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重庆理工大学毕业设计（论文）文献翻译学院电气与电子工程学院班级113160302学生姓名郑英杰学号11316030203译文要求1、译文内容必须与课题（或专业）内容相关，并需注明详细出处。

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译文评阅导师评语（应根据学校“译文要求”，对学生外文翻译的准确性、翻译数量以及译文的文字表述情况等作具体的评价）指导教师：年月日基于三尾单元的线性双极OTA指数电路Fujihiko Matsumoto, Yasuaki Noguchi摘要：提出了两种类型的新的运算跨导放大器（OTAs），其由指数电路和三尾单元组成。

所提出的OTA的线性输入电压范围比三尾单元的线性输入电压范围宽，并且具有较低的电流消耗。

证实了信噪比的改善。

SPICE仿真结果表明，OTA具有良好的频率响应。

蒙特卡罗模拟显示，由于工艺变化所提出的OTA的跨导偏差与三尾单元的相比较相似。

关键词：指数电路，双曲线电路，线性电路，运算跨导放大器（OTA），三尾单元。

1.引言双极器件中相对高的跨导有助于模拟集成电路的功耗和高频响应的经济性。

最简单的双极性运算跨导放大器（OTA）是发射极耦合对。

该电路适用于低电压应用，但线性输入电压范围相当窄。

发射极简并的差分对是众所周知的线性跨导级。

输入晶体管的偏置电流必须足以使小信号发射极电阻远低于负反馈电阻，以便保持线性。

如果需要跨导的可调性，则增加压缩二极管和第二级以实现吉尔伯特增益单元跨导体[1]。

这使得功耗更高。

Multi-tanh [2]，[3]和multitail [4]，[5]技术被称为双极OTA的线性化技术。

多个单元的顺序（差分对的数目）变得越高，不对称差分对的发射极面积比越大。

每单位晶体管的工作电流随着次序变高而变小，因此晶体管的极点变低。

这导致高频响应的劣化，而多端口单元具有优异的频率特性，因为单位晶体管用作用作V-I转换的输入装置。

然而，多终端单元比具有类似线性的多单元消耗更多的电流。

作者已经提出了使用指数电路的线性OTAs [6]。

本研究的目的是实现具有几种优异特性的更线性的OTA，例如低功耗，优异的频率响应等。

本文提出了由指数电路和三尾单元组成的新的线性OTA。

图1指数电路图2.使用指数律电路的线性OTA 的基本配置。

（a ）平行配置。

（b ）自适应偏置配置。

2.线性OTA 的基本设计我们考虑由两个非线性电路组成的线性OTA ：一个是指数电路，另一个是基本核心单元。

指数电路如图1所示。

输出电流表示为x e C I I 2exp = 在本文中，x 定义为T T inV V x 2221υυυ-== （1）T V 其中是晶体管的热电压。

我们有两种类型的线性OTA 。

一种具有平行配置，如图1所示。

如图2（a ）所示。

双曲正弦（SINH ）电路与核心单元并联连接。

SINH 电路补偿核心单元的跨导，其随着输入电压的增加而下降。

另一种类型具有自适应偏置配置[7]，如图1所示。

2（b ）。

双曲余弦（COSH ）电路与与核心单元相关联的差分对的尾电流源并联连接。

偏置电流根据输入电压的大小增加差分对的拖尾电流。

图3三尾单元图4.两种线性OTA 。

（a ）采用SINH 电路（OTA1）的OTA 。

（b ）使用COSH 电路（OTA2）的OTA 。

3. 建议的OTASA.三尾单元基本核心单元是三尾单元，如图1所示。

输出电流表示为Ke e e e I I I I x x x x EE C C out ++-=-=--)(21 （2） 其中K 是发射极面积3Q 。

如第II 节所述，可以使用指数电路实现两个线性OTA 。

建议的OTA 如图4所示。

关系（2）成立，只有输入信号的共模电压3V 。

使用分压器[4]，[5]，[8]，我们可以轻松实现共模电压。

在下文中，假设在OTA 中采用分压器。

本文中未显示使用分频器的图示。

B.使用SINH 电路的OTA （OTA1）图4(A)所示的OTA 采用双曲正弦电路，它是由94Q Q -。

在这里，我们称这种OTA1。

输出电流的电流从双曲正弦和核心电路流动的总和。

跨导表示为()()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++++++⋅=---x x x x x x T CC m e e M K e e e e K V MI G 2221242 （3） 其中M 是核心单元与指数电路的偏置电流比。

C.使用Cosh 电路的OTA （OTA2）图4(b)所示的OTA 采用双曲余弦电路，它是由114Q Q -。

我们称这种电路OTA2。

核心三尾电池的总尾电流表示为()x x CC adp e e M I I 222-+++= （4） 输出电流定义为（2）和（4）的乘积。

跨导表示为()()()()()()()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++++++++++++=-----141432222334422M e e M K e e e e K e e K e e V I G x x x x x x x x x x T CC m （5） D.线性化线性传递特性的参数值是通过求解从最大平坦近似[2]得出的方程式获得的。

