开关电流 数字工艺的模拟技术PDF电子书下载

目录 1

第1章　绪论 1

C.Toumazou,J.B.Hughes, 1

N.C.Battersby 1

1.1　VLSI工艺技术 1

1.2　模拟困境 1

1.3　开关电流 2

1.4　数字工艺的模拟技术 2

1.5　本书风格 3

16.6.2.1 比为1∶1,1∶2和1∶ 4

1.6　小结 5

参考文献 6

2.2　模拟取样数据技术的发展 7

2.2.1　早期工作 7

第2章　模拟取样数据信号处理的发展N.C.Battersby,C.Toumazou 7

2.1　引言 7

2.2.2　斗链器件 8

2.2.3　电荷耦合器件 9

2.2.4　开关电容 10

2.3　模拟取样数据信号处理的 12

作用 12

2.4　工艺趋势及其对模拟电路 13

的影响 13

2.5　电流模模拟信号处理 17

2.6　小结 18

参考文献 18

3.1 引言 23

3.2　开关电容基础知识 23

第3章　开关电流结构和算法 23

Macbeth 23

J.B.Hughes,N.C.Bird,I.C. 23

基本单元 23

3.2.1　同相积分器 24

3.2.2　反相积分器 24

3.2.3　反相放大器 25

3.2.4　通用积分器 25

3.2.5　减法积分器 25

3.2.6　开关电容特性 27

3.3　开关电流系统 27

3.4　延迟模块 28

3.4.1　电流存储单元 28

3.4.2　延迟单元 29

3.4.3　延迟线 29

3.5.1　同相积分器 30

3.5　积分器模块 30

3.5.2　同相阻尼积分器 31

3.5.3　灵敏度 33

3.5.4　反相阻尼积分器 33

3.5.5　反相阻尼放大器 33

3.5.6　通用积分器 34

3.5.7　双线性z变换积分器 35

3.5.8　与开关电容积分器 36

的比较 36

3.5.9　基于积分器的双二次 36

二次节 36

3.6　微分器模块 39

3.6.1　反相微分器 39

3.6.2　通用反相微分器 40

3.6.3　同相微分器 41

3.6.4　通用同相微分器 42

3.6.5　双线性z变换微分器 44

3.6.6　基于微分器的双二次节 45

3.7　6阶低通滤波器的滤波器 47

综合实例 47

3.8　小结 49

参考文献 50

第4章　开关电流局限性和非理想性能J.B.Hughes,W.Redman-White 52

4.1 引言 52

4.2　失配误差 52

4.2.1　单位增益电流存储器 52

4.2.2　非单位增益电流存储器 55

4.3　输出-输入电导比误差 56

存储单元响应 57

4.3.1　具有电导比误差的 57

4.3.2　具有电导比误差的 58

积分器响应 58

的比较 61

4.3.4　仿真 61

4.3.3　与开关电容积分器 61

4.4　调整误差 62

4.4.1　欠阻尼响应 62

4.4.2　临界阻尼响应 63

4.4.3　过阻尼响应 63

4.4.4　具有调整误差的 65

存储单元响应 65

4.4.5　具有调整误差的 66

积分器响应 66

4.4.7　仿真 70

的比较 70

4.4.6　与开关电容积分器 70

4.5.1　开关电容电荷注入 71

4.5　电荷注入误差 71

4.5.2　电流存储器电荷注入 72

4.5.3　电荷注入误差的分析 76

4.5.4　具有电荷注入误差的 77

存储单元响应 77

4.5.5　具有电荷注入误差的 79

积分器频率响应 79

4.6　噪声误差 82

4.6.1　开关电流存储单元的 82

噪声分析 82

4.6.1.1　仿真 84

4.6.1.2　相关双取样 85

4.6.1.3　动态范围 85

4.6.2　积分器噪声分析 87

4.6.2.1 仿真 90

4.6.2.2　动态范围 90

4.7　小结 91

参考文献 92

第5章　开关电流电路中的噪声 94

S.J.Daubert 94

5.1　概述 94

5.2　晶体管噪声 95

5.3　电流镜噪声 96

5.4　电流拷贝器噪声 98

5.4.1　电流拷贝器中开关和跨导器噪声的相对重要性 99

5.4.2　传递函数方法 101

5.5　小结 106

参考文献 106

6.1　引言 107

6.2　反馈技术 107

J.B.Hughes,K.W.Moulding, 107

D.M.Pattullo 107

第6章　开关电流电路设计技术 107

6.2.1　运算放大器有源存储单元 108

6.2.2　栅极接地有源存储单元 110

6.2.3　简单共源-共栅组态 111

存储单元 111

6.2.4　折叠共源-共栅组态 113

存储单元 113

6.2.5　可调共源-共栅组态 115

6.2.6　可调折叠共源-共栅 116

组态存储单元 116

6.2.7　积分器 116

单元 117

6.3.1　基本全差分电流存储 117

6.3　全差分开关电流电路 117

6.3.2　折叠共源-共栅组态全差分电流存储器和积分器 119

6.3.3　单端到全差分的等效 120

6.3.4　电荷注入 122

6.4　小结 126

参考文献 128

7.2　存储单元 129

