光通信用宽动态范围10 Gb/s CMOS跨阻前置放大器

采用UMC 0.13 μm CMOS工艺,设计了一种应用于SDH系统STM-64(10 Gb/s)光接收机前置放大器.该前置放大器采用具有低输入阻抗特点的RGC形式的跨阻放大器实现.同时,引入消直流电路来扩大输入信号的动态范围.后仿真结果表明:双端输出时中频跨阻增益约为57.6 dBΩ,-3 dB带宽为10.7 GHz,平均等效输入噪声电流谱密度为18.76 pA/sqrt(Hz),1.2V单电压源下功耗为21 mW,输入信号动态范围40 dB(10 μA～1 mA).芯片面积为0.462 mm×0.566 mm.     

新型电容式MEMS加速度计数字接口电路设计

MEMS加速度计接口电路主要采用传统sigma-delta架构实现,但这种方式中的电路失调电压很容易产生积分饱和现象．为解决这个问题,本文设计了一种可以用于钻井、石油勘探等微弱信号检测的新型数字电容接口电路．该设计在电容式MEMS加速度传感器基础上,采用FPGA实现数字三阶环路滤波器,构成5阶sigma-delta系统．采用数字环路滤波器降低了ASIC模拟电路版图设计与芯片测试难度,利于快速优化环路滤波器设计参数,改善系统稳定性和优化系统噪声性能．前置放大器采用一种相对简单的相关双采样技术,能够有效减小前置放大器的失调电压．根据MEMS加速度计前置放大器输出信号符合正态分布的特点,设计了带有一定预测功能的8-bit瞬时浮点ADC,实现模拟与数字环路滤波器互联．在200Hz带宽内,该接口电路系统噪声基底达到53．09ng／rt（Hz）,满足系统噪声设计要求．前置放大器与ADC采用XFAB XH018混合信号CMOS工艺流片,开环测试表明,前置放大器的灵敏度和噪声分别为0．69V／pF和3．20μV／rt（Hz）．     

晶体管六声道前置放大器

面对SACD和DVD—Audio多声道高质量音源的发展，便有了多声道前置放大器的需求。众所周知，用于高保真音响系统的前置放大器有两个基本特征，一是半导体电路的电源电压相当高，二是输出晶体管可给出的电流足够大。本文介绍的前置放大器的电源电压高达60V，其晶体管可给出的电流为15mA。该前置放大器的输出信号电压为25VPP，谐波失真小于1％，即在20Hz～20kHz范围内输出信号电压为1Veff，谐波失真小于0．01%。     

采用Maxim专有的D类和H类放大器技术的音频子系统

Maxim Integrated Products推出MAX97000／MAX97001／MAX97002系列单声道音频子系统。该系列器件集成了带限幅器的高效率D类单声道扬声器放大器、Direct DriveⅡH类立体声耳机放大器以及噪声极低的模拟旁路开关。Maxim的Direet DriveⅡ技术采用一个双模式内部电荷泵,在信号电平较低时输出±0．9V电压．仅在需要较大输出功率时切换至±1．8V电压输出。这种创新的架构大大降低了功耗,并避免了其它H类架构中存在的信号不连续问题。     

晶体管六声道前置放大器

面对SACD和DVD-Audi o多声道高质量音源的发展,便有了多声道前置放大器的需求。众所周知,用于高保真音响系统的前置放大器有两个基本特征,一是半导体电路的电源电压相当高,二是输出晶体管可给出的电流足够大。本文介绍的前置放大器的电源电压高达60V,其晶体管可给出的电流为15mA。该前置放大器的输出信号电压为25Vpp,谐波失真小于1%,即在20Hz～20kHz范围内输出信号电压为1Vef f,谐波失真小于0.01%。一、原理图1为前置放大器原理图。六个声道中的每个声道均由一个包含三个晶体管的组件构成。场效应管T1(BF245C)的偏压由偏置电路R1和R…     

应用于10Gb/s光接收机的全差分CMOS跨阻前置电路设计

设计了一种的低成本、低功耗的10 Gb/s光接收机全差跨阻前置放大电路。该电路由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成,其可将微弱的光电流信号转换为摆幅为400 mVpp的差分电压信号。该全差分前置放大电路采用0.18 m CMOS工艺进行设计,当光电二极管电容为250 fF时,该光接收机前置放大电路的跨阻增益为92 dB,-3 dB带宽为7.9 GHz,平均等效输入噪声电流谱密度约为23 pA/(0~8 GHz)。该电路采用电源电压为1.8 V时,跨阻放大器功耗为28 mW,限幅放大器功耗为80 mW,输出缓冲器功耗为40 mW,其芯片面积为800 m1 700 m。     

0.35μm CMOS 2.5Gb/s宽动态范围前置放大器设计

采用Chartered 0.35μm CMOS工艺设计了一种适用于光纤传输系统STM-16(2.5Gb/s)速率级的低功耗、宽动态范围的前置放大器.该前置放大器采用RGC(Regulated Cascode)结构作为输入级,同时引入消直流电路来提高光电流的过载能力.仿真结果表明,前置放大器的跨阻增益为57.0dBΩ,-3dB带宽为2.003GHz;当误码率BER为10~(-12)时,输入灵敏度为-23.0dBm,过载光电流达到800 μ A.3.3V单电源供电时,功耗仅为59.43mW.芯片面积为465 μm × 435 μm.     

