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CFA的運算電路設計與仿真論文
一、緒論
這些年來(lái)，隨著(zhù)各項技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)領(lǐng)域都在不斷的創(chuàng )新與突破中，過(guò)去模擬集成電路設計工作是以電壓模電路，現在已經(jīng)不斷地發(fā)展為電流模電路，在過(guò)去，主要以電壓反饋運算放大器為主，現如今已經(jīng)發(fā)展為電流反饋運算放大器。因此，CFA作為新發(fā)展的一項電子技術(shù)，其應用方式并沒(méi)有明確的規范，也沒(méi)有相關(guān)的指南�；诖爽F狀，本文通過(guò)對典型的CFA進(jìn)行了深入的研究，并且對運算電路做出了相應的設計工作，對電路的結構以及各個(gè)零部件的參數模仿真的結果進(jìn)行了詳細的說(shuō)明，結果如下。
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(lái)說(shuō)，用了最新的高速互補雙極制造工藝，對于相同的雜散電容來(lái)說(shuō)，受到的影響更小，工作更加平穩。除此之外，工作的速度還會(huì )快出幾個(gè)數量級。這兩種反饋器雖然有很多的不同點(diǎn)，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(shuō)，電流反饋運算放大器與傳統的放大器所應用的基本方式以及設計的思路是一致的。通過(guò)運算電路的實(shí)驗，我們可以知道，在運算電路中，無(wú)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(shuō)，在電路在進(jìn)行過(guò)程中發(fā)生了失調誤差，這種失調誤差一般是指輸入失調電流而導致輸出直流噪聲現象和輸入失調電壓所造成的誤差，以上兩種現象會(huì )對電路產(chǎn)生直接的影響。電流反饋運放輸出失調電壓要比電壓反饋運放大很多，這樣一來(lái)，失調電壓產(chǎn)生的效果會(huì )嚴重的影響有用信號的發(fā)現，針對這樣的情況，就一定要進(jìn)行外部的調零工作。在本市提案過(guò)程中，我們選用的反饋運放，在零部件的內部不具有調零電路，必須做外部的調零工作。這樣的工作應用的原理也不難解讀，一般都是將可調的電壓和可調的電流都合理的加到電路中，以此來(lái)補償電路的失調誤差。我們采用這樣的方式，其優(yōu)點(diǎn)在于，輸入級在一般情況下不會(huì )導致額外的失衡，這樣的電路也不會(huì )使部件的工作性能受到影響。在整個(gè)電路運行過(guò)程中，供電電壓可以作為基礎的標準電源，并且在電路中設置可以調節的電壓，利用這一部分的調節來(lái)對失調誤差進(jìn)行調零工作。這樣一來(lái)，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(shí)上，同相放大器在設計方式上與前文提到的反相放大器是及其相似的，其應用的設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�；趯Υ藛�(wèn)題的分析我們通過(guò)對所得的數據繪制頻響曲線(xiàn)，通過(guò)對曲線(xiàn)進(jìn)行分析觀(guān)察，我們可以知道，CFA同相放大器的最高頻率高達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(shuō)帶寬相比較，要高出很多倍。在實(shí)際投入應用的過(guò)程中，其應用的范圍更加寬廣。針對這個(gè)問(wèn)題，我們運用運算放大器電路組成了放大器的仿真數據，這組仿真數據與實(shí)際的理論分析相符合，證實(shí)了我們研究的正確性。
四、積分運算電路
積分運算電路對于電路設計的要求更高，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(huì )相對滯后，這樣便會(huì )使電路十分的不穩定。通過(guò)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)現電流模電路更容易受到電抗元件帶來(lái)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，避免電路運行過(guò)程中發(fā)生電路自激震蕩現象。在實(shí)際的應用過(guò)程中，也要采取相應的措施，必須使電路能夠在穩定的環(huán)境下正常工作，以下為本次研究所涉及的兩種方案。其中一種設計方案，應用了豪蘭得電流泵，在此基礎上進(jìn)行了相應的改裝工作。經(jīng)過(guò)合理的改進(jìn)之后，電路能夠實(shí)現相同積分的功能。對整車(chē)電路進(jìn)行分析，可以得出，應用CFA來(lái)設計的相同積分電路在實(shí)現將方波轉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、失真以及調零狀況的時(shí)候，是擁用傳統的經(jīng)典方法來(lái)完成的。我們應用的另外一種設計方案，是對反向積分器進(jìn)行了相應的改進(jìn)工作。在這個(gè)工作過(guò)程中，我們應用了加入新的電阻來(lái)解決直通電容產(chǎn)生的反饋相位延后帶來(lái)嚴重影響的問(wèn)題。這個(gè)外加電阻一般是放在求和節點(diǎn)以及反向輸入端之間，這樣一來(lái)，便能夠有效的對電路的自激條件破壞。設計這樣的積分電路，最先做的工作便是要確定相應的時(shí)間常數。時(shí)間常數的大小直接影響了積分速度的快慢，運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(shí)間常數很小，便會(huì )使得輸出的波形偏離原先的真實(shí)度。
五、電路設計結果
首先，我們可以確定的是，電流模電路設計的運算電路與電壓模電路設計的運算電路方式基本上是相同的，在這個(gè)設計過(guò)程中，一般都會(huì )以輸入端的電壓約束條件以及電流約束條件作為設計電路的基本原則。采用這樣的運算方式，還可以拓展為更多形式的運算電路。其次，我們可以肯定的是，為了解決CFA運算電路失調電壓大的問(wèn)題，可以采用精準調零的方式。CFA在實(shí)際的工作過(guò)程中，為了避免電容的影響，需要應用高速互補雙極的制造工藝。
六、結語(yǔ)
綜上所述，隨著(zhù)科技的發(fā)展，對電路設計的要求也越來(lái)越高。對此，我們必須對此進(jìn)行重視，不斷的發(fā)展電路的設計以及制造工藝。良好的科技投入到電路設計過(guò)程中，能夠使得電路制造以及發(fā)展更為科學(xué)、更為平穩、更為快速，促進(jìn)我國電子科技不斷創(chuàng )新與發(fā)展。
參考文獻:
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