第7章　甲乙类开关电流技术 129

7.1 引言 129

N.C.Battersby,C.Toumazou 129

7.3　滤波器标准部件 131

7.3.1　延迟单元 131

7.3.2　积分器电路 131

7.3.3　微分器电路 132

7.4　性能局限性 133

7.5　双二次滤波器实例 135

7.6　小结 136

感谢 137

参考文献 137

8.1 引言 139

8.2　双二次滤波器节 139

N.C.Battersby,C.Toumazou 139

第8章　开关电流滤波器 139

滤波器 139

8.2.1　基于积分器的节 140

8.2.2　实例：集成双二次 141

滤波器 141

8.2.3　基于微分器的节 145

8.3　梯形滤波器 146

8.3.1　实例：集成椭圆 147

滤波器 147

8.4　有限冲击响应（FIR） 153

滤波器 153

8.7.1　开关跨导概念 154

8.7　开关跨导滤波器 154

8.6　开关电容滤波器的转换 154

8.5　波有源滤波器 154

8.7.2　复合元件 155

8.7.3　滤波器应用 157

8.8　小结 158

感谢 159

参考文献 159

第9章　开关电容转换为开关电流的方法G.W.Roberts,A.S.Sedra 161

9.1　引言 161

9.2　开关电流技术 161

9.3　SI和SC积分电路信号 164

流图（SFG）的比较 164

9.4　具有有限个传输零点的 167

SI滤波电路 167

SI滤波电路 171

9.5　采用双线性积分器的 171

9.6　小结 174

参考文献 175

感谢 175

第10章　开关电流视频信号处理 177

J.B.Hughes,K.W. 177

Moulding 177

10.1 引言 177

10.2　基本信号处理单元 177

10.2.1　延迟线 177

10.2.2　积分器和微分器单元 179

10.2.3　有限冲击响应单元 179

10.3　实际的SI信号处理单元 179

10.3.1　有源负反馈 179

10.3.2　全差分电路 181

10.4.1.1　电导比误差 182

10.4.1　传输误差 182

10.4　存储单元设计 182

10.4.1.2　电荷注入误差 183

10.4.3　信噪比 184

10.4.2.1　线性调整 184

10.4.2　调整特性 184

10.4.2.2　非线性调整 184

10.5　视频集成测试电路 186

10.5.1　输出波形 186

10.5.2　幅度响应 187

10.5.3　信噪比 188

10.5.4　谐波失真 189

10.5.5　性能小结 190

10.6　讨论和小结 191

参考文献 191

附录10A 192

附录10B 193

附录10C 194

11.1 引言和动力 195

A.Rueda,A.Yúfera,J.L. 195

Huertas 195

第11章　开关电流波模拟滤波器 195

11.2　波滤波器 196

11.2.1　一般原理 196

11.2.2　波滤波器综合方法 199

11.2.3　定标技术 200

11.3　开关电流波滤波器设计 201

11.3.1　基本标准部件 201

11.3.2　标准部件的局限性和非理想性 203

11.4　可编程带通滤波器结构 206

11.4.1　滤波器综合 206

11.4.2　可编程滤波器实现 207

11.5　设计实例 208

参考文献 212

11.6　小结 212

数据转换 215

12.1 引言 215

第12章　算法的和流水线的A/D转换器D.Naim 215

12.2 开关电流ADC的结构 216

12.2.1 算法ADC 216

12.2.2 流水线ADC 217

12.2.3 小结 217

12.3 标准部件 218

12.3.1 电流取样器 218

12.3.2　电流除2电路 220

12.3.3　电流比较器 221

12.3.4　开关电流电路中 221

的开关 221

12.3.5　小结 222

12.4　转换器实现及其实例 223

12.4.1　算法ADC 223

12.4.2 流水线ADC 224

12.5　局限性 225

12.5.2　随机误差 225

12.5.1 系统误差 225

12.6　小结 226

参考文献 226

第13章　基于动态电流存储器的高分辨率算法A/D转换器P.Deval 228

13.1 引言 228

13.2　CMOS动态电流存储器 228

13.3　减小存储电流的动态范围的转换算法 229

13.4　转换误差 230

13.5　用于循环ADC的动态 231

存储器的设计 231

13.5.1　存储器的等效 231

时间常数 231

13.5.2　电荷注入误差 232

13.5.3　取样噪声 235

13.5.4　漏电流 236

13.5.5　输出电导 237

13.5.6　电流比较 239

13.5.7　比较器失调补偿 240

13.5.8　限幅比较器输入 240

电压 240

电导 241

13.5.10　输入多路复用器 241

13.6　工艺定标 241

13.5.9　控制取样开关的接通 241

13.7　流水线转换器 242

