The design of Low-Voltage Low-Power Analog Integrated Circuits and their Applications in Hearing ...

157 Pages·2002·0.77 MB·English

The design of Low(cid:1)Voltage Low(cid:1)Power
Analog Integrated Circuits and their
Applications in Hearing Instruments
Wouter Serdijn

The design of Low(cid:1)Voltage Low(cid:1)Power
Analog Integrated Circuits and their
Applications in Hearing Instruments
PROEFSCHRIFT
ter verkrijging van de graad van doctor
aan de Technische Universiteit Delft(cid:1)
op gezag van de Rector Magni(cid:2)cus(cid:1)
Prof(cid:3)ir(cid:3) K(cid:3)F(cid:3) Wakker(cid:1)
in het openbaar te verdedigen ten overstaan van een commissie
aangewezen door het College van Dekanen(cid:1)
op maandag (cid:4)(cid:5) februari (cid:6)(cid:7)(cid:7)(cid:8)(cid:1) te (cid:6)(cid:9)(cid:10)(cid:11)(cid:11) uur
door
WOUTER ANTON SERDIJN
geboren te Zoetermeer
Elektrotechnisch Ingenieur
Delft University Press(cid:12)(cid:6)(cid:7)(cid:7)(cid:8)
Dit proefschrift is goedgekeurd door de Promotor(cid:1)
Prof(cid:3)dr(cid:3)ir(cid:3) J(cid:3) Davidse(cid:3)
Overige leden van de promotiecommissie(cid:10)
Prof(cid:3)dr(cid:3)ir(cid:3) C(cid:3)A(cid:3) Grimbergen
Prof(cid:3)dr(cid:3)ir(cid:3) J(cid:3)H(cid:3) Huijsing
Prof(cid:3)dr(cid:3)ir(cid:3) A(cid:3)H(cid:3)M(cid:3) van Roermund
Prof(cid:3)dr(cid:3)ir(cid:3) W(cid:3)M(cid:3)C(cid:3) Sansen
Prof(cid:3)dr(cid:3) H(cid:3) Wallinga
Dr(cid:3)ir(cid:3) A(cid:3)C(cid:3) van der Woerd
Published and distributed by(cid:10)
Delft University Press
Stevinweg (cid:6)
(cid:4)(cid:9)(cid:4)(cid:5) CN Delft
The Netherlands
Telephone (cid:13)(cid:14)(cid:6) (cid:6)(cid:15) (cid:16)(cid:5)(cid:14)(cid:4)(cid:15)(cid:8)
Fax (cid:13)(cid:14)(cid:6) (cid:6)(cid:15) (cid:16)(cid:5)(cid:6)(cid:9)(cid:9)(cid:6)
ISBN (cid:7)(cid:11)(cid:17)(cid:9)(cid:4)(cid:16)(cid:15)(cid:17)(cid:7)(cid:15)(cid:15)(cid:17)(cid:9) (cid:12) CIP
Copyright c (cid:6)(cid:7)(cid:7)(cid:8) by Wouter Serdijn
(cid:1)
All rights reserved
No part of the material protected by this copyright notice may be repro(cid:17)
duced or utilized in any form or by any means(cid:1) electronic or mechanical(cid:1)
including photocopying(cid:1) recording or by any information storage and re(cid:17)
trieval system(cid:1) without permission from the publisher(cid:10) Delft University
Press(cid:1) Stevinweg (cid:6)(cid:1) (cid:4)(cid:9)(cid:4)(cid:5) CN Delft(cid:1) the Netherlands(cid:3)
Printed in the Netherlands
A change of speed
A change of style
A change of scene
With no regrets
A chance to watch
Admire the distance
Still occupied
Though you forget
Joy Division(cid:10) New dawn fades
to Marjo

Contents
(cid:1) Introduction (cid:1)
(cid:2) Ports (cid:3)
(cid:4)(cid:3)(cid:6) Introduction (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)
(cid:4)(cid:3)(cid:4) Reducing errors (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:11)
(cid:4)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:6) Compensation (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:11)
(cid:4)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:4) Error feedforward (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:14)
(cid:4)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:14) Negative feedback (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:14)
(cid:4)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:8) Indirect negative feedback (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:16)
(cid:4)(cid:3)(cid:14) Operating in the current domain (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:4)
(cid:4)(cid:3)(cid:14)(cid:3)(cid:6) Source and load (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:4)
(cid:4)(cid:3)(cid:14)(cid:3)(cid:4) The desired topology (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:4)
(cid:4)(cid:3)(cid:14)(cid:3)(cid:14) The available technology (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:4)
(cid:4)(cid:3)(cid:14)(cid:3)(cid:8) The available power supply (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:14)
(cid:4) Modeling the bipolar transistor at low voltages and low currents (cid:2)(cid:5)
(cid:14)(cid:3)(cid:6) Introduction (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:15)
(cid:14)(cid:3)(cid:4) Large(cid:17)signal model of a bipolar transistor (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:9)
(cid:14)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:6) The transport current ICT (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:9)
(cid:14)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:4) The resistances RB(cid:1) RC and RE (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:5)
(cid:14)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:14) The junction capacitances CJE and CJC (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:5)
(cid:14)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:8) The di(cid:18)usion capacitances CDE and CDC (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:7)
(cid:14)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:15) Low(cid:17)voltage low(cid:17)power large(cid:17)signal transistor model (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:7)
(cid:14)(cid:3)(cid:14) Small(cid:17)signal model of a bipolar transistor (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:4)(cid:7)
(cid:14)(cid:3)(cid:8) Noise (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:14)(cid:6)
(cid:14)(cid:3)(cid:8)(cid:3)(cid:6) Noise sources in the bipolar transistor (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:14)(cid:6)
(cid:14)(cid:3)(cid:8)(cid:3)(cid:4) Transformation of noise sources to the input (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:14)(cid:6)
(cid:6) Negative(cid:7)Feedback Ampli(cid:8)ers (cid:4)(cid:5)
