This paper presents a novel circuit configuration for realizing the continuous-time active-only voltage-mode integrator. The proposed integrator consists only of internally compensated type operational amplifier (OA) and operational transconductance amplifiers (OTAs). Since no external passive elements are required, the integrator is suitable for integrated circuit implementation in either bipolar or CMOS technologies. Moreover, the integrator gain can be electronically tuned by adjusting the bias currents of the OTAs. The characteristics of the proposed integrator and the effectiveness of the design procedure in realizing various analog transfer functions have been examined by PSPICE simulation.
본 논문에서는 저전압 아날로그-디지털 혼성모드 신호처리를 위한 3V CMOS 연속시간 완전균형 적분기가 설계되었다. 설계된 완전균형 적분기의 기본구조는 NMOS와 PMOS 트랜지스터를 이용한 상보형 회로이며, 이러한 상보형 회로는 적분기의 트랜스컨덕턴스를 증가시킬수 있는 장점이 있다. 그리고 트랜스컨덕턴스의 증가는 적분기의 단위이득 주파수, 폴 그리고 영점을 증가시킨다. 소신호해석과 SPICE 시뮬레이션을 통해 기존의 적분기들과 비교하여 이러한 개선점들을 증명하였다. 0.8 3V CMOS CMOS 공정 파라미터를 이용하여 완전균형 상보형 적분기의 응용회로로서 3차 능동 지역통과 필터를 설계하였다.
A new CMOS current-mode integrator for low-voltage analog integrated circuit design is presented. The proposed current-mode integrator is based on cross-coupled gain-boosting topology. When it is compared with that of the typical current-mirror type current-mode integrator, the proposed current-mode integrator achieves high current gain and unity gain frequency with the same transistor size. As a application circuit of the proposed integrator, we designed the 1.8V 200MHz band current-mode lowpass filter. These are verified by Hspice simulation using $0.18{\mu}m$ CMOS technology.
A novel switched-capacitor circuit for interfacing capacitive microtransducers with a digital system is developed based on the dual-slope integration. It consists of a differential integrator and a comparator. Driven by the teo phase clock, the circuit first senses the capacitance difference between the transducer and the reference capacitor in the form of charge, and accumulates it into the feedback capabitor of the integrator for a fixed period of time. The resulant accumulated charge is next extracted by the known reference charge until the integrator output voltage refurns to zero. The length of time required for the integrator output to return to zero, as measured by the number of clock cycle gated into a counter is proportional to the capacitance difference, averaged over the integration period. The whole operation is insensitive to the reference voltage and the capacitor values involved in the circuit, Thus the proposed circuit permits an accurate differental capacitance measurement. An error analysis has showh that the resolution as high as 8 bits can be expected by realizing the circuit in a monolithic MOS IC form. Besides the accuracy, it features the small device count integrable onto a small chip area. The circuit is thus particularly suitadble for the on-chip interface.
A readout circuit for a mercury-cadmium-telluride (MCT)-amplified mid-wave infrared (IR) photodetector was realized and applied to noncontact chemical agent detectors based on a quantum cascade laser (QCL). The QCL emitted 250 times for each wavelength in 0.2-㎛ steps from 8 to 12 ㎛ with a frequency of 100 kHz and duty ratio of 10%. Because of the nonconstant QCL emission power during on-duty, averaging the photodetector signals is essential. Averaging can be performed in digital back-end processing through a high-speed analog-to-digital converter (ADC) or in analog front-end processing through an integrator circuit. In addition, it should be considered that the 250 IR data points should be completely transferred to a PC during each wavelength tuning period of the QCL. To average and minimize the IR data, we designed a readout circuit using the analog front-end processing method. The proposed readout circuit consisted of a switched-capacitor integrator, voltage level shifter, relatively low-speed analog-to-digital converter, and micro-control unit. We confirmed that the MCT photodetector signal according to the QCL source can be accurately read and transferred to the PC without omissions.
A circuit building block for realizing a continuous-time active-only current-mode integrator is presented. The proposed integrator is composed only of internally compensated type operational amplifier (OA) and operational transconductance amplifiers (OTAs). The integrator is suitable for integrated circuit implementation in either bipolar or CMOS technologies, since it does not require any external passive elements. Moreover, the integrator gain can be tuned through the transconductance gains of the OTAs. Some application examples in the realization of current-mode network functions using the proposed current-mode integrator as an active element are also given.
In this paper, a new CMOS continuous-time fully-differential current-mode integrator is proposed as a basic building block of the low-voltage high frequency current-mode active filter. The proposed integrator is composed of the CMOS complementary circuit which can extend transconductance of an integrator. Therefore, the unity gain frequency which is determined by a small-signal transconductance and a MOSFET gate capacitance can be expanded by the complementary transconductance of the proposed integrator. And also the magnitude of pole and zero are increased. The unity gain frequency of the proposed integrator is increased about two times larger than that of the conventional continuous-time fully-differential integrator with NMOS-gm. These results are verified by the small signal analysis and the SPICE simulation. As an application circuit of the proposed fully-differential current-mode integrator, the three-pole Chebyshev lowpass filter is designed using 0.8.$\mu$m CMOS processing parameters. SPICE simulation predicts a 3-dB bandwidth of 148MHz and power dissipation of 4.3mW/pole for the three-pole filter with 3-V power supply.
본 논문에서는 저전압 동작이 가능하도록 완전차동 구조의 적분기에 전압조절을 위한 튜닝회로를 추가하여 새로운 적분기를 제안하였다. 제안된 적분기는 이득과 주파수 더 나아가 응용회로의 특성에 영향을 주는 트랜스컨덕턴스값을 증가시키기 위해 전류미러 방식을 이용하여 구성되었다. HSPICE 시뮬레이션 결과, 제안된 적분기는 기존의 완전자동 구조의 적분기에 비해 그 이득값이 두 배 이상 향상되었으며, 간단한 전압조절을 통한 이득 및 주파수 조절이 가능하였다.
연산 증폭기의 능동 보상은 주파수의 증가에 따라 연산 증폭기의 위상천이와 이득의 감소를 보상한 것으로 이 결과를 VCVS와 번전 적분기에 적용하였다. VCVS의 경우 제안된 보상회로의 위상천이는 주파수에 無關하고 보상회로의 궤환저항의 比에 따라서 Soliman에 의해 제안된 보상회로보다 이득특성이 개선되며 Voltage-follower의 경우도 동일한 보상회로로서 주파수에 無關하게 위상이 보상되고 이득특성 또한 개선되었다. 그밖에 반전 적분기에서 Q-factor를 더욱 증가시키는 보상회로도 제시하였다.
A 3V-50MHz analog CMOS continuous-time current-mode filter with a negative resistance load(NRL) is proposed. In order to design a current-mode current integrator, a modified basic current mirror with a NRL to increase the output resistance is employed. the inherent circuit structure of the designed NRL current integrator, which minimizes the internal circuit nodes and enhances the gain bandwidth product, is capable of making the filter operate at the high frequency. The third order Butterworth low pass filter utilizing the designed NRL current integrator is synthesized and simulated with a 1.5.mu.m CMOS n-well proess. Simulation result shows the cutoff frequency of 50MHz and power consumption of 2.4mW/pole with a 3V power supply.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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