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一种基于开关电容技术FPAA的研究与设计

作　者: 刘泰源
导　师: 李平
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配置编码模拟信号处理通用滤波器
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

为了适应激烈市场竞争的需要,模拟电路设计者受FPGA的启发,打破了模拟电路全定制的传统开发流程,开发一种高速度、低成本、自动布局布线的现场可编程模拟阵列(FPAA:Field programmable analog arrays),开拓出一片模拟设计的新领域。可编程模拟单元CAB(Configurable Analog block)是FPAA的核心,它的灵活性使其可以编程实现丰富的模拟功能模块。客户通过对模块进行拖放、布局及连线等简单操作构建模拟信号处理系统,短时间内开发出高质量的模拟产品,并且可对功能模块参数进行多次重复动态调整,从而实现灵活的动态可重复现场编程。本论文围绕一种基于开关电容技术FPAA的研究与设计的题目,做了以下的工作:第一,介绍FPAA的概念和重要研究意义,分析国外研究和产业发展的现状,并且介绍FPAA未来发展的趋势和挑战;第二,分析和对比FPAA的若干主流设计技术:包括FPAA的基本原理,现场可编程的EDA设计流程,可编程数据存储等,并在此基础上阐明了本文基于开关电容技术FPAA的优势,给出了电路设计的总体框架图;第三,运用华虹0.35μm标准CMOS工艺,首先设计和实现FPAA的子模块,接着对全电路功能进行验证,最后给出了典型的二阶低通滤波器编程应用的实例。设计的主要子模块包括CAB模块(包括CAB结构及其内部的差分运放、可编程电容、布线资源、控制编码等等)、基准电压和电流偏置模块、系统时钟模块、配置电路模块等;第四,介绍了FPAA芯片版图设计的指导思想、方法、工具,完成该电路的版图设计及DRC、ERC、LVS等检查和验证。综上所述,本文在标准CMOS工艺上选用具有优势的开关电容技术完成FPAA芯片的电路设计和版图设计,并且给出了芯片编程配置的典型应用实例,已经为我国FPAA芯片研究与设计做出有益的探索。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 FPAA的概念  9-12
  1.2 FPAA的研究现状和未来发展的挑战  12-16
  1.3 本文主要内容及安排  16-18
第二章 FPAA的基本原理  18-37
  2.1 FPAA的基本原理和主流技术  18-27
  2.2 FPAA的EDA设计开发流程  27-30
  2.3 FPAA编程数据存储  30-32
  2.4 FPAA芯片的总体设计方案与功能模块图  32-37
第三章 FPAA芯片电路的设计与实现  37-75
  3.1 CAB模块的总体框架  37-40
  3.2 CAB模块的子电路设计和实现  40-53
    3.2.1 差分运算放大器的设计  40-47
    3.2.2 可编程开关电容模块的设计  47-48
    3.2.3 电容功能控制模式  48-51
    3.2.4 CAB的配置编码定义和存储方式  51-53
  3.3 系统时钟模块设计  53-55
  3.4 配置电路模块设计与控制的实现  55-63
    3.4.1 配置电路的功能  55-58
    3.4.2 三种外部控制器件配置工作时序  58-63
  3.5 基准电压与电流偏置模块设计  63-71
  3.6 基于FPAA的二阶低通滤波器配置应用实例  71-75
第四章 FPAA版图设计  75-84
  4.1 工艺与版图设计基本流程  75-77
  4.2 版图设计方法与要点  77-82
  4.3 FPAA电路版图设计  82-84
第五章总结  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-89
攻硕期间取得的成果  89

一种基于开关电容技术FPAA的研究与设计

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