红外焦平面CTIA型读出电路的设计研究

为了适应红外焦平面(IRFPA)高像素的趋势,设计出面积更小、性能更优的像元电路,选择电容反馈跨阻放大器(CTIA)作为像元电路的电路结构,在CTIA中运算放大器基于共源共栅结构,采用积分电容可选的模式来调整积分时间,并基于电路高像素的需求,优化电路,减小面积.在此基础上,搭建模拟信号通路进行仿真研究,绘制版图,并进行后仿,为读出电路的正确性、可靠性提供保障.优化后的像元电路面积为18μm×18μm,可选积分电容分别为60 fF和400 fF,后仿得到的信号通路输出摆幅常温下为2.03 V,低温下为1.52 V,且低温下的积分噪声为213.6μV,满足设计需求.     

红外探测器的读出电路设计

为减少电路功耗和噪声,基于0.35μm n-well CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)工艺,设计了320×240焦平面探测阵列的读出电路。该电路给出了一种新型单级电容跨导放大器,采样保持电路为相关双采样电路。电容跨导放大器采用稳定的偏置电路。该电路每帧图像的输出时间为10 ms,输出图像为100帧/s。     

CTIA型读出电路的噪声抑制

分析和讨论了红外焦平面阵列CMOS读出电路中几种常见的噪声及其抑制技术,对电容反馈互导放大器(CTIA)型红外焦平面读出电路,给出了噪声抑制的仿真结果。     

低噪声CMOS电荷灵敏前置放大器

为了满足辐射探测器的读出密度要求,完成了低噪声CM O S专用集成电荷灵敏前置放大器的设计和测试。采用0.6μm CM O S工艺,电路面积为260μm×210μm,功耗为15.9mW,比传统的电荷灵敏前放的电路密度至少提高了3个数量级。测量得到的噪声结果为:在成形时间为1μs时,零电容噪声为1 377.1 e,电容噪声斜率为43.7 e/pF。噪声的实测结果和理论分析比较吻合,间接测量了使用工艺NM O S的1/f噪声系数,为低噪声设计提供了参考依据。     

Flash IP核的版图设计技术

本文首先论述了版图设计的必要性,接着对分别介绍了Flash IP核中出现的大尺寸晶体管、电容、电阻、灵敏放大器、和减小噪声的版图设计技术。利用在Candece工具版图设计通过了DRC和LVS验证。     

新型低功耗QSBDI红外读出电路设计

提出了一种新型红外读出电路的像素结构--四像素共用BDI结构(Quad-Share Buffered Direct-Injection: QSBDI).在这种电路结构中,4个相邻的像素共用一个反馈放大器.在开关的控制下,像素可以实现积分然后读出(ITR)和积分同时读出(IWR)功能.在30 μm×30 μm的像素面积中,实现了略大于0.9 pF的电容和4.2 pC的电荷存储能力,平均功耗只有500 nW.在实现低功耗的同时,该结构使像素级的固定模式噪声(FPN)只来源于局部的失配,与整个像素阵列的失配无关,从而使得这种像素结构非常适用于大规模2-D 读出电路(Readout IC:ROIC).后续的版图设计以及后仿真也表明这种像素结构是一种非常实用的像素结构.基于该结构的128×128的测试芯片已经设计完成,将在0.5 μm工艺下进行流片测试.     

基于SiGe BiCMOS工艺的高速光接收机模拟前端电路

基于IBM 0.18,μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一款12.5,Gb/s的全差分光接收机模拟前端电路.该电路由跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除电路和输出缓冲级组成.为获得更高的带宽,本文对Cherry-Hooper结构进行了改进,设计出一种三级级联的限幅放大器,而直流偏移消除电路则使用了差分有源密勒电容(DAMC)来替代传统的片外大电容,提高了电路集成度和稳定性.版图后仿结果表明,在探测器等效电容为300,f F的情况下,光接收机前端电路的跨阻增益为97,d B,-3,d B带宽为11.7,GHz,等效输入噪声电流小于14.2,pA/Hz~(1/2),芯片核心面积为720,μm×700,μm.     

一种低功耗GaN基紫外焦平面读出电路设计

针对GaN基紫外焦平面,采用单端放大器的CTIA结构作为输入级,设计了一种小面积低功耗的读出电路,分析了电路的电荷增益、注入效率、功耗与噪声等性能指标。通过使用边积分边读出模式工作,电路功耗显著下降,当面阵大小为M×N时,仅与列数N有关。仿真结果表明,电路工作正常,电荷增益为1.6μV/e,注入效率可达96.8%,输出线性度大于99%,对噪声具有很好的抑制作用。     

偏置电压交变的时分反馈闭环加速度计

提出一种改进结构的时分反馈闭环加速度计,该结构使用负系数的PID控制器,只需要一个运算放大器。改进后的结构减小了读出电路的芯片面积,同时省去一个运算放大器和两个大电阻,因此能降低系统噪声。读出电路采用0.35μm高压CMOS工艺,并包含自检测功能。测试结果显示,在自检测模式下,闭环加速度计的线性度为99.72%。在DC到200 Hz内,输出噪声电压均方根值约为140μV。     