(cid:8)(cid:3)(cid:6) Introduction (cid:19)outline of the design method(cid:20) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:14)(cid:15)
(cid:8)(cid:3)(cid:4) The basic ampli(cid:2)er con(cid:2)guration and the feedback network (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:14)(cid:5)
(cid:8)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:6) Current ampli(cid:2)ers (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:14)(cid:5)
vii
(cid:8)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:4) Transconductance ampli(cid:2)ers (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:8)(cid:6)
(cid:8)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:14) Transimpedance ampli(cid:2)ers and voltage ampli(cid:2)ers (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:8)(cid:4)
(cid:8)(cid:3)(cid:14) The input stage (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:8)(cid:4)
(cid:8)(cid:3)(cid:8) The output stage (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:8)(cid:8)
(cid:8)(cid:3)(cid:15) Loop gain (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:8)(cid:8)
(cid:8)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:6) Current ampli(cid:2)ers (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:8)(cid:8)
(cid:8)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:4) Transconductance ampli(cid:2)ers (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:8)(cid:9)
(cid:8)(cid:3)(cid:9) High(cid:17)frequency behavior (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:8)(cid:16)
(cid:8)(cid:3)(cid:16) Biasing (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:15)(cid:14)
(cid:8)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:6) Four fundamental ways of biasing (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:15)(cid:8)
(cid:8)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:4) Biasing in the current domain (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:15)(cid:15)
(cid:8)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:14) Biasing a symmetrical ampli(cid:2)er with (cid:21)oating source and
(cid:21)oating load (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:15)(cid:9)
(cid:8)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:8) Biasing a symmetrical ampli(cid:2)er with (cid:21)oating source and
(cid:2)xed load (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:15)(cid:16)
(cid:8)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:15) Biasing a symmetrical ampli(cid:2)er with (cid:2)xed source and (cid:21)oat(cid:17)
ing load (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:15)(cid:5)
(cid:8)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:9) Biasing a symmetrical ampli(cid:2)er with (cid:2)xed source and (cid:2)xed
load (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:15)(cid:7)
(cid:8)(cid:3)(cid:5) An example(cid:10) a microphone preampli(cid:2)er for use in hearing instruments (cid:15)(cid:7)
(cid:8)(cid:3)(cid:5)(cid:3)(cid:6) The basic ampli(cid:2)er con(cid:2)guration (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:11)
(cid:8)(cid:3)(cid:5)(cid:3)(cid:4) The feedback network (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:11)
(cid:8)(cid:3)(cid:5)(cid:3)(cid:14) The input stage (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:6)
(cid:8)(cid:3)(cid:5)(cid:3)(cid:8) The output stage (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:4)
(cid:8)(cid:3)(cid:5)(cid:3)(cid:15) Loop gain (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:4)
(cid:8)(cid:3)(cid:5)(cid:3)(cid:9) High(cid:17)frequency behavior (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:4)
(cid:8)(cid:3)(cid:5)(cid:3)(cid:16) Biasing (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:14)
(cid:5) Automatic Gain Controls (cid:9)(cid:5)
(cid:15)(cid:3)(cid:6) Introduction (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:15)
(cid:15)(cid:3)(cid:4) AGCs with (cid:2)nite compression ratios (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:9)
(cid:15)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:6) Controlled ampli(cid:2)ers in cascade (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:16)
(cid:15)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:4) Di(cid:18)erently controlled ampli(cid:2)ers (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:5)
(cid:15)(cid:3)(cid:4)(cid:3)(cid:14) Controlled knee level (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:9)(cid:7)
(cid:15)(cid:3)(cid:14) AGCs in the current domain (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:6)
(cid:15)(cid:3)(cid:8) Controlled current ampli(cid:2)ers (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:6)
(cid:15)(cid:3)(cid:8)(cid:3)(cid:6) Four fundamental ways of controlling the gain (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:4)
(cid:15)(cid:3)(cid:8)(cid:3)(cid:4) The current(cid:17)controlled type (cid:6) symmetrical scaling current
ampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:8)
(cid:15)(cid:3)(cid:8)(cid:3)(cid:14) The current(cid:17)controlled type (cid:4) symmetrical scaling current
ampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:8)
viii
(cid:15)(cid:3)(cid:8)(cid:3)(cid:8) The voltage(cid:17)controlled type (cid:6) symmetrical scaling current
ampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:15)
(cid:15)(cid:3)(cid:8)(cid:3)(cid:15) The voltage(cid:17)controlled type (cid:4) symmetrical scaling current
ampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:9)
(cid:15)(cid:3)(cid:15) Comparators (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:9)
(cid:15)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:6) Cascade of a non(cid:17)linear one(cid:17)port and a linear two(cid:17)port (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:16)
