【正文】 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 附錄C附錄C 譯文使用ADC0808/ADC 0809 8位μP 相容模數(shù)轉(zhuǎn)換的8頻道模擬多路復(fù)用器介紹:ADC0808/ADC 0809 數(shù)據(jù)采集設(shè)備(DAD)關(guān)于一種單一的芯片的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理。實驗器材：CA3080跨導(dǎo)運算放大器，電壓表，電流表，電源。這些都將使我終生受益，我愿借此機會向?qū)O老師表示衷心的感謝！同時，也對實驗室的呂老師表示由衷感謝，他給予了我們很多幫助。最后詳細介紹了OTAC有源濾波器的設(shè)計方法，包括一階低通、高通濾波器和二階濾波器的原理，并用OTA的常用產(chǎn)品設(shè)集成電路實例，在Multisim 2001中進行了仿真，并與電壓型運放構(gòu)成的有源濾波器進行了仿真比較。 電參數(shù)調(diào)節(jié)前的OTAC濾波器的幅頻特性曲線 電參數(shù)調(diào)節(jié)后的OTAC濾波器的幅頻特性曲線比較前后幅頻特性曲線的變化可知，濾波器的直流增益發(fā)生了很大的變化，由此可知通過外部的電調(diào)節(jié)可以方便的改變這個OTAC二階低通濾波器的參數(shù)，這是OTAC濾波器的一個很大的特點。從仿真圖中可以發(fā)現(xiàn)RC濾波器的截止頻率雖然得到提高，但是它不再具備低通濾波特性，在高頻范圍內(nèi)不能應(yīng)用。但是，通過外部電信號對Gm和Gm1的調(diào)節(jié)，ωp和|H(j0)|的數(shù)值可以分別調(diào)節(jié)，這是上面OTAC有源濾波器與傳統(tǒng)的有源RC濾波器的重要不同之處。下面以單運放(OPAMP)有源RC二階濾波器為例，討論有源RC濾波器生成0TAC濾波器設(shè)計方法的實現(xiàn)。 三OTA雙二階濾波器電路原理圖對上面的電路可以寫出下列公式：　　　 （58）　 （59） （510）　 （511） （512）與雙OTA雙二階濾波器相似，當(dāng)輸入電壓Vi分別作用于一個或幾個輸入端時，傳輸函數(shù)將分別具有不同類型的濾波特性。這個電路中包含兩個OTA和兩個電容，其中第一個OTA和電容組成理想積分器，第二個OTA和電容組成有損耗積分器。2. CA3080構(gòu)成的一階高通濾波器用CA3080對上面介紹的一階高通濾波器進行電路設(shè)計，然后再進行仿真。同相輸入理想積分器的輸出端加一條反饋線，連接到OTA的反相輸入端，便構(gòu)成了一階低通濾波器。① 利用節(jié)點電壓模擬方法，由有源OPAMPRC濾波器生成OTAC濾波器。在跨導(dǎo)——電容連續(xù)時間濾波器中，濾波器的性能參數(shù)(特征頻率、品質(zhì)因數(shù)等)由跨導(dǎo)Gm和電容C這兩個參數(shù)決定。由于在通信電路和系統(tǒng)中的應(yīng)用，濾波器的工作頻率越來越高。本次畢業(yè)設(shè)計結(jié)合Multisim 2001對一階、二階有源濾波器進行了電路實例的設(shè)計和仿真，在學(xué)習(xí)和掌握了一個新的電子電路設(shè)計和仿真軟件的同時，加深了對電子電路設(shè)計的理解，方便了應(yīng)用。Multisim 2001是一個原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。分析表明，源耦差分輸入級能提供低噪聲、低漂移、良好的高頻特性和共模抑制能力，但它的大信號傳輸特性是非線性的，而且是構(gòu)成CMOS跨導(dǎo)器非線性的主要來源。 