Nové techniky předzpracování signálů v proudovém módu pro oblast smíšených signálů

Novel current-mode signal preprocessing techniques for mixed-signal domain

report

Czech

V současné době můžeme zaznamenat trend vedoucí ke snižování napájecího napětí (3.3 V, 2.4 V, 1.8 V). Je to způsobeno použitou submikronovou technologií, která v souvislosti se zmenšováním rozměrů nutí používat nižší napětí. Snižování napájecího napětí s sebou nese snižování odstupu užitečného signálu od šumu. Tento trend a také lepší kmitočtové vlastnosti vedou návrháře analogových obvodů stále více k použití proudového módu, kde odstup užitečného signálu od šumu se snižujícím se napájecím napětím neklesá. Aktuálně je v literatuře řešena problematika snižování napájecího napětí až na 1V a návrh nových stavebních bloků (proudových zrcadel) pro moderní aktivní prvky optimalizované pro nízká napájecí napětí. V této práci jsou přehledně kategorizovány aktivní prvky pro čistě proudový mód (proudové opakovače, proudové invertory, proudové zesilovače a proudové operační zesilovače), jsou zavedeny nové prvky CDMOCA a CDMOCOA. Jsou naznačeny aplikace s proudovými zesilovači a proudovými zrcadly. Práce se zabývá novými nízkoimpedančními proudovými zrcadly pro analogové předzpracování signálu jako základními stavebními bloky pro filtry pracující v čistém proudovém módu. Jsou ukázány principy snížení vstupní impedance proudového zrcadla. S využitím jak symbolických tak amerických metod jsou porovnány vlastnosti navrženého proudového zrcadla s nízkou vstupní impedancí s vlastnostmi ostatních typů proudových zrcadel. Vnitřní struktury proudového zesilovače a proudového operačního zesilovače jsou navrženy na tranzistorové úrovni. V oblasti filtrů je navržen filtr pracující v čistém proudovém módu, při návrhu byl uvažován vstupní impedance proudové svorky a jsou navrženy a popsány eliminace vlivu těchto impedancí na přenosovou funkci. Návrh filtrů vychází z metody autonomního obvodu. Jsou navrženy komparátory pracující v proudovém módu jako základní stavební bloky pro obvody pracující se smíšenými signály. Jsou popsány algoritmické analogově-digitální převodníky využívající navržené proudové komparátory. Jsou naznačeny možnosti zřetězení za účelem vyššího rozlišení převodníku. Analogově-digitální a digitálně-analogové převodníky jsou simulovány v programu MicroCap.

In this work the pure current-mode active elements (current buffers, current invertors, current amplifiers and current operating amplifiers) are transparently categorized, novel CDMOCA and CDMOCOA element are introduced. Applications of current amplifiers and current mirrors are outlined. The work deals with a novel low input impedance current mirror for analog signal preprocessing as the basic building block of pure current-mode filters. The principle of reducing the input impedance of current mirror is shown. A comparison of the features of the proposed current mirror with low input impedance and the other types of current mirror using both the symbolic and the numerical method is performed. Internal structures of current amplifiers and current operating amplifiers are designed on transistor level. In the filter area the pure current-mode filters are designed, the input impedance of current terminal is considered and methods for its elimination are designed and described. For the filter design the method starting from the autonomous circuit is used. The current mode comparators as the main building block for mixed signal circuits are designed. Algorithmic current-mode analog to digital converter using proposed current mode comparator is explained. The chaining of converters for obtaining higher resolution is outlined. Current-mode analog-to-digital and digital-to-analog converters are designed and simulated using MicroCap program.

Analogové zpracování signálu, proudový mód, analogové filtry, proudové aktivní prvky, vnitřní struktura obvodů, analýza obvodů, vzájemný převod signálu

Analog signal processing, current mode, analog filters, current active elements, internal circuit design, circuit analysis, A/D and D/A signal conversion

LATTENBERG, I.

2007

14. 11. 2007

Projekt RM 906003

Brno

1

132

132