一种低噪声精密运算放大器

基于40 V标准双极工艺,设计了一种低噪声精密运算放大器电路。该电路主要用于高精度、高分辨率系统。介绍了运算放大器总体架构以及工作原理,对低噪声精密运算放大器设计关键技术,如输入偏置电流降低、频率稳定性补偿、输入失调电压降低等,进行了分析。利用Spectre软件进行了仿真,并进行了流片验证。对芯片进行了实际测试,结果显示,在±15 V工作电压条件下,该放大器的输入偏置电流为2 nA,输入失调电压为10 μV,大信号电压增益为132 dB,共模抑制比为135 dB,电源抑制比130 dB。电路满足高精度、高分辨率、低噪声等各种场合的应用需求。     

基于计算机声卡的双相数字锁定放大器系统

锁定放大器是一种微弱信号检测设备,被广泛应用于化学、生物医学等领域。然而,现有锁定放大器存在体积大、价格昂贵以及定制化难度大的问题。为了解决以上问题,提出了一种基于计算机声卡的双相数字锁定放大器系统。该双相数字锁定放大器由计算机声卡、前置低噪声放大器与基于MATLAB GUI的软件算法构成,只保留前置低噪声放大器模拟电路,其余算法均采用软件实现,能够减小系统体积,降低成本,并可以通过MATLAB快速实现定制化。实验表明当积分时间为2 s时,该双相锁定放大器测量低频(100 Hz～10 k Hz)、低信噪比(>-18.9 d B)正余弦信号幅度的相对误差小于4.6%。     

一种适用于心电信号检测的斩波前置放大器

提出一种适合心电信号检测的低压、低功耗、低噪声、高共模抑制比的差分差值斩波前置放大器,包括偏置电路、主放大电路和时钟产生电路,其中,时钟产生电路包括张弛振荡器和两相非交叠时钟产生电路。该放大器采用斩波技术减小了低频1/f噪声,采用差分差值输入、交叉耦合结构增加了共模抑制比,采用T型电容反馈减小了芯片面积,优化了放大器性能。芯片采用SMIC 0.18 μm 1P6M CMOS工艺设计,使用PSS,PAC,PNOISE进行仿真分析。结果表明,放大器在1.8 V电源电压下,静态电流为35 μA,闭环增益为40.6 dB,共模抑制比为115 dB,输入等效噪声仅为950 nV(rms)(0.01~100 Hz),适用于心电信号检测领域。     

一种新型低噪声麦克风前置放大器的设计

传声器集成电路将接收到的麦克风声音信号转换成电流信号,再由前置放大器放大成电压信号。通常,当声音信号很微弱时,放大器放大声音信号时也放大了噪声,造成被放大的声音信号的信噪比很低。对两种电路进行了仿真试验,比较了Claus前置放大器和Eduard CMOS前置放大器的噪声特点。采用0.18μm CMOS工艺进行仿真,分析了电路的噪声频谱密度,提出了一种改进型CMOS前置放大器,有效地改善了前置放大器的信噪比。     

A 540-μW digital pre-amplifier with 88-dB dynamic range for electret microphones

We design a digital pre-amplifier which can be directly connected to an electret microphone. The amplifier can convert analog signals into digital signals, has a wide voltage swing and low power consumption, as is required in portable applications. Measurement results show that the dynamic range of the digital pre-amplifier reaches 88 dB, the equivalent input referred noise is 5 μVrms, the typical power consumption is 540 μW, and in standby mode the current does not exceed 10 μA. Compared with an analog microphone, an electret microphone with digital pre-amplifier offers a better SNR, higher integration, lower power consumption, and higher immunity to system noise.     

用于脑电信号记录的低噪声低功耗放大器

为了满足脑电信号(EEG)记录阵列的应用需求,设计了一种全差分的低噪声、低功耗放大器电路.该电路利用亚阈值区晶体管作为伪电阻,与输入电容和反馈电容形成高通通路,有效抑制了输入信号的直流失调电压,无需片外隔直电容,实现了电路的全集成.放大器中的跨导放大器(OTA)采用亚阈值晶体管进行设计,实现了较大的输出摆幅、良好的功耗和噪声性能.放大器电路采用SMIC 130 nm 1P8M混合信号工艺实现,芯片面积0.6 mm2.测试结果表明,在电源电压0.6V时,放大器可处理信号带宽为10 Hz～7 kHz,等效输入噪声的均方根值为3.976 μV,噪声有效因子为3.658,总功耗仅为2.4 μW.     

