用于单光子TOF测量的时间-幅度变换器

基于新型共源共栅电流源的积分方法,设计了一种用于单光子飞行时间(TOF)测量的时间-幅度变换器(TAC).该方法有效简化了 TAC电路结构,减小了 TAC占用面积,显著提高了TOF的满量程范围(FSR).采用0.18 μm标准CMOS工艺设计.集成TAC的单光子探测器像素单元的填充因子可达到26.8％.后仿真结果表明,...     

基于InGaAs/InP探测器的单光子探测电路研究

单光子探测技术利用单个光子作为信息载体,可以突破现有激光探测极限,是目前国内外应用基础研究的热点。采用InGaAs/InP APD(Avalanche Photodiode)探测1064 nm激光时,存在较大的暗计数和后脉冲概率,影响探测的准确率。对比分析了3种淬灭方式对单光子探测电路性能的影响,门控淬灭相比被动淬灭和主动淬灭有更小的死时间,对暗计数和后脉冲概率有更好的抑制作用。针对门控淬灭方式对比研究了正弦门控滤波法、自差分法、双APD平衡法和电容平衡法4种方案,以有效降低门控信号产生的尖峰噪声。通过对正弦门控滤波法探测电路的优化设计与调试,探测电路的死时间为9.3 ns,在9%的探测效率下暗计数率为1.64×10~(-6)/ns,后脉冲概率为3%。     

单光子雪崩二极管SPICE仿真模型的建立和应用

单光子雪崩二极管(SPAD)作为一种高效的光子探测器件被广泛应用于量子通信和三维成像等领域。在Cadence中建立了一个SPAD的Spice模型,通过Verilog-A语言,采用两个e指数函数的组合,以连续函数的方式描述了SPAD在盖革模式区等效电阻的动态变化。这两个e指数函数分别体现了高阻区和低阻区的等效电阻特性,解决了分段电阻模型仿真不收敛的问题。该Spice模型模拟了SPAD器件在“接收光子-雪崩产生脉冲-淬灭-复位”工作过程中的动态特性和SPAD从正偏到二次击穿的静态I-V特性。将其应用到4种不同淬灭电路的仿真中,验证了该模型的有效性和稳定性。     

基于0.35μm CMOS工艺的APD器件仿真分析

提出了一种基于0.35μm CMOS工艺的、具有p+/n阱二极管结构的雪崩光电二极管(APD),器件引入了p阱保护环结构.采用silvaco软件对CMOS-APD器件的关键性能指标进行了仿真分析.仿真结果表明:p阱保护环的应用,明显降低了击穿电压下pn结边缘电场强度,避免了器件的提前击穿.CMOS APD器件的击穿电压为9.2V,工作电压下响应率为0.65 A/W,最大内部量子效率达到90％以上,响应速度能够达到6.3 GHz,在400～900 nm波长范围内,能够得到很大的响应度.     

基于MAX5026的单光子探测器直流偏压源设计

讨论了单光子探测器核心器件雪崩光电二极管(Avalanche Photodiodes,APD)的特殊工作原理,并在此基础上介绍了使用PWM升压变换器MAX5026设计出的一种APD直流偏压源方法。阐述了电路的主要设计要点,对电路性能进行了分析说明。实验结果表明:这种小功率直流偏压源电路工作性能良好,具有高稳定性和低纹波输出,能满足单光子探测时APD雪崩击穿对电源电压的要求,是一种理想APD直流偏压源。     

高性能单光子雪崩二极管在180 nm CMOS工艺中的设计与实现

为了实现大阵列电路集成,文中设计和实现了一种能与主动淬火电路集成的宽光谱范围和快速的单光子雪崩二极管(SPAD)芯片.一个精确的单光子雪崩二极管电路模型模拟了其在盖革模式下的静态和动态行为.该有源区直径为8 μm的单光子雪崩二极管器件是基于上海宏利GSMC 180 nm CMOS图像传感器(CIS)技术实现的.由于采用有效的器件结构,其击穿电压是15.2 V,淬灭时间是7.9 ns.此外,该器件实现了宽的光谱灵敏度,其在低过电压下的光子探测概率(PDP)从470 nm到680 nm光波长段最高可达15.7%.并且它在室温下的暗计数率相当低.     

