基於群組跨導靈敏度的開關電流電路容差確定方法

2023-06-10 05:02:31

z)是輸出端電流，U(z)是輸入端電流。結合上面兩個式子採用基本積分器結構構成開關電流雙二次節如圖4所示。另一方面，通用的S-域雙二次傳遞函數如下formulaseeoriginaldocumentpage10式中，xW和x。(力為輸入和輸出信號(電壓、電流等)，&，/^和&為常數，"o和Q為極點頻率和品質因數。將雙線性z變換s—2(l-z")/[T(l+z")]用於式中得到formulaseeoriginaldocumentpage10式中2比較係數，得formulaseeoriginaldocumentpage10這樣，如果根據以上5式來選擇係數可以實現雙二次函數的雙線性z變換。數值設計的第一步是從濾波器設計表格中選出6階切比雪夫(0.5dB紋波)低通濾波器的歸一化的多項式係數。它們用因式分解形式表示為外)=，係數在附表1中給出(已知條件)。附表1:6階0.5dB紋波切比雪夫低通函數的雙二次因子的係數m和n("c=1.041029rads—》tableseeoriginaldocumentpage11響應在+0.5dB和-3dB截至角頻率1.041029raA"上出現峰值。為了設計具有5MHz截至頻率的濾波器，必須將雙二次節因子的係數對由下式確定的預翹曲頻率wp=2tanf定標，這是因為頻率翹曲是由雙線性z變換產生的。在本實例中，"=10冗X10、"(對應於5MHz)和r=0.05X10、(對應於20MHz的時鐘頻率)，算出"p=40X106戶(=2冗《等於6.3662MHz)。則按照下式定標常數formulaseeoriginaldocumentpage11式中和分別是應用於用來導出開關電流濾波器的預翹曲原型的w。/G和w。的定標係數。進而，為了產生峰值在OdB出現的響應，設第一節的增益為-0.5dB(0.9406)。附表2給出了定標參數，由於6階切比雪夫低通濾波器的歸一化的多項式係數分子只有常數項，因此只給出&的值，4t均為0。附表2:定標和預翹曲濾波器參數(S1)formulaseeoriginaldocumentpage12然後利用A…^式表達式計算取樣數據濾波器係數。其結果列於附表3。利用這個表和圖4和圖5即可構成設計所需濾波器。附表3:數據濾波器係數及對應電晶體歸一化參數(表中的電晶體與圖5中的電晶體對應)tableseeoriginaldocumentpage12採樣輸入電晶體Ti跨導值是任意的，可以設定歸一化為l，其他電晶體歸一化跨導依照附表3進行賦值。(前文已經說明取樣數據濾波器係數可由電晶體溝道的寬長比實現，即電流定標值，由於電晶體跨導值與寬長比值成常數比例關係，因而可由此確定跨導的歸一化值)3)、根據電流定標計算的歸一化跨導值，相同歸一化跨導值的電晶體生長工藝是一致的，產生誤差或故障缺陷的形式也將一致，因而可以開關電晶體按歸一化跨導值群組，相同歸一化跨導值電晶體為一個群組。4)、計算群組參數關於電路性能參數的靈敏度、絕對或統計偏差。由於開關電流是一種完全兼容數字CMOS工藝的技術，它僅採用MOS管構成電路，通過改變MOS管的溝道寬度來獲得開關、跨導以及電流源。為獲得設計要求的傳輸響應，各級電晶體的面積比值必須嚴格與計算的電流定標值一致。選擇輸入端的採樣保持電路電晶體歸一化跨導值為1，其他電晶體歸一化跨導依照電流定標進行賦值。將所有開關電晶體歸一化跨導按相同值分組。靈敏度是電路性能隨電路元件值變化而變化的一種測量，是電路元件參數x,變化對電路傳輸性能參數節點電壓￡,的影響。根據分析一般周期開關線性電路的方法，在交流小信號條件下採用節點分析方法，求解節點電壓矩陣及其伴隨矩陣從而分析電路的相關特性。對於一個開關周期為T的開關電流電路網絡，其每一個開關周期又分為N個相，每個相位元件作用一次。例如MOS電晶體的柵源電阻Wg,，在阻值相同的情況下，有兩個不同的作用，一個是作為電導，另一個是在不同的相位期間作為輸入和輸出的跨導。因此節點電壓對元件值的導數是該節點電壓對該元件的所有這些出現值的導數之和，因此節點電壓g(z)對參數x(z)的靈敏度表達式為formulaseeoriginaldocumentpage13其中附=1，2…/為輸出相位，&=1，2…/為輸入相位，x,(》是在相位l期間的參數4z)。