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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中开关电容电路与电荷域计算技术.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中开关电容电路与电荷域计算技术
——从电压域到电荷域的模拟计算精度提升方案
引言
在存算一体芯片的模拟计算中，传统的电压域和电流域计算面临精度受限的问题——电压域受限于电源噪声，电流域受限于电流镜的匹配精度。开关电容电路利用电容的电荷存储和转移特性，在电荷域执行计算操作，具有精度高、与CMOS工艺兼容性好、功耗低等优势。在存算一体芯片中，开关电容电路可以用于MAC计算、ADC和DAC等核心模块。本文系统分析面向存算一体芯片的模拟计算阵列中开关电容电路与电荷域计算技术。
开关电容电路的基本原理
开关电容电阻
开关电容电路的基本单元是开关电容电阻：
1. 工作原理：在时钟信号的控制下，电容在输入端充电，在输出端放电，等效电阻为R = 1/(f×C)，其中f为时钟频率，C为电容值。
2. 等效电阻精度：开关电容电阻的精度由时钟频率和电容值的精度决定，时钟频率精度优于1%，电容匹配精度优于0.1%。
3. 可调电阻：通过调节时钟频率，实现可调电阻，时钟频率可调范围从1kHz至100MHz。
开关电容积分器
开关电容积分器是电荷域计算的核心电路：
1. 工作原理：在时钟信号的控制下，输入电容在输入端充电，将电荷转移到积分电容，实现积分操作。
2. 积分精度：开关电容积分器的精度由电容匹配精度决定，典型精度为0.1%至1%。
3. 噪声特性：开关电容积分器的噪声由开关的热噪声和运放的噪声决定，采用相关双采样技术降低低频噪声。
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