CMOS差动电压输入电流传输器设计及其应用

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电流模式电路由于有速度快、线性度好、电压低等优点,具有广阔的前景。第二代电流传输器(CCⅡ)是电流模式电路中具有代表性的集成电路模块,是一种功能性很强的现代模拟集成电路的标准部件。本文主要研究由CCⅡ演变而来的差动电压输入模式的电流传输器(DVCCⅡ)和电流控制差动电压输入的电流传输器(CCDVCCⅡ)的设计;以及基于这两种新模块电路的工程应用,包括滤波器和测量放大器等。具体研究内容如下:(1)设计了精确跟随且共模输入电压范围大的DVCCⅡ。电路采用轨到轨差动电压输入的结构模式,可以使共模电压输入的范围接近电源电压值。另外,在所设计的DVCCⅡ电路中改进和完善电流镜的结构,以达到更精确的电流和电压跟随能力。仿真结果表明:当电源电压为1.8V,静态工作电压为0.9V时;共模电压输入范围可达到0~1.8V,电流跟随误差为4.16×10-9%,电压跟随误差为4.4×10-6%。(2)设计了一种具有共模电压检测的DVCCⅡ。其中,差动电压输入端采用了具有动态长尾电流源的差动对实现,从而扩大了DVCCⅡ差动电压输入的线性动态范围。仿真结果表明,当电源电压为1.8V,静态工作电压为0.9V时;差动电压的线性输入范围为-0.6V~0.59V,电压跟随误差为8.32×10-3%,电流跟随误差为7.9×10-8%。(3)利用跨导线性环的电路结构,通过输入偏置电流实现对X端寄生电阻的控制,基于这种电路结构,设计了两种电流控制的新型差动电压输入电流传输器(CCDVCCⅡ)。其中一种CCDVCCⅡ的跨导线性环由两个NMOS和两个PMOS构成,X端寄生电阻可控范围为: 0.883k×-2.46kΩ;另一种CCDVCCⅡ的跨导线性环只由两个NMOS管构成,寄生阻抗可正可负,X端寄生电阻可控范围为:0.982k--3.8kΩ和-3 .8k--Ω0 .982kΩ。(4)基于所设计的DVCCⅡ和CCDVCCⅡ实现了以下几种应用:第一,构成一种增益可控的测量放大器。放大器的增益可由外部偏置电流I B调节,且具有大宽带和高共模抑制能力;第二;分别设计了电流模式多功能二阶滤波器、电压模式多功能二阶滤波器和混合模式多功能二阶滤波器,提出数字开关可以控制多功能滤波器的传输函数,同时通过变换CCDVCCⅡ的偏置电流调节滤波器的品质因素和固有频率,达到可调谐可编程的目的。
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