CA3080型OTA外引線功能輸入電壓輸出電流電源偏置電流Vi+ViIoV+VIB圓殼八線326745雙列直插八線3267452. LM13600跨導(dǎo)運算放大器13600型OTA是跨導(dǎo)運放的改進型，國外的型號LM13600，XR13600，國內(nèi)的型號F13600，它是具有線性化輸入二極管和達林頓緩沖，輸出級的雙跨導(dǎo)放大器?？鐚?dǎo)器通常分為雙極型和CMOS兩種，下面對在后面的電路設(shè)計和仿真中將要用到的幾種跨導(dǎo)型集成運放進行簡要的介紹。（3）性能控制：通過控制偏置電流的大小還可使電路的其他電參數(shù)按需要進行調(diào)節(jié)，當(dāng)減小偏置電流時，可降低電路功耗，提高輸入阻抗和減小失調(diào)電流，而當(dāng)增大電流時則可提高速度和增大輸出電流?？傊?，與常規(guī)電壓型運算放大器比較，跨導(dǎo)型運算放大器的主要性能特點是：輸出電阻高，輸出量是不隨負載電阻變化的電流；高頻性能好，通頻帶寬；新增加一個增益控制端，使增益連續(xù)可調(diào)；電路結(jié)構(gòu)簡單，容易設(shè)計、制造；放大能力較弱，主要應(yīng)用于開環(huán)或非深度負反饋狀態(tài)。2. 電路結(jié)構(gòu)比較 兩種集成運算放大器相比較，跨導(dǎo)的結(jié)構(gòu)簡單的多，其輸入級將電壓輸入信號變換為電流信號后，可直接利用后級晶體管的電流放大作用，將電流信號放大并傳送到輸出端，不需要象電壓型那樣，在內(nèi)部電路多次進行電流——電壓變換，此外，跨導(dǎo)型沒有阻抗變換、電平轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，電路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、對實用運算放大器產(chǎn)品，兩種類型都采用差動輸入級和推挽式輸出電路，因此，都具有兩個輸入端和一個輸出端，這是結(jié)構(gòu)上的相同點。 用類似的方法進行分析，可以得到開路電壓增益與短路跨導(dǎo)增益及開路跨阻增益之間的關(guān)系式： (215) (216)利用式(214)到式(216)可以獲得任何兩種增益參數(shù)之間的相互關(guān)系。理想跨阻器應(yīng)滿足條件R0=0，RI=0。當(dāng)放大器由具有內(nèi)阻RS的電流源IS輸入電流信號，而在輸出端連接負載電阻RL時，其輸出電流增益表達式分別為： (27) (28) 當(dāng)RL=0時，AI=Ais。當(dāng)在輸入端連接具有內(nèi)阻RS的電壓源VS，而在輸出端接連負載電阻RL時，跨導(dǎo)放大器輸出電流和跨導(dǎo)增益的表達式分別為 (24) (25) 當(dāng)RL=0時，Gm=Gms。為了使AV盡可能接近AVO的數(shù)值，RO必須遠小于RL。 四種基本類型放大器的性能與模型下面介紹四種基本放大器的簡單模型，即直流(或低頻)模型，了解四種放大器之間的本質(zhì)區(qū)別和聯(lián)系，這有助于理解電壓模式電路和電流模式電路的基本特性。第5章介紹了二階OTAC有源濾波器的設(shè)計原理和方法，并用Multisim 2001進行了電路實例的設(shè)計與仿真?？梢灶A(yù)見，隨著研究工作的深入和技術(shù)發(fā)展，跨導(dǎo)型集成放大器會運用的更加廣泛的，其優(yōu)點會得到很大的運用。有源跨導(dǎo)元件一般由單級電路構(gòu)成，采用單邊電路或?qū)ΨQ式電路結(jié)構(gòu)，不要求增益可調(diào)節(jié)性能[1]。同時，電源電壓的降低，對于設(shè)計高速度的電壓模式電路也會更加困難。要求理想電壓信號放大器應(yīng)具有無窮大輸入阻抗和零輸出阻抗，理想電流信號放大器應(yīng)具有零輸入阻抗和無窮大輸出阻抗。 近年來，模擬電路的電流模式設(shè)計方法得到了重視和發(fā)展，并把模擬集成電路推進到一個新階段。