新型电流镜设计与实现文献综述

 2022-08-10 09:08

一、文献综述

  1. 国内外研究现状

在当今信息时代,电子信息技术己深入到国民经济的各个领域,人们在日常生活中无处不体会到电子信息技术带来的变化。虽然数字化是当今技术转移的重点,但基本器件仍是电子技术的基础,它们在电子设备中也具有不可替代的作用。[1]MOS工艺主要用于制造数字集成电路,与双极型工艺相比,其最大优点是工艺简单、集成度高。随着MOS工艺的发展,这种潜在的优势已在模拟领域中逐渐表现出来。特别在集成数字与模拟兼有的混合系统时,MOS工艺在成本、集成度及性能等方面更显示出极大的优越性。MOS运放作为基本的模拟单元,近年来在提高增益、降低失调等方面取得了很大进展,已被广泛用于各种大规模、超大规模集成电路系统中。MOS集成运放主要有NMOS和CMOS两种类型。前者由单一的N沟道MOS管组成,其特点是制作工艺简单,集成度高。而后者是在NMOSエ艺中加入P阱扩散工序,形成P型隔离区,然后以该区为村底制作N沟道管。这样,电路是由互补的NMOS和PMOS管组成,制作工艺称为CMOS工艺。

电流镜,是恒流源电路的一种特殊情形。它的受控电流与输入参考电流相等,即输入输出电流传输比等于1。其特点是输出电流是对输入电流按一定比例的“复制”。[2]电流镜是模拟集成电路中普遍存在的一种标准部件,它也出现在一些数字电路中。在传统的电压模式运算放大器设计中,电流镜用来产生偏置电流和作为有源负载。在新型电流模式模拟集成电路设计中,电流镜除了用来产生偏置电流外,还被广泛用来实现电流信号的复制或倍乘,极性互补的电流镜还可以实现差动一单端电流信号的变换。电流镜不仅是设计集成电路的基本单元电路,而且它本身就是一种典型的电流模式电路,在一些电流模式系统(如人工神经网络)中得到直接应用。[3]

根据采用的集成工艺,电流镜可分为双极型和MOS电流镜。由于MOS工艺具有比双极工艺更高的集成度(CMOS所需的芯片面积一般情况下只是双极型的1/3—1/5),且制作N沟道和P沟道互补对称管工艺较易实现,因此,CMOS电流镜一直占有主导地位。[4]

1996年,A.Fabre在电流传输器的基础上提出了电流控制电流传输器的基本理论[5]。电流传输器不仅有电压输入端,而且有电流输入端,因此它能实现电压模式电路,也能实现电流模式电路。电流传输器无论在信号大小的情况下,都能比相应运算放大器提供更大带宽下更高的电压增益,而且电流控制电流传输器还具有电可调特性。CMOS工艺由于具有输入阻抗高、功耗低、集成度高、占有芯片面积小、抗辐射能力强等特点,正日益成为最广泛应用的集成电路设计工艺。因此,应用CMOS工艺设计电流传输器及电流控制电流传输器引起了越来越多的关注。

1996年法国学者Fabre在CCⅡ的基础上提出了CCCⅡ电路,CCCⅡ电路不仅具有电控性,而且把X端的寄生电阻纳入到端口特性中,从而减小了电压跟踪误差。但到目前为止,国内外学者所采用的电路普遍为Fabre提出传统CCCⅡ,该电路由跨导线性环电路和基本电流镜构成。

  1. 研究主要成果

1.第一代电流传输器CCIensp;

K.C.Smith和A.Sedra在1968年提出了第一代电流传输器(CCI)[5]。第一代电流传输器是一个三端口器件。它有两个电流输入端和一个电流输出端,分别用X、Y、Z表示。

2.第二代电流传输器CCⅡ

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