基于线性调谐宽带CDTA的电流模式连续时间可重构模拟阵列

A reconfigurable array can be applied widely in industrial automatic, sensors, communication,measurement and control system of avigation and aerospace.The existing continuous time reconfiguable analog arrays have following problems:1)very small bandwidth for operation amplifier-based reconfigurable analog array;2)voltage-mode configurable analog blocks(CABs) based on operation transconductance amplifier(OTA) and second generation current conveyor(CCII) have high output impedance which vary with frequency and current-mode CAB based on OTA and CCII have high input impedance which vary with frequency, so when they are formed to reconfigurable analog arrays,transfer loss is serious and large output signal distortion will be produced for different transfer loss with different frequency;3)OTA and CCII have large parasitical elements in the input terminals, and have poor high frequency characteristic and smaller band width. To overcome these problems,this item proposes a new current-mode component,namely linear tunable wide band CMOS current differencing transconductance amplifier(CDTA), and current-mode continuous time reconfigurable analog array based on CDTA. Research contents include: 1)design of linear tunable wide band CMOS CDTA circuit;2) design of current-mode CAB based on linar tunable wide band CMOS CDTA;3)design and applications of current-mode reconfigurable analog array based on linear tunable wide band CDTA.

可重构阵列在工业自动化、传感器、通信、航空航天测控系统等领域有着广泛的应用前景。现有连续时间可重构模拟阵列存在以下问题：1）基于运算放大器的可重构阵列带宽很小；2）基于运算跨导放大器（OTA）及电流传输器（CCII）电压模式可重构单元输出阻抗高、且随频率发生变化，基于OTA及CCII电流模式可重构单元输入阻抗高、且随频率发生变化，在形成可重构阵列时，传输损耗大，且传输损耗随频率改变而引起输出信号失真；3）OTA及CCII器件输入端寄生参数较大，高频特性较差，带宽较小。为了解决这些问题，本项目提出一种新的电流模式器件-线性调谐宽带CMOS电流差分跨导放大器（CDTA），用该器件构成电流模式连续时间可重构模拟阵列。研究内容包括：1）线性调谐宽带CMOS CDTA电路设计；2）基于CDTA的电流模式可重构模拟阵列单元设计；3）基于线性调谐宽带CDTA的电流模式连续时间可重构模拟阵列设计及应用。

可重构模拟阵列,也称为模拟可编程阵列（FPAA）在工业自动化、传感器、通信、航空航天测控系统等领域有着广泛的应用前景。现有连续时间FPAA存在以下问题：1）运算放大器（OA）为电压模式器件，带宽很小，运算跨导放大器（OTA）及电流传输器（CCII）等现有的电流模式器件输入端寄生参数较大，高频特性较差，带宽也较小，所以基于OA、OTA、CCII的FPAA的带宽较小；2）可调谐范围较窄。相比OA、OTA及CCII而言，电流差分跨导放大器（CDTA）的输入端寄生参数较小，所以带宽较大，由CDTA可实现宽带FPAA。但是到目前为止，尚没有发现基于CDTA的FPAA的报道。另一方面，现有的CDTA具有以下不足：1）跨导不具备线性可调特性，这样，不便于实现乘法器和调制解调器，而且跨导可调谐范围较窄；2）交流通路由PMOS和NMOS两种类型晶体管构成，而PMOS载流子迁移率较低，所以CDTA频带范围较小。为了解决这些问题，本项目提出一种新的电流模式器件—线性调谐宽带CMOS电流差分跨导放大器（CDTA），用该器件构成电流模式连续时间可重构模拟阵列。主要研究内容包括：1）线性调谐宽带CMOS CDTA电路设计；2）基于CDTA的电流模式可重构模拟阵列单元设计；3）基于线性调谐宽带CDTA的电流模式连续时间可重构模拟阵列设计及应用。项目得到创新性结果包括：1）提出了一种具有跨导线性调谐特性且工作频带很宽的CDTA, 该电路的交流通路仅由NMOS一种晶体管构成，具有很大的带宽，流片与测试表明，CDTA的带宽高达2.007GHz,；实现跨导线性可调，跨导可调范围（最大跨导与最小跨导之比）高达1026；电流输入端输入电阻很小, 仅23.5Ω, 电流输出端输出电阻很高, 达1.1MΩ。2)提出了基于CDTA的电流模式可重构模拟阵列单元电路；3）由CDTA设计出一种电流模式连续时间可重构阵列，由该阵列可重构产生二阶多功能滤波器、高阶电流模式滤波器、正交振荡器、多相振荡器、模拟乘法器、调幅器等应用电路。流片与测试表明，FPAA及其产生的应用电路的带宽达1GHz，其调谐范围也达到1026。发表了与项目相关论文25篇，其中SCI检索24篇，国家一级刊物1篇, 申请国家发明专利1项，培养博士生3人、硕士生8人。项目完成了预期的计划, 达到了预期的目标。