cmos寬帶放大器設(shè)計(jì)開題報(bào)告

cmos寬帶放大器設(shè)計(jì)開題報(bào)告課題名稱：cmos寬帶放大器設(shè)計(jì)學(xué)校：蘇州大學(xué) 院系：電子信息學(xué)院專業(yè)： 微電子學(xué)2008級(jí)姓名： 陳添裕 學(xué)號(hào)：0828404044指導(dǎo)老師：李富華設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)首先我要做的是高頻放大器設(shè)計(jì)，高頻放大器設(shè)計(jì)比低頻設(shè)計(jì)需要更細(xì)致的考慮。當(dāng)接近器件本身固有的極限時(shí)，我們只有更努力達(dá)到所要求的性能。同時(shí)，總是存在的寄生電容和電感的影響也會(huì)嚴(yán)重限制所能達(dá)到的性能。我利用零點(diǎn)增大帶寬，下面介紹的是我要做的并聯(lián)補(bǔ)償放大器。并聯(lián)補(bǔ)償放大器：并聯(lián)補(bǔ)償是滿足高帶寬低成本要求的一種技術(shù)，它至少直到20世紀(jì)70年代還曾用在無(wú)數(shù)電視機(jī)中。一個(gè)并聯(lián)補(bǔ)償放大器的基本電路如下圖1，這個(gè)放大器是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的共源放大器，但增加的電感。% -> M丁。LxJ" 圖1并聯(lián)補(bǔ)償放大器如果假設(shè)晶體管是理想的，那么控制帶寬的惟一元件就是R,L和C。電容C可以看成是代表在輸出節(jié)點(diǎn)上的所有負(fù)載；電阻R是該節(jié)點(diǎn)上的等效負(fù)載電阻；電感則用來(lái)提高帶寬。按照假設(shè)，可以把這個(gè)放大器建模成如圖2所示的小信號(hào)模型。圖2并聯(lián)補(bǔ)償放大器的模型我要做的就是增加一個(gè)電感擴(kuò)展帶寬，原理是這樣的。首先我們知道純電阻性負(fù)載共源放大器的增益正比于g源|_，我們也知道當(dāng)加入一個(gè)電容負(fù)載時(shí)，隨著頻率的增加增益最終會(huì)下降，這是因?yàn)殡娙葑杩箷?huì)減小的緣故。加入一個(gè)電感與負(fù)載電阻串聯(lián)提供了一個(gè)阻抗隨頻率增加的元件(即引入了一個(gè)零點(diǎn))，這有助于補(bǔ)償電容阻抗的減小，從而比原先的RC網(wǎng)絡(luò)來(lái)可以使總的阻抗在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)大致保持不變。通過(guò)階躍響應(yīng)可以對(duì)此進(jìn)行等同的時(shí)域解釋。電感延遲了通過(guò)含有電阻的分支的電流，使更多的電流可以用來(lái)對(duì)電容充電，從而減少了上升時(shí)間。因此就較快的上升時(shí)間意味著較大帶寬而言，合適地選擇電感可以增加帶寬。引入一個(gè)因子m，它定義為兩個(gè)時(shí)間常數(shù)RC和L/R的比，則帶寬的增加和峰值增加如下:國(guó)革石二牝后的藥二化后的 dm二化后的用內(nèi)「?3曲帶寬峰值響應(yīng) 嫌化響應(yīng)□□J.00L00無(wú)峰化3.10LeoLOO最佳群延退2.41L72LOO最平坦晌成L41L85L19最大帶寬其他類型放大器分布式放大器：分布式放大器的概念早在1948年就由Ginztionetal.提出。與傳統(tǒng)的放大器相比，這種方法能夠突破帶寬增益積瓶頸，實(shí)現(xiàn)更寬的帶寬。分布式放大器由于在極寬的頻帶內(nèi)仍有較平坦的增益特性，可以廣泛應(yīng)用于諸如有線電視(CATV)接收、光通信放大等寬帶放大。早期的分布式放大器采用真空電子管或者GaAs、InP、GaN等高速優(yōu)良的半導(dǎo)體工藝來(lái)制作。但是，隨著CMOS工藝的不斷提高,CMOS有源器件的性能已經(jīng)得到很大的改善，同時(shí)標(biāo)CMOS工藝的低成本和高集成度方面的優(yōu)勢(shì)使得在CMOS工藝上實(shí)現(xiàn)分布式放大器成為趨勢(shì)。