高精度电压电流转换电路中电流镜校准技术

电流镜输出误差主要由3个不同失配源造成:漏源电压(V_(DS)),阈值电压(V_(th)),跨导系数(β)。其中,第一项V_(DS)失配通常是由有限输出阻抗引起的确定性误差,该误差可以通过使用级联结构以及增益提升技术避免,后两项V_(th)和β失配是由工艺引起的随机性误差。为解决电流镜因工艺失配现象导致的电压电流(Voltage to Current)转换电路精度、线性度较差的问题,提出了一种动态元件匹配(Dynamic Element Match,DEM)以及修调技术(TRIM)相结合的电流镜校准方法,该方法使用TRIM技术将待校准输出电流镜支路和基准电流镜支路之间的误差电流,通过电容与MOS管转换成校准电流后反馈流入待校准输出电流镜支路完成校准,并通过DEM技术切换多条待校准输出电流镜支路完成校准的同时使输出误差平均化。本文采用SMIC 0.18μm BCD工艺对所提出的V-I转换电路进行了电路设计,仿真结果表明,V-I转换电路的输出电流的失配误差从0.12%下降到了0.03%,有效位数ENOB达到了11.2 bit,总谐波失真THD为−72.6 dB。

基于优化矩阵扰动分析的模拟电路故障诊断

在现有的模拟电路故障诊断算法中,人工智能故障诊断算法训练数据量大、训练时间长,且难以实现参数辨识。传统电路分析方法所需测试点多,计算复杂。基于此,提出了一种基于优化矩阵扰动分析的模拟电路故障诊断算法。首先,采用拉普拉斯(Laplace)算子卷积被测电路的输出响应矩阵,从而增强矩阵元素与电路元件参数之间的扰动规律。其次,选取矩阵的迹和谱半径作为故障特征,并利用这种扰动规律建立矩阵模型。然后,利用改进的诊断算法,在Sallen_Key带通滤波器电路和跳蛙低通滤波器电路上进行实例验证。结果表明,所提方法在仅使用一个测点的情况下,可实现故障元件的参数辨识。其故障诊断率达100%,参数辨识误差控制在1%内,且计算时间控制在毫秒级别。因此该方法容易实现在线测试,且适用于要求高定位准确率、高精度参数辨识的场合。

一种超低失调集成运算放大器的设计与实现

基于双极型工艺设计了一种超低失调集成运算放大器。通过在差分输入级的有源负载处设计电阻修调网络来调整失调电压,并针对基极电流补偿不可控的问题设计了可修调的基极电流补偿结构来降低偏置电流,利用激光修调技术减小基极补偿结构引入的随机失调,有效改善了输入级失调。增益级采用结型场效应晶体管(JFET)差分对管以获得高增益,输出级采用全npn晶体管的乙类输出结构可满足大功率输出需求。芯片实测数据表明:在全温度范围内,失调电压最大为-25.3μV,失调电压温漂为0.025μV/℃,输入偏置电流为-3.535 nA,输入失调电流为-0.825 nA。实现了超低的失调电压、电流和温漂。

高精度低功耗噪声整形SAR ADC设计

针对传统无源有损积分环路滤波器相较于有源无损积分环路滤波器,具有功耗低、电路设计简单等特点,但其噪声传输函数(NTF:Noise Transfer Function)平滑,噪声整形效果较弱的问题,提出了一种无源无损的二阶积分环路滤波器,保留了无源有损积分优点的同时具有良好噪声整形效果。设计了一款分辨率为16 bit、采样率为2 Ms/s的混合架构噪声整形SAR ADC。仿真结果表明,在125 kHz带宽、过采样比为8时,实现了高信号与噪声失真比(SNDR(Signal to Noise and Distortion Ratio)为91.1 dB)、高精度(14.84 bit)和低功耗(285μW)的性能。

一种低功耗低失调的集成运算放大器

针对高精度、低功耗运放的需求,利用40V双极型工艺设计了一款电源电压为3~30V的低功耗、低失调集成运算放大器。该运放为单片四通道结构,利用一个不完全对称的二级运放,以减小电路的功耗,同时使得输入级失调得到有效改善。并且在输入级加入了一对射极跟随器,增大电路的输入阻抗,使得输入基极电流有效减小。芯片的测试结果表明,在-55~125℃的范围内,平均开环增益可以达到105.998dB,平均失调电压为159.27μV,平均输入偏置电流为-5.787nA,平均输入失调电流为-0.287nA,单个运放的平均电源电流为189.679μA。

一种3×10^(-6)/℃的超低温漂带隙基准源

基于40 V双极型工艺,利用Brokaw型带隙基准源模型,设计了一种宽输入电压范围、超低温漂的带隙基准源。在Brokaw模型的基础上改进核心带隙基准电路设计,使用不同温度系数电阻的补偿方法对基准源的温漂进行二阶补偿;偏置电路使用改进的基极-发射极电压作为电流源,利用电流镜为其他模块提供电流;在钳位运放中引入负反馈,以提高电路的输入电压范围。芯片实测数据表明,在4~36 V的工作电压范围内,2.5 V和3 V输出电压的温漂系数均小于3×10^(-6)/℃;2.5 V和3 V输出电压的线性调整率分别为7.3μV/V和2.5μV/V,实现了超低的温度漂移和线性调整率。

