Ch15模擬與模數(shù)溷合

1、1,王 志 功 東南大學(xué) 無線電系 2004年,集成電路設(shè)計基礎(chǔ),2,第15章 模擬與模數(shù)混合集成電路,15.1放大器 15.2 振蕩器(Oscillator) 15.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC 15.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC,3,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)計是當(dāng)今微電子學(xué)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(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,4,15.1.1 小信號放大器 簡單反相放大器 可變增益放大器,15.1放大器,圖 15.1,5,全差動放大器 差動

2、輸入單端輸出放大器,圖 15.1,6,電感負(fù)載放大器 與 電容源級耦合放大器,補(bǔ)充,7,輸入緩沖(補(bǔ)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,8,輸出緩沖(補(bǔ)充,用限幅放大器提供差分PCML輸出信號,9,15.1.2 限幅放大器,圖15.3 BJT差分放大器 差分輸出特性曲線,圖15.2,10,圖15.5 MOS差分放大器 差模特性曲線,圖15.4,11,15.1.3 運(yùn)算放大器,CMOS運(yùn)放在VLSI內(nèi)部實現(xiàn)時, 主要特性與通用的單獨運(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,12,15. 2 振蕩器,圖15

3、. 10 (a) LC振蕩器 (b) 張弛振蕩器, (c) 環(huán)形振蕩器,13,圖15.11 環(huán)形振蕩器的延遲單元: (a) 有源負(fù)載差動放大, (b) CMOS反相放大, (c) 源級電容耦合放大,14,15. 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,15,圖15.14 矢量疊加型環(huán)行VCO,16,15.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC,15.3.1原理 N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) 對應(yīng)模擬量:A=KVref D 分辨率: A = KVref 2-N,17,15.3.2 方框圖,圖15.15

4、 D/A變換器方框圖,18,15.3.3 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,19,表 15.1,20,圖15.17 并聯(lián)電容 分壓D/A變換器電路圖,21,特點: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PMOS接Vdd(=KVref), 或 通過NMOS接0V(地) 輸出電壓Vout=Vdd Ceq/C C = 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,22,15.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC,模擬量 VA 用N位數(shù)字量D近似 VA=DVFS=(b12-1+b22-2+ +bN2-N)VFS VFS: 滿量程輸出電壓 b1,b2, .bN: 各位二進(jìn)制數(shù)的系數(shù) 量化精度:V = VFS 2-N,15.4.1 原理,23,15.4.2 并聯(lián)式ADC,優(yōu)點: 高速 缺點: 電路規(guī)模 按2N增加 應(yīng)用: 高速低量 化精度場合,圖15.18,24,15.4.3 逐次