臺灣博碩士論文加值系統

本論文，針對應用於光纖有線電視系統接收端之轉阻放大器，進行諧波失真分析與改善設計。
我們提出建立基本MOSFET放大器之非線性模型，並使用基本非線性模型，以及考慮輸入直流位準，分析三種不同串接與回授架構之轉阻放大器的諧波失真。進而探討在不同的輸入信號振幅、信號直流位準、信號頻率對於諧波失真之影響。在MOSFET放大器在飽和區工作的情況下，我們提出的非線性模型之計算結果與HSPICE模擬的結果相當吻合。
為了降低諧波失真，我們採用雙回授電路架構與差動電路架構，經模擬分析，證實確實能大幅降低諧波失真。

In this thesis, we analyze and improve the harmonic distortions of the transimpedance amplifiers (TIAs) in the receiver module of optical fiber cable television systems.
We propose the nonlinear models of basic MOSFET amplifiers. Using these models and considering the input dc level, we analyze the second-order harmonic distortions for three kinds of series and feedback TIAs. The influences of input signal amplitude, dc level, and frequency on the harmonic distortions of TIAs are investigated. When the MOSFET amplifiers work at the saturation region, the results of harmonic distortions for our nonlinear model agree with the results for HSPICE simulation.
In order to reduce the harmonic distortions of TIAs, we use the circuits constructions of the dual feedback and differential. Though HSPICE simulations, the reduction of harmonic distortion can be verified.

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅷ
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 內容大綱 3
第二章 基本理論介紹 5
2.1 MOSFET基本原理 5
2.1.1 MOSFET元件的結構及物理特性 5
2.1.2 n-channel MOSFET特性 7
2.1.3 MOSFET三種操作程式 8
2.2 單級放大器 10
2.2.1 共源極組態 10
2.2.2 共閘極組態 12
2.2.3 共汲極組態 14
2.3 次載波多工系統 16
2.4 系統之非線性失真介紹 17
第三章 轉阻放大器之非線性失真分析與模擬 20
3.1 放大器之非線性失真分析方法 20
3.1.1 單級放大器之非線性失真分析 20
3.1.2 串級放大器之非線性失真分析 22
3.1.3 回授放大器之非線性失真分析 24
3.2 TIA電路之非線性失真分析 27
3.2.1 無回授電路之非線性失真分析 28
3.2.2 使用回授電阻Rf1電路之非線性失真分析 29
3.2.3 使用回授電阻Rf2電路之非線性失真分析 31
3.3 建立基本CG、CS放大器非線性模型 33
3.3.1 CG、CS放大器之直流輸出對輸入轉換曲線 33
3.4 模擬與分析結果 36
3.4.1 TIA之基本特性模擬 36
3.4.2變化輸入信號振幅之失真分析 38
3.4.3變化輸入信號直流位準之失真分析 41
3.4.4變化輸入信號頻率之失真模擬 44
第四章 轉阻放大器的非線性失真之改善設計 49
4.1 雙回授電路架構之非線性失真模擬 49
4.2 差動電路架構之非線性失真分析 52
4.2.1 使用差動無回授放大器電路之二次諧波失真模擬 54
4.2.2 使用差動之回授電阻Rf1電路的二次諧波失真模擬 57
4.2.3 使用差動之回授電阻Rf2電路的二次諧波失真模擬 60
第五章 結論 64
5.1 研究重點彙整 64
5.2 未來工作 65
參考文獻 66
作者簡介 67

[1]黃鈞哲，「光通訊中轉阻放大器之設計」，碩士論文，國立交通大學，2003。
[2] B. Razavi，類比CMOS 積體電路設計 (修訂版)，李泰成 審校，McGraw-Hill，
2005。
[3] Ming-Kang Liu, Max , Principle and applications of optical
communications,IRWIN, 1996。
[4] 李楊漢、許立根、譚文昌、洪鴻文、曹士林，光纖通信網路，五南書局，台北。
[5] 林崧銘，有線電視技術，全華書局，台北。
[6] G. Palumbo and S. Pennisi, “High-Frequency Harmonic Distortion
in Feedback Amplifiers: Analysis and Applications,” IEEE
transactions on circuits and systems, vol. 50. no. 3, March 2003.
[7] G. Palumbo and S. Pennisi, “Harmonic distortion in nonlinear
amplifier with nonlinear feedback, ” Int. J. Circuit Theory
Applicat.,vol. 26, pp. 293-299, 1998.
[8] S. Willingham and K. Martin, Integrated video-Frequency
Continuous-time Filters High-Performance Realizations in BiCMOS,
Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1995.
[9] 孔德鈞，「2.5GHz寬頻低雜訊金氧半轉阻放大器之設計與分析」，碩士論文，國立高
雄應用科技大學，2008。
[10] C. Toumazou and S. M. Park, “ Wideband low noise CMOS
transimpedance amplifier for gigahertz operation, ” Electronics
Letters, vol. 32,no. 13, pp. 1194-1196 , 1996.
[11] S.B.Baker and C. Toumazou, “Low noise CMOS common gate optical
preamplifier using active feedback,” Electronics Letters, vol.
34,no. 23, pp. 2235-2237 , 1998.
[12]蕭培鏞、吳孟賢，HSPICE積體電路設計分析與模擬導論，東華書局，台
北。
[13] G. Giustolisi, G. Palumbo, and S. Pennisi, “Harmonic distortion
in single-stage ampli-fiers,” IEEE International Symposium on,
vol. 2 , pp. 33 -36, ISCAS 2002.
[14] F. Chien-Hsiung, F. Jonsson, M. Ismail, and H.Olsson, “Analysis
of nonlinearities in RF CMOS amplifiers,” Proceedings of The
6th IEEE International Conference on, vol. 1,pp. 137-140, ICECS
1999.
[15] P. Wambacq and W. Sansen, Distortion Analysis of Analog
Integrated Circuits. Norwell, MA: Kluwer, 1998.
[16] P.Wambacq, G. Gielen, P. Kinget, and W. Sansen, “High-frequency
distortion analysis of analog integrated circuits,” IEEE Trans.
Circuits Syst. II, vol. 46, pp. 335–344, Mar. 1999.
[17] G. Palumbo and S. Pennisi, Feedback Ampilfiers: Theory and
Design. Norwell, MA: Kluwer , 2002.
[18] S. Rosenstark, “A simplified method of feedback amplifier
analysis,”IEEE Trans. Educ., vol. E-17, pp. 192–198, Nov. 1974.