CFA的運算電路設計與仿真論文

一、緒論

這些年來，隨着各項技術的發展，這個領域都在不斷的創新與突破中，過去模擬集成電路設計工作是以電壓模電路，現在已經不斷地發展為電流模電路，在過去，主要以電壓反饋運算放大器為主，現如今已經發展為電流反饋運算放大器。因此，CFA作為新發展的一項電子技術，其應用方式並沒有明確的規範，也沒有相關的指南。基於此現狀，本文通過對典型的CFA進行了深入的研究，並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零部件的參數模仿真的結果進行了詳細的説明，結果如下。

二、反相放大器

CFA是電流模電路中最典型的。電流模電路相比於之前的電壓模電路來説，用了最新的高速互補雙極製造工藝，對於相同的雜散電容來説，受到的影響更小，工作更加平穩。除此之外，工作的速度還會快出幾個數量級。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。也可以説，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。通過運算電路的實驗，我們可以知道，在運算電路中，無論輸入的信號是否為零，輸出的信號均不可能為零。也就是説，在電路在進行過程中發生了失調誤差，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，以上兩種現象會對電路產生直接的影響。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，失調電壓產生的效果會嚴重的影響有用信號的發現，針對這樣的情況，就一定要進行外部的調零工作。在本市提案過程中，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，以此來補償電路的失調誤差。我們採用這樣的方式，其優點在於，輸入級在一般情況下不會導致額外的失衡，這樣的電路也不會使部件的工作性能受到影響。在整個電路運行過程中，供電電壓可以作為基礎的標準電源，並且在電路中設置可以調節的電壓，利用這一部分的調節來對失調誤差進行調零工作。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。基於對此問題的分析我們通過對所得的數據繪製頻響曲線，通過對曲線進行分析觀察，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説帶寬相比較，要高出很多倍。在實際投入應用的過程中，其應用的`範圍更加寬廣。針對這個問題，我們運用運算放大器電路組成了放大器的仿真數據，這組仿真數據與實際的理論分析相符合，證實了我們研究的正確性。

四、積分運算電路

積分運算電路對於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生的反饋相位一般都會相對滯後，這樣便會使電路十分的不穩定。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行對比分析，發現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，一定不能採用直接電容反饋的形式，避免電路運行過程中發生電路自激震盪現象。在實際的應用過程中，也要採取相應的措施，必須使電路能夠在穩定的環境下正常工作，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，在此基礎上進行了相應的改裝工作。經過合理的改進之後，電路能夠實現相同積分的功能。對整車電路進行分析，可以得出，應用CFA來設計的相同積分電路在實現將方波轉化為三角波功能上具有很好的效果。此外，在解決積分器發生的漂移、失真以及調零狀況的時候，是擁用傳統的經典方法來完成的。我們應用的另外一種設計方案，是對反向積分器進行了相應的改進工作。在這個工作過程中，我們應用了加入新的電阻來解決直通電容產生的反饋相位延後帶來嚴重影響的問題。這個外加電阻一般是放在求和節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。設計這樣的積分電路，最先做的工作便是要確定相應的時間常數。時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範圍限制的，在這樣的條件下，如果時間常數很小，便會使得輸出的波形偏離原先的真實度。

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，在這個設計過程中，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計電路的基本原則。採用這樣的運算方式，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題，可以採用精準調零的方式。CFA在實際的工作過程中，為了避免電容的影響，需要應用高速互補雙極的製造工藝。

六、結語

綜上所述，隨着科技的發展，對電路設計的要求也越來越高。對此，我們必須對此進行重視，不斷的發展電路的設計以及製造工藝。良好的科技投入到電路設計過程中，能夠使得電路製造以及發展更為科學、更為平穩、更為快速，促進我國電子科技不斷創新與發展。

參考文獻:

［1］辛蒙．基於CFA的運算電路設計與仿真［J］．電子技術，2011(12)．

［2］賽爾吉歐弗朗哥．基於運算放大器和模擬集成電路的電路設計第三版［M］．西安交通大學出版社，2009:261-266．

［3］張雪梅．低壓低耗寬帶CMOS電流反饋運放仿真設計［J］．半導體技術，2009(09):895-898．