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王 志 功 东南大学 无线电系 200 4 年

集成电路设计基础. 王 志 功 东南大学 无线电系 200 4 年. 第15章 模拟 与模数混合集成电路. 15.1 放大器 15.2 振荡器 (Oscillator) 15.3 数 模转换器 DAC 15.4 模 数 转换器 ADC. 模拟集成电路 与 模数混合集成电路. 模拟集成电路和模数混合集成电路设计是当今微电子学的重点和难点. 模拟电路的种类很多. 常用的可集成实现的模拟电路包括: 小信号放大器, 功率放大器, 运算放大器调制解调器, 混频器, 振荡器, 有源滤波器, A/D-D/A 转换器等.

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王 志 功 东南大学 无线电系 200 4 年

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  1. 集成电路设计基础 王 志 功 东南大学 无线电系 2004年

  2. 第15章模拟与模数混合集成电路 15.1 放大器 15.2 振荡器(Oscillator) 15.3 数模转换器DAC 15.4 模数转换器ADC

  3. 模拟集成电路与模数混合集成电路 • 模拟集成电路和模数混合集成电路设计是当今微电子学的重点和难点. • 模拟电路的种类很多. • 常用的可集成实现的模拟电路包括: • 小信号放大器, 功率放大器, 运算放大器调制解调器, 混频器, 振荡器, 有源滤波器, A/D-D/A转换器等.

  4. 15.1.1 小信号放大器简单反相放大器 可变增益放大器 15.1 放大器 图 15.1

  5. 全差动放大器差动输入单端输出放大器 图 15.1

  6. 补充 电感负载放大器 与 电容源级耦合放大器

  7. 输入缓冲(补充) • 放大输入的PCML信号幅度，调节直流电平，提 供输入匹配

  8. 输出缓冲(补充) 用限幅放大器提供差分PCML输出信号

  9. 15.1.2 限幅放大器 图15.2 图15.3 BJT差分放大器 差分输出特性曲线

  10. 图15.4 图15.5 MOS差分放大器 差模特性曲线

  11. 15.1.3 运算放大器 • CMOS运放在VLSI内部实现时, 主要特性与通用的单独运放相比, 只能达到中等水平. 例如, 其典型的电压增益为1000-20000. 图15.9 运算放大器电路

  12. 15. 2 振荡器 图15. 10 (a) LC振荡器 (b) 张弛振荡器, (c) 环形振荡器

  13. 图15.11 环形振荡器的延迟单元: (a) 有源负载差动放大, (b) CMOS反相放大, (c) 源级电容耦合放大

  14. 15. 2 振荡器 图15.13 RC网络型环形压控振荡器原理电路

  15. 图15.14 矢量叠加型环行VCO

  16. 15.3 数模转换器（DAC） 15.3.1 原理 • N位数字量: D=b12-1+b22-2+ ….+bN2-N b1:最高有效位(MSB)系数 bN:最低有效位(LSB)系数 • 对应模拟量: A=KVrefD • 分辨率: A = KVref 2-N

  17. 15.3.2 方框图 图15.15 D/A变换器方框图

  18. 15.3.3 电路举例 例一： 串联电阻分压 D/A变换器 图15.16 串联电阻分压 D/A变换器电路图

  19. 表 15.1

  20. 图15.17 并联电容 分压D/A变换器电路图

  21. 并联电容分压 D/A变换器 特点: 并联电容分压网络代替串联电阻网络 数字非量通过PMOS接Vdd(=KVref), 或 通过NMOS接0V(地) 输出电压Vout=Vdd Ceq/C C = C + C/2 + C/4 + C/4 =2C (C = C + C2-1 + C2-2 … + C21-N + C2-N) Ceq为接到Vdd的等值电容

  22. 15.4 模数转换器（ADC） • 模拟量 VA 用N位数字量D近似 VA=DVFS=(b12-1+b22-2+ … +bN2-N)VFS VFS: 满量程输出电压 b1,b2, ...bN: 各位二进制数的系数 • 量化精度: V = VFS 2-N 15.4.1 原理

  23. 15.4.2并联式ADC 优点: 高速 缺点: 电路规模 按2N增加 应用: 高速低量 化精度场合 图15.18

  24. 15.4.3逐次逼近式A/D变换器 原理方框图 图15.19 优点: 高转换位数:10-12 缺点: 低速. 应用: 低速高量化精度场合 图15.20 电路图

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