获得的解决方案是4128212413+=+-=M K （6） 2969/32==M K （7）分别为OTA1和OTA2。

4.理论特征将所提出的OTA 的特性与常规电路（其为三尾单元，四次和五次多tanh 单元（四联体和五联体））的特征进行比较。

A.跨导和功率耗散B.归一化的跨导的比率被定义为跨导()()00m in G =υ。

理论曲线如图5所示。

的三尾单元跨导表示为()()242K e e e e K V I G x x x x T EE m ++++⋅=-- （8）图5.理论标准化跨导特性。

表1理论线性输入范围，功率比和S / N 比解决最大平面跨导的方程给出4=K 。

从图中可以看出。

从图5可以看出，所提出的OTA 的最大线性输入电压比三尾单元的最大线性输入电压宽。

如果所提出的OTA 的电源电压与其他OTA 的电源电压一样低，则电流消耗的比率对应于功率耗散的比率。

假设基极电流可以忽略，单指数电路的电流消耗是CC I 2。

OTA1和OTA2的总工作电流1op I 和2op I 为()()()()()220424111++++=+=K M V G M K I M I T m CC op （9） ()()()()40828222+++=+=M V G M K I M I T m CC op （10）其中1CC I 和2CC I 是分别在OTA1和OTA2中的指数电路的偏置电流，并且从（3）和（5）获得0=x 。

把0=x 代入（8），我们有()()20+=K V G I T m EE （11） 将（6），（7）和4=K 代入（9），（11）给出的值代入工作电流的比值R P 。

表1显示R P 和线性输入电压lin V 的范围。

这里，线性输入范围被确定为其中标准化跨导的误差在1％内的最大输入电压。

应当注意，尽管线性输入范围较宽，但所提出的OTA 具有较低的电流消耗。

由于引入了指数电路，所提出的OTA 的共模输入范围受到限制。

假设基极 - 发射极电压和发射极 - 集电极饱和电压分别为0.7和0.2 V ，我们发现共模输入范围为0.3 V [6]。

这样的电压对于本文提出的OTA 是足够的。

B.噪声分析可以假设由于基极电流和基极电阻的噪声对于几十μA 的工作电流是非主导的[9]。

OTA 的等效输入散粒噪声电压表示为m T N G qV E /22=，q 其中是电子电荷。

这表示由差分OTA 的半电路产生的噪声。

因此，由集总单个噪声源产生的噪声由下式给出22N E [9]。

OTA 的输入噪声电压等于其他OTA 的输入噪声电压。

在相同的总工作电流条件下比较不同OTA 的噪声电压，噪声特性的差异变得明显[3]。

表1显示了信噪比N S /∆对三重尾单元的优越性。

在相等的条件下，OTA的值被设置为S G m 4102-⨯=π重写输入噪声电压为eq T N R qV E 222=，等效电阻eq R 约为1.6 Ωk 。

因此，基极电阻足够低的假设是有效的。

从表1可以看出，所提出的OTA 具有优于三尾细胞的S / N 比。

相比之下，多tanh 电池具有较低的功率耗散和较高的S / N 比。

应当注意，所提出的OTA 在功率耗散中接近多tanh 单元。

C.对过程变异的敏感性我们可以通过分析m G 的偏差来调查灵敏度()0m G [2]。

基极 - 发射极电压和发射极面积是OTA 的跨导特性偏差的主要原因。

因为这两种变化都可以看作是饱和电流S I 的变化，所以只考虑S I [2].该参数i δ假设为饱和电流的变化参数si I ，即定义为si i s I I δ=。

i δ是单位的标称值。

指数电路的输出电流定义为()x e C C I I 221exp /δδδ=，其中C δ是电流源晶体管的参数。

没有必要考虑3Q 变化，因为它用作电流反馈放大器。

exp I 的相对变化表示为C C d d d I dI δδδδδδ////2211exp exp +-=.标准偏差为2222212exp 3is C δδδδδ=++=. (12 ) 其中is δ是的s I 标准偏差.在图3所示的核心单元中，变化发生在尾电流源321,,Q Q Q 处。

在所提出的OTA 中，K 和M 可以分别被认为是电流源的变化参数。

假设1Q 和2Q 的变化参数为c 和d ，分别对OTA1的跨导表示为()()()b a V I d c K cd K d c V MI G TCC T CC m ++⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++=401 （13） 其中a 和b 是由()21/δδδC b a ==表示的变量。

表示的相对偏差()()011m G g =为 11111111111111g dd d g rg dc c g g db b g g da a g g dM M g g dK K g g dg ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂= （14）图6.修正指数电路的实际电流比图7. OTA2使用修正的指数电路。

将（6）和1====d c b a 给出的值代入（14），我们有.3065.001344.09733.06127.011⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-=d dd c dc b db ada M dM K dK g dg (15)实际上，K M ，c 和d 的标准偏差用is δC 表示，D 和E 的标准偏差来自（12）和.2exp 22δδδ==b a 因此，我们有1g 的标准偏差表示为()().229.13065.0201344.069733.06127.022222221is is g δδδ=⨯+⨯++=(16)同样，对于OTA2和三尾单元分别有is g δδ260.12=和b is g δδ291.1=。