用于神经信号采集的高PSRR及CMRR植入式模拟前端

针对人体内神经电信号非常微弱、噪声大、环境干扰大等特点,研究与设计了一款应用于神经信号采集的高电源抑制比(PSRR)和共模抑制比(CMRR)的低噪声植入式模拟前端.该模拟前端采用全差分结构来实现模拟前端中的前置放大器、开关电容滤波器及可变增益放大器,使得电路具有较好的电源抑制比和共模抑制比;采用斩波调制技术来抑制电路的低频噪声,并通过带电流数模转换器(DAC)的纹波抑制环路来抑制前置放大器的输出纹波,从而使该模拟前端在具有高PSRR和CMRR的同时能保持低噪声性能.文中采用0.18μm CMOS工艺设计该模拟前端芯片,版图后仿真结果表明,该模拟前端在0.1 Hz~10 k Hz内的等效输入噪声为2.59μV,实现了46.35、52.18、60.02、65.95 d B可调增益,CMRR和PSRR分别可达146及108d B,很好地满足了植入式神经信号采集的要求.     

0.1μV直流放大器的噪声和漂移的分析

分析了无输入变压器单通道斩波式直流放大器的噪声和漂移,得出了等效输入噪声和等效输入误差电压公式,给出了一种低噪声直流放大器方案,并讨论了放大器的稳定性。实验表明,该放大器可克服一般输入变压器耦合式高灵敏度放大器体积大,成本高,输入阻抗低,被测信号源不能浮地等缺点;信号源内阻小于1kΩ时,灵敏度高于0.1μV,时间漂移小于1μV/7h,响应时间小于5s。     

一种适用于心电信号检测的放大器设计

针对传统斩波放大器功耗较大,以及电极的直流极化电压容易使得高增益放大器进入饱和状态的问题,提出一种适合应用于心电信号的放大器.该低功耗斩波放大器电路由一个两级放大器组成,第1级折叠共源共栅放大器的高输出阻抗与第1级和第2级之间的密勒等效电容组成一个低通滤波器,以滤除调制噪声.采用TSMC 0.18μm 1P4M工艺,对...     

用于神经信号检测的低噪声CMOS前端放大器的设计

采用斩波稳定技术设计了一款低噪声CMOS放大器.该放大器用于神经信号的检测和放大,包括调制解调器、rail-to-rail输入放大级、带通滤波器、低通滤波器和振荡器5个模块.其中,rail-to-rail输入放大级提高了电路的输入共模范围,带通滤波器减小了残余失调,整个斩波稳定系统使电路显现低噪声特性.该电路采用TSMC 0.35μm CMOS工艺进行了仿真流片设计,低频等效输入相关噪声谱密度为13.2 nV/sqrt(Hz),开环增益为100 dB,3 dB带宽10 kHz,芯片面积为980μm×450μm.仿真结果显示,基于斩波稳态技术的低噪声放大器可作为一种有效的神经信号检测的前端电路.     

一种用于ECG信号获取的低噪声斩波放大器

基于0.18 μm CMOS工艺设计了一种应用于ECG信号采集的低噪声电容耦合斩波仪表放大器.该放大器采用斩波技术与晶体管噪声优化技术,减小了1/f噪声和热噪声,并提出一种基于占空比电阻的改进型前馈电极失调消除回路,抑制了电极直流失调电压.仿真结果表明,电路的静态电流为1.2 μA,带宽为0.17 Hz～4.3 kHz...     

基于对数放大器的微弱信号检测系统

为解决微弱光信号检测中信号动态范围宽及噪声干扰等问题,设计一种由对称晶体管等分立元件组成的对数放大器.用方波信号对该对数放大器的输入、输出及频率特性进行分析,结果表明在输入信号频率低于13 Hz时,放大器有很好的放大特性,输入信号动态范围达60 dB,小信号增益最高可达到90 dB.使用该对数放大器设计了微弱光信号检测系统,针对检测系统存在的误差问题,基于电路放大关系编写算法,该算法能有效减小系统的输出误差.实验结果表明该系统能有效检测微弱信号.     

工控GK5B32-01模块

该产品采用高密度混合安装工艺技术,采用输入、输出、电源间完全隔离、斩波放大器、激光修调放大量和增益技术,使模块具备了较高的精度和线性度.产品体积小,可靠性高,使用方便,耐恶劣环境,能广泛应用于工业二次仪表中.     

工控GK5B32-01模块

该产品采用高密度混合安装工艺技术,采用输入、输出、电源间完全隔离、斩波放大器、激光修调放大量和增益技术,使模块具备了较高的精度和线性度.产品体积小,可靠性高,使用方便,耐恶劣环境,能广泛应用于工业二次仪表中.     

