《高频CMOS模拟集成电路基础:从设计视角深入解析》与 打造高速ADC前置放大器

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日期:2024-11-11

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作品总结

《高频CMOS模拟集成电路基础:从设计视角深入解析(Fundamentals of High Frequency CMOS Analog Integrated Circuits )》

书籍的核心主题是采用以设计为中心的方法,来填补基础模拟电子电路教材与更高级的射频集成电路设计教材之间的空白。作者们系统地介绍了高频集成电路的基本构成单元的结构和工作原理,重点强调了晶体管级的工作原理、器件特性和寄生效应的影响,以及时域和频域中的输入输出行为。

在第二版中,书籍进行了广泛的修订,以扩展一些关键主题、澄清解释,并提供大量的设计示例和练习题。此外,还增加了新材料,以涵盖核心主题的基本内容,如宽带低噪声放大器(LNAs)、噪声反馈概念和噪声消除、用于平坦增益或平坦延迟特性的电感补偿带宽扩展技术,以及利用射频系统中模拟和数字构建块的收敛和共存的基本通信系统概念。

特别是,新版增加了一个关于噪声和线性度的新章节(第五章),以全面的方式探讨了这些关键主题。所有其他章节也都经过了修订和大量重写,增加了许多已解决的设计示例和练习题。

总的来说,这本书为学习和从事高频CMOS模拟集成电路设计的人员提供了一个全面而深入的学习资源,不仅有助于理解基础知识,还能通过实际设计示例和练习题提升实践能力。


高频CMOS模拟集成电路精髓:从设计角度深度剖析

《高频CMOS模拟集成电路精髓:从设计角度深度剖析》,由Duran Leblebici和Yusuf Leblebici两位作者共同撰写。这本书是专为射频(RF)CMOS电路、射频电路设计以及高频模拟电路设计的高级本科和研究生课程量身打造的。

对于想要深入了解电路基础知识,并超越广泛使用的自动化设计程序的电子工程专业学生和集成电路(IC)设计工程师来说,这本书无疑是他们的福音。作者们采用了一种以设计为中心的方法,旨在填补基础模拟电子电路教材与更高级的射频集成电路设计教材之间的空白。

在书中,作者们系统地介绍了高频集成电路的基本构成单元的结构和工作原理。他们特别强调了晶体管级的工作原理,以及器件特性和寄生效应对电路性能的影响。同时,作者们还深入探讨了输入输出行为在时域和频域中的表现,让读者能够更全面地理解电路的工作原理。

值得一提的是,这本书的第二版进行了大量的修订和扩展。作者们不仅对一些关键主题进行了深入的探讨,还提供了丰富的设计示例和练习题,以帮助读者更好地理解和应用所学知识。此外,新版还增加了新的材料,涵盖了宽带低噪声放大器(LNAs)、噪声反馈概念和噪声消除、电感补偿带宽扩展技术等核心主题。这些新技术和方法在射频系统中具有重要的应用价值。

特别值得一提的是,新版增加了一个全新的章节——第五章“噪声与线性度”。这一章节以全面的方式探讨了噪声和线性度这两个关键主题,为读者提供了更深入的理解和认识。同时,书中的其他章节也经过了修订和重写,增加了更多的设计示例和练习题,以帮助读者更好地掌握所学知识。

总的来说,《高频CMOS模拟集成电路精髓:从设计角度深度剖析》是一本极具价值的教材。它不仅为电子工程专业学生和集成电路设计工程师提供了深入的理论知识,还通过丰富的设计示例和练习题帮助他们提升实践能力。无论你是初学者还是有一定经验的工程师,这本书都能为你提供宝贵的指导和帮助。

打造高性能模拟前端:高速数据采集的必备之选

在高速转换系统中,特别是在电信领域,模拟数字转换器(ADC)的输入可以通过变压器、电容器或两者的组合来实现交流(AC)耦合。然而,在测试和测量行业中,前端设计就没有那么简单了。因为这个应用领域通常要求输入信号既能进行直流(DC)耦合,又具备交流耦合的能力。设计一个既能从直流到500兆赫兹(甚至更高频率)提供良好脉冲响应和低失真,又能满足这些要求的活性前端,无疑是一项挑战。本期《模拟边缘》将为大家提供一些设计思路和建议,帮助大家为高性能ADC打造合适的模拟前端,以满足高速数据采集的需求。

在将高频模拟信号接入ADC输入时,首选的方法是通过差分放大器来实现。因此,在选择组件时,差分输出运算放大器应该是首选。在选择这类器件时,主要有两个考虑因素:一是增益带宽积,二是运算放大器共模输出电压的外部电压可调性。这是因为驱动ADC输入的信号放大器,其共模输出电压(VCMO)必须设置在ADC的最佳范围内。如果这一条件不满足,随着放大器VCMO与ADC最佳输入共模电压之间的差异增大,ADC的性能将迅速下降。

宽带差分运算放大器的主要缺点是增益通常有限,且增益水平可能已在内部预设。根据应用需求,可能需要在设计中添加前置放大器,以满足所需的增益要求。

通过了解这些设计要点,工程师们可以更有效地打造高性能模拟前端,为高速数据采集系统提供稳定、可靠的信号输入。无论是电信领域还是测试和测量行业,这些设计思路和建议都将为工程师们提供宝贵的参考和借鉴。