单端CTIA型读出电路线性度的研究及优化设计

对单端电容跨阻抗放大器读出电路的非线性进行了理论研究,详细分析了积分电路、采样保持电路、行选电路对非线性的影响。在此基础上,为提高读出电路的线性度,提出在积分电路中引入增益自举结构以及行选电路中采用转移电荷电路替代传统源跟随电路的方法。具体电路采用CSMC DPTM 0.5μm工艺实现,在输入积分光电流为2.0nA~26.5nA的范围内,读出电路的非线性度仅为0.05%。     

一种新型模拟电感

在有源滤波器的设计中经常采用通用阻抗变换器（ＧＩＣ）模拟接地电感来实现有源滤波器,然而由于所采用的运放较多,存在消耗功率大和噪声问题,此外元件变化引起滤波器特性的变化大,其稳定性不如ＬＣ滤波器,由此提出了一种新型模拟电感电路。它只由一个运放和电阻电容组成,由这种新型模拟电感代替无源ＬＣ滤波器中的电感Ｌ组成亚音频有源高通滤波器,具有与无源ＬＣ滤波器相同的低灵敏度,并且电路简单经济、减少功率消耗和噪声     

低噪声放大器高线性度偏置的数学证明

通信技术日新月异,通信产品的更新换代越来越快,性能越来越优,客服体验要求越来越高,无疑对通信芯片的设计提出了更高的要求和挑战。通信芯片的核心在于接收机,而接收机的关键在于低噪声放大器。低噪声放大器的核心指标是噪声、增益和线性度。低噪声放大器线性度对整个系统的线性度起着重要作用,它的非线性越小越好。低噪声放大器的线性度受偏置电路的直流阻抗影响较大。文中对一种工作在S波段,能极好地提高低噪声放大器线性度的偏置电路给出了数学证明。     

单片接收机射频前端电路设计与仿真

无线通信对射频接收机的低功率、低成本、小型化要求较高。本文提出了基于 IEEE 802．16协议的低电压接收前端系统和模块的设计方案,给出了三级级联的低噪声放大器和双正交下变频混频器的设计电路。仿真结果显示该放大器在增益、噪声、线性度等指标上均达到要求,双正交下变频混频器镜像抑制度达52 dB以上,对低噪声放大器和混频器级联电路的仿真结果表明,该级联电路能够达到接收机RF前端电路的设计要求。     

低抖动高线性压控振荡器设计与仿真分析

设计一种应用于锁相环(PLL)电路的压控振荡器(VCO).该电路采用浮空电容结构,相对传统接地电容结构,可提高电容充放电幅值,减小时钟抖动.快速电平检测电路,使电路在未采用反馈和补偿的前提下,减小环路延时,从而实现高线性.电路采用CSMC 0.6 μm CMOS标准工艺库实现.仿真结果表明:振荡频率为0.79,24,30 MHz时的相位噪声达到-128,-122,-120 dBc·Hz^-1@1 MHz.通过调节外接电阻电容,使得电路在3~6 V电源电压下,输出100.0~3.0×10⁷ MHz的矩形波,电路兼具低相位噪声和高线性特性.     

利用锁定放大器实现微波天线方向图的精确测量

采用常规的测量放大器或选频放大器进行微波天线方向图的高精度测量是困难的,本文设计了利用锁定放大器精确测量微波天线方向图的电路,该方法是从信号和噪声本身的特性出发,针对信号的周期性和噪声的随机性的特点来抑制噪声,提取信号。测试实验结果表明,采用该电路能极大的提高信噪比,可靠检测出有效信号。     

宽频光隔离放大器设计及试验研究

针对电力系统信号测量要求的抗干扰能力强、二次设备安全及宽频带的要求,设计一种宽频光隔离放大器,对隔离放大器的设计原理进行详细介绍,通过对隔离放大器各模块电路的传输特性分析,建立了相应的系统传递函数.仿真试验和实物试验结果表明,该隔离放大器将传输频带提升至1 MHz以上,工频信号传输精度误差小于0.2％,抗干扰能力有效增强,满足电力系统信号测量的实际需求.     

电容滤波直流电源电路谐波产生分析与抑制方法

电容滤波直流电源电路在工作过程中会产生比较严重的谐波电流,这些谐波电流的存在会给后端电路和供电系统带来危害。对此,首先对电容滤波直流电源电路中谐波电流的产生机理进行了分析,然后针对这些谐波电流给出了两种基于LC谐振滤波的谐波抑制方法,并对其抑制性能进行了仿真和实验验证。结果表明,两种LC谐振滤波的谐波抑制方法均可有效降低直流电源电路中谐波电流的占比,并显著提高电源有用输出功率。     

基于Proteus的音频功率放大器的设计与仿真

开发了一种音频功率放大系统的硬件设计,该系统由前置放大电路、音调调节电路及功率放大电路3部分组成,借助Proteus仿真软件平台对电路进行仿真和性能测试分析.实验证明,仿真结果与实测结果非常接近,达到设计要求,证明这种设计方法可提高设计效率,节约成本,具有很好的可实现性.     

差动对焦系统光电信号探测电路的设计

依据差动对焦系统的要求,给出了差动光电信号探测电路的实现方法。以高性能仪用放大器AD620BN、低噪声运放AD795JRZ和运放OP07EP为核心,设计了光电转换前置电路、信号调理及差分电路、二阶低通滤波器及伪零点消除电路,实现将差动光信号转换为电信号。经后续MSP430F149单片机系统电路处理后,产生调焦控制信号实现系统的自动对焦。实验测试结果验证了所设计电路的可行性和正确性,符合差动对焦系统的设计要求。