13.8　实验结果与测量 242

13.9　小结 244

感谢 244

参考文献 244

G.W.Roberts,P.J.Crawley 247

14.1 引言 247

标准部件 247

第14章　开关电流∑-△转换器的 247

14.2　∑-△A/D转换 248

14.3 SI电路技术 250

14.4 附加的电流模电路 255

14.5 SI DISDM设计 256

14.5.1 电流镜设计方法 256

14.5.2 部件不变设计方法 263

14.6 小结 265

感谢 265

参考文献 265

第15章 连续校准D/A转换器 267

W.Groeneveld,H.Schouwenaars,C.Bastiaansen,H.Termeer 267

15.1　音频D/A转换器的精度 267

15.1.1　引言 267

15.1.2　线性考虑 267

15.1.4　不完备性 268

15.1.3　基本校准原理 268

15.1.5　数值实例 269

15.1.6　改善的校准技术 270

15.1.7　连续电流校准 271

15.2　16位音频D/A转换器 272

结构 272

15.2.1 方框图 272

15.2.2　校准电路和电流单元 272

15.2.3　测量结果 273

15.3　校准噪声整形D/A 276

转换器 276

15.3.1　引言 276

15.3.2　总设计考虑 276

15.3.3　转换器结构考虑 278

15.3.4　D/A转换器方框图 279

15.3.5 基准电流调整 279

15.3.7 双向校准电流单元 280

15.3.6 数字连续校准 280

15.3.8 测量结果 281

15.4 小结 282

感谢 282

参考文献 283

其他应用 285

第16章 动态电流镜 285

G.Wegmann 285

16.1 引言 285

16.2 电流拷贝器 286

16.2.1　电流拷贝器与动态 286

电流镜原理 286

16.2.2　主要的精度限制 286

16.2.3　共源共栅结构 287

16.2.4　具有降低跨导gmm△ 288

的电流拷贝器 288

16.2.5　动态电流镜结构 289

（1∶1∶…∶1） 290

16.2.6　多动态电流镜 290

16.2.7　除法电流镜∶2分原理（Iout＝？） 291

16.3.1　漏极电压变化的干扰 293

16.3.1.1　输出电导gds 293

16.3.1.2　容性分压器 293

Cgd-C 293

16.3　精度局限性 293

16.3.1.3　直接的电荷 294

流径 294

16.3.2　漏电流 294

16.3.3　模拟开关的电荷注入 296

16.3.3.1 干扰参数 296

16.3.3.2　策略 296

16.3.3.3　取样开关导通 297

电压的降低 297

16.3.3.4　双相反馈 298

16.4　噪声分析 298

16.4.1　噪声源 298

16.4.2　直接噪声源的分析 299

16.4.3　取样和自动调零 300

作用的描述 300

16.4.4　取样和自动调零的 301

分析：传递函数 301

16.4.5　取样保持分量△Vh（f） 302

的计算 302

16.4.6　直接分量△VD（f） 303

的计算 303

16.4.7　自动调零传递函数 303

16.4.8　电压噪声功率谱密度 304

Sv（f） 304

16.4.9.1　一阶和二阶低通滤波器的白噪声 305

16.4.9　应用等效噪声带宽技 305

术分析混叠效应 305

16.4.9.2　电流拷贝器中的白噪声混叠效应 306

16.4.9.3　一阶和二阶低通 306

滤波器中的1/f 306

噪声 306

16.4.9.4　电流拷贝器中的1/f混叠效应 307

白噪声 308

16.4.10.2　基带中的噪声谱功率密度SVT（f） 308

16.4.10.1　主晶体管Tm的 308

Sv（f） 308

16.4.10　噪声功率谱密度 308

16.5 动态性能 309

16.5.1 临界开关组态 309

16.5.1.1 时钟延迟的 309

影响 309

16.5.2.1 调整时间常数 310

选择 310

输出电流的 310

16.5.2 速度-精度折中 310

影响 310

16.5.1.2 对交流和直流 310

16.5.2.2 速度-精度折中 311

选择 311

16.6 测量 312

16.6.1 交流测量 312

16.6.1.1 输入电压Vin（t）和输出电流Iout（t）的变化 312

16.6.1.2 具有降低跨导值gmm的基本单元 312

16.6.2 直流测量 313

的乘法电流镜 313

16.6.2.2 具有降低跨导值 313

gmm△的基本单 313

元 313

影响 314

16.6.2.3 时钟频率的 314

16.6.3 噪声测量 315

16.7 小结 316

参考文献 316

附录：16A 318

附录：16B 320

第17章 用于图像处理的开关电流细胞神经网络A.Rodriguez-Vázquez,S.Espejo,J.L.Huertas,R.Domínguez-Castro 321