基于CMOS工艺的单光子雪崩二极管的盖革模式仿真

采用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺和p阱保护环,使用SILVACO公司的ATLAS软件进行器件结构设计和仿真,得到了能正常工作在盖革模式下的单光子雪崩二极管(SPAD)。仿真结果表明:设计的器件结构中p+/n-阱结降低了结附近的电场强度,并且低于平面pn结的电场强度,从而起到了抑制二极管发生边缘击穿的保护作用;电场强度和碰撞产生率呈正相关,并得出了电子、空穴的雪崩产生率与纵向位置的关系曲线及器件中某一个点处的电子雪崩产生率和偏置电压的关系曲线。仿真结果对基于CMOS工艺的SAPD结构设计具有一定的指导意义。     

基于0.35 μm高压CMOS工艺的横向线性雪崩光电二极管

提出了一种基于0.35 μm高压CMOS工艺的线性雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）。APD采用了横向分布的吸收区-电荷区-倍增区分离（Separate Absorption, Charge and Multiplication, SACM）的结构设计。横向SACM结构采用了高压CMOS工艺层中的DNTUB层、DPTUB层、Pi层和SPTUB层,并不需要任何工艺修改,这极大的提高了APD单片集成设计和制造的自由度。测试结果表明,横向SACM线性APD的击穿电压约为114.7 V。在增益M = 10和M = 50时,暗电流分别约为15 nA和66 nA。有效响应波长范围为450 ~ 1050 nm。当反向偏置电压为20 V,即M = 1时,峰值响应波长约为775 nm。当单位增益 （M = 1） 时,在532 nm处的响应度约为最大值的一半。     

基于0.13μm工艺的1.5V低功耗MOSFET器件设计

针对0.13μm工艺常规MOSFET器件的制备流程进行了分析,提出了低功耗工艺改善方法,并针对优化工艺条件下的器件进行TCAD仿真,设计并进行了完整的DOE实验及样品性能测试。测试结果表明,通过调整轻掺杂漏区(LDD)的离子注入条件,冠状离子注入区的角度、浓度以及沟道阀值电压离子注入区浓度等一系列方法,实现了0.13μm工艺1.5 V MOSFET器件关断条件下漏电流低于1 pA/μm。     

基于InGaAs/InP APD的单光子探测器设计与实现

针对现有单光子探测器模块价格昂贵和电路复杂的不足,设计了基于InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了APD门控驱动信号和雪崩信号鉴别电路的设计方案,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在200 MHz门控条件且制冷温度为-55℃时,探测器的最大光子探测效率(PDE)约为20%,当探测效率为16%时,暗计数率(DCR)约为7.2×10-6/ns。     

基于0.13μm工艺的8Mb相变存储器

采用0.13 μm工艺,4层金属布线,在标准CMOS技术的基础上增加3张掩膜制备了一款8 Mb相变存储器.1.2V的低压NMOS管作为单元选通器,单元大小为50 F2.外围电路采用3.3V工作电压的CMOS电路.Set和Reset操作电流分别为0.4 mA和2 mA.读出操作的电流为10 μA,芯片疲劳特性次数超过了1...     

（英）一种新型低暗计数率单光子雪崩二极管的设计与分析

基于0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS) 图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确保其工作在盖格模式.测试结果表明在室温环境下,直径为8 μm的SPAD器件,雪崩击穿电压为14.2 V,当过调电压设置为2 V时,暗计数率为260 Hz,具有低的暗计数率特性.     