基于CMOS工艺的并联双反馈跨阻放大器的设计与实现

针对传统调节型共源共栅(RGC)跨阻放大器在带宽和增益方面的不足,提出1种可拓展带宽和优化平坦度的并联双反馈结构的全差分跨阻放大器.另外,采用反相器替代共源极辅助放大器来提高增益,减小等效输入噪声电流.输出缓冲级的输入端引入无源电感形成π型网络,以抵消其寄生电容.基于UMC 0.18μm CMOS工艺,制备出所设计的跨阻放大器芯片,并将其压焊在FR-4基材的印刷电路板上.测试结果表明,差分跨阻放大器的-3 d B带宽为3.5 GHz,总跨阻增益达60 d BΩ,工作频带内的群延时波动小于25 ps,平均等效输入噪声电流密度为18.72 pA/√Hz.在1.8 V工作电压下,芯片功耗为32.4 mW,裸片面积为800μm×600μm.     

2.5Gb/s低噪声差分交叉耦合跨阻放大器的设计与实现

本文基于UMC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一款低噪声交叉耦合结构的跨阻放大器.该电路由优化的调节型共源共栅(RGC)结构和输出缓冲级构成,其中采用两级共源放大器作为RGC结构的辅助放大器,用于提升电路的等效跨导和带宽.此外,通过优化电路参数以及在输入端引入阶梯型无源匹配网络来进一步拓展带宽和降低电路噪声.测试结果表明,在探测器等效电容为300pF时,所设计跨阻放大器芯片的-3d B带宽为2.2GHz,跨阻增益为61.8d B?,平均等效输入噪声电流谱密度仅为9 pA/(Hz)~(1/2),成功实现了2.5Gb/s的传输速率.在1.8V电源电压下,芯片功耗为43m W,包括焊盘在内的芯片总面积为1×1mm~2.     

基于耦合电感低输入电流纹波高增益DC/DC变换器

针对如何提高增益和变换效率,并降低耦合电感型变换器的输入电流纹波问题,提出一种基于耦合电感 低输入电流纹波高增益DC/DC 变换器。通过引入无源零波纹电路,降低输入电流纹波,从而减小输入电流应 力; 同时,通过合理设计耦合电感变比,可实现变换器的高增益特性。通过理论分析和仿真实验结果表明, 该变换器的输入电流纹波大幅降低,并且所有开关管均实现了软开关,大大降低了开关损耗。同时,该变换器 各器件电压应力均远低于输出电压,有利于采用低耐压元件以降低导通损耗,提高变换器的性能。     

高升压DC/DC变换器的研究

提出了一种高升压DC/DC(简称HS)变换器,它利用一种特殊的结构来实现升压,这种升压结构是由两个电感、一个电容和两个二极管构成.将这种特殊的升压结构和双开关升压直流变换器相结合,就构成了HS变换器,通过电感电容充放电来实现升压功能.另外,本文还提出了(Repeated HS,Re-HS)和(Generalized HS,G-HS)变换器.分析了HS变换器在CCM模式下的电压增益,并对其电压增益、开关应力以及电流尖波进行了深入研究,并与其他电路进行了比较,对比分析验证了HS变换器具有高电压增益、低电压应力和低电流尖波的特点.通过搭建HS变换器的实际电路,验证了所提拓扑的正确性.     

一种开关磁阻电机驱动系统

本系统引入斩波器实现降压控制,以改善相电流波形来降低电机的低速振动噪声·此外,系统采用了一种改进的测周法来保证在调速范围内转速估算的精度·以一台四相8/6结构的075kW开关磁阻电机为控制对象进行实验,结果表明,相电流波形得到了改善,有效地降低了电机的低速振动噪声,达到了预期效果·     

基于 MVDＲ 波束形成算法的风速风向测量方法

为更好地抑制传统测风方法中噪声的问题,提出了基于 MVDＲ( Minimum Variance Distortioniess Ｒesponse) 波束形成算法,结合一种特殊的弧形阵列的测风研究方法,通过使用四元超声波传感器弧形阵列结构获得冗余空间采样信息,并将阵列所接收信息进行最小方差无畸变响应的波束形成算法处理,从而估计待测的风速风向信息。仿真结果表明,该方法可实现对风速 0 ～ 60 m/s 与风向角 0 ～ 359°的估计,可实现对风速以及风向的准确测量。     

