2.45 GHz 0.18 μm全差分CMOS低噪声放大器设计

设计了一个基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺的2.45 GHz全差分CMOS低噪声放大器.根据电路结构特点,采用图解法对LNA进行功耗约束下的噪声优化,以选取最优的晶体管栅宽;设计了仅消耗15 μA电流的偏置电路;采用在输入级增加电容的方法,在改善输入匹配网络特性的同时,解决了栅极电感的集成问题.仿真结果表明:LNA噪声系数为1.96 dB,功率增益S_(21)超过20 dB,输入反射系数S_(11)和输出反射系数S_(22)分别小于-30 dB和-20 dB,反向功率增益S_(12)小于-30 dB,1 dB压缩点和三阶互调输入点IIP3分别达到-17.1 dBm和-2.55 dBm,整个电路在1.8 V电源下功耗为22.4 mW.     

微电容超声换能器的前端专用集成电路设计

针对微电容超声换能器(CMUT)微弱电流信号检测的要求,设计了一种用于CMUT的前端专用集成电路——运算放大器(OPA)电路。运算放大器电路采用两级放大结构,第一级采用全差分折叠-共源共栅结构,输出级采用AB类控制的轨到轨输出级,在运算放大器电路反相输入端和输出端通过一个反馈电阻实现CMUT电流信号到电压信号的转换。采用GlobalFoundries 0.18μm的标准CMOS工艺进行了仿真设计和流片,芯片尺寸为226μm×75μm。仿真结果表明,运算放大器的开环增益为62 dB,单位增益带宽为30 MHz,在3 MHz处的输入参考噪声电压为2.9μV/Hz^1/2,电路采用±3.3 V供电,静态功耗为11 mW。测试结果表明仿真与实测结果相符,该运算放大器电路能够实现CMUT微弱电流信号检测功能。     

一种应用于CMUT的高增益低噪声跨阻放大器

设计了一种应用于微电容超声换能器(CMUT)的高增益、低噪声跨阻放大器。采用调节型共源共栅结构作为跨阻放大器的输入级,实现了低输入阻抗、宽频带,有效隔离了CMUT的静态电容和输入寄生电容对带宽的影响。输出级采用两级反相放大器,实现了高增益,提高了带负载能力。基于GF 0.18 μm CMOS工艺,电路采用Cadence Spectre软件进行仿真。结果表明,低频跨阻增益为115.5 dB·Ω,单位增益频率为1.65 GHz,-3 dB带宽为10 MHz,等效输入电流噪声为1.1 pA·Hz-1/2@1 MHz,能满足CMUT工作频率200 kHz~2 MHz的带宽要求和微弱电流信号的检测要求。该电路采用正负3.3 V供电,功耗为98 mW,芯片尺寸为145 μm×115 μm。     

1 024×1 024 AlGaN紫外焦平面读出电路的超低功耗设计

提出了一种新型的超低功耗读出电路用于18 μm中心距1 024×1 024面阵规模的AlGaN紫外焦平面。为了实现低功耗设计紫外焦平面读出电路,采用了三种设计方法,包括:电容反馈跨阻放大器CTIA结构采用工作在亚阈值区的单端输入运算放大器,列像素源随缓冲器和电平移位电路共用同一个电流源负载以及列级缓冲器的分时尾电流源设计。由于像素单元内CTIA采用了单端输入运算放大器,在3.3 V供电电压下,每个像素单元最小工作电流仅8.5 nA。该读出电路设计了可调偏置电流电路使读出电路能得到更好的性能并基于SMIC 0.18 μm 1P6M混合信号工艺平台进行了设计制造。测试结果表明:由于采用了上述设计方法,整个芯片的功耗在2 MHz时钟8路输出模式下仅67.3 mW。     

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。     

一种用于流水线ADC采样保持电路的设计

介绍一种用于流水线ADC的采样保持电路。该电路选取电容翻转式电路结构,不仅提高整体的转换速度,而且减少因电容匹配引起的失真误差;同时使用栅压自举采样开关,有效地减少了时钟馈通和电荷注入效应;采用全差分运算放大器能有效的抑制噪声并提高整体的线性度。该采样保持电路的设计是在0.5μm CMOS工艺下实现,电源电压为5 V,采样频率为10 MHz,输入信号频率为1 MHz时,输出信号无杂散动态范围(SFDR)为73.4 dB,功耗约为20 mW。     

16位语音Δ-Σ调制器

介绍了一个应用于G.712语音编码的16位2 MHz采样率Δ-Σ调制器(SDM),利用Matlab优化调制器系数,并采用全差分开关电容共模反馈两级跨导放大器和动态比较器降低功耗.模拟结果显示:在2 MHz采样时钟下,输入4 kHz语音信号可获得101 dB信噪比输出,相当于16位精度.电路采用0.18 μm CMOS工艺实现,核心面积为340 μm × 160 μm.电路在1.8 V工作电压和2 MHz采样率下,总功耗约165.6 μW.     

