестве примера на рис. 1 приведена структурная схема приемника стандарта Bluetooth [2]. ФНЧ входит в состав блока, обозначенного на схеме как GFSK Demodulator, и обеспечивает выделение рабочей полосы частот, предварительное подавление помех, а также подавление высших гармоник сигнала, возникающих в процессе обработки.
Complex Limiter
Рис.1. Структурная схема приемника стандарта Bluetooth [2].
Также, реализация комбинированных устройств обработки сигналов, совмещающих на одном кристалле аналоговую и цифровую часть (System-on-Chip), требует уменьшения физических габаритов реализуемых узлов. При реализации цифровых устройств обработки сигналов в подавляющем
аналоговых и дискретных цепей. Как правило, в процессе синтеза требуется вычисление схемной функции, результат которого должен быть представлен в символьном виде. В таких случаях обычно применяется теория сигнальных графов. Особенность ССП состоит в том, что его работа описывается уравнениями, соответствующими двум типам зависимых источников [48]:
1г=±К,1х (2.1)
их=Кииу (2.2)
где коэффициенты Кц и /Г/ в идеальном случае стремятся к единице. Уравнению (2.1) соответствует ИТУТ, а уравнению (2.2) - ИНУН. Один из наиболее эффективных методов анализа цепей в символьном виде, получивший в отечественной литературе название метода ориентированного беспетлевого графа (ОБГ), рассматривается в работах [67-69]. Необходимо отметить, что граф, используемый в данном методе, может содержать ветви трех типов: направленные ветви с безразмерным весом, соответствующие ИНУН, направленные ветви с весом, имеющим размерность проводимости, соответствующие активным источникам тока, управляемым напряжением (ИТУН), и ненаправленные ветви, имеющие размерность проводимости, соответствующие пассивным элементам. Очевидно, что токовый конвейер, описываемый уравнениями, соответствующими ИНУН и ИТУТ, не может быть описан с помощью ОБГ непосредственно. Поэтому, на первом этапе разработки методики топологического анализа необходимо построить граф ССП, в том числе учитывающий его неидеальные свойства (например, частотную зависимость коэффициентов Ки и К/). Таким образом, необходимо разработать методику анализа схем на ССП, основанную на методе ОБГ и применимую для анализа цепей на переключаемых конденсаторах.
Наиболее часто применяемым методом алгебраического анализа является метод узловых потенциалов. В матрицу проводимости, составляемую при анализе схем методом узловых потенциалов, непосредственно могут быть вписаны только элементы, соответствующие активным или пассивным ИТУН. В случаях, когда анализируемая цепь содержит управляемые источники других