臺灣博碩士論文加值系統

本論文利用CMOS電流鏡架構設計一個數位控制式可變增益放大器(VGA)並使用迴授(feedback)之方式和Pade近似法來增加可變增益放大器的線性度。最後我們使用HSPICE和MATLAB進行電路模擬和分析，再以國家晶片系統設計中心(CIC)提供的Laker完成電路佈局。電路佈局使用國家晶片系統設計中心提供的台積電(TSMC)0.18μm製程。
本論文模擬之輸入範圍-10μA至10μA，提供電壓為1.8V，其線性增益範圍分別為53dB與63dB，線性誤差為±1dB與±1.5dB以內，頻寬為137MHz至865MHz與122MHz至918MHz，功率消耗為4.4mW至5.6mW，佈局面積為0.432*0.432(mm2)。

This thesis design a Digital control Variable Gain Amplifier be based on the CMOS current mirror and improve the linear gain by using the feedback and Pade approximation. Finally, we use HSPICE and MATLAB for circuit simulation and analysis. Circuit layout is used the Laker which provided by CIC. The chip is fabricated by TSMC 0.18μm CMOS process.
In this thesis, the simulated result is based on the input range of -10μA to 10μA, the power supply of 1.8V, the linear gain range is 53dB and 63dB, the linear error within ±1dB and ±1.5dB, the bandwidth is 137MHz to 865MHz and 122MHz to 918MHz, the power consumption is from 4.4mW to 5.6mW and the area of chip is 0.432*0.432(mm2).

目錄
第一章　緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究流程與研究方法 2
1.3 論文架構 2
第二章　迴授系統增益放大器 3
2.1 前言 3
2.2 方塊圖基本介紹 4
2.3 Pade 近似法圖表 6
2.4 以迴授方塊圖實現Pade近似法 7
2.4.1 電路方塊圖 7
2.5 電路架構 9
第三章　迴授系統數位控制式可變增益放大器 13
3.1 前言 13
3.2 數學式介紹 13
3.3 電路架構 14
3.3.1 電路區塊一(數位控制x倍) 15
3.3.2 電路區塊二(數位控制x倍) 16
3.3.3 信號輸入控制表 18
3.3.4 信號輸入控制表(3%誤差電路) 18
3.3.5 信號輸入控制表(5%誤差電路) 19
3.3.6 電路區塊三(數位控制ex或e-x) 20
3.3.7 加入D4信號輸入控制表 22
3.3.8 加入D4信號輸入控制表(3%誤差電路) 23
3.3.9 加入D4信號輸入控制表(5%誤差電路) 23
3.4 電路模擬結果(3%誤差電路) 25
3.5 電路模擬結果(5%誤差電路) 33
第四章　電路晶片設計 52
4.1 設計介紹 52
4.2 電路佈局 53
第五章　文獻比較、結論與未來展望 54
參考文獻 56

表目錄
表2-1 Pade近似法的指數函數ez數學式表格 6
表3-1電路區塊一和二由D0到D3數位控制的控制表 18
表3-2電路區塊一和二由D0到D3數位控制的控制表 19
表3-3電路區塊一和二由D0到D3數位控制的控制表 19
表3-4加入D4輸入信號後由D0到D4數位控制的控制表 22
表3-5加入D4輸入信號後由D0到D4數位控制的控制表 23
表3-6加入D4輸入信號後由D0到D4數位控制的控制表 24
表5-1 文獻比較表 54