一种基于FDDA的全差分Sallen-key低通滤波器

在传统Sallen-key低通滤波器的基础上,利用一个全差动差分放大器(FDDA),设计了一种新型的全差分Sallen-key低通滤波器。该滤波器能有效抑制共模噪声,大幅减少功耗。电路参数取决于电容之比和电阻之比,具有较高的精度。截止频率和品质因数独立可调,易于分析和设计。电路结构简单,通带增益范围广,无源灵敏度较低。相比传统的两个单端Sallen-key滤波器,该滤波器降低功耗达50%以上。采用0.18 μm CMOS工艺进行设计,电源电压为3.3 V。仿真结果表明,功耗仅为532 μW。在1 kHz频率下,输入参考噪声为542.9 nV·Hz-1/2。     

一种14位125MHz采样/保持电路的设计

设计了一种高性能采样/保持(S/H)电路,采用全差分电容翻转型的主体结构,有效减小了噪声和功耗.在电路设计中,采用栅压自举开关,极大地减小了非线性失真,同时,有效地抑制了输入信号的直流偏移.采样/保持放大器电路采用折叠共源共栅结构,由于深亚微米工艺中器件本征增益减小,S/H电路为达到更高增益,采用增益提升技术.设计的采样/保持电路采用0.18μm1P5M工艺实现,在1.8V电源电压、125 MHz采样速率下,输出差动摆幅达到2 V(VP-P),输入信号到奈奎斯特频率时仍能达到98 dB以上的无杂散动态范围(SFDR),其性能满足14位精度、125MHz转换速率的流水线ADC要求.     

智能光模块中可变阈值的信号丢失检测电路

采用CSMC 0.6μm 2P2M CMOS工艺设计并实现了一种新型可用于智能光模块的可变阈值信号丢失(LOS)检测电路,电路利用光接收机中的限幅放大器组成准对数律接收信号强度指示电路.该指示电路与迟滞比较器、基准参考源、运算放大器和两个外部调节电阻组成了可变报警阈值的LOS检测电路.整个电路工作于5V单电源供电,功耗为60mW.测试结果表明,对于155Mbps的输入信号,信号检测的动态范围高达60dB,对数精度小于2dB.可变报警阈值范围为1～700mV,同时保证报警迟滞宽度为4dB左右.良好的性能预示了该电路潜在的商业前景.     

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。     

一款高精度低功耗电压基准的设计与实现

设计了一款高输出电压情况下的高精度低功耗电压基准电路.电路采用了比例采样负反馈结构达到较高和可控的输出电压,并利用曲率补偿电路极大地减小了输出电压的温度系数.针对较宽输入电压范围内的超低线性调整率规格,给出了多级带隙级联的电路结构.针对功耗和超低负载调整率的问题,电路采用了基于运算放大器的限流模式和内置大尺寸横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管的设计.该电路在CSMC 0.25 μm高压BCD工艺条件下进行设计、仿真和流片,测试结果表明,该电压基准输出电压为3.3V,温度系数为19.4×10-6/℃,线性调整率为5.6 μV/V,负载调整率为23.3 μV/V,工作电流为45 μA.     

应用于无线传感网络的2.4GHz低噪声放大器

采用SMIC0.13μmRFCMOS工艺设计,并实现了应用于无线传感网络的2.4GHz差分低功耗低噪声放大器。在低功耗约束下,电路采用差分共源共栅源极退化电感结构。考虑了ESD保护PAD和封装等寄生电容,分析了输入阻抗匹配、增益、噪声和线性度,提出了低功耗条件下输入阻抗匹配和噪声优化措施。芯片测试结果显示,噪声系数NF为2.5dB,输出采用片外无源网络匹配下功率增益S21为9.4dB,输入三阶交调点IIP3为-1.5dBm。在1.2V电源电压下消耗电流3.3mA。芯片面积为860μm×680μm。     

