电流模式电路由于具有速度快、频带宽、功耗低以及动态范围大等传统电压模式电路不具备的优势,在过去几十年获得了蓬勃的发展。电流差分跨导放大器(CDTA)是一个电流输入、电流输出器件,相比运算跨导放大器(OTA)及第二代电流传输器(CCII),它是一个真正意义上的电流模式器件,并且CDTA还具有输入端虚接地,理想输入电阻和寄生电阻都为0,带宽较大等优点,因此它被广泛地应用于电流模式滤波器、振荡器以及各种模拟信号处理电路。可重构模拟阵列(FPAA)可以通过可编程开关组的断开与导通改变自身结构,从而改变电路功能,能满足自适应复杂环境的需求,在工业、航天、医疗等领域有着广泛的应用前景。而采用CDTA实现的FPAA具有较宽的带宽和较高的工作频率,并且还具有传输损耗小,不产生输出信号失真等特点,是一种性能良好的FPAA。本文主要研究了基于CDTA的蝴蝶形FPAA,重点研究了基于CDTA并且可由蝴蝶形FPAA生成的滤波器和振荡器等电路,其主要创新工作可概括如下:(1)提出了一个基于CDTA的蝴蝶形结构FPAA。本文首先设计了一个低电压、低功耗、跨导线性可调的NMOS-CDTA,在此NMOS-CDTA的基础上,设计了一个新型的可重构模块(CAB),并利用此CAB搭建了一个蝴蝶形的FPAA。为了减少FPAA中使用的CAB数目,本文提出的FPAA采用了蝴蝶形结构,此蝴蝶形FPAA仅由六个通过垂直输入线和水平输出线纵横交织的网状线连接在一起的CAB构成。网状连接线中的每一个节点都可以通过一个可编程开关来控制此节点的导通或截止。提出的蝴蝶形FPAA采用Charted 0.18μm CMOS工艺进行了流片验证,测试结果表明所设计的FPAA能够通过可编程的方式生成六阶低通滤波器、二阶电流模式通用滤波器、二阶电流模式正交振荡器、电流模式多相位振荡器以及电流模式乘法器等5种常用的模拟电路功能,其中六阶低通滤波器带宽达200MHz,二阶电流模式正交振荡器振荡频率达76MHz,电流模式多相位振荡器振荡频率达11.7MHz。(2)提出了一个基于CDTA的电流模式单输入多输出二阶滤波器和一个基于CDTA的电流模式多输入单输出二阶滤波器。这两个滤波器都可以由蝴蝶形PFAA生成,并且这两个滤波器都含有较少的有源和无源器件,都能够实现低通、高通、带通、带阻以及全通等5种基本的滤波功能,每个滤波器的特征参数ωo和Q都可以实现正交可调谐。本文提出的两个滤波器都采用了Charted 0.35μm CMOS工艺进行了Pspice仿真验证,仿真结果表明本文提出的两个滤波器的工作频率分别为6MHz和10MHz,每个滤波器都只采用了2个CDTA和2个接地电容,并且都能够实现5种常用的滤波功能。(3)提出了多个基于CDTA的电流模式二阶正交振荡器以及三阶正交振荡器。这些正交振荡器都能够由蝴蝶形结构PFAA生成,并且结构都非常简单,仅由有源CDTA以及无源接地电容构成。本文提出的二阶和三阶振荡器都采用了Charted 0.18μm CMOS工艺进行了Cadence仿真验证,仿真结果表明所提出的二阶可调谐振荡器振荡频率可达210MHz;两个三阶正交振荡器的频率调谐范围分别可达145.14MHz和63.68MHz,所提出的两个三阶正交振荡器可以实现性能良好的输出频率可变振荡器(VFO)。(4)本文在现有CDTA的基础上进行了简化,设计了一个结构更加简单的并且满足CDTA端口特性的放大器,并利用此简化的CDTA设计了一个能够提供六相位或者八相位的可编程多相位射频振荡器,进一步将CDTA的振荡器设计理论延伸到了高频振荡器的设计。后仿真结果表明,可编程多相位射频振荡器的供电电压仅为1V,六相位振荡器的振荡频率可达1.45GHz,频率可以从788.5 MHz变化到2.506 GHz,调谐范围达到1.7GHz;八相位振荡器的振荡频率可达1GHz,输出频率可以从558.9 MHz变化到1.512 GHz,调谐范围达到0.95GHz。同时,本文还根据电流差分跨导放大器在信号处理领域的应用,设计了一个应用于2.4GHz Industrial Scientific Medical(ISM)频段的基于放大器的乘法器,该乘法器的供电电压仅为0.8V,功耗仅为1.05m W,转换增益达13d Bm,具有低电压低功耗以及高增益等优势。