圖目錄
圖2-1串聯 4
圖2-2並聯 4
圖2-3迴授 5
圖2-4 電路方塊圖示 7
圖2-5迴授系統式可變增益放大器架構 9
圖2-6 電路區塊(一) 10
圖2-7電路區塊(二) 10
圖2-8電路區塊(三) 11
圖2-9電路區塊(四) 12
圖3-1迴授系統數位控制式可變增益放大器架構 14
圖3-2可變增益放大器電路的電路區塊(x倍) 15
圖3-3可變增益放大器電路的電路區塊(x倍) 16
圖3-4數位控制ex或e-x區域 20
圖3-5反向器控制 20
圖3-6輸入信號=00001時，理想值與實際值比較 26
圖3-7輸入信號=00001時，相對誤差 26
圖3-8輸入信號=00010時，理想值與實際值比較 27
圖3-9輸入信號=00010時，相對誤差 27
圖3-10輸入信號=00100時，理想值與實際值比較 28
圖3-11輸入信號=00100時，相對誤差 28
圖3-12輸入信號=01000時，理想值與實際值比較 29
圖3-13輸入信號=01000時，相對誤差 29
圖3-14輸入信號=10001時，理想值與實際值比較 30
圖3-15輸入信號=10001時，相對誤差 30
圖3-16輸入信號=10010時，理想值與實際值比較 31
圖3-17輸入信號=10010時，相對誤差 31
圖3-18輸入信號=10100時，理想值與實際值比較 32
圖3-19輸入信號=10100時，相對誤差 32
圖3-20輸入信號=00001時，理想值與實際值比較 34
圖3-21輸入信號=00001時，相對誤差 34
圖3-22輸入信號=00010時，理想值與實際值比較 35
圖3-23輸入信號=00010時，相對誤差 35
圖3-24輸入信號=00100時，理想值與實際值比較 36
圖3-25輸入信號=00100時，相對誤差 36
圖3-26輸入信號=01000時，理想值與實際值比較 37
圖3-27輸入信號=01000時，相對誤差 37
圖3-28輸入信號=10001時，理想值與實際值比較 38
圖3-29輸入信號=10001時，相對誤差 38
圖3-30輸入信號=10010時，理想值與實際值比較 39
圖3-31輸入信號=10010時，相對誤差 39
圖3-32輸入信號=10100時，理想值與實際值比較 40
圖3-33輸入信號=10100時，相對誤差 40
圖3-34　3%誤差電路x = 14/7.5 時的頻寬圖 41
圖3-35　3%誤差電路x = -6/7.5 時的頻寬圖 41
圖3-36 輸出增益圖(3%誤差電路) 42
圖3-37 線性增益誤差圖(±0.5dB) 42
圖3-38 線性增益圖(3%誤差電路) 43
圖3-39　5%誤差電路x = 14/6 時的頻寬圖 44
圖3-40　5%誤差電路x = -5/6 時的頻寬圖 44
圖3-41 輸出增益圖(5%誤差電路) 45
圖3-42 線性增益誤差圖(±0.5dB) 45
圖3-43 線性增益圖(5%誤差電路) 46
圖3-44 輸入SIN訊號與增益後輸出SIN訊號比較圖(3%=00100,頻率=10kHz) 47
圖3-45 輸入SIN訊號與增益後輸出SIN訊號比較圖(頻率響應) 47
圖3-46 輸入SIN訊號與增益後輸出SIN訊號比較圖(3%=10110 ,頻率=10kHz) 47
圖3-47 輸入SIN訊號與增益後輸出SIN訊號比較圖(頻率響應) 47
圖3-48 輸入SIN訊號與增益後輸出SIN訊號比較圖(5%=00010,頻率=10kHz) 48
圖3-49 輸入SIN訊號與增益後輸出SIN訊號比較圖(頻率響應) 48
圖3-50 輸入SIN訊號與增益後輸出SIN訊號比較圖(5%=10011,頻率=10kHz) 48
圖3-51 輸入SIN訊號與增益後輸出SIN訊號比較圖(頻率響應) 49
圖3-52 Pade近似法與ez之比較圖(3%誤差電路) 50
圖3-53 Pade近似法與電路之比較圖(3%誤差電路) 50
圖3-54 EXP與電路之比較圖(3%誤差電路) 51
圖3-55 Pade近似法與ez之比較圖(5%誤差電路) 52
圖3-56 Pade近似法與電路之比較圖(5%誤差電路) 52
圖3-57 EXP與電路之比較圖(5%誤差電路) 53
圖4-1可變增益放大器電路佈局 55

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