用于多气象传感器的模拟前端集成电路设计

设计了一款适用于多气象传感器的模拟前端集成电路,主要包含LDO、可编程增益放大器、SAR ADC以及湿度测量电路。可编程增益放大器采用全差分轨对轨运放作为主体结构来抑制噪声,同时采用连续时间Auto-Zero校准技术来降低其输入失调电压。对于14位SAR ADC,为降低DAC电容阵列的平均功耗和面积,设计了基于V_(CM)-based开关切换策略的分段式差分DAC电容阵列。最后基于湿度传感器电容值与矩形波频率之间关系的原理,设计了湿度测量电路,湿度测量电路频率误差为0.03%。该模拟前端电路基于华虹0.18μm CMOS工艺,并通过Cadence Spectre软件进行电路设计、版图绘制以及仿真验证。后仿真结果表明,电路整体可以实现从输入模拟信号的放大,到最终输出数字码的功能,其有效数(ENOB)为11.40 bit,SINAD为70.37 dB,SNR为71.05 dB,SFDR为83.85 dBc,THD为-78.55 dB。

单对线以太网物理层模拟前端设计思考

单对线以太网是近年来新兴的以太网技术,随着汽车自动驾驶和工业物联网的高速发展,凭借上层应用扩展和底层布线上的绝对优势,正在大规模应用。单对线以太网物理层模拟前端技术是实现单对线以太网通信的关键基础技术。本文讲述了现有单对线以太网物理层模拟前端相关的标准,架构及相关模块设计技术,重点对发射器TX和接收器RX关键模块的现有实现技术及其优缺点进行了列举分析。发射器TX电流模结构易于实现高精度但功耗效率低,电压模结构精度略低但功耗效率更高;接收器RX的设计围绕模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)展开,ADC决定着整个RX的性能、功耗、面积和复杂度,分段和重新装配(Segmentation And Reassembly,SAR)ADC是首选结构,应用上限不断提高。由此进一步明确了在高性能、低功耗、小面积的单对线以太网物理层模拟前端设计中的挑战。

基于LabVIEW的模拟前端电压标定系统设计

电池管理系统中模拟前端的电压采集模块的精准采集对汽车预警起着关键性作用,同时目前电压采集模块手动及半自动标定过程中存在操作复杂、效率低和复用性差等问题,针对以上问题设计了一套对模拟前端中的电压采集模块进行标定的系统,通过LabVIEW上位机软件自动控制各仪器设备的方式,完成模拟前端电压采集模块的标定。通过实际测试,系统能够自动标定,实现操作简单、效率提升、高精度和复用性强等目标。

一种摆率可控的PD发射机模拟前端电路的设计

文章针对通用串行总线(universal serial bus,USB)电源传输协议(power delivery,PD)通信过程中的电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)以及传统电路中电容不同带来的工艺偏差的影响,从电路层面对PD发射机模拟前端进行优化设计,提出一种摆率可控的PD发射机模拟前端电路。采用同一电流双路对称镜像进行单电容充放电结构,抑制了电容不同带来的工艺偏差的影响,并通过调节电流进行摆率控制,可有效抑制电磁干扰,输出级采用高增益两级运放组成的驱动器来提供强驱动能力。采用HHGRACE 0.35μm BCD工艺进行电路和版图设计,利用Spectre和Hspice软件进行仿真验证。仿真结果表明,设计指标满足USB PD协议标准的要求。

CCD成像系统中模拟前端设计

CCD成像系统中模拟前端对系统信噪比起决定性作用。为了提高成像系统的信噪比,需要对模拟前端以及其PCB布局布线进行合理的设计。在深入分析模拟前端中各部分功能的基础上,针对目前模拟前端一般采用专用CCD视频信号处理器来实现的方案,建立了CCD视频信号处理器这个模拟数字混合器件芯片内部的电源及接地模型,并根据该模型对PCB布局布线进行了分析和设计。工程实践结果表明,在像素时钟为6 MHz时,系统的信噪比可以达到54dB。

高频RFID读写器射频模拟前端的实现

射频识别(RFID)系统主要由RFID读写器和RFID电子标签两部分组成。给出了高频(13.56MHz)RFID系统中读写器射频模拟前端的电路设计,符合ISO/IEC14443typeA/typeB,ISO/IEC15693和ISO/IEC18000-3中任一个标准的读写器芯片设计均可采用,设计工艺采用了中芯国际0.35μm2P3M混合CMOS技术,并给出了Cadence环境下的仿真结果。

生物医学信号采集的多通道模拟前端集成电路

提出并设计一款基于生物医学信号采集的多通道模拟前端集成电路(IC)。该混合信号集成电路包含增益可调仪表运算放大器、高灵敏度电流-电压转换器、基准源,以及8位逐次逼近式模数转换器(SAR ADC)。整个芯片采用SMIC混合信号0.18μm CMOS 1P6M的工艺制作,核心电路的芯片面积为1.36 mm2。芯片测试结果显示:该芯片在1.8 V单电源的供电电压下,共模抑制比大于100 dB,可调增益范围为30～70 dB,输入失调电压小于97μV,其中ADC的微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)分别为-1/+1.4和-2/+2 LSB,增益可调仪表运算放大器以及ADC的功耗分别是387μW和704μW。