一种用于MEMS麦克风的信号采集电路

设计了一款用于MEMS麦克风的模数转换接口电路。该电路包含一个前置放大器和一个四阶Delta-Sigma调制器。前置放大器包括一个pMOS输入的源级跟随器和一个仪表放大器。放大器设计中采用了斩波稳定技术消除低频闪烁噪声。Delta-Sigma调制器采用了带有前馈支路的四阶结构,其优点在于低积分器摆幅,可以降低积分器中放大器的非线性增益对电路性能的影响。该电路采用0.18μm CMOS工艺制作,电源电压为1.65μV。测试结果表明,电路可以达到80 dB的动态范围和73.4 dB的峰值信号对噪声加谐波比。电路的耗散电流为1 500μA,占用的芯片面积为0.48 mm2。     

2.5W低噪声CMOSD类音频功放设计

提出了一种基于0.5μm5VCMOS工艺的低噪声PWM调制D类音频功率放大器。该放大器在5V电源电压下以全桥方式可以驱动4Ω负载输出2.5W功率;转换效率等于87%,信噪比达94dB(负载8Ω,输出功率1W);THD+N仅0.05%(负载4Ω,输出功率1W);PSRR为68dB(频率1kHz)。分析了整体电路结构及其线性化模型,并着重介绍了高性能前置斩波稳定运算放大器(开环增益117dB,等效输入噪声16μV.Hz-1/2),线性三角波振荡电路(斜率偏差仅±0.2%)和功率器件、驱动电路的设计。最后给出了D类放大器的测试结果。     

基于生物应用的低截止频率5阶Gm-C低通滤波器

设计了一款基于生物应用的截止频率为38.49 Hz的5阶跨导电容(Gm-C)低通滤波器.首先利用电流互抵技术设计实现了一款低Gm的运算跨导放大器(OTA),并基于此OTA,采用无源电感电容(LC)网络模拟法设计了一款5阶椭圆滤波器.最后基于华虹宏力0.35 μmCD350 60 V/80 V工艺应用Spectre仿真工具对滤波器进行仿真.结果表明,所设计的低通滤波器可以实现非常陡峭的过渡带,并在50 Hz工频信号处衰减达-43.812 dB;阻带衰减为-33.18 dB;通带内平均噪声为352.0 μV·Hz-1/2;总谐波失真为-56.24 dB;3.3 V电源电压下,5阶滤波器总功耗仅为11.73 μW.所设计的滤波器可以有效采集频率极低的生物信号并且滤除干扰信号.芯片面积为1 200 μm×728.μm.     

一种双频激光干涉信号探测器的设计

为了获取高精密双频激光干涉测量中的干涉信号,完成了一种新的光电探测器电路设计。该探测器利用AD645设计了精密低噪声光电转换前置放大器,保证微弱干涉光信号的有效接收;增益可调的主放大器设计保证输出信号足够的动态范围,适应不同类型的干涉信号处理电路,双二次型带通滤波器有效抑制了噪声与温漂。结果表明,研制的光电探测器能完成微弱干涉信号的接收处理,信噪比高、频率稳定、结构简单易实现,可应用于高精密比相计等激光干涉仪信号处理装置。     

一种用于水听器电压检测的模拟前端电路

提出了一种用于水听器电压检测的模拟前端电路,包括低噪声低失调斩波运算放大器,跨导电容(gm-C)低通滤波器,增益放大器三部分主体电路;低噪声低失调斩波运算放大器用于提取水听器前端传感器输出的微弱电压信号;gm-C低通滤波器用于滤除电压信号频率外的高频噪声和高次谐波;最后经过增益放大器放大至后级模数转换器的输入电压范围,输出数字码流;芯片采用台积电(TSMC)0.18μm单层多晶硅六层金属(1P6M)CMOS工艺实现。测试结果表明,在电源电压1.8 V,输入信号25 kHz和200 kHz时钟频率下,斩波运放输入等效失调电压小于110μV;整体电路输出信号动态范围达到80 dB,功耗5.1 mW,满足水听器的检测要求。     

基于半导体光放大器临界激射状态的同相波长转换

基于半导体光放大器处于放大和激射之间的临界状态 ,实现了同相波长转换 ,转换后光信号与泵浦光信号有相同的比特系列 .运用放大器中存在的自发辐射光子诱发的受激辐射和入射信号光子诱发的受激辐射之间的竞争很好地解释了实验结果 .结果表明 ,此种波长转换结构简单、输出消光比不退化     

基于半导体光放大器临界激射状态的同相波长转换

基于半导体光放大器处于放大和激射之间的临界状态,实现了同相波长转换,转换后光信号与泵浦光信号有相同的比特系列.运用放大器中存在的自发辐射光子诱发的受激辐射和入射信号光子诱发的受激辐射之间的竞争很好地解释了实验结果.结果表明,此种波长转换结构简单、输出消光比不退化.