開(kāi)關(guān)電流電路延遲線(xiàn)的設計
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時(shí)間：2010-08-10
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
開(kāi)關(guān)電流技術(shù)是近年來(lái)提出的一種新的模擬信號采樣、保持、處理技術(shù)。與已成熟的開(kāi)關(guān)電容技術(shù)相比，開(kāi)關(guān)電流技術(shù)不需要線(xiàn)性電容和高性能運算放大器，整個(gè)電路均由MOS管構成，因此可與標準數字CMOS工藝兼容，可與數字電路使用相同工藝，并集成在同一塊芯片上，所以也有人稱(chēng)之為數字工藝的模擬技術(shù)。但是開(kāi)關(guān)電流電路中存在一些非理想因素，如時(shí)鐘饋通誤差和傳輸誤差，它直接影響到電路的性能。
本文詳細分析了第二代開(kāi)關(guān)電流存儲單元存在的問(wèn)題，提出了改進(jìn)方法，并設計了延遲線(xiàn)電路。此電路可以精確地對信號進(jìn)行采樣并延遲任意時(shí)鐘周期。解決了第二代開(kāi)關(guān)電流存儲單元產(chǎn)生的誤差，利用此電路可以方便地構造各種離散時(shí)間系統函數。
1 第二代開(kāi)關(guān)電流存儲單元分析
第二代開(kāi)關(guān)電流存儲單元，在φ1(n-1)相，S1，S2閉合，S3斷開(kāi)，晶體管M連成二極管形式，輸入電流ii與偏置電流I之和給柵源極間電容C充電。隨著(zhù)充電的進(jìn)行，柵極電壓vgs達到使M能維持整個(gè)輸入電流的電平，柵極充電電流減至零，達到穩態(tài)，此時(shí)M的漏極電流為：
在φ2(n)相，S1，S2斷開(kāi)，S3閉合，此時(shí)輸出端電流為：
Z域傳輸函數為：
綜上可看出，晶體管M既作為輸入存儲管又作為輸出管，輸出電流i0僅在φ2相期間獲得。
2 延遲線(xiàn)
從結果來(lái)看，由于時(shí)鐘饋通誤差和傳輸誤差的存在，第二代開(kāi)關(guān)電流存儲單元(以下簡(jiǎn)稱(chēng)基本存儲單元)輸出波形嚴重失真，尤其是級聯(lián)后的電路失真更加嚴重，無(wú)法應用到實(shí)際中，所以，設計延遲線(xiàn)電路。
電路原理如下：電路是一個(gè)由N+1個(gè)并聯(lián)存儲單元組成的陣列，且由時(shí)鐘序列控制。在時(shí)鐘的φ0。相，存儲單元M0接收輸入信號，而單元M1提供其輸出。類(lèi)似的，在φ1相，單元M1接收輸入信號，單元M2提供其輸出。這個(gè)過(guò)程一直持續到單元MN接收其輸入信號，單元M0提供其輸出信號為止，然后重復循環(huán)。顯然，每個(gè)單元都是在其下一個(gè)輸入之前一個(gè)周期，即在其前一個(gè)輸出相N個(gè)周期(NT)之后，提供輸出信號。如取N=1，則延遲線(xiàn)是一個(gè)反相單位延遲單元，或連續輸入信號時(shí)，它是一個(gè)采樣保持電路，此時(shí)，延遲線(xiàn)電路和基本存儲單元相同。請注意，對于循環(huán)的N-1個(gè)時(shí)鐘相，每個(gè)存儲單元既不接收信號也不提供信號。在這些時(shí)刻，存儲晶體管上的漏電壓值變化到迫使每個(gè)偏置電流和保持在其有關(guān)存儲晶體管中的電流之間匹配。給出Z域傳輸函數為：
用基本存儲單元級聯(lián)延遲N個(gè)周期，則需要2N個(gè)基本存儲單元級聯(lián)，并且電路的時(shí)鐘饋通誤差和傳輸誤差會(huì )隨著(zhù)N的增加越來(lái)越嚴重，到最后原信號將淹沒(méi)在誤差信號中。延遲線(xiàn)電路若要實(shí)現信號延遲N個(gè)時(shí)鐘周期，則需要N+1個(gè)并聯(lián)存儲單元組成，并且需要N+1種時(shí)序。由于這種電路結構不需要級聯(lián)，所以并不會(huì )像基本存儲單元級聯(lián)那樣使得時(shí)鐘饋通誤差和傳輸誤差越來(lái)越大。但是時(shí)鐘饋通誤差和傳輸誤差仍然存在，以下給出解決辦法。
3 時(shí)鐘饋通誤差及傳輸誤差的改善
3．1 時(shí)鐘饋通誤差的改善
改善時(shí)鐘饋通誤差可采用S2I電路。它的工作原理為：在φ1a相，Mf的柵極與基準電壓Vref相連，此時(shí)Mf為Mc提供偏置電流JoMc中存儲的電流為ic=I+ii。當φ1b由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，由于時(shí)鐘饋通效應等因素造成Mc單元存儲的電流中含有一個(gè)電流誤差值，假設它為△ii，則Mc中存儲的電流為ic=J+ii+△ii。在φ1b相期間，細存儲管Mf對誤差電流進(jìn)行取樣，由于輸入電流仍然保持著(zhù)輸入狀態(tài)，所以Mf中存儲的電流為If=J+△ii。當φ1b由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，考慮到△iiJ，所以可以認為Mf和Mc的漏極端子為“虛地”端，即此時(shí)Mf和Mc的漏極端電壓與沒(méi)有信號輸入時(shí)的電壓非常接近。在φ2相為高電．平期間，由φ1b的時(shí)鐘饋通效應在Mf產(chǎn)生的誤差電流為δi，則If=I+△ii+δi，由于δi是由△ii產(chǎn)生的，且δi△ii，所以輸出電流io=If-Ic=-ii+δi，由于△ii已經(jīng)被抵消，而δi很小，所以可以認為輸出電流與輸入電流相等。
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