电流型线性超宽带四象限模拟乘法器的设计

发布时间：2020-06-26 10:50

【摘要】：模拟乘法器是连续时间信号处理电路的关键模块,广泛应用于无线通讯信号的调制解调,仪器仪表,控制设备和一些特殊的信号处理系统。尤其在通信系统中,随着系统供电电压的下降,电路工作频率的提高和信号调制方式的复杂,对信号实现乘法处理的模拟乘法电路直接影响信号的运算精度。因此低电压、宽带高精度的模拟乘法电路对提升系统整体性能至关重要。本文设计一款电流型宽带超线性模拟乘法电路,电路基本拓扑结构为“四分之一平方”乘法器结构,采用互补金属氧化物半导体工艺。电路利用电流型电路的特点避免传统吉尔伯特双平衡乘法器工作电压高的缺点,实现电路可以在相对低的供电电压下工作。电路采用分布式差分输入结构,减小差分对负载管的负载电容,提高电路的工作频率。电路结合差分电路的特点,利用相同电路不同输入信号的方式实现信号的加法与减法运算,避免传统电流加减电路由于信号路径不同造成的相位失真。在平方电路的设计中,本文设计电路利用差分电路与威尔逊电流源的基本原理设计出带有负反馈的全差分电流平方电路,电路利用反馈提高电流运算精度,利用差分电路抵消背栅效应引起的误差,进一步提高运算精度。本文电路采用安捷伦公司的先进设计系统软件对电路进行前仿真,绘制版图并后仿真。根据前仿真与后仿真结果的表明,电路电源电压为3V时,电路-3dB工作频率大于2GHz,电路线性误差小于1%,电路在1MHz处的总谐波失真小于2%。本文对电流型“四分之一平方”乘法电路的设计有一定的参考价值。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP332.22
【图文】：

乘法运算,线性度,供电电压,电路

位增益频率仅为８０ＭＨｚ。业界领先的亚德诺半导体公司的ＡＤ８３５模拟乘法电路，在正负５Ｖ供电下逡逑可实现２５０ＭＨｚ工作带宽。以上电路带宽已经不能满足当今上千兆宽带信号的处理需求。逡逑线性度是衡量电路非线性失真的一个重要指标。图１．ｌａ为乘法函数的三维图像。Ｘ轴与Ｙ轴分逡逑别为两个输入信号，Ｚ轴表示两个输入信号相乘的结果。图１．１ｂ、ｃ、ｄ分别为从Ｙ、Ｚ、Ｘ轴的正方逡逑向投影的函数图像，虽然乘法函数三维图像为一个曲面，但图〗．ｌｂ、ｃ、ｄ都是由数条直线组成。因逡逑此，当二元函数一个变量为参数时，二元函数退化为一次函数，其图像为一条直线。逡逑乘法电路的两个输入端与输出端是一个二元函数，衡量其线性度的方法是设置一端信号为一个逡逑常量，输出与另一端输入的理想传递函数就为一个一次函数。整体概括，非线性在时域观察表现为逡逑信号波形的失真，在频域观察表现为出现其他的频率分量或者相位失真。具体到乘法电路，其理想逡逑电路输出波形应该为两路输入信号的相乘运算结果，其频谱应该为两路输入信号频谱的卷积运算结逡逑果。实际应用中这些信号传递信息

电路图,模拟乘法,跨导,电路

图１．２对数放大器实现模拟乘法电路逡逑典对数反对数乘法电路无法实现信号的四象限变化，如果在电电路，虽然可以实现信号四象限变化，但会引入交越失真。逡逑造工艺和集成电路技术的发展，电路规模变得越来越大，面积能模拟乘法电路的设计与实现提供了必要的前提。１９６８年吉尔一种单片集成的双平衡四象限模拟乘法电路，其核心单元简称单，性能优良，很快成为一种经典的乘法器结构。逡逑0至（５６组成的电路是吉尔伯特单元，即可变跨导全差分放大电信号，输出为一对全差分电流信号。早期这种变跨导乘法器主，但是随着互补型金属氧化物晶体管（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ邋Ｍｅｔａｌ邋Ｏｘｉｄｅ，现在越来越多的乘法器利用ＣＭＯＳ作为核心器件。逡逑ｉ＾ＶＣＣ逦今逦ＶＣＣ逡逑ｉｌ？Ｇ逦ｉ２＊ｉ４逡逑

【参考文献】