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《电子科技大学》 2012年
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集成放大器及相关模拟电路失真特性研究

缪英武  
【摘要】:今天,信息技术的发展和各种国际电信标准的推出,都对模拟电路的设计提出了更加严格的要求。其中一项最重要的挑战是对模拟集成电路设计的高线性度要求。因此,作为衡量电路线性度的重要指标和依据,失真特性的研究得到了学术界和工业界的广泛关注。而作为模拟电路最重要部件的放大器,其失真特性就显得尤为重要。放大器线性度的好坏,在很大程度上将决定整个系统的性能是否满足设计指标和要求。 本论文正是针对上述问题,以放大器失真特性为主要对象,在分析其产生机理的基础上,对单级输出级放大器、甲乙类放大器、Miller电容串联调零电阻相位补偿的两级跨导放大器的失真特性都进行了详细的建模和研究。另外,对一些基于放大器的重要模拟电路如过量相位补偿的有源RC积分器、全差分三阶Butterworth滤波器、开关电容Σ-Δ调制器的失真特性也进行了相应的考察。主要成果如下: 1.针对缺乏互调非线性源的失真建模不准确的问题,通过考虑互调项的影响并使用向量法推导了反馈单级放大器的失真因子表达式。仿真验证了所做分析较现有模型精度有所提高。 2.针对甲乙类放大器非线性系数建模不准确的问题,使用最小二乘法改进甲乙类放大器的非线性系数计算方法,并使用得出的非线性系数对该型放大器的失真进行了建模。仿真证明该模型具有较高的精度和较强的适应性。 3.针对较复杂拓扑结构模拟电路如具有前馈相位补偿路径的放大器失真分析难度过大的问题,提出了一种非线性信号流方法并以其为基础对使用调零电阻的密勒补偿反馈两级运算放大器进行了失真建模。对失真建模中互调非线性、寄生电容以及外部配置电阻的影响进行了详细的讨论。推导了失真因子特征频率的解析公式。给出了失真因子与外部反馈负载的定量关系。 4.针对现有积分器失真模型较少且适用性不强的问题,借助Volterra级数法对采用过量相位补偿的有损有源RC积分器进行了失真建模。该理论分析填补了该类型积分器失真建模的空白。 5.针对滤波器失真模型不容易简化,较难理解和使用的问题,提出了一种模块化建模Gm-C滤波器的方法并用该方法对连续时间三阶全差分Butterworth滤波器进行失真分析。该方法更易于理解和使用。 6.针对现有全差分放大器非线性直流特性描述较复杂,导致迭代计算较慢的问题,提出了抛物型的直流特性经验公式,并根据这些公式改进了计算Σ-Δ积分器、调制器输出的迭代算法。使用该方法的失真计算时间显著低于商业仿真器中晶体管级仿真和Simulink环境下行为仿真的运算时间。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN722

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