打造高速ADC前置放大器:LMH6703助力高带宽系统增益提升

在构建高速ADC(模数转换器)的前置放大器时,为了匹配ADC所需的输入频率,我们通常会选择一款超宽带运算放大器。对于那些采样率高达1GSPS(每秒千兆次采样)的系统来说,如果采用过采样技术,那么输入带宽的需求就高达500MHz。

要让运算放大器在保持显著增益(例如增益为10)的同时,还能维持如此宽的带宽,其增益带宽积(GBW)必须达到5GHz。然而,大多数电压反馈型放大器由于架构本身固有的频率响应与增益之间的直接权衡关系,往往无法满足这一规格要求。相比之下,电流反馈型放大器在这些参数之间则拥有更为优越的关系,因为其性能通常取决于运算放大器电路内部反馈电阻的值。

LMH6703是一款非常适合在高带宽下工作,且增益设置在1到10之间的运算放大器。这款器件可以与选定的差分放大器配合使用,为高带宽系统(如示波器和数据采集卡)提供额外的增益需求。

通过选用LMH6703这样的高性能运算放大器,工程师们可以轻松地打造出满足高速ADC需求的前置放大器,从而确保整个数据采集系统的性能和稳定性。无论是在科研实验、工业生产还是消费电子等领域,这一设计思路都将为工程师们提供宝贵的参考和借鉴。

LMH6554是一款功能全面的差分电流反馈放大器,它集成了输出共模控制电路,专为宽带差分信号提供低失真放大而设计。这款放大器的独特之处在于,其共模反馈电路能够设定输出共模电压,使其独立于输入共模电压。即便在单端转差分转换过程中仅有一个输入被驱动时,该电路也能确保V+和V-输出在幅度上相等、相位上相反。

LMH6554采用了专利的电流反馈架构,这一架构带来了增益和带宽的独立性,即使在增益值较高的情况下,也能展现出卓越的增益平坦度和噪声性能。只需适当选择RF1和RF2电阻,即可轻松实现这一优势。通常,我们会将RF1设置为等于RF2,RG1设置为等于RG2,这样增益就由RF/RG的比值来决定。这些电阻的匹配程度对共模抑制比(CMRR)、直流偏移误差和输出平衡有着至关重要的影响。

通过LMH6554的高性能差分电流反馈放大功能,工程师们可以更加轻松地实现宽带信号的低失真放大,从而提升整个信号处理系统的性能和稳定性。无论是在通信、音频处理还是其他需要高精度信号放大的领域,LMH6554都将成为工程师们不可或缺的工具。

LMH6554采用了其独有的电流反馈架构,这一设计使得放大器在增益和带宽方面实现了独立优化,即使在增益值较高的情况下,也能展现出卓越的增益平坦度和噪声性能。只需通过合理选择RF1和RF2电阻,就能轻松实现这一优势。通常,我们会将RF1设置为等于RF2,RG1设置为等于RG2,这样放大器的增益就由RF/RG的比值来决定。

这些电阻的匹配程度对于放大器的性能至关重要。它们不仅影响着共模抑制比(CMRR)、直流偏移误差,还直接关系到输出信号的平衡性。为了确保最佳性能,推荐使用最大容差为0.1%的电阻。

此外,LMH6554放大器内部已经进行了补偿,以确保在RF值为200Ω时(具体取决于PCB布局和负载电阻)能够展现出最佳的增益平坦度。输出共模电压则通过VCM引脚来设定,该引脚具有固定的1V/V增益。为了确保VCM引脚的稳定性,应使用低阻抗参考源来驱动它,并通过一个0.1μF的陶瓷电容将其旁路到地。

需要注意的是,任何不期望的信号耦合到VCM引脚都会传递到输出端,从而降低放大器的性能。因此,在设计和布局时应格外小心,以避免这种情况的发生。

在供电方面,LMH6554具有灵活性。它可以配置为使用单个5V电源供电,此时将V+连接到电源正极,V-接地;也可以配置为使用分压供电方式,即V+=+2.5V,V−=−2.5V。然而,在使用单个5V电源供电时,放大器的输入共模范围会限制其操作范围,因此可能需要根据增益情况考虑使用交流耦合。

综上所述,LMH6554凭借其创新的电流反馈架构和灵活的供电方式,在增益与带宽独立优化方面表现出色,为工程师们提供了更多选择和可能性。

这款宽带频率响应可调放大器(FDA)需要借助外部电阻来确保信号路径的正常运行。通过合理配置这些外部电阻,用户可以设定所需的输入阻抗和增益。在此过程中,放大器的开关状态由PD引脚决定:当PD引脚电压高于Vs–(电源电压下限)加1.7V时,放大器开启;而将PD引脚拉低,则可使放大器关闭。

关闭放大器后,其静态电流将被切断,从而停止正常的放大操作。但值得注意的是,尽管放大器停止工作,源信号仍然可以通过外部电阻构成的信号路径传输。这一设计确保了即使在放大器关闭状态下,信号路径依然畅通无阻,为信号的灵活处理提供了便利。

此外,Vocm控制引脚用于设定放大器的输出平均电压。若该引脚悬空(未连接),Vocm将默认为内部电源的中间值。然而,通过向这个高阻抗输入端提供一个有效范围内的电压参考,用户可以设定内部Vcm误差放大器的目标值。这一功能使得用户可以更精确地控制放大器的输出特性,从而满足特定的信号处理需求。

综上所述,这款宽带FDA通过外部电阻的灵活配置,不仅实现了输入阻抗和增益的精确设定,还提供了放大器开关状态的灵活控制以及输出平均电压的精准设定。这些特性使得该放大器在信号处理领域具有广泛的应用前景。

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