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CFA的運(yùn)算電路設(shè)計與仿真論文
一、緒論
這些年來，隨著各項技術(shù)的發(fā)展，這個領(lǐng)域都在不斷的創(chuàng)新與突破中，過去模擬集成電路設(shè)計工作是以電壓模電路，現(xiàn)在已經(jīng)不斷地發(fā)展為電流模電路，在過去，主要以電壓反饋運(yùn)算放大器為主，現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展為電流反饋運(yùn)算放大器。因此，CFA作為新發(fā)展的一項電子技術(shù)，其應(yīng)用方式并沒有明確的規(guī)范，也沒有相關(guān)的指南。基于此現(xiàn)狀，本文通過對典型的CFA進(jìn)行了深入的研究，并且對運(yùn)算電路做出了相應(yīng)的設(shè)計工作，對電路的結(jié)構(gòu)以及各個零部件的參數(shù)模仿真的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的說明，結(jié)果如下。
二、反相放大器
CFA是電流模電路中最典型的。電流模電路相比于之前的電壓模電路來說，用了最新的高速互補(bǔ)雙極制造工藝，對于相同的雜散電容來說，受到的影響更小，工作更加平穩(wěn)。除此之外，工作的速度還會快出幾個數(shù)量級。這兩種反饋器雖然有很多的不同點，但是在輸入電壓的限制條件以及輸入電流的限制條件是十分相似的。也可以說，電流反饋運(yùn)算放大器與傳統(tǒng)的放大器所應(yīng)用的基本方式以及設(shè)計的思路是一致的。通過運(yùn)算電路的實驗，我們可以知道，在運(yùn)算電路中，無論輸入的信號是否為零，輸出的信號均不可能為零。也就是說，在電路在進(jìn)行過程中發(fā)生了失調(diào)誤差，這種失調(diào)誤差一般是指輸入失調(diào)電流而導(dǎo)致輸出直流噪聲現(xiàn)象和輸入失調(diào)電壓所造成的誤差，以上兩種現(xiàn)象會對電路產(chǎn)生直接的影響。電流反饋運(yùn)放輸出失調(diào)電壓要比電壓反饋運(yùn)放大很多，這樣一來，失調(diào)電壓產(chǎn)生的效果會嚴(yán)重的影響有用信號的發(fā)現(xiàn)，針對這樣的情況，就一定要進(jìn)行外部的調(diào)零工作。在本市提案過程中，我們選用的反饋運(yùn)放，在零部件的內(nèi)部不具有調(diào)零電路，必須做外部的調(diào)零工作。這樣的工作應(yīng)用的原理也不難解讀，一般都是將可調(diào)的電壓和可調(diào)的電流都合理的加到電路中，以此來補(bǔ)償電路的失調(diào)誤差。我們采用這樣的方式，其優(yōu)點在于，輸入級在一般情況下不會導(dǎo)致額外的失衡，這樣的電路也不會使部件的工作性能受到影響。在整個電路運(yùn)行過程中，供電電壓可以作為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)電源，并且在電路中設(shè)置可以調(diào)節(jié)的電壓，利用這一部分的調(diào)節(jié)來對失調(diào)誤差進(jìn)行調(diào)零工作。這樣一來，既能保證電路正常的工作性能，還能夠保證整體的平衡。
三、同相放大器
事實上，同相放大器在設(shè)計方式上與前文提到的反相放大器是及其相似的，其應(yīng)用的設(shè)計原理主要便是輸入電壓約束條件以及輸入電流的約束條件。基于對此問題的分析我們通過對所得的數(shù)據(jù)繪制頻響曲線，通過對曲線進(jìn)行分析觀察，我們可以知道，CFA同相放大器的最高頻率高達(dá)100兆赫茲，該同相放大器的帶寬與電壓模電器所組成的同相放大器說帶寬相比較，要高出很多倍。在實際投入應(yīng)用的過程中，其應(yīng)用的范圍更加寬廣。針對這個問題，我們運(yùn)用運(yùn)算放大器電路組成了放大器的仿真數(shù)據(jù)，這組仿真數(shù)據(jù)與實際的理論分析相符合，證實了我們研究的正確性。
四、積分運(yùn)算電路
積分運(yùn)算電路對于電路設(shè)計的要求更高，因為在積分電路中，電抗元件在通常條件下所產(chǎn)生的反饋相位一般都會相對滯后，這樣便會使電路十分的不穩(wěn)定。通過對電流模電路手電抗元件影響以及電壓模電路受電抗元件的影響進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)電流模電路更容易受到電抗元件帶來的影響。因此，在電流模電路中，一定不能采用直接電容反饋的形式，避免電路運(yùn)行過程中發(fā)生電路自激震蕩現(xiàn)象。在實際的應(yīng)用過程中，也要采取相應(yīng)的措施，必須使電路能夠在穩(wěn)定的環(huán)境下正常工作，以下為本次研究所涉及的兩種方案。其中一種設(shè)計方案，應(yīng)用了豪蘭得電流泵，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的改裝工作。經(jīng)過合理的改進(jìn)之后，電路能夠?qū)崿F(xiàn)相同積分的功能。對整車電路進(jìn)行分析，可以得出，應(yīng)用CFA來設(shè)計的相同積分電路在實現(xiàn)將方波轉(zhuǎn)化為三角波功能上具有很好的效果。此外，在解決積分器發(fā)生的漂移、失真以及調(diào)零狀況的時候，是擁用傳統(tǒng)的經(jīng)典方法來完成的。我們應(yīng)用的另外一種設(shè)計方案，是對反向積分器進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)工作。在這個工作過程中，我們應(yīng)用了加入新的電阻來解決直通電容產(chǎn)生的反饋相位延后帶來嚴(yán)重影響的問題。這個外加電阻一般是放在求和節(jié)點以及反向輸入端之間，這樣一來，便能夠有效的對電路的自激條件破壞。設(shè)計這樣的積分電路，最先做的工作便是要確定相應(yīng)的時間常數(shù)。時間常數(shù)的大小直接影響了積分速度的快慢，運(yùn)算放大器輸入電壓最大值是有范圍限制的，在這樣的條件下，如果時間常數(shù)很小，便會使得輸出的波形偏離原先的真實度。
五、電路設(shè)計結(jié)果
首先，我們可以確定的是，電流模電路設(shè)計的運(yùn)算電路與電壓模電路設(shè)計的運(yùn)算電路方式基本上是相同的，在這個設(shè)計過程中，一般都會以輸入端的電壓約束條件以及電流約束條件作為設(shè)計電路的基本原則。采用這樣的運(yùn)算方式，還可以拓展為更多形式的運(yùn)算電路。其次，我們可以肯定的是，為了解決CFA運(yùn)算電路失調(diào)電壓大的問題，可以采用精準(zhǔn)調(diào)零的方式。CFA在實際的工作過程中，為了避免電容的影響，需要應(yīng)用高速互補(bǔ)雙極的制造工藝。
六、結(jié)語
綜上所述，隨著科技的發(fā)展，對電路設(shè)計的要求也越來越高。對此，我們必須對此進(jìn)行重視，不斷的發(fā)展電路的設(shè)計以及制造工藝。良好的科技投入到電路設(shè)計過程中，能夠使得電路制造以及發(fā)展更為科學(xué)、更為平穩(wěn)、更為快速，促進(jìn)我國電子科技不斷創(chuàng)新與發(fā)展。
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