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非理想开关电容网络的计算机辅助分析

作　者: 崔晶晶
导　师: 郑莉平
学　校: 西安理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 非理想SCN 组元电荷状态变量法运放的有限增益带宽传递函数灵敏度
分类号: TN711
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

开关电容网络(SCN)的主要特点是：功耗低、精度高、温度稳定性好、动态范围大和能够大规模集成化。随着开关电容集成技术的发展,对这种电路性能进行更细致地分析的必要性日趋明显,同时需要发展一些超大规模电路的计算机辅助设计和分析算法。本课题主要研究的是由运放有限增益带宽引起的非理想SCN的计算机辅助分析。论文主要分为两部分。第一部分为用组元电荷状态变量法分析寄生电容非灵敏的非理想SCN。首先对组元电荷状态变量法进行改进：定义了非理想运放负端组元割集,然后根据寄生电容非灵敏有源的非理想SCN的连接特点,分别以运放和非理想运放反向输入端为中心划出组元割集,以运放的输出和非理想运放反向输入端电压为中间变量,通过判断各SC积木块中电容支路两端节点的连接情况,建立组元电荷与运放的输出和非理想运放反向输入端电压的关系式,进而得到组元电荷状态方程。针对运放的有限增益带宽乘积给SCN带来的非理想效应,提出了非理想运放的SC电路宏模型,利用该模型分别在时域和Z域推导出组元电荷状态方程,并应用实例进行仿真,用两种方法的结果对比说明了本文算法的正确性。第二部分为用SC-nullor模型和伴随网络法分析非理想SCN的灵敏度。对于有源SCN,引入nullor模型后,SCN转变成SC-nullor网络,就很容易得到原网络的伴随网络,从而推导出输出量对各电容的灵敏度计算公式。但由于电荷源的SC-nullor等效电路给整个网络增加了一条电容支路,而且非理想运放SC电路宏模型的伴随网络使得电容支路的两端点连接情况发生了变化,所以对组元电荷状态变量法进行修正：不仅要划出每个子网络中的运放负端组元割集,还要以一类具有独立特点的节点为中心划出组元割集,从而完成对伴随网络的求解。最后根据灵敏度计算公式求解输出量对各电容的灵敏度,并给出了实例仿真以及对结果的验证。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 SCN的原理  8-9
  1.2 SCN的应用  9-10
  1.3 本文的意义和内容  10-12
2 组元电荷状态变量法  12-17
  2.1 寄生电容非灵敏SCN  12-13
  2.2 组元割集与组元电荷及相关定义  13
  2.3 子网络的划分  13-14
  2.4 时域状态方程的形成  14-17
3 非理想SCN的分析  17-40
  3.1 考虑有限增益带宽时运放的SC电路宏模型的建立  17-18
  3.2 组元电荷时域状态方程的建立与频域求解  18-30
    3.2.1 时域状态方程的建立  18-20
    3.2.2 频域求解  20-22
    3.2.3 算法及程序实现  22-30
      3.2.3.1 电路拓扑结构及变量说明  22-23
      3.2.3.2 系数矩阵的形成  23-29
      3.2.3.3 滤波器频率特性的计算  29-30
  3.3 组元电荷Z域状态方程的建立  30-36
    3.3.1 SC电路宏模型的Z域传递函数  30
    3.3.2 Z域状态方程的建立及求解  30-32
    3.3.3 算法及程序实现  32-36
      3.3.3.1 电路拓扑结构及变量说明  32
      3.3.3.2 系数矩阵的形成  32-35
      3.3.3.3 主程序框图  35-36
  3.4 实例验证  36-40
    3.4.1 时域状态方程的建立  36-37
    3.4.2 Z域状态方程的建立  37-38
    3.4.3 频率特性计算结果及曲线  38-40
4 灵敏度分析  40-54
  4.1 伴随网络法  40-42
  4.2 SC-nullor网络  42-44
  4.3 灵敏度的计算  44-47
  4.4 算法及程序实现  47-52
    4.4.1 伴随网络中的电荷源支路的等效  47
    4.4.2 非理想SCN灵敏度的求解  47-49
      4.4.2.1 非理想运放的伴随网络  47
      4.4.2.2 伴随网络系数矩阵的形成  47-49
    4.4.3 各电容支路电压的求解  49-51
    4.4.4 主程序框图  51-52
  4.5 实例  52-54
5 总结  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
附录  60

非理想开关电容网络的计算机辅助分析

内容摘要

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