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基于开关电容技术FPAA的CAB电路设计

作　者: 王红培
导　师: 阮爱武
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 现场可编程模拟阵列 可编程模拟单元 比较器 逐次逼近
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


FPAA(Filed Programmable Analog Arrays),即现场可编程模拟阵列,是近年来新兴的可编程模拟器件的一种。FPAA的最大特点是动态可编程,即器件在出厂后可由用户通过编程来配置器件的内部连接和元器件参数,以获得所需的电路功能。另一特点是,它属于模拟集成电路,即电路的输入、输出甚至内部状态均为时间连续、取值连续的模拟信号。因此与传统的模拟电路设计方法相比,利用可编程模拟器件设计模拟电路更方便、更快捷,缩短了产品的研制周期,增强了其竞争力。与可编程逻辑器件FPGA中的基本单元CLB类似,FPAA也有其相应的可编程模拟模块(Configurable Analog Block,CAB),CAB是FPAA的核心部分,其电路组态的多少以及性能指标的优劣直接决定了整个FPAA芯片的应用范围与性能。通常CAB由运算放大器、可编程电容(电阻)阵列以及可编程开关阵列等构成。对CAB进行编程便可实现不同的电路功能和不同的性能参数,编程数据存储在内部的SRAM中。目前,CAB构架以及性能的优化设计也是FPAA研究的重点之一。本文的主要工作就是围绕FPAA的核心部分----CAB模块展开的。首先,介绍了可编程模拟器件特点、研究现状以及发展趋势,从而明确了该课题的研究意义。其次,对FPAA的概念、结构以及CAB的组成架构进行了阐述,分析与研究了目前FPAA的多种实现技术,并在此基础上对不同的CAB架构进行了比较,从而为本文的CAB架构设计奠定了基础。然后,基于开关电容技术完成了CAB电路的设计。所设计的CAB中主要包括全差分运算放大器、可编程电容阵列、基准源、比较器、逐次逼近寄存器以及一些其他电路,通过对这些单元的编程,可以实现不同的功能。最后,对FPAA可实现的功能进行了混合仿真验证。总之,基于开关电容技术,本文完成了FPAA中核心模块—CAB的电路设计。基于本文设计的CAB电路,该FPAA可以实现十余种模拟电路功能,从而扩大了此FPAA芯片的应用范围,取得了阶段性的成果。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 可编程模拟器件的价值与作用  10-11
  1.2 可编程模拟器件的发展与研究现状  11-14
  1.3 论文的工作意义及内容安排  14-16
第二章 FPAA 基本原理  16-29
  2.1 FPAA 概念  16
  2.2 FPAA 的实现技术  16-23
    2.2.1 跨导运算技术  17-19
    2.2.2 电压运算技术  19
    2.2.3 开关电容技术  19-22
    2.2.4 开关电流技术  22-23
  2.3 FPAA 及CAB 的结构  23-28
    2.3.1 FPAA 基本结构  23-24
    2.3.2 CAB 的结构  24-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 FPAA 的CAB 电路设计  29-50
  3.1 CAB 架构设计  29-30
  3.2 比较器设计  30-39
    3.2.1 比较器结构  30-32
    3.2.2 失调消除技术  32-34
    3.2.3 具体设计  34-36
    3.2.4 仿真验证  36-39
  3.3 全差分运算放大器设计  39-41
    3.3.1 全差分运算放大器的结构  39-40
    3.3.2 运放特性仿真  40-41
  3.4 逐次逼近寄存器  41-43
  3.5 其他电路设计  43-46
    3.5.1 可编程电容阵列  43-44
    3.5.2 可编程开关阵列  44-46
    3.5.3 基准电路  46
  3.6 CAB 配置编码定义  46-49
  3.7 本章小结  49-50
第四章 FPAA 可实现功能的验证  50-77
  4.1 逐次逼近ADC  50-54
    4.1.1 拓扑结构设计  50-53
    4.1.2 仿真结果  53-54
  4.2 乘法器/除法器  54-56
    4.2.1 拓扑结构设计  54-55
    4.2.2 仿真结果  55-56
  4.3 可变增益放大器  56-58
    4.3.1 拓扑结构设计  56-57
    4.3.2 仿真结果  57-58
  4.4 任意周期波形发生器  58-61
    4.4.1 拓扑结构设计  58-60
    4.4.2 仿真验证  60-61
  4.5 电压控制极性放大器  61-64
    4.5.1 拓扑结构设计  61-63
    4.5.2 仿真结果  63-64
  4.6 积分器  64-68
    4.6.1 拓扑结构设计  64-66
    4.6.2 仿真结果  66-68
  4.7 微分器  68-70
    4.7.1 拓扑结构设计  68-69
    4.7.2 仿真结果  69-70
  4.8 半周期增益放大器  70-72
    4.8.1 拓扑结构设计  70-71
    4.8.2 仿真结果  71-72
  4.9 具有输出保持功能的放大器  72-74
    4.9.1 拓扑结构设计  72-73
    4.9.2 仿真结果  73-74
  4.10 反相放大器  74-75
    4.10.1 拓扑结构设计  74-75
    4.10.2 仿真结果  75
  4.11 本章小结  75-77
第五章 版图设计  77-83
  5.1 版图设计基本流程  77-78
  5.2 版图设计方法与技术  78-80
  5.3 版图验证  80-81
  5.4 整体电路版图  81-82
  5.5 本章小结  82-83
第六章 总结  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-87
攻硕期间取得的研究成果  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 一般性问题 > 设计
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