18、单端口实现与电子元件集成技术解析

单端口实现与电子元件集成技术解析

在电子电路领域，单端口的实现对于构建高阶滤波器至关重要。同时，电阻、电容、电感等无源元件是每个电子子系统不可或缺的一部分。在典型的电子电路板中，80%的元件为无源元件，占据了50%的PCB面积，并需要25%的焊点。因此，出于技术和经济原因，使用标准数字CMOS工艺集成模拟滤波器变得十分有意义，特别是在同一芯片上同时使用集成模拟电路和数字电路，可将完整的信号处理系统集成在单个芯片中。然而，廉价的数字CMOS工艺并不适合实现模拟电路，通常需要使用具有多晶硅层的特殊工艺来实现优质的电阻和电容。

1. 集成电阻

集成电阻主要有两种实现方式：
- 多晶电阻 ：基于多晶硅的电阻只能实现较小的电阻值，因为它们需要较大的芯片面积。多晶硅层通常简称为多晶层。例如，一个10 kΩ电阻的多晶层布局通常采用曲折形式，以获得更接近方形的形状。为减少边缘效应，常使用相邻的虚拟电阻等特殊布局技术。
- 集成电阻的有源实现
- 接地电阻 ：可以用跨导器实现接地电阻。对于该电路，有(I_1 = g_mV_{in})且(I = I_1)，可得(R = \frac{V_{in}}{I} = \frac{1}{g_m})。
- 浮动电阻 ：一般的浮动电阻(R = \frac{1}{2g_m})可通过两个相同的跨导器实现；由电压源驱动的浮动电阻可通过单个跨导器实现，该电路可用于模拟双电阻端接LC滤波器中与信号源串联的电阻。还有一种使用电流传送器实现（负/正）电阻的电路，通过一系列推导可得(\frac{V_{in}}{I