具有抑制窄带干扰带阻特性的3～10GHz超宽带LNA

为在超宽带(Ultra-wideband,UWB)通信中抑制工作频带内的窄带干扰,提高接收机性能,提出了一个用于超宽带接收机的具有带阻特性的低噪声放大器(low noiseamplifier,LNA)。该放大器利用源简并电感得到实数的输入阻抗,利用输入匹配网络扩展工作带宽,利用具有带阻特性的负载网络得到宽带内的带阻特性。通过建立源简并结构超宽带LNA的电路模型,分析了超宽带LNA的放大器晶体管尺寸与功耗、增益、噪声系数之间的关系,提出了放大器晶体管尺寸的设计方法,同时给出了输入匹配网络和负载网络的电路结构和设计方法。基于SMIC 0.18μm CMOS工艺的仿真表明,通过该方法设计的LNA,其通带和阻带性都能符合设计指标要求。     

自适应结构方向复扩散压制沙漠地震随机噪声

非线性复扩散( NCD: Nonlinear Complex Diffusion) 能针对不同结构特征调节扩散强度,有效压制地震勘探随机噪声。但沙漠地震勘探数据结构复杂,NCD 方法不能有效估计出同相轴方向,会导致同相轴衰减。为此,基于同相轴结构特征提出自适应结构方向复扩散( ASOCD: Adaptive Structure-Oriented Complex Diffusion)滤波算法,该算法沿同相轴方向定向复扩散,在压制随机噪声同时增强有效信号。此外,该算法利用地震勘探数据的区域特性自适应调节扩散阈值,在信号区域减小扩散阈值以更好地恢复地震勘探信号。合成和实际沙漠地震数据结果验证了所提方法的有效性,与NCD 方法相比,滤波后信噪比提高了6 dB 左右。     

基于空间分数阶复扩散的地震勘探噪声压制

沙漠地震勘探数据信噪比低,随机噪声主要为非平稳、非高斯的低频色噪声,利用常规噪声压制方法很难有效辨识与表征地震勘探信号,导致弱纹理结构信号的损失。针对此问题,引入分数阶梯度算子,提出空间分数阶复扩散随机噪声压制算法。该算法利用空间分数阶梯度增强地震信号的弱纹理和细节,在复扩散框架下,根据同相轴结构控制扩散强度。实验采用合成地震勘探数据和实际沙漠地震勘探数据评估算法性能,结果表明,提出的空间分数阶复扩散滤波算法可压制沙漠勘探随机噪声并保留有效信号结构。     

平衡式Ku波段低噪声放大器ADS仿真

平衡放大技术具有驻波特性好,增益高,易级联等特点。这里把平衡放大技术应用到Ku波段低噪声放大器的设计当中,在保证低噪声和功率增益的同时,用以提高低噪放的驻波比和增益平坦度。ADS仿真结果显示,在10～12 GHz频带范围内,低噪声放大器绝对稳定,噪声系数≤0.7 dB,功率增益达到≤10 dB,通过采用平衡放大技术,输入输出驻波比≤1.12∶1,带内波动≤0.5 dB。提高了低噪声放大器的有效工作带宽。     

微型电动车用永磁无刷电机转矩脉动控制研究

针对微型电动车用永磁无刷电动机转矩脉动大、低速运行时噪声明显等主要问题，采用模糊控制和滑模控制相结合的方法，克服了未建模参数的影响，保证了滑模到达阶段的鲁棒性，同时抑制了转矩脉动．采用单周期内各功率管均衡调制的方式，不仅消除了反向电流，而且与其他调制方式相比，可使转矩脉动较小．针对永磁无刷电机在换相过程中，非导通相对转矩脉动的影响，提出了以瞬间提高开通相电流上升斜率的方式，来减小由非导通相造成的转矩脉动，使其电流恒定，低速运行转矩脉动降低了30％，有效地降低了微型电动车的起动噪声，不仅骑行舒适，而且具有较强的实用价值．     

一款工作于2.4 GHz频段的带有源负载的高性能双平衡有源混频器

对带有源负载的CMOS双平衡Gilbert有源混频器的1/f噪声、线性度与转换增益进行深入分析。这款采用PMOSFETs做负载的混频器工作于2.4 GHz频段。为降低混频器的1/f噪声, 利用双阱工艺中的寄生垂直NPN晶体管作为开关, 同时在PMOSFETs处并联最低噪声的分流电路作为负载。运用在PMOSFETs处的高性能运算放大器, 不仅为零中频输出提供了合适的直流偏置电压, 以避免下级电路的饱和, 并能够为混频器提供足够高的转换增益。同时, 在输入跨导(G_m)级电路中采用电容交叉耦合电路能够将转换增益进一步提高。为了增加混频器的线性度, 采用共栅放大器作为输入跨导级电路。这款混频器采用TSMC 0.18m 1-Poly 6-Metal RF CMOS工艺, 在1.5 V电源电压、3 mA的电流消耗下获得了17.78 dB的转换增益、13.24 dB的噪声因子和4.45 dBm输入三阶交调点的高性能。