Спец. Главы проектирования аналоговых кмоп бис. К.Т.Н. Эннс в.И. Лекция 1.

1. Введение в курс.

Целью курса является изучение практики проектирования аналоговых ИС на основе применения типовых аналоговых блоков. Ставится задача перевести проблему проектирования аналоговых схем из разряда «сложная научно-техническая работа» в разряд «ремесло».

Проектирования типовых аналоговых схем рассматривается в курсе на основе использования:

• типовых элементарных, базовых и сложных функциональных аналоговых (IP) блоков;

• правил применения этих блоков и правил построения схем электрических и топологии цифроаналоговых схем на основе типовых блоков;

• справочно-табличной информации.

Изучение типовых блоков строится по принципу:

• краткая теория;

• примеры построения типового блока;

• правила применения блока.

Правила построения топологии и справочно-табличная информация рассматриваются в отдельных лекциях.

1.2. Основные характеристики аналоговых схем.

1.2.1. Представление сигналов во временной и частотной областях. Основные характеристики устройств. Нелинейные искажения. Шумы.

Представление сигналов во временной и частотной областях.

В основе представления лежит разложение сигнала на сумму элементарных слагаемых.

Чаще всего встречается разложение на синусоиды с кратными частотами.

Периодический сигнал может быть представлен в виде дискретной суммы синусоид, т.е. разложен в ряд Фурье. Для представления апериодических сигналов используется интеграл Фурье.

Обобщённая синусоида может быть представлена в виде комплексной функции в показательной форме:

Фаза и модуль представлены одной комплексной величиной:

где модуль

фаза

Графическое изображение:

Разложение периодической функции в ряд Фурье имеет вид:

Заменяя сумму синусоид интегралом:

где

Если описывает сигнал, то– описывает спектр сигнала и называется комплексной спектральной плотностью.

Таким образом: во временной области сигнал характеризуется функцией времени , а в частотной спектром.

Пример:

P(f)

Спектральная плотность:

f

1/T

-1/T

-1/T

-1/T

Приведём некоторые понятия, характеризующие линейную аналоговую систему.

Единичная импульсная функция или дельта-функция

-равна «0» при, приобращается в, причём площадь, ограничиваемая дельта- функцией равна 1.

Свойство: амплитудный спектр –функции равен 1, т.е. значение амплитудного спектра на любой частоте равно1.

Воздействие импульса на вход системы эквивалентно воздействию бесконечного множества одинаковых по амплитуде синусоид всех возможных частот.

Реакция системы на единичную импульсную функцию - импульсная переходная функция –которая характеризует систему во временной области.

Пример R-C цепь

Передаточная функция это преобразование Фурье от импульсной переходной функции, т.е

- описывает свойства цепи в частотной области. (Если на входе синусоида с частотой , то- отношение реакции системы к входному воздействию).

В р е м е н н а я о б л а с т ь

Свёртка

Цепь с импульсно переходной функцией и входным воздействиемимеет реакцию:

которая называется свёрткой (или интегралами Дюамеля)

Обозначение

Справедливость выражения очевидна для , тогда

В произвольном случае – сумма реакций на каждый входной импульс, разложения.

Частотная область.

Если спектральная плотность входного сигнала

Передаточная функция , то не трудно показать , что

и является спектральной плотностью выходного сигнала, т.е. спектр выходного сигнала равен произведению спектра входного сигнала на передаточную функцию цепи.