17.1 引言 321

17.2 DTCNN模型 322

17.2.1 网络结构和 322

动态特性 322

17.2.2 网络处理和工作 323

模式 323

17.3.1 胞元算子 326

17.3.2 电流模复制和定标 326

17.3 开关电流DTCNN的基本 326

标准部件 326

17.3.3 胞元非线性 328

17.3.4 延迟部件 329

17.3.5 电流模CNN概念上的 330

胞元原理图 330

17.4 CMOS电流模CNN设计 331

问题 331

17.4.1 CMOS电流镜电路：静态非理想性和尺寸方程 331

算子非理想性 333

17.4.2 CMOS电流模动态 333

17.4.3 电流模部件的可编 334

程性问题 334

17.4.4 偏置电流的选择：面积、功率和可靠性 335

17.5 输入-输出策略 336

17.6 讨论和展望 338

参考文献 338

18.1 引言 343

P.Wrighton,G.Taylor,I.Bell,C.Toumazou 343

第18章 开关电流电路的测试 343

测试，仿真和分析 343

18.2 开关电流单元测试的 344

基本概念 344

18.2.1 开关电流单元中的 344

故障的注入和仿真 344

18.2.2 故障检测和检测 345

能力的度量 345

18.3 测试矢量分析 346

18.3.1 测试激励信号周期 347

的效应 347

18.3.2 不同波形的测试 349

激励信号 349

18.3.2.1 总范围 349

18.3.2.2 晶体管电平 350

分析 350

模式 351

18.3.2.3 单故障组和故障 351

18.4 开关电流单元的内建 353

自检 353

18.4.1 功能反向测试电路 353

18.4.1.1 故障范围 355

18.5 小结和未来的工作 356

感谢 356

参考文献 356

第19章 开关电流滤波器的分析 358

A.C.M.de Queiroz 358

19.1 引言 358

19.2 开关电流滤波器的频域 358

结点分析 358

19.3 基本算法的精心改进 361

19.4 结点分析中的电压源 361

19.5 z变换的插入法 362

19.6 时域分析 364

19.7 灵敏度分析 365

19.8　小结 370

参考文献 371

第20章　开关电流存储器电路的 372

非线性性能 372

G.W.Roberts,P.J.Crawley 372

20.1 引言 372

20.2　基本存储单元的工作 373

20.3　存储单元的小信号性能 374

20.4　存储单元的大信号性能 377

20.4.1　总谐波失真界限 379

20.4.2　将THD界限与仿真 381

结果进行比较 381

20.4.3　THD界限的实验 383

证明 383

20.5　小结 383

参考文献 384

感谢 384

未来方向 385

第21章　GaAs MESFET开关电流电路C.Toumazou,N.C.Battersby 385

21.1 引言 385

21.2　用于模拟设计的GaAs与硅工艺技术之比较 385

21.3　MESFET建模 387

21.4　GaAs MESFET电流镜 389

技术 389

21.4.1　交叉耦合MESFET 389

对 389

21.4.2　线性电流镜 389

21.4.3　共源-共栅连接 390

21.5　在GaAs开关电容滤波器方面的前期工作 391

21.6　朝向GaAs MESFET开关 393

电流技术 393

21.6.1　基本存储单元 393

21.6.3　全差分、线性跨导GaAs开关电流单元 394

21.6.2　线性同相存储单元 394

21.6.4　通用积分器 396

21.6.5　性能限制 396

21.7　增强性能的电路方法 397

21.7.1　虚设开关补偿 398

21.7.2　共源-共栅连接的 398

存储单元 398

21.8　仿真结果 399

21.8.1　全共源-共栅连接的 399

存储单元 399

21.8.2　阻尼积分器 401

21.8.3　双二次滤波器举例 402

21.9　讨论与小结 403

感谢 403

参考文献 404

22.2　开关电流：数字工艺的模拟技术 405

22.1 引言 405

第22章　开关电流：目前技术发展水平和未来的方向C.Toumazou,N.C.Battersby,J.B.Hughes 405

22.3　未来的研究方向 409

22.4　趋向消除总存储单元 409

误差的设计方案 409

22.4.1　算法存储单元 410

22.4.2　S2I存储单元 411

22.4.3　噪声性能 411

22.4.4　趋向低功率 412

22.4.5　调谐电路 412

22.4.6　滤波器标准部件 412

22.4.7　数据转换器 412

22.4.8　GaAs技术 412

22.4.9　CAD，仿真和测试 413

22.5　小结 413

参考文献 413

英汉名词术语对照 414