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Übliche Mixed-Signal-Schaltungen beinhalten zwar digitale und analoge Schaltungselemente, aber trotzdem bleiben die Schaltungen meist entweder in der digitalen oder der analogen Welt. Es überwiegt der digitale oder der analoge Schaltungsteil oder es findet eine Trennung durch D/A- und A/D-Umsetzer statt. Diese Arbeit führt Digital Kontrollierte Analoge Schaltungen als Untergruppe von Mixed-Signal-Schaltungen ein. Bei Digital Kontrollierten Analogen Schaltungen kommt es zur Gleichstellung zwischen dem Analog-, und Digitalteil. Der Digitalteil übernimmt die Aufgabe, in Kernbereiche des Analogteils einzugreifen und dort komplexe Abläufe zu steuern. Beide Teile werden gemeinsam entworfen und sie funktionieren nur in enger Verbindung miteinander. Dazu ist es nötig, die Entwurfsmethoden der digitalen und analogen Schaltungen zu kennen. Es wird eine Systematik in die Komponenten und Größen eingeführt, die im Analogteil geschaltet werden, also von einem Digitalteil beeinflusst werden können. Es wird der Fehler durch Ladungsinjektion und Taktdurchgriff bei verschiedenen Schaltertypen dargestellt. Die Anforderungen an einen Digitalteil zur Steuerung eines Analogteils werden bestimmt. Die enge Verbindung zwischen Digital- und Analogteil bei Digital Kontrollierten Analogen Schaltungen erlaubt neue Schaltungstechniken. Mit dieser Schaltungsart lassen sich Schaltungen zur automatischen Beseitigung von prozessbedingten Einschränkungen im Analogteil oder Schaltungen mit komplexen zu kontrollierenden Abläufen im Analogteil realisieren. Der Entwurf von Low-Voltage-Schaltungen ist leichter möglich, weil Funktionen des Analogteils, der insbesondere für niedrige Versorgungsspannungen schwieriger zu entwickeln ist, in den Digitalteil verlagert werden können. Der Entwurf des Digitalteils ist für niedrige Spannungen weniger schwierig. Die Implementierung einer Digital Kontrollierten Analogen Schaltung wird erfolgreich anhand eines Chips in einer 0.8µm CMOS Technologie zur telemetrischen Messung des frequenzabhängigen Gewebewiderstandes von transplantierten Nieren vorgestellt. Es werden eine Schaltung zur Erzeugung einer stückweise linearen Sinus-Funktion mit nur vier Ausgangstransistoren und eine Schaltung zur Erzeugung einer stufenförmigen Sinus-Funktion mit sechzehn Ausgangstransistoren entworfen, vermessen und qualifiziert. Beide Schaltungen sind in Low-Voltage- (2V) und Low-Power-Schaltungen (62 µA bzw. 31 µA) einsetzbar, wie dies bei einer Telemetrie nötig ist. Ihre Nichtlinearität (1.6%) ist ausreichend für die Gewebewiderstandsmessung. Common mixed-signal circuits consist of digital and analog components, but nevertheless these circuits stay in the digital or analog world. Either the digital or analog part are bigger than the other. Digital and analog parts are divided by D/A or A/D converter. This work introduces into the subgroup of mixed-signal circuits: the Digitally Controlled Analog Circuits. Both parts are combined very close. The digital part interferes in the main analog part and controls complex analog processes. Both parts are developed together. It it necessary to know the design methods of digital and analog circuits. Systematics of switchable components in analog is introduced. Charge injection and clock-feed-through of different switch types is examined. Requirements to digital part for controlling the analog part are defined. The close connection between digital and analog part allows new circuit technics. Automatic digital control overcomes the limits by process variation in the analog part. Design of low voltage analog circuits is improved, because analog functionality can be shifted into the digital part. Design of digital circuits for low voltages is less difficult. A Digitally Controlled Analog Circuits is implemented with an ASIC in 0.8µm CMOS technology for telemetry of frequency depended tissue resitance of transplanted kidneys. A generator for piecewise linear sine function with four output transistors and a generator for stepwise sine function with sixteen output transistors is presented. Both circuits are designed for low voltage (2V) and low power (62µA respectively 31µA). The nonlinearity (1.6%) is sufficient for tissue impedance measurements. |
