一种新的广范围八阶指数近似方法，既适用于强反演模式，也适用于现场可编程门阵列

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：A New Wide-Range Eighth-Order Exponential Approximation Implemented in Both Strong Inversion Regime and Field Programmable Gate Array

提出一种第八阶修正伪泰勒指数近似（MPTEA），在模拟和数字领域验证其性能。模拟电路采用90nm MOSFET强反型特性，实现输入范围-10到10的电压偏置平方器，面积553.984μm2，实测功耗455.74μW，-3dB带宽29.1MHz，误差±0.34dB，输出范围173.3dB。数字部分基于Spartan3E FPGA实现时钟驱动可变精度生成器。两者分别适用于控制系统和计算系统。

　　

摘要

本文提出了一种新的指数函数近似方法，该方法能够支持广泛的输入和输出值范围。所提出的八阶改进伪泰勒指数近似（MPTEA）在数学上得到了证明，并在模拟和数字领域得到了实现。基于90纳米技术的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）具有强大的反相特性，这些特性被用来验证模拟实现的准确性。一个典型的电压偏置平方器电路被用来在输入范围?10 ≤ × ≤ 10内实现所提出的八阶MPTEA。MPTEA的硅面积为553.984 μm2，布局后的功耗和?3 dB带宽分别为455.74 μW和29.1 MHz，与布局前仿真结果相比分别有8.83%和7.91%的差异。所提出的MPTEA具有173.3 dB的宽输出范围，相应的误差为±0.34 dB。另一方面，使用Spartan3E现场可编程门阵列（FPGA）对所提出的MPTEA进行了数字验证；作为一种巧妙的技术，实现了一个具有可变精度的基于时钟的MPTEA生成器，并提取了其硬件特性。在数字领域，所提出的单元能够精确地模拟指数函数。所提出的MPTEA在模拟（强反相）和数字（FPGA）领域的实现都表现出各自适用的控制系统和计算系统的独特特性。