從而促成了大量電壓信號處理電路或稱電壓模式電路的誕生和發(fā)展。那么什么是電流模式電路呢？一般地，我們將電流模式電路定義為：當(dāng)選用電流而不是電壓作為電路的信號變量，并通過處理電流變量來決定電路的功能時，就是電流模式電路。 一方面，這些低阻抗節(jié)點上的電壓擺幅很小，另一方面，這些節(jié)點上的阻容時間常數(shù)很小，在大擺幅電流信號作用下，晶體管極間電容的充、放電過程可以很快地完成。電流模式電路可以解決電壓模式電路所遇到的一些難題，在速度、寬帶、動態(tài)范圍等方面獲得更加優(yōu)良的性能。這些高性能特點表明，在跨導(dǎo)型放大器的電路中，電流模式部分起決定作用。 本文主要工作本篇論文主要研究跨導(dǎo)型放大器(OTA)，并對基于OTA的有源濾波器(OTAC濾波器)設(shè)計的原理和方法進行了討論。82山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 電子放大器的基本類型與性能比較1 電子放大器的基本類型與性能比較從網(wǎng)絡(luò)角度看，電子放大器是一種線性受控電源。電壓放大器的增益是輸出電壓與輸入電壓的比值，是一個沒有量綱的純數(shù)。 理想電壓放大器的條件是R0=0，RI=∞，在這種條件下，AV恒等于AV0，而其電流增益恒等于無窮大。 理想跨導(dǎo)放大器的條件是Ro=∞，RI=∞?？缱璺糯笃鞯脑鲆媸禽敵鲭妷号c電流的比值，具有電阻的量綱歐姆。由上面的分析看出，四種基本放大器的區(qū)別是：① 增益的量綱不同；② 對輸出電阻的要求不同，以電壓作輸出量的放大器要求RORL, 以電流作輸出量的放大器要求RORL；③ 對輸入電阻的要求不同，以電壓作輸入量的放大器要求及RIRs,以電流作輸入量的放大器要求RiRs。 電壓型和跨導(dǎo)型集成運算放大器的比較電壓型集成運算放大器即人們熟知的常規(guī)運算放大器，它的產(chǎn)品型號最多，應(yīng)用最廣泛。與之相反，電壓型放大器輸出量是電壓，為了將晶體管的輸出電流轉(zhuǎn)換成大幅度的輸出電壓，必須在每一級內(nèi)設(shè)置一高阻抗點，由此引起晶體管極間電容Cμ上大幅度電壓擺動，形成嚴重的時間延遲，這就是所謂的密勒電容效應(yīng)，使得電壓型的高頻應(yīng)用范圍遠低于晶體管本身的截止頻率。符號上的“+”號代表同相輸入端，“—”號代表反相輸入端，IO是輸出電流，IB是偏置電流，即外部控制電流。 OTA理想模型 OTA的簡單模型根據(jù)式31的傳輸特性方程式。其主要缺點是傳輸特性的線性范圍小，在非線性誤差不大于1%的條件下，未經(jīng)線性補償?shù)腛TA的差模輸入電壓允許值約為10毫伏。與雙極型OTA相比，CMOS跨導(dǎo)器的增益值及其可調(diào)范圍較小，但它的輸入電阻高、功耗小、熱穩(wěn)定性好，更加適宜在集成系統(tǒng)中的應(yīng)用，它不是通用集成部件，沒有市售產(chǎn)品。由于計算機仿真所采用的軟件是Multisim 2001，下面先對Multisim 2001作了簡單的介紹，然后對基于OTA的濾波器的基本概念原理進行了介紹。Multisim 2001可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路、及部分微機接口電路等。這是因為跨導(dǎo)——電容濾波器具有容易設(shè)計、電路簡單、便于集成、參數(shù)可調(diào)等突出優(yōu)點?？鐚?dǎo)放大器是電流模式電路，它們的工作頻率可以伸展到高于50MHz(CMOS型)，甚至高于500MHz (雙極型)，因而使設(shè)計高頻連續(xù)時間濾波器成為可能。連續(xù)時間模擬濾波器的主要缺點是，當(dāng)存在制造容差和環(huán)境條件變化時，對濾波器性能參數(shù)的精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。