一种用于生物信号采集的CMOS全差分前置跨阻放大器设计

针对生物信号微弱、变化范围大等特点设计了一种用于检测微弱电流的全差分跨阻放大器(TIA)电路结构。不同于传统电路的单端输入,该结构采用高增益的全差分两级放大器实现小信号输入及轨到轨输出。基于CSMC 0.18μm CMOS工艺,采用1.8V电源电压对设计的电路进行了仿真,仿真结果表明:TIA输入电流动态范围为100nA^10μA,最大跨阻增益达到104.38dBΩ,-3dB带宽为4MHz,等效输入噪声电流为1.26pA/Hz。对电路进行跨阻动态特性仿真表明,在输入电流为100nA时,输出电压的动态摆幅达到3.24mV,功耗仅为250μW,总谐波失真(THD)为-49.93dB。所设计的高增益、低功耗、宽输入动态范围TIA适用于生物医疗中极微小生物信号的采集,可作为模块电路集成在便携设备中。     

一个低电压低功耗10位30MS/s流水线A/D转换器

实现了一个10位精度,30MS/s,1.2V电源电压流水线A/D转换器,通过采用运放共享技术和动态比较器,大大降低了电路的功耗。为了在低电源电压下获得较大的摆幅,设计了一个采用新颖频率补偿方法的两级运放,并深入分析了该运放的频率特性。同时还采用了一个新的偏置电路给运放提供稳定且精确的偏置。在30MHz采样时钟,0.5MHz输入信号下测试,可以得到8.1bit有效位的输出,当输入频率上升到60MHz(四倍奈奎斯特频率)时,仍然有7.9bit有效位。电路积分非线性的最大值为1.98LSB,微分非线性的最大值为0.7LSB。电路采用0.13μmCMOS工艺流片验证,芯片面积为1.12mm2,功耗仅为14.4mW。     

一种新型大动态范围CMOS图像传感器

提出了一种具有新型像素结构的大动态范围CMOS图像传感器,通过调整单个像素的积分时间来自适应不同的局部光照情况,从而有效提高动态范围。设计了一种低延时、低功耗、结构简单的新型pixel级电压比较器及基于可逆计数器的时间-电压编码电路。采用0.6μm DPDM标准数字CMOS工艺参数对大动态范围像素单元电路进行仿真,积分电容电压Vcint与光电流呈良好的线性关系,其动态范围可达126dB。在3.3V供电电压下,单个像元功耗为2.1μW。     

X波段单片集成低噪声接收子系统

报道一种新型 X波段 0 .2 5 μm PHEMT全单片集成低噪声子系统。该子系统由开关衰减电路、采样检波电路和低噪声放大器三部分组成。开关插入损耗仅 0 .5 d B,放大器噪声系数小于 1 .5 d B。当开关控制电压为-2 V,输入电平 <-7d Bm时 ,此系统相当于一个低噪声放大器。在 8.5～ 1 0 .5 GHz频率内 ,整个系统增益大于2 4d B,噪声系数小于 2 .0 d B,输入输出 VSWR<1 .5 ;但当输入电平 >-7d Bm时 ,采样检波电路开始工作 ,打开主放大器前的开关衰减器 ,限制输入功率进入 LNA。输入功率越大 ,反射越大。在开关控制电压为 +2 V时 ,无论输入功率多大 ,开关关闭通道     

一种低功耗2.4GHz低噪声放大器设计

设计了一个低功耗2.4 GHz低噪声放大器,并详细阐述了电路的噪声匹配理论.该低噪声放大器采用经典的共源共栅结构,为了同时满足共轭匹配与噪声匹配,在输入管的栅源间增加了一个电容Cex.电路设计采用SMIC 65 nm CMOS工艺,并用Cadence进行仿真.仿真结果表明:电路在1.2V电源电压下的功耗小于7 mW,噪...     

一种采用共栅频率补偿的轨到轨输入/输出放大器

提出了一种采用共栅频率补偿的轨到轨输入/输出放大器,与传统的Miller补偿相比,该放大器不仅可以消除相平面右边的低频零点,减少频率补偿所需要的电容,还可获得较高的单位增益带宽.所提出的放大器通过CSMC 0.6μm CMOS数模混合工艺进行了仿真设计和流片测试:当供电电压为5V,偏置电流为20μA,负载电容为10pF时,其功耗为1.34mW,单位增益带宽为25MHz;当该放大器作为缓冲器,供电电压为3V,负载电容为150pF,输入2.66 Vpp10kHz正弦信号时,总谐波失真THD为-51.6dB.