36 mW 2抽头40 Gb/s四级脉冲幅度调制发送器的设计

基于SMIC 65-nm CMOS工艺设计了一种40Gb/s低功耗四级脉冲幅度调制(PAM4)发送器。设计中的预加重抽头只在输出信号电平转换后紧跟的单位时间间隔内才向输出节点注入电流。当输出信号不进行电平转换时,电流不流经预加重抽头,解决了现有预加重结构浪费功耗的问题。预加重抽头采用了一种新型的基于可开关电流源的低电压差分信号(LVDS)驱动单元,使得电路可以在高速下消除功耗浪费。电路采用了PAM4调制,降低了带宽的要求。仿真中使用的信道在20GHz的损耗为20.2dB。结果表明,经过预加重,接收端的信号的眼图高度120mV,眼图宽度为30ps。40Gb/s发送器电路的功耗为36mW,能效为0.9pJ/b。     

快速数字电平转换电路IP核设计

基于IP核的技术设计了一种快速数字电平转换电路.采用电压-电流-电压的方式实现不同电压域的电平转换,引入单稳态延时电路和快慢速通道提高电平转换速度和降低静态功耗,并给出了与标准CMOS工艺兼容的扩展漏极高压MOS管的优化设计.仿真结果表明:在将-5～ 5V电压域的数字电平转换成0～ 12V的电压域时,其延时可低于10ns.     

用于电池管理系统的高压多路选择器（英文）

提出了一种用于在电池管理系统(BMS)中传输和转换高共模电压的多路复用器.该多路复用器由高压开关和电平移位电路组成.在电平移位电路中,引入电阻分压器和金属层叉指电容两种结构,解决了普通电容器不能承受高电压的问题.提出了一种用于校准电容、电阻失配和参考电压偏差的校准方案.基于0.25μm1P4M 80 V BCD工艺完成该高压多路选择器设计,并用于一款电池监控芯片中.高压多路选择器版图提取的后仿真结果表明:采用电阻分压器方法,最大误差从11.2%降低到1.9%;采用叉指电容方法,最大误差从8.7%降低到2.7%.该高压多路复用器可以传输和转换0-70 V共模电压.     

一种高性能数字输出端口电路设计

传统多电源系统数字输出端口存在上拉、下拉竞争和上升沿与下降沿的严重不对称等问题,使得延时功耗积很大;而电压波动和误触发导致系统SSN噪声较大.针对这2个问题,提出一种采用快速低转高电平转换电路结构和抗地弹效应输出电路的新型输出端口电路结构,在smic18mmrf工艺下流片.测试结果表明,电平转换单元功耗延时积较传统结构减小5%~15%,SSN噪声幅度减少30%以上,有效提高了输出端口电路性能.     

高线性度大摆幅56 Gbit/s PAM4驱动电路设计

面向高速串行接口发送端应用,设计了具有二阶去加重均衡功能的高线性度大摆幅四电平脉冲幅度调制（4 pulse amplitude modulation,PAM4）电压模驱动电路。采用查表的方式对信道损耗进行灵活补偿;在输出端并联两个电阻解决传统电压模驱动电路设计中线性度较低的问题;采用反相器堆叠的推挽式结构实现了高输出摆幅;提出一种新型电平转移电路,解决了连续0或1数字码产生的直流电平漂移问题。仿真结果表明,驱动电路的电平失配率为97.9%,去加重均衡实现6.6 dB、13 dB和19.6 dB三种去加重级数,差分输出摆幅为2 V,功耗效率为2.3 mW/（Gbit/s）。     

一种具有零稳态电流的新型上电复位电路

为实现具有超低功耗且稳定可靠的上电复位电压输出,提出了基于电平检测的具有零稳态电流的新型上电复位电路,该电路由电平检测电路、状态锁存电路和欠压检测电路组成,通过在上电复位之后切断电平检测电路的电源实现复位稳定后的零稳态电流,其输出复位电压的状态由状态锁存电路锁存.该电路采用0.18μm Bi-CMOS工艺设计,电源电压为1.8 V.Cadence Spectre的仿真结果表明,该电路在上电复位结束后的稳态仅有数纳安的漏电流,起拉电压和欠压检测电压受温度影响很小,因而适用于集成到超大规模片上系统(SoC)芯片中.     