基于0.18μm工艺的超低功耗LDO设计

本文基于自适应偏置电流电路,设计了一款超低功耗的低压差线性稳压器（LDO）,使用动态零点补偿技术使电路稳定,提出了以比较器为核心的基于电容耦合电压峰值检测的过冲电压削减电路,以减小LDO在负载电流向下突变时产生的过冲电压。在使用自适应电流偏置电路以及过冲电压削减电路的情况下,空载状态的LDO静态电流小于590nA。本设计在两级误差放大器的输出端添加二极管连接形式的PMOS作为缓冲级,一方面有利于LDO的稳定,另一方面增强了LDO的瞬态响应特性。另外,本设计采用了0.18μm CMOS工艺,利用Cadence设计平台进行仿真验证,得到了一款输出电压为3.3V、最大负载电流为200mA、负载电流范围内相位裕度均在50°以上、负载电流在1mA与200mA之间以10ns跳变时得到的欠冲电压为160mV、过冲电压136mV的超低功耗LDO。     

基于0.13μm SOI COMS工艺的VCSEL驱动器设计

介绍了一种低功耗高速垂直腔表面发射激光器(VCSEL)驱动器的设计。该芯片设计使用国产0.13μm SOI CMOS工艺,能提供6~8mA可调调制电流及4~7mA可调偏置电流。驱动电路采用多级级联放大并结合无源电感并联峰化技术,用以拓展带宽。测试结果表明,该电路在1.2V单电源工作电压下,最高工作速率可达5Gbit/s,总功耗仅为48mW。     

基于0.13μm CMOS工艺的无源RFID标签模拟前端电路设计

设计了13.56 MHz频段无源射频识别电子标签的模拟前端电路,采用常规0.13 μm含EEPROM的CMOS工艺,设计了一种箝位电路,能够实现采用常规5 V器件耐射频识别芯片感应的高压功能,整个芯片实现了射频识别标签通信时所需的稳定电源电压提供、载波中信号的提取、芯片时钟恢复和反向调制信号发射的全部功能.     

基于GSMC0.13μm工艺的低失调运算放大器设计

针对斩波调制导致的输出纹波和带宽受限的问题,采用复合路径结构,将运放分为高频低增益的主路径和低频高增益的辅助路径,主路径决定带宽,辅助路径决定失调,斩波调制位于辅助路径,解除了带宽限制;将Ping-pong自动调零与斩波调制相结合,减小了运放的失调和斩波调制导致的纹波;采用复合路径混合嵌套米勒补偿的方法来进行频率补偿,...     

基于0.13μm标准逻辑工艺的1 Mb阻变存储器设计与实现

采用了SMIC 0.13μm标准CMOS工艺设计并实现了一个1 Mb容量的基于1T1R结构的阻变存储器.描述了整个芯片的基本存储单元、存储器架构以及特殊的电路设计技术,包括优化的存储器架构、用于降低reset功耗的多电压字线驱动、使电阻分布更紧凑的斜坡脉冲写驱动以及可验证的读取参考系统.芯片实现了22F<'2>的存储单...     

基于单片机多模式控制的APD偏压电路模块设计

针对雪崩光电二极管(APD)应用多样化的需求,提出多模式控制的APD偏压电路模块设计方案。基于APD工作原理,分析了APD增益系数、反向偏置电压、工作温度三者之间的关系,设计了具有多模式工作的APD偏压模块硬件电路,开展了详细的单片机软件功能设计。结合雪崩光电二极管进行了实验验证,结果表明在-40~+60℃温度范围内,该偏压电路模块具有温度补偿及多模式切换功能,输出电压偏差小于0.5 V,纹波小于100 mV,可实现APD多模式工作,满足工程化应用需要。     

一款基于0.13μm CMOS工艺,0.1 GHz～18 GHz采用双反馈和噪声消除技术的低噪声放大器设计

介绍一款1.2 V0.1 GHz～18GHz超带宽级联型低噪声放大器.该LNA采用反馈网络来简化超宽带匹配并且不导致振荡.引入反相器结构作为第二级从而实现噪声消除.同时采用了感性尖峰技术来拓展带宽,所采用电感占用较小面积.带内噪声指数小于4 dB,输入输出反射系数均优于-10 dB.最大,最小正向增益分别为15.34 ...