節點電壓^一(z)對於工作在不同相位的輸入支路a和輸出支路b的跨導CUz)的靈敏度為formulaseeoriginaldocumentpage14式中F。^是在相位/中支路a上的電壓，其輸入工作在相位k，A,^是伴隨網絡中的對應電壓。計算出靈敏度後，在給定跨導隨機誤差的條件下可以進一步計算出統計偏差，從標準曲線加上或減去偏差就可以獲得誤差容限。用靈敏度分析計算的誤差是統計偏差，以:c(z)5X的隨機誤差為例，參數￡,(^對元件參數x(z)的最大容許偏差是其中0.05是給定的一個群組器件參數的隨機誤差，0.868是分貝衰減常數，若不用分貝表示則可以去掉。以一個6階開關電流切比雪夫低通濾波器(圖5)為例進行計算，設截止頻率為5MHz，按照l:4的比例取時鐘頻率為20MHz，帶內紋波0.5dB。根據雙二次節因子對預翹曲線截至頻率的定標設定各電晶體的寬長比，獲得的仿真響應如圖6所示。可以通過公式計算出相關靈敏度以及統計偏差。5)、從標準曲線加上或減去偏差就可以獲得誤差容限。標準曲線加上或減去偏差就可以獲得誤差容限。圖6(a)(b)是歸一化跨導值為0.8577的群組MOS管分別在1Q^和5X隨機誤差條件下計算出的增益容差上下限。為分析工藝和製版技術的擴散產生的電晶體寬長度的系統失配誤差對電路的影響，以上例中跨導歸一化值為0.8577群組的電晶體為例分別取正負15Q/^左右的隨機誤差，計算出電路在失配情況下的相對靈敏度值以及偏差。由圖7可以看出，由於失配造成的電流定標誤差將嚴重影響電路的相對偏差值，不論誤差正負，濾波器的相對偏差都明顯地高於標稱值。而對於以表3^類係數為1.984的群組(設為a群組)的靈敏度分析(圖8)可以看出較細微的正向失配(<10%)對靈敏度的值影響較小，稱線性下降，但高於10%後靈敏度變化明顯，而對預負值的偏差獲得的靈敏度實部值與標稱值差距明顯。用標準增益減去由此形成的絕對偏差值獲得的增益容差上、下限如圖9所示，隨正向失配的加大，計算出的容差下限超出標稱下限值並逐漸下降，反向失配獲得的容差下限失真明顯。權利要求1、一種基於群組跨導靈敏度的開關電流電路容差確定方法，其特徵在於，包括以下步驟1)電流定標以開關電流存儲單元為基礎構造開關電流電路，計算電晶體溝道寬長比，實現電流的定標；2)、根據電流定標歸一化跨導值以輸入端的採樣保持電路電晶體跨導值為基準，其他電晶體歸一化跨導值依照電流定標進行賦值；3)、將開關電晶體按歸一化跨導值進行群組即按照相同歸一化跨導值的電晶體設為一個群組的標準將所有的電晶體進行分組；4)、計算群組參數關於電路性能參數的靈敏度和偏差；5)、從標準曲線加上或減去偏差獲得誤差容限。2、如權利要求1所述的一種基於群組跨導靈敏度的開關電流電路容差確定方法，其特徵在於，所述的開關電流電路為延遲器、積分器、微分器或雙二次濾波器電路。3、如權利要求1或2所述的一種基於群組跨導靈敏度的開關電流電路容差確定方法，其特徵在於，所述的步驟4)為計算節點電壓A-(z)對於工作在不同相位的輸入支路a和輸出支路b的跨導G^^的靈敏度為formulaseeoriginaldocumentpage2化.W=lA=l/=1式中F^是在相位/中支路a上的電壓，其輸入工作在相位k，&,/2;是伴隨網絡中的對應電壓；參數(Z)對元件參數x(z)的最大容許偏差是formulaseeoriginaldocumentpage3或formulaseeoriginaldocumentpage3(dB)其中P。是給定的一個群組器件參數x(z)的隨機誤差，0.868為分貝衰減常數。全文摘要本發明公開了一種基於群組跨導靈敏度的開關電流電路容差確定方法，其特徵在於，包括以下步驟1)電流定標以開關電流存儲單元為基礎構造開關電流電路，計算電晶體溝道寬長比，實現電流的定標；2)根據電流定標歸一化跨導值以輸入端的採樣保持電路電晶體跨導值為基準，其他電晶體歸一化跨導值依照電流定標進行賦值；3)將開關電晶體按歸一化跨導值進行群組即按照相同歸一化跨導值的電晶體設為一個群組的標準將所有的電晶體進行分組；4)計算群組參數關於電路性能參數的靈敏度和偏差；5)從標準曲線加上或減去偏差獲得誤差容限。本方法可用於對模擬集成開關電流電路進行故障缺陷測試，且效率高。文檔編號G01R31/28GK101271148SQ20081003131公開日2008年9月24日申請日期2008年5月16日優先權日2008年5月16日發明者揚代,何怡剛,侯周國,兵李,李慶國,郭傑榮申請人:湖南大學