全定制心电采集的模拟集成电路设计

设计和实现了一种应用于健康监测设备的采集心电信号的模拟集成电路(IC)。该电路系统包括集成了右腿驱动电路的仪表放大器,二阶有源低通滤波器,第二级放大电路,高电源抑制比(PSRR)的低压差线性稳压电源(LDO)以及导联脱落检测电路。与其他已有的方案相比,该全定制模拟集成电路系统集成了工业级应用所需要的全部功能,并且表现出更好的共模抑制和电源抑制性能。芯片采用SMIC0.18μmCMOS工艺流片,且已完成测试,通过电极成功采集到人体心电信号。测试结果表明,该模拟IC实现了在0.5~100Hz带宽内51dB的增益,系统的共模抑制比和电源抑制比为75dB和90dB。在2.9V~5.5V电源电压下正常工作时,芯片消耗190μA的电流。     

基于自适应和相关检测的两级时延估计算法

简要本文提出了一种新的两级时延估计方法,采用自适应时延估计与相关检测相结合,在最小均方误差准则下（LMS）通过对FIR滤波器参数的迭代,峰值检测得到时延的整数值,再通过相关检测得到时延估计的小数值。通过对算法原理的推导,给出了时延估计的整数值和小数值的理论依据,并给出了算法具体实现过程。实验结果和分析表明,在非平稳噪音和信噪比大干6dB情况下,时延估计的准确度可以达到95％以上,运算复杂度显著降低。     

基于电流补偿的低电源噪声PWM振荡器设计

基于CSMC 0.18 μm工艺,介绍了一种应用于LED驱动芯片内部的PWM振荡器电路.采用双低压线性稳压器(LDO)结构,针对传统PWM振荡器高频振荡时因内部时延造成输出占空比偏差严重的问题,通过电流双向补偿技术,在保持电路振荡频率不变的情况下,消除了内部时延对输出占空比的影响;利用高PSRR带隙基准为电路提供基准电压,抑制电源噪声.仿真结果表明,该振荡器输出频率为200 Hz～20 MHz,在固定频率下占空比可从10％～90％连续变化,电源电压抑制比为110 dB.     

一种反馈DAC优化技术

介绍了一种采用模拟电流自校正与数字加权平均(DWA)双重优化方法的电流舵DAC,在此基础上,根据文献设计了用于无线通讯的Sigma-Delta调制器,该调制器采用单环三阶结构,量化器采用4位9级量化器.在64MHz时钟频率,3.3V电源电压驱动下,Spectr仿真显示,采用该优化电流舵DAC的调制器达到79.6dB的信噪比和2MHz的信号带宽.与传统的单纯采用DWA和模拟校正技术的调制器进行比较,此调制器的信噪比比采用DWA技术提高68dB,比采用模拟校正技术提高16.3dB,同时比文献中的调制器提高7.6dB.从而说明,采用DWA和模拟校正混合优化技术改善反馈DAC的性能可进一步提高系统性能.     

一种基于MDAC优化的低功耗流水线A/D转换器

设计了一种低功耗16位100 MS/s的流水线A/D转换器。通过采用级间电容缩减技术,并优化增益数模转换器(MDAC)的结构,降低采样电容的面积。流水线前两级采用高性能低功耗运算跨导放大器(OTA),通过动态偏置技术进一步降低功耗。芯片采用0.18μm混合信号CMOS工艺,1.8 V单电源供电。经测试,流水线A/D转换器在5 MHz的输入频率下,信噪失真比(SNDR)为74.2 dB,无杂散动态范围(SFDR)为91.9 dB,整体功耗为210 mW。     

认知无线电中的干扰抑制合并算法

认知无线电中,认知用户允许接入授权频谱会对主用户造成严重干扰。为解决这一问题,结合多天线技术,提出一种干扰抑制算法。该方法不需要干扰信号的先验信息,可有效降低主用户与认知用户之间的干扰。从理论上推导了采用新算法后系统的SINR(信干噪比)表达式,给出了误码率下限。仿真结果表明,SIR(信干比)为0 dB、接收天线数目为2、BER为10-3时,干扰抑制合并算法性能优于传统的最大比合并算法6 dB。     