基于偏流补偿的低失调运算放大器的设计

基于双极型工艺,设计了一种具有低输入失调电压、低输入偏置电流的运算放大器。电路结构包含偏置电路、差分输入级电路、中间级电路和输出级电路。差分输入级电路采用共射-共基耦合对,能够降低失调电压,并且采用基极电流补偿结构抵消输入偏置电流在外围电路上所产生的影响,提高电路精度。中间级为整个电路提供增益,并且将双端输入信号转换为单端输出信号。输出级电路为AB类输出级,具有低静态功耗,能够提高电路效率,增大电路带负载能力并为负载提供更多功率。电路采用齐纳修调技术,在封装后对芯片进行修调,避免封装后引入的二次失调。流片后测试结果表明:在±15 V电源电压条件下,输入失调电压≤10μV,输入偏置电流≤3 nA,输入失调电流≤1.5 nA,大信号电压增益≥110 dB。

基于抖频和斜坡补偿的抗EMI振荡器设计

设计了一种应用于开关电源转换器中的抗电磁干扰(Electro-Magnetic Interference,EMI)振荡器,其主要创新在于在开关电源系统中加入了频率抖动且可产生斜坡补偿的时钟信号。产生斜率可调整的三角波电流信号,并将频率抖动模块集成在振荡器内部。该振荡器提高了开关电源稳定性,而且引入了数字辅助的修调技术,对充电电容进行双向调整,消除了工艺带来的误差。该振荡器基于0.18μm BCD(Bipolar CMOS DMOS)工艺,实现了振荡器频率线性切换,振荡器的正常工作频率为1 MHz,最小工作频率为100 kHz,其抖动范围在基础频率的−1.66%~+4.3%,在2.7~5.5 V电源电压范围以及−40~125℃温度范围内,输出频率变化2.45 kHz,变化率为0.245%,占空比偏移0.653 ns,补偿电流峰值偏移0.125 nA,修调范围60.98%。

一种基于PJFET输入的高压摆率集成运算放大器

基于双极型集成工艺设计并制作了一种高压摆率、低输入偏置电流、低输入失调电流的运算放大器。输入级采用p沟道结型场效应晶体管(PJFET)共源结构,有利于减小输入偏置电流,提高信号接收的灵敏度,实现高输入阻抗、低偏置电流、低输入失调电流和高压摆率。增益级采用常规的共射放大电路结构。输出级采用互补推挽输出结构,提升了驱动负载的能力,并克服交越失真。测试结果表明:在电源电压±15 V、25℃环境温度下,开环电压增益为114.49 dB,正压摆率为12.33 V/μs,负压摆率为-9.76 V/μs,输入偏置电流为42.52 pA,输入失调电流为4.23 pA,输出电压摆幅为-13.56~14.16 V,共模抑制比为105.56 dB,电源抑制比为107.91 dB。

一种集成IIR滤波的三阶噪声整形逐次逼近ADC设计

针对经典噪声整形(Noise-Shaping,NS)无源逐次逼近型(Successive Approximation Register,SAR)模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)精度较低问题,提出了一种动态放大器与无限冲激响应(Infinite Impulse Response,IIR)滤波器级联的三阶NS-SAR ADC设计方法。利用动态放大器增益和IIR滤波器积分来补偿余量电压损失,以提高NS-SAR ADC的精度。同时,采用基于浮动反相器的放大器(Floating Inverter Amplifier,FIA)提高ADC的稳健性。基于0.18μm互补金属-氧化物-半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺进行设计,实验结果表明,设计的ADC在考虑工艺-电压-温度波动的情况下,以10 bits电路结构实现了大于4.3 bits的有效位数提升;在1.8 V电源电压、2 kS/s采样速率和8倍过采样率条件下,信噪失真比为88.2 dB,功耗为1.05μW,能效优值为168.9 dB。与经典NS-SAR ADC设计相比,所提设计实现了较高的ADC精度。

一种电荷泵型DC-DC电源管理芯片的设计

提高电源管理芯片的效率和输出电压稳定性,需要降低电压损失、减小负载调整率和线性调整率。基于华润上华2μm-36 V双极工艺设计了一款电荷泵型DC-DC电源管理芯片。采用H桥拓扑结构,调整了功率管的类型和数量以降低电压损失。未采用PFM、PSM、PWM调制方式,不仅降低了电路复杂性,而且避免了以上调制方式的缺点。设计了无运算放大器的带隙基准模块,不仅没有失调电压,而且减小了版图面积,温漂系数是144.4 ppm/℃,是为了抵消误差放大器网络产生的温漂。设计的RC振荡器与传统的RC振荡器不同,其频率更加稳定。设计的误差放大器没有采用传统的两级差分跨导运算放大器结构,电路结构简单,相位裕度是62.81°。优化振荡器模块减小了电压损失,优化带隙基准模块和误差放大器模块降低了负载调整率和线性调整率。仿真结果表明,温度在−55℃~125℃范围,输入电压为3.5~15.0 V,当输出电流是10~100 mA时,电压损失是0.334~1.220 V;输入电压为7~12 V时,线性调整率最大值是0.34%,负载调整率最大值是0.9%。