用于多电压域设计的双向全摆幅电平转换器

提出了一种无静态漏电流的高性能电平转换器．与现有的电平转换器不同,此设计能够在无静态功耗的情况下,将阈值电压转换为全摆幅输出,只要输入电平高于输出端电压域的NMOS的阂值电压即可正常工作,并且具有更短的传播延时和更低的动态功耗．此设计具有通用性,其电平转换范围仅受限于半导体工艺．针对40nm工艺实现了该电平转换器电路,并且用SPICE模型进行了仿真．仿真结果显示：该电平转换器能够在无静态功耗的情况下,将0．9V的输入电平转换为输出端电压域的工作电平1．8V,传播延时仅为200ps．     

应用于全数字锁相环的时间数字转换器设计

采用标准0.18 μm CMOS工艺,设计了一种应用于全数字锁相环中检测相位差大小的时间数字转换电路（TDC）.针对传统TDC电路的不足,通过加入上升沿检测电路,扩大计数器位宽,使得TDC电路不仅能完成时数转换的基本功能,而且提高了时数转换的准确性,扩大了测量范围.该设计完成了RTL级建模、仿真、综合及布局布线等整个流程.仿真结果表明,该TDC电路工作正常,在1.8V电源电压下,功耗为10 mW,能达到的分辨率约为0.3 ns,版图尺寸为255 μm×265 μm.     

串联电池组电压转换电路的研究

分析了现有串联电池组电压转换电路方案存在的问题,提出了一种基于三极管的电压转换电路,分析了电路原理,进行了仿真和试验.结果表明该电路具有较高的转换精度,且成本低、重量轻、体积小,是电动自行串联电池组电压测量的有效解决方案.     

一种改进的三电平逆变器空间电压矢量PWM控制技术

根据三电平逆变器空间电压矢量PWM控制原理,针对过调制问题,提出了一种改进的空间电压矢量PWM控制技术,并推导了三电平逆变器空间电压矢量在各个过调制区域内的等效作用时间算法.仿真实验结果表明该方法在过调制时能够保证线性调制关系,有效抑制谐波,提高电压利用率.     

改进型基本梯级多电平逆变器

根据基本梯级逆变器提出了一种改进的多电平逆变器电路拓扑,讨论了对其进行谐波消除和幅值控制的方法.该拓扑结构用n个独立电源,2n 4个开关器件可产生2n 1个电平电压;并保留了多电平逆变器开关频率低、效率高等优点,所用器件较少,克服了基本梯级逆变器存在的感性负载时输出电压产生畸变、各独立电源输出功率不均衡等缺点.该逆变器拓扑适合于可再生能源发电的场合.改进前后的拓扑结构在不同负载下的仿真结果表明,该拓扑结构具有可行性.     

一种低噪声交叉耦合结构集成石英晶体振荡器

通过改进电路结构,采用CMOS交叉耦合结构提供负阻,设计一种20 MHz的集成石英晶体振荡器.在该振荡器中,采用共模反馈使其输出稳定的直流电平,并增加RC高通滤波器和预抑制电路降低其相位噪声.基于NUVOTON 0.35μm CMOS工艺,利用Cadence Spectre对电路进行仿真,结果表明,在电源电压为3.3V,偏置电流约400μA时,该振荡器的起振时间约为1.5ms,输出波形峰-峰值为1.08V,输出直流电平约为801.6mV.输出信号频率为19.95 MHz,相位噪声分别可以达到-155dBc/Hz@1kHz,-164dBc/Hz@10kHz.     