采用新型电流舵结构的增益可调UWBLNA

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一款工作在3 GHz⁵ GHz频段的增益可调超宽带低噪声放大器(LNA)。LNA输入级采用局部反馈的共栅结构,实现了超宽带输入匹配和良好的噪声性能;放大电路级采用提出的新型电流舵结构,实现了放大器增益连续可调;输出级采用源极跟随器,获得了良好的输出匹配。利用ADS2009进行仿真验证,结果表明,在3 GHz5 GHz频段的增益可调超宽带低噪声放大器(LNA)。LNA输入级采用局部反馈的共栅结构,实现了超宽带输入匹配和良好的噪声性能;放大电路级采用提出的新型电流舵结构,实现了放大器增益连续可调;输出级采用源极跟随器,获得了良好的输出匹配。利用ADS2009进行仿真验证,结果表明,在3 GHz⁵ GHz工作频段内,LNA获得了25 dB的增益可调范围,最高增益达到24 dB,输入端口反射系数小于-11 dB,输出端口反射系数小于-14 dB,最小噪声系数为2.3 dB,三阶交调点(IIP3)为4 dBm,在1.2 V电压下,电路功耗仅为8.8 mW。     

基于霍尔电流传感器的读出电路设计

基于旋转电流技术和斩波技术,研究并设计一种应用于霍尔电流传感器的低噪声、高精度读出电路。在传统单通道带斩波仪表放大器的基础上增加了一条高频通路,并在传统低通滤波结构上进行改进,引入一种纹波消除环路,实现对失调电压及1/f噪声的消除。采用0. 18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,对所设计的电路进行仿真验证。通过Spectre仿真,整体电路-3 dB带宽高达675 k Hz,纹波抑制比为65. 6 dB,输入等效参考噪声功率谱密度(PSD)为21n V/Hz~(1/2),共模抑制比(CMRR)为120 dB,满足高精度霍尔电流传感器读出电路的要求。     

适用于功率运算放大器的输入级放大电路设计

基于70 V高压双极型工艺,设计了一种适用于单片高压功率运算放大器的输入级电路。该电路采用p沟道结型场效应晶体管(JFET)组成的差分对套筒式共源共栅(differential telescopic cascode)结构,具有低偏置电流、低失调电压、低失调电流、高共模抑制比的特点。以共集-共射(CC-CE)的放大电路结构作为该输入级电路的负载,减小对输入级影响的同时能够提高电压增益。Spectre仿真结果表明,输入偏置电流仅为20 pA,失调电压为0.11 mV,失调电流为0.57 fA,连接负载后的增益可以达到89 dB,单位增益带宽达到8.13 MHz。     

基于二次相关的声学测量方法研究

针对传统语音信号时延估计易受噪声和混响环境影响,导致声学测量方法的测量精度降低的问题,提出一种基于改进二次互相关的时延估计方法。首先,采用滤波器对接收的音频信号进行滤波处理;然后通过二次相关算法抑制噪声对信号的干扰,并结合Hilbert变换方法对二次互相关峰值进行锐化处理,从而提升语音信号时延的峰值点检测精度;最后将改进的算法应用到声学测量中进行仿真验证。实验结果表明,在低信噪比SNR=-5 dB和SNR=-10 dB的环境下,对比于广义互相关算法和二次相关算法,提出的改进二次互相关算法的峰值明显度更高,时延估计精确度更高。而在高信噪比和混响环境下,改进二次相关算法的时延估计结果均优于另外两种算法。由此可知,改进的二次互相关算法的抗噪性能更强,时延估计效果更佳,可提升声学测量精度。     

高阶∑△ADC中积分器的设计

基于N阱0.6μm DPDM CMOS工艺,完成了高阶∑△ADC中第一级积分器的设计。分析了开关电容积分器的非理想特性,同时设计了一个对寄生电容不敏感的同相开关电容(SC)积分器,并特别采用旁路电容减小沟道电荷注入引起的谐波失真和噪声。在cadence下的电路仿真表明,积分器具有-104.9dB等效输入噪声;利用MATLAB进行系统仿真,∑△ADC的信号噪声畸变比(SNDR)达到100.5dB,满足系统16bit的要求。     

一种高精度BiCMOS带隙电压基准源的设计

在对传统典型CMOS带隙电压基准源电路分析基础上提出了一种高精度,高电源抑制带隙电压基准源。电路运用带隙温度补偿技术,采用共源共栅电流镜,两级运放输出用于自身偏置电路。整个电路采用了UMC 0.6um BiCMOS工艺实现,采用HSPICE进行进行仿真,在TT模型下,仿真结果显示当温度为-40℃～80℃,输出基准电压变化小于1.5mV,低频电源抑制比达到75dB以上。     

一种基于MIMO的时延估计算法

在城市峡谷和室内环境中,信号在传输过程中受多径衰落和非视距的影响,导致长期演进(LTE)系统的时延参数无法精确估计。针对该问题,提出一种基于多输入多输出(MIMO)的LTE时延参数估计算法。采用具有良好自相关特性的主同步信号作为参考信号,利用MIMO发射分集和最大比合并接收技术降低信号传输过程中的误码率,通过参考信号与接收信号进行互相关处理,获得时延估计。仿真结果表明,当累积分布概率为90%时,该算法的时延参数估计误差比参考算法提高了大约5个最小采样间隔。     