(cid:15)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:4) Ampli(cid:2)ers with a saturated input(cid:17)output relation (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:5)
(cid:15)(cid:3)(cid:9) Voltage followers (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:5)
(cid:15)(cid:3)(cid:16) An example(cid:10) an automatic gain control for hearing instruments (cid:1) (cid:1) (cid:16)(cid:7)
(cid:15)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:6) Design of the controlled ampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:5)(cid:11)
(cid:15)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:4) Design of the comparator (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:5)(cid:6)
(cid:15)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:14) Design of the voltage follower (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:5)(cid:4)
(cid:15)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:8) Overall design (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:5)(cid:4)
(cid:15)(cid:3)(cid:16)(cid:3)(cid:15) Experiment results (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:5)(cid:8)
(cid:9) Filters (cid:10)(cid:3)
(cid:9)(cid:3)(cid:6) Introduction (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:5)(cid:16)
(cid:9)(cid:3)(cid:4) Current integrators (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:11)
(cid:9)(cid:3)(cid:14) Low(cid:17)voltage low(cid:17)power current integrators (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:6)
(cid:9)(cid:3)(cid:8) A capacitance(cid:17)transconductance ampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:14)
(cid:9)(cid:3)(cid:15) Acapacitance(cid:17)transconductance ampli(cid:2)er withenlarged voltage swing (cid:7)(cid:15)
(cid:9)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:6) Dynamic range (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:15)
(cid:9)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:4) In(cid:21)uence of the output impedance of the voltage ampli(cid:2)er
on the transfer function (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:9)
(cid:9)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:14) The voltage ampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:16)
(cid:9)(cid:3)(cid:9) An example(cid:10) a low(cid:17)voltage low(cid:17)power current(cid:17)mode highpass leap(cid:17)
frog (cid:2)lter (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:5)
(cid:9)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:6) Introduction (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:5)
(cid:9)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:4) A (cid:2)rst approach (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:5)
(cid:9)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:14) The integrator blocks (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:7)(cid:7)
(cid:9)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:8) The complete (cid:2)lter (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:11)(cid:6)
(cid:9)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:15) Semicustom realization (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:11)(cid:14)
(cid:9)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:9) Measurements (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:11)(cid:14)
(cid:3) A universally applicable analog integrated circuit for hearing in(cid:7)
struments (cid:1)(cid:11)(cid:12)
(cid:16)(cid:3)(cid:6) Introduction (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:11)(cid:7)
(cid:16)(cid:3)(cid:4) A universally applicable analog integrated circuit for hearing instru(cid:17)
ments (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:6)(cid:11)
(cid:16)(cid:3)(cid:14) Speci(cid:2)cations (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:6)(cid:6)
(cid:16)(cid:3)(cid:14)(cid:3)(cid:6) General parameters (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:6)(cid:4)
ix
(cid:16)(cid:3)(cid:14)(cid:3)(cid:4) Audio parameters (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:6)(cid:4)
(cid:16)(cid:3)(cid:8) A compression(cid:12)expansion system (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:6)(cid:8)
(cid:16)(cid:3)(cid:15) The (cid:2)lters (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:6)(cid:15)
(cid:16)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:6) The two (cid:2)rst(cid:17)order highpass (cid:2)lters (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:6)(cid:9)
(cid:16)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:4) The second(cid:17)order lowpass (cid:2)lter (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:6)(cid:5)
(cid:16)(cid:3)(cid:15)(cid:3)(cid:14) The o(cid:18)set (cid:2)lter (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:4)(cid:4)
(cid:16)(cid:3)(cid:9) The controlled microphone preampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:4)(cid:9)
(cid:16)(cid:3)(cid:16) The envelope processor (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:14)(cid:11)
(cid:16)(cid:3)(cid:5) The expander (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:14)(cid:14)
(cid:16)(cid:3)(cid:7) The pickup(cid:17)coil preampli(cid:2)er (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:14)(cid:8)
(cid:16)(cid:3)(cid:6)(cid:11) Semicustom realization of the front(cid:17)end (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:14)(cid:9)
(cid:16)(cid:3)(cid:6)(cid:11)(cid:3)(cid:6) General parameters (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:14)(cid:16)
(cid:16)(cid:3)(cid:6)(cid:11)(cid:3)(cid:4) Audio parameters (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:14)(cid:16)
(cid:16)(cid:3)(cid:6)(cid:6) Fullcustom realization of the front(cid:17)end (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:1) (cid:6)(cid:8)(cid:11)
(cid:10) Summary and conclusions (cid:1)(cid:6)(cid:1)
x