二极管钳位式多电平逆变器的分析

在实现大功率变换的几种解决方案中,多电平变换器具有小的输出电压波形畸变（THD）、低的器件电压应力和低的系统电磁干扰（EMI）,优点。本文在三电平电路分析的基础上,研究了单相五电平电路拓扑结构以及电压矢量图,并对其仿真。     

模块化多电平换流器电磁暂态建模研究

模块化多电平换流器的桥臂由数百个子模块串联而成,因而换流器中包含大量的开关器件.开关器件过多造成仿真工作量大、仿真速度慢等问题.基于模块化多电平换流器的戴维南等效建模方法,推导元件的等值计算模型,改进元件等值计算中的历史电压源递推公式,省略了元件的历史电压源计算过程中支路电压的中间计算,提高仿真速度.基于改进后的公式重新构建模块化多电平换流器电磁暂态仿真模型,在PSCAD/EMTDC软件中搭建双端MMC-HVDC系统,对比两个系统的仿真结果,验证了建模方法的精确度和快速性.     

一种改进跨导运放的采样保持电路

采样保持电路的信号精度和建立速度直接影响到整个流水线型模数转换器的分辨率和转换速率.本文改进了辅助运放的共模反馈结构,解决了传统结构中跨导运放连续时间共模反馈（CMFB）电路设计困难,偏置电路复杂的问题,使用工作在饱和区边沿的MOS管对实现反馈结构,使输出共模电平在1.65 v快速稳定.该采样保持电路基于0.5 μm 2P3M CMOS工艺,使ADC达到了10位,40 MHz的性能,一级采样电路在3.3 V的电压下其功耗为6 mW.     

CMOS图像传感器LVDS驱动器电路设计

为解决在2.5 V供电下的LVDS(Low Voltage Differential Signaling)驱动器处理1.2 V数字信号时,由于传统电平转换电路性能较差,且易产生误码的问题,设计了一款应用于CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器芯片的LVDS接口电路,该芯片中数字电路采用1.2 V供电,LVDS驱动器使用2.5 V供电.笔者提出两种电平转换电路方案,用于解决该问题.方案1将1.2 V数字信号进行电平转换,再使用D触发器对转换后的信号进行采样,从而避免误码的产生;方案2使用迟滞比较器作为电平转换电路.设计采用TowerJazz 65 nm CMOS工艺进行流片验证.经过测试,两种方案均有效地解决了LVDS驱动器误码的问题.     

一种高电源抑制比的CMOS带隙基准电压源

基于CSMC 0.5 μm CMOS工艺,采用CMOS技术,设计一种高性能的带隙基准电压源.带隙基准电压源输出电压经过电平转换电路,反馈回带隙基准电压源中的运算放大器,可以获得良好的电源特性和带负载能力.采用可修调电阻阵列,精确地控制温度系数.仿真结果表明:在5 V电源电压下,温度系数为8.28×10-6/℃,低频电源抑制比为83 dB.     

一种新型升压三电平逆变器

为了研制输出纹波小、高效的单相光伏逆变器,提出了新型三电平升压逆变器.将串并联二极管电容网络与传统Boost升压电路相结合,配合后级桥式逆变电路,可实现输入48 V直流电压,输出有效值220 V交流电压.分析了新型三电平升压电路的工作原理,并进行了实验验证.结果表明,该新型三电平逆变器结构简单,与其他三电平逆变电路相比较,其电路具有较明显的优势,在实现三电平逆变的同时,实现可调升压,使用较少的开关器件,有较高的效率.     

基于能耗平衡原理的引信模拟自毁电路

针对引信模拟自毁电路低压失效问题,提出了一种基于能耗平衡原理的分立式元件自毁电路改进方案.通过严格控制比较器输入端的电压值,实现发火电容在低电压充电情况下顺利储能;建立电路能耗数学模型,精确设计了自毁时间;采用蒙特卡洛方法,分析了元器件容差对电路特性的影响.仿真计算表明,该方案可将欠压发火阈值降低至4.5V,自毁时间相对误差不超过1%,电路可在5.5~15.0V电压范围内可靠作用.      

时间电压转换技术在超声流速计中的应用

时间到电压转换(TVC)技术已经广泛应用于雷达、通信、信号测量等领域.在此设计一套实用的电路系统应用于超声海流计系统,该电路系统主要由1个时序产生电路,1个时间电压转换电路以及1个模拟到数字电路组成.理论分析表明,通过此方法测量脉冲到达时间间隔可以获得亚纳秒级时间分辨力.文中通过计算机辅助设计软件ORCAD仿真分析验证,该电路具有结构简单,精度高的特点.