但是要實(shí)現(xiàn)完全集成的分布式放大器就必須制作出Q值的電感元件以及低損耗的傳輸線。而CMOS工藝中襯底耦合效應(yīng)成為實(shí)現(xiàn)寬帶放大器的難點(diǎn)。分布式放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。各級(jí)MOSFET的柵極和漏極分別通過(guò)感性元件相連接，而FET內(nèi)部的寄生電容和電感組成了等效的有耗低通傳輸線。當(dāng)射頻信號(hào)在柵極線上傳輸時(shí)，每級(jí)FET都被電壓波所激勵(lì)，信號(hào)通過(guò)具有增益特點(diǎn)的跨導(dǎo)轉(zhuǎn)移到漏極線上，如果兩條傳輸線的每段時(shí)延相同，且每條傳輸線終端均接有與之匹配的負(fù)載，則輸出線上向右傳輸?shù)男盘?hào)就可以同相疊加，而反向電流波則被匹配負(fù)載所吸收[4,7為了直觀表示，等效柵極傳輸線和等效漏極傳輸線如圖2所示。分布式放大器正是充分利用7FET本身的寄生參數(shù)，而使得放大器的增益與FET單元的數(shù)量呈現(xiàn)一種近似線性的關(guān)系，帶寬則由等效傳輸線的截止頻率所決定。由于無(wú)源器件的損耗以及有源器件的衰減，分布式放大器存在由下式給出的最優(yōu)級(jí)數(shù):Nopt=[ln(Ag/Ad)]/(Ag-Ad)其中Ag和Ad分別對(duì)應(yīng)柵極傳輸線和漏極傳輸線的衰減。圖1分布式放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2分布式放大器等效電路:(a)等效柵極線;(b)等效漏極線

超再生放大器：追溯到20世紀(jì)90年代，EdwinH.Armstrong為收音機(jī)開發(fā)了超再生放大器。它采用足夠強(qiáng)的正反饋把放大器驅(qū)動(dòng)至一個(gè)特定的中間振蕩狀況，而這樣做之后就能從單級(jí)中得到非常可觀數(shù)量的增益。這是第一個(gè)在實(shí)質(zhì)上違背了增益帶寬間的線性互換“定律”的電路。盡管他實(shí)現(xiàn)的實(shí)際上是一個(gè)帶通放大器，但我們將分析相應(yīng)的低通放大器，因?yàn)楹笳叩脑鲆?帶寬特性與它原本的帶通放大器是相同的。圖1所示是一個(gè)大大簡(jiǎn)化了的超再生放大器。注意，在這個(gè)系統(tǒng)中有一個(gè)負(fù)電阻。我們總可以用有源器件來(lái)綜合一個(gè)等效的負(fù)電阻，所以要求放大器中存在負(fù)電阻完全是現(xiàn)實(shí)活波器圖1超再生放大器c —I—-R由于這個(gè)負(fù)電阻使RC活波器圖1超再生放大器c —I—-R由于這個(gè)負(fù)電阻使RC時(shí)間為負(fù)數(shù)，因而極點(diǎn)處在右半個(gè)s平面。因此無(wú)論何時(shí)當(dāng)采樣開關(guān)斷開時(shí)電噲呈指數(shù)增長(zhǎng)。如果在再次閉合這個(gè)開關(guān)之前等待的時(shí)間越長(zhǎng)，則由于指數(shù)增長(zhǎng)的原因使增益越大。然而由于許多實(shí)際的原因，超再生放大器現(xiàn)在用的并不很多。其中一個(gè)主要原因是它是一個(gè)振蕩器，而RF的超再生電路實(shí)際上是寄生信號(hào)的發(fā)生器，它會(huì)引起干擾。此外，甚至在沒有信號(hào)的情況下，超再生電路也會(huì)把噪聲放大到聽得見并令人討厭的程度。這些特點(diǎn)使超再生電路限制在比較低水平技術(shù)的應(yīng)用中。然而，這是一種十分吸引人的放大原理，因?yàn)樗刮覀冊(cè)趩渭?jí)中得到的總增益-帶寬積可以大大超過(guò)所采用器件的①T。進(jìn)度計(jì)劃：一、 3月任務(wù)：文獻(xiàn)閱讀，了解cmos寬帶放大器，熟悉模型、原理、構(gòu)造等。二、 4月任務(wù)：cmos寬帶放大器設(shè)計(jì)，仿真，結(jié)