模拟电路软故障诊断的研究

分析了模拟电路软故障诊断的重要性及现有的各种软故障诊断方法。对模拟电路软故障诊断字典法中基于支路屏蔽原理、电路参数随元件参数变化轨迹、节点电压灵敏度序列守恒定理和节点电压增量关系方程的四个研究方向各自的基本原理和优缺点进行了探讨;介绍了基于神经网络,结合模糊理论、小波变换的现代模拟电路软故障诊断的两个方向的研究现状;同时从通用的软故障诊断方法、大规模模拟电路的诊断策略和数模混合集成电路的诊断需求三方面指出了模拟电路软故障诊断的发展趋势和亟待解决的问题。

基于神经网络数据融合方法的模拟电路故障诊断

根据模拟系统故障检测原理,采用神经网络与数据融合相结合的方法进行模拟电路故障诊断,提出了一种新型的基于D-S证据神经网络的故障检测与诊断方法.应用D-S证据理论对径向基函数网络进行了修正,用具有一个输入层、两个隐含层和一个输出层的神经网络实现.各个证据体的基本概率赋值的获取是D-S证据理论在实际应用中的难点问题,本方法中采用的是根据输入模式与原型模式之间的相似度以及原型模式的类别隶属度来确定基本概率赋值.借助神经网络自学习的功能,实现对类别隶属度的最优化.结果表明该方法能快速有效地进行故障诊断中大量数据的处理,具有很强的鲁棒性.

模拟集成电路的测试节点选择

如何寻求一个最佳的测试节点或测试矢量集是模拟集成电路的故障诊断中的重要问题。该文提出了一种基于可测性测度计算的测试节点选择方法。利用行列式判决图,可以有效而准确地求得被测电路传输函数的符号表达式和计算出其可测性测度。该方法完全消除了由数字方法引入的不可避免的舍入误差,并能处理中、大规模的集成电路.

模拟电路故障诊断的发展现状与展望

阐述了模拟电路故障诊断的意义,介绍了模拟电路故障诊断的发展现状,以及应用神经网络、模糊理论和小波分析后发展的趋势。分析了存在的问题,并提出了解决方法。

高精度带隙基准电压源的实现

提出了一种高精度带隙基准电压源电路 ,通过补偿其输出电压所经过的三极管的基极电流获得精确的镜像电流源 .设计得到了在 - 2 0～ +80℃温度范围内温度系数为 3× 1 0 - 6 /℃和 - 85 d B的电源电压抑制比的带隙基准电压源电路 .该电路采用台积电 (TSMC) 0 .35 μm、3.3V/ 5 V、5 V电源电压、2层多晶硅 4层金属 (2 P4 M)、CMOS工艺生产制造 ,芯片中基准电压源电路面积大小为 0 .6 5 4 mm× 0 .340 mm,功耗为 5 .2 m W.

故障树自动生成技术的研究与实现

故障树自动生成技术在故障树生成中,根据控制系统流程图和有向图确定系统的邻接矩阵,利用邻接矩阵描述系统各子要素之间的直接关系,并求得的系统可达矩阵。通过搜索顶部结构各节点并结合故障树结构模型,从数据库中调用相关的因果模型,自动生成系统故障树。应用该技术大大增强了故障树的可读性,简化了系统故障树生成的复杂性,为故障树生成节省大量重复劳动,使生成的故障树具有更强的理论依据和可行性。

一种用于电容型体硅微陀螺的低噪声读出电路芯片

读出电路位于微传感器系统信号通路的最前端,是决定系统性能的关键因素。本文针对音叉式体硅微陀螺的具体应用,提出了一种低噪声电容读出电路,芯片采用斩波技术降低了电路的低频1/f噪声、失调电压以及参考电压失配的影响,提高了读出电路的分辨率和动态范围;提出一种噪声电荷转移的分析方法,用于分析和预测读出电路的噪声性能;建立一种简化的微陀螺传感器仿真模型,用于模拟读出电路对微传感器的响应。读出电路在0.35μm 2P4 M标准CMOS工艺下设计流片,并与微传感器进行了联合应用,芯片面积为2×2.5mm2,在5V电源电压,100kHz的时钟频率下,实现了4aF/Hz的电容分辨率和94dB的动态范围。

一种新型的BiCMOS带隙基准电压源

在分析传统带隙基准结构的基础上,根据当前集成电路设计中对基准电源的低压、低功耗、高电源抑制比的要求,设计了一种结构比较新颖的基准电压源电路。该电路工作在电流模式,带有启动电路和电流补偿电路,静态电流约为10μA,具有较低的温度系数和较高的电源抑制比。

可编程模拟器件与技术新进展

简述可编程模拟器件的基本原理、典型应用和开发方法,介绍并比较主要的模拟可编程实现技术与主流器件系列,指出现存的主要问题并展望其未来发展方向。