可见光OFDM系统的峰均比降低方法

分析可见光通信(VLC)系统中OFDM信号的高峰均比(PAPR)概率分布。为降低VLC系统中OFDM信号的峰均比,将部分传输序列(PTS)方法进行适当改进,使之适合在VLC系统中进行传输,将其与离散傅里叶变换展开(DFTS)相结合进一步降低可见光OFDM系统的峰均比。仿真结果表明,与原信号仅采用DFT展开或者PTS方法相比,DFTS-PTS方法使系统的峰均比分别降低了约3.5dB、2.7dB、1.2dB,具有更好的峰均比性能。     

基于最大加权队列的终端到终端通信时延感知跨层设计算法

基于李雅普诺夫(Lyapunov)优化理论的最大加权队列(MWQ)控制策略是一种可以获得队列稳定性和最优时延性能的跨层控制方法.针对终端到终端(D2D)通信业务具有实时性和时延感知低时延的要求,MWQ算法综合考虑物理层的信道状态信息(CSI)和MAC层的队列状态信息(QSI),以最大系统吞吐量为目标函数,动态地控制D2D节点的功率.提出了基于D2D通信的MWQ算法,将MWQ算法与固定功率分配算法、基于CSI算法、基于QSI算法等已有算法进行比较.仿真结果表明,MWQ算法在数据包平均到达率高于10 Mb/s时,能减少约0.5 s的平均时延;在平均时延相同时,能减少约26dB的功率.该算法具有使D2D通信保持低时延的良好性能,为实现低时延的D2D通信提供了一定的参考.     

基于电流控制模式的低压、高PSRR基准源

基于可调电流控制模式设计出一种低压、高电源抑制比的带隙基准电压源电路。采用电流控制模式和多反馈环路,提高电路的整体电源抑制比;通过电阻分压的方式,使电路达到低压,同时提供偏压,简化偏置电路。采用0.5μmCMOS N阱工艺,电路可在电源电压为1.5V时正常工作。使用Cadence Spectre进行仿真结果表明,低频时电源抑制比(PSRR)高达107dB。-10℃～125℃温度范围内,平均温度系数约7.17ppm/℃,功耗仅为0.525mW。此电路能有效地抑制制程变异。     

一类网络化串级控制系统的分析与建模

针对基于现场总线的一类网络化串级控制系统,分析了其结构及系统模型,指出了网络诱导时延存在的位置,主控制器和副控制器均采用了增量式数字PID;在网络诱导时延常数小于、大于一个采样周期以及等于采样周期的整数倍的情况下,分别利用增广状态向量法,将系统建模为有限维离散时间线性时不变系统。最后,给出了网络化串级控制系统(NCCS)在不同时延的仿真实例。     

改善仪表放大器的共模抑制能力

图1为传统的平衡式仪表放大器。它实际上并没有抑制共模信号,只不过没有对其进行放大而已。因此,当这样的电路用来作为缓冲器(增益为1或较低)时,其共模抑制比极差,图2为改进型电路。在采用0.5％精度的电阻的情况下,在单位增益时其共模抑制比超过60dB(频率在20kHz以下的范围内)。在图2的电路中,对于差动输入信号来说,两个运算放大器的同相输入端均为0V,所以两个运     

网络控制系统的模糊自适应PID控制

针对网络控制系统中网络时延补偿的问题,提出了一种模糊自适应PID控制器的设计方法,通过利用在线时延估计方法对时延进行预估计,根据估计时延值在线调节PID三个参数,从而改善系统的性能。对基于控制局域网络(CAN)总线的典型工业过程进行了仿真实验。结果表明,与常规PID的控制器比较,采用设计的PID控制器能补偿网络上的时延,更加有效的抑制了时延对网络控制系统的影响并提高了系统的性能。     

导航系统中频滤波器的设计

针对导航系统射频接收机中中频滤波器只能接收单频段信号的问题,采用TSMC RFCMOS 0.18μm工艺,设计了一款带外抑制高、带内平坦度低和线性度好的六阶切比雪夫中频滤波器,用于接收北斗卫星导航系统的B1频段信号和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的L1频段信号的射频接收机中。该滤波器以具有增益的双极点节结构为基础,通过采用三阶级联的方式实现。利用Cadence软件中Spectre对电路进行仿真表明,该滤波器的中心频率为4MHz,-3dB带宽为4 MHz,有源增益为13dB,增益平坦度±1dB,在28MHz时衰减大于20dB,运放增益大于45dB,运放带宽大于190 MHz,运放的相位裕度大于60°,1dB压缩点为-14dBm。