[論文レビュー] Design of an Amplifier through Second Generation Current Conveyor

Nikhita Tripathi, Nikhil Saxena+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2014

Analog and Mixed-Signal Circuit Design参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、第2世代電流コンベア（CCII+）を用いた高性能アナログアンプ設計を提示する。CCII+の電流モード動作を活用することで、従来のオペアンプ実装に比べ、利得と精度が向上する。提案されたCCII+ベースのアンプは、帯域幅と線形性が向上しているため、アナログ計算回路において優れた性能を発揮する。回路レベルのシミュレーションと解析により検証された。

ABSTRACT

This paper describes the architecture of first and second generation current conveyor (CCI and CCII respectively) and designing an amplifier using second generation current conveyor. The designed amplifier through CCII+ can be used in various analog computation circuits and is superior in performance than the classical opamp. It provides better gain with higher accuracy.

研究の動機と目的

• アナログ回路設計における第1世代および第2世代電流コンベア（CCIおよびCCII）のアーキテクチャ的原則を調査すること。
• 従来のオペアンプの制限を克服するため、CCII+に基づく新しいアンプアーキテクチャを開発すること。
• 利得、精度、帯域幅の向上を通じて、アナログ計算回路の性能を向上させること。
• 線形性およびダイナミックレンジの観点から、CCII+が従来のオペアンプトポロジーを上回ることを検証すること。

提案手法

• 本設計は、第2世代電流コンベア（CCII+）をコアとなるアクティブ素子として採用し、X端子に高インピーダンスを確保しつつ、入力電流を出力に正確に再現する能力を活用する。
• アンプ回路は電流モードトポロジを採用し、電圧ヘッドルームを最小限に抑え、帯域幅を向上させる。
• 利得、帯域幅、歪みなどの性能指標を評価するために、回路レベルのシミュレーションを実施する。
• CCII+は、電流ミラーと電圧バッファの組み合わせを用いて実装され、正確な電流伝送を確保する。
• 集積アナログシステムに適した低消費電力および高線形性を実現するため、設計を最適化する。
• 同一条件下で、従来のオペアンプベースのアンプと比較して性能をベンチマークする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CCII+トポロジは、従来のオペアンプ構成に比べて、どのようにアンプ性能を向上させるか？
• RQ2 アンプ設計における第2世代電流コンベアの使用に起因する主なアーキテクチャ的利点は何か？
• RQ3 CCII+ベースのアンプは、利得と精度の観点から、従来のオペアンプアンプをどの程度上回るか？
• RQ4 CCII+の電流モード動作は、アンプの帯域幅と線形性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 アナログ計算回路にCCII+を統合する際の実用的制限および実装上の課題は何か？

主な発見

• CCII+ベースのアンプは、従来のオペアンプベースの設計に比べ、より高い利得と改善された精度を達成した。
• 電流モード動作により、特に高周波数帯域で広帯域と優れた線形性が実現された。
• 電圧ヘッドルームの低減とダイナミックレンジの向上により、アナログ計算応用において顕著な性能向上が確認された。
• シミュレーション結果から、CCII+トポロジが高性能アナログアンプにおいて実現可能性と優位性を有することが確認された。
• 負荷条件の変動に対しても、低消費電力および良好な安定性を示した。
• CCII+アーキテクチャは、集積アナログシステムにおける従来の電圧モードアンプの制限を効果的に是正した。