CFA的运算电路设计与仿真论文

CFA的运算电路设计与仿真论文

　　一、绪论

　　这些年来，随着各项技术的发展，这个领域都在不断的创新与突破中，过去模拟集成电路设计工作是以电压模电路，现在已经不断地发展为电流模电路，在过去，主要以电压反馈运算放大器为主，现如今已经发展为电流反馈运算放大器。因此，CFA作为新发展的一项电子技术，其应用方式并没有明确的规范，也没有相关的指南。基于此现状，本文通过对典型的CFA进行了深入的研究，并且对运算电路做出了相应的设计工作，对电路的结构以及各个零部件的参数模仿真的结果进行了详细的说明，结果如下。

　　二、反相放大器

　　CFA是电流模电路中最典型的。电流模电路相比于之前的电压模电路来说，用了最新的高速互补双极制造工艺，对于相同的杂散电容来说，受到的影响更小，工作更加平稳。除此之外，工作的速度还会快出几个数量级。这两种反馈器虽然有很多的不同点，但是在输入电压的限制条件以及输入电流的限制条件是十分相似的。也可以说，电流反馈运算放大器与传统的放大器所应用的基本方式以及设计的思路是一致的。通过运算电路的实验，我们可以知道，在运算电路中，无论输入的信号是否为零，输出的信号均不可能为零。也就是说，在电路在进行过程中发生了失调误差，这种失调误差一般是指输入失调电流而导致输出直流噪声现象和输入失调电压所造成的误差，以上两种现象会对电路产生直接的影响。电流反馈运放输出失调电压要比电压反馈运放大很多，这样一来，失调电压产生的效果会严重的影响有用信号的发现，针对这样的情况，就一定要进行外部的调零工作。在本市提案过程中，我们选用的反馈运放，在零部件的内部不具有调零电路，必须做外部的调零工作。这样的工作应用的原理也不难解读，一般都是将可调的电压和可调的电流都合理的加到电路中，以此来补偿电路的失调误差。我们采用这样的方式，其优点在于，输入级在一般情况下不会导致额外的失衡，这样的电路也不会使部件的工作性能受到影响。在整个电路运行过程中，供电电压可以作为基础的标准电源，并且在电路中设置可以调节的电压，利用这一部分的调节来对失调误差进行调零工作。这样一来，既能保证电路正常的工作性能，还能够保证整体的平衡。

　　三、同相放大器

　　事实上，同相放大器在设计方式上与前文提到的反相放大器是及其相似的，其应用的设计原理主要便是输入电压约束条件以及输入电流的约束条件。基于对此问题的分析我们通过对所得的数据绘制频响曲线，通过对曲线进行分析观察，我们可以知道，CFA同相放大器的最高频率高达100兆赫兹，该同相放大器的带宽与电压模电器所组成的同相放大器说带宽相比较，要高出很多倍。在实际投入应用的过程中，其应用的范围更加宽广。针对这个问题，我们运用运算放大器电路组成了放大器的仿真数据，这组仿真数据与实际的理论分析相符合，证实了我们研究的正确性。

　　四、积分运算电路

　　积分运算电路对于电路设计的要求更高，因为在积分电路中，电抗元件在通常条件下所产生的反馈相位一般都会相对滞后，这样便会使电路十分的不稳定。通过对电流模电路手电抗元件影响以及电压模电路受电抗元件的影响进行对比分析，发现电流模电路更容易受到电抗元件带来的影响。因此，在电流模电路中，一定不能采用直接电容反馈的形式，避免电路运行过程中发生电路自激震荡现象。在实际的应用过程中，也要采取相应的措施，必须使电路能够在稳定的环境下正常工作，以下为本次研究所涉及的两种方案。其中一种设计方案，应用了豪兰得电流泵，在此基础上进行了相应的改装工作。经过合理的改进之后，电路能够实现相同积分的功能。对整车电路进行分析，可以得出，应用CFA来设计的相同积分电路在实现将方波转化为三角波功能上具有很好的效果。此外，在解决积分器发生的漂移、失真以及调零状况的时候，是拥用传统的经典方法来完成的。我们应用的另外一种设计方案，是对反向积分器进行了相应的改进工作。在这个工作过程中，我们应用了加入新的电阻来解决直通电容产生的反馈相位延后带来严重影响的问题。这个外加电阻一般是放在求和节点以及反向输入端之间，这样一来，便能够有效的对电路的自激条件破坏。设计这样的积分电路，最先做的工作便是要确定相应的时间常数。时间常数的大小直接影响了积分速度的快慢，运算放大器输入电压最大值是有范围限制的，在这样的条件下，如果时间常数很小，便会使得输出的波形偏离原先的真实度。

　　五、电路设计结果

　　首先，我们可以确定的是，电流模电路设计的运算电路与电压模电路设计的运算电路方式基本上是相同的，在这个设计过程中，一般都会以输入端的电压约束条件以及电流约束条件作为设计电路的基本原则。采用这样的运算方式，还可以拓展为更多形式的运算电路。其次，我们可以肯定的是，为了解决CFA运算电路失调电压大的问题，可以采用精准调零的方式。CFA在实际的工作过程中，为了避免电容的影响，需要应用高速互补双极的制造工艺。

　　六、结语

　　综上所述，随着科技的发展，对电路设计的要求也越来越高。对此，我们必须对此进行重视，不断的发展电路的设计以及制造工艺。良好的科技投入到电路设计过程中，能够使得电路制造以及发展更为科学、更为平稳、更为快速，促进我国电子科技不断创新与发展。

　　参考文献:

　　［1］辛蒙．基于CFA的运算电路设计与仿真［J］．电子技术，2011(12)．

　　［2］赛尔吉欧弗朗哥．基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计第三版［M］．西安交通大学出版社，2009:261-266．

　　［3］张雪梅．低压低耗宽带CMOS电流反馈运放仿真设计［J］．半导体技术，2009(09):895-898．

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