[论文解读] Processing of Communication Signal Using Operational Transconductance Amplifier

Arabinda Roy, Kasturi Ghosh+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2010

Analog and Mixed-Signal Circuit Design参考文献 6被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于运算跨导放大器（OTAs）的通信系统信号处理方法，展示了脉冲编码调制和数据压缩中增量调制器与压扩电路的实现。这些电路在3.5V电压下运行，通过SPICE仿真得到验证，显示出在数字通信系统中有效的模数转换和动态范围压缩能力。

ABSTRACT

This paper proposes a signal processing methodology of communication system and realized that circuits using operational transconductance amplifier (OTA). Two important classes of communication circuit, delta modulator and compander have been designed using that procedure. In the first implementation coded pulse modulation system is demonstrated which employ sampling, quantizing and coding to convert analog waveforms to digital signals while the second gives data compression and expansion in digital communication system. The proposed compander circuit is realized with operational transconductance amplifier and diode. Required power supply to operate the circuit is 3.5V. Performance of the circuits realized with OTAs has been demonstrated through SPICE simulation.

研究动机与目标

• 开发一种基于运算跨导放大器（OTAs）的低电压、低功耗通信系统信号处理方法。
• 设计并实现一种用于脉冲编码调制系统中模数转换的增量调制器。
• 实现一种用于数字通信系统中动态范围压缩与扩展的压扩电路。
• 在3.5V电源供电条件下，通过SPICE仿真验证电路性能。
• 证明基于OTA的模拟信号处理在高效通信系统设计中的可行性。

提出的方法

• 通过OTA与反馈回路实现增量调制器，基于增量变化将模拟输入编码为1位数字流。
• 利用OTA与二极管实现压扩电路，对输入信号幅度进行对数压缩。
• 采用3.5V电源供电，确保低电压运行，适用于便携式通信设备。
• 信号处理链包括采样、量化与编码，适用于增量调制器；压扩电路则负责信号压缩与扩展。
• 采用SPICE仿真评估两种电路在标准工作条件下的性能。
• 基于OTA的设计实现了高跨导增益与改善的线性度，从而实现精确的信号表示。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于OTA的电路能否有效实现通信系统中用于模数转换的增量调制？
• RQ2 基于OTA与二极管的压扩电路在压缩与扩展动态范围方面表现如何？
• RQ3 基于OTA的信号处理电路在低至3.5V电源电压下的性能如何？
• RQ4 SPICE仿真在多大程度上能够验证基于OTA的通信电路的功能性与稳定性？
• RQ5 基于OTA的设计能否在实际数字通信应用中实现足够的线性度与精度？

主要发现

• 增量调制器成功通过增量编码将模拟波形转换为1位数字流，适用于带宽高效的传输。
• 压扩电路利用OTA与二极管实现了有效的动态范围压缩，提升了数字系统中的数据压缩效率。
• 两套电路均在3.5V电源下稳定运行，证明了其适用于便携式通信设备的低电压兼容性。
• SPICE仿真确认了增量调制器与压扩电路均具有稳定运行与精确信号处理的能力。
• 基于OTA的设计提供了足够的跨导与线性度，适用于通信信号处理的实际实现。
• 结果支持将OTAs作为核心构建模块，用于低功耗、高效率通信信号处理电路的设计。