OTAC濾波器的主要缺點是：處理大信號的能力較差；輸出阻抗高，而輸入阻抗并非無窮大，在用級聯(lián)法構(gòu)成高階濾波器時，需要在級間加入緩沖級，在輸出端也通常需要加緩沖級來驅(qū)動外部負載。2. CA3080構(gòu)成的一階低通濾波器對上面介紹的一階低通濾波器用CA3080進行電路設(shè)計，并對其作分析仿真，觀察其性能參數(shù)。 LM13600構(gòu)成的一階高通壓控濾波器電路圖其截止頻率的計算公式為： （414）可以計算出此電路的截止頻率為：在Multisim 2001中對該電路圖進行仿真。，可以寫出一下方程式： （51） （52） （53）當(dāng)輸入電壓Vi分別作用于一個或幾個輸入端時，傳輸函數(shù)將分別具有不同類型的濾波特性。挑選某些有源RC濾波器作原型，采用節(jié)點電壓模擬方法，生成相應(yīng)的OTAC濾波器，不僅能保持與原型電路相似的濾波功能，而且還可以獲得OTAC電路一些新的性能，如參數(shù)電可調(diào)、高頻性能好等優(yōu)點。用相應(yīng)OTA及OTAC基本電路模擬式（64）和式（65），可得相應(yīng)的OTAC二階低通濾波器電路。下面將從兩個方面對這兩種濾波器的性能進行仿真比較。但是，OTAC濾波器的參數(shù)卻可以用外部電信號進行調(diào)節(jié)。當(dāng)然，OTAC濾波器的研究與應(yīng)用還有待廣大電子技術(shù)人員的進一步努力，才能更好的、更快的發(fā)展起來。限于本人時間與能力有限，在這次設(shè)計中肯定存在許多紕漏和錯誤之處，懇請老師批評指正。各位老師的淵博知識，對學(xué)生的認真負責(zé)，使我的大學(xué)生涯豐富多彩，使我的人生道路更加美麗寬廣；各位同學(xué)也與我真心相對，成為生活中不可或缺的伙伴。將結(jié)果記錄在下表中，并繪制出坐標(biāo)圖。這個過程對某個應(yīng)用特別適當(dāng)，那里模擬和數(shù)字式必須實施在同一個芯片上。功能描述ADC0808/ADC0809如圖1, 在功能上劃分成2 基本的分支電路。這種算法被執(zhí)行8 次，每次需8 個時鐘期共需要64個時鐘期間。只要開始電平保持高電平，轉(zhuǎn)換就不會開始，但是開始電平一旦轉(zhuǎn)為低電平，轉(zhuǎn)換將立即開始，用時8個時鐘周期。圖2 顯示了典型的比例變換器輸入連接變換裝置。如果可能電源應(yīng)該有后備電源并且把電源看成一個獨立的系統(tǒng)，還要能給各級的PC電路板供電。假設(shè)是5 mA流過電阻器的電流是那里ILADDER 是256R通過的電流， ITRAN 是通過所有變換器的電流，并且IREF 參考電流。當(dāng)參考電壓減小，系統(tǒng)噪聲將更具有影響，必須執(zhí)行更嚴格的防范措施在較低壓的情況下補嘗系統(tǒng)噪聲。未被管理的電源電壓 5V是必需的， 功能是作為校準(zhǔn)者和參考。 當(dāng)使用這個方法, 兩輸入信號在兩轉(zhuǎn)換次過程中必須是穩(wěn)定的，否則最終結(jié)果將是不正確的。 output latch. The data in theoutput latch can then be read by the host system any timebefore the end of the next conversion. The TRISTATE capabilityof the latch allows easy interface to bus orientedsystems.The operation of these converters by a microprocessor orsome control logic is very sim