射频模拟前端对数字中频接收机动态范围影响的研究

射频模拟前端(RFAF)是实现大动态宽带数字中频接收机(DIFR)的技术瓶颈之一,其在很大程度上制约着DIFR的带宽、动态范围等关键性能指标.本文研究实现宽带大动态DIFR的约束条件.基于ADC的性能指标,分析了RFAF的噪声系数、带宽以及中频欠采样的"处理增益"与DIFR灵敏度之间的关系,以及RFAF的增益和噪声系数与DIFR的动态范围之间的关系.推导并仿真了RFAF的增益和ADC的信噪比与DIFR的瞬时动态范围,以及数字自动增益控制(DAGC)的步长和调节范围与DIFR的扩展动态范围之间的关系.讨论了RFAF的最优化设计问题,给出了设计实例.

心电信号采集的模拟前端集成电路设计

基于SMIC 0.18μm 1P6M CMOS混合工艺设计了一种适用于心电信号采集的模拟前端集成电路,主要由前置放大器、带通滤波器、工频滤波器及后级放大器等组成。通过采用低噪声前置放大器技术,有效地改善了模拟前端集成电路的信噪特性;通过采用陷波器技术,有效地抑制了50 Hz工频干扰信号。模拟前端集成电路获得了43.44 d B的中频增益以及通带为0.095 6—107.3 Hz;在0.1 Hz与100 Hz频率处,模拟前端集成电路分别获得15.1μV/Hz与745 n V/Hz的等效输入噪声电压;在1.8 V电源电压条件下,模拟前端集成电路的静态功耗仅为912.5 n W。仿真结果表明,所设计的模拟前端集成电路适合于心电信号采集要求。

用于巨磁阻生物传感器检测的模拟前端电路

提出一种用于巨磁阻(GMR)生物传感器检测的模拟前端电路。电路采用电压检测的方法,包括基准电压源,单位增益缓冲器,电荷转移型开关电容采样保持电路,流水线模数转换器四部分;基准电压源用于产生传感器阵列的片内激励电压;传感器阵列的检测输出电压经单位增益缓冲器后,由开关电容采样保持电路进行采样,保持,放大;最后经过流水线模数转换器输出数字码流;芯片采用SMIC 0.18μm 1P6M CMOS厚栅氧工艺实现。测试结果表明,在电源电压3.3 V,20 MHz时钟下测试,整体电路输出信号有效精度达到7.2 bit,功耗33 mW,满足GMR生物传感器的检测要求。

基于模拟前端ADS1299的脑电信号采集系统

设计了一套脑电信号采集系统,能够便捷地采集人体脑电信号,具有体积小、精度高、简单易用的特点。系统包括硬件和软件两大部分,硬件部分主要由最新的24位模拟前端ADS1299和AVR单片机构成。系统能够采集8通道的脑电数据,通过USB转串口模块上传数据至上位机。软件部分使用Java编程实时显示与存储采集到的脑电信号,随后通过Matlab对采集到的脑电信号进行后续分析。实验结果显示:本系统能够精确显示出眼电波形,当被试者闭眼时,枕叶电极的α波段波形尤为明显。

CCD成像系统中模拟前端噪声的研究

为了提高CCD成像电子学系统的信噪比,设计了3种模拟前端电路,借助Orcad软件对它们的输出波形进行比较,分析电路结构与噪声产生机理的关系,从理论上比较3种电路结构的噪声水平。然后采用三线阵CCD探测器KLI8023和视频处理器TDA9965在硬件上实现3路模拟前端的电路设计,并通过X64-LVDS采集卡分别将3路图像信息显示在终端机上。每个像元成像50次,统计这50次的均方差(噪声)和信噪比,通过拟合曲线比较三路模拟前端的噪声水平和信噪比。在相同光照条件下,第1路的信噪比达到750dB,第3路只有600dB,验证了理论分析的结果,讨论不同像元频率、带宽与信噪比的关系,为今后的成像系统电路设计提供参考和实验依据。

32通道TDICCD遥感相机模拟前端电路设计

在TDICCD遥感相机成像系统中,模拟前端电路性能对提高系统信噪比具有重要作用。为了提高成像系统的信噪比,需要对模拟前端电路进行优化设计。在分析模拟前端电路各部分功能的基础上,采用CCD视频处理器件实现32通道模拟前端电路的方案设计,合理设置前置滤波放大电路带宽并完成仿真,确定相关双采样箝位和采样脉冲相位,设计低电压差分信号发送电路,对高速串行发送接口电路误码率进行测试,最终采集图像并完成图像信噪比计算。工程实践结果表明,在像素时钟为5MHz时,系统的信噪比可以达到52d B,满足实际工程应用需求。

一种短波数字接收机模拟前端设计方案

文章分析了短波数字接收机模拟前端的总体设计方案,包括前端各部分增益的分配与计算、AGC起控点与饱和点的选取以及整个前端噪声系数的计算,讨论了各部分模块的具体实现以及对器件选择的考虑,最后给出了本方案的实验数据。

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.

基于AD9923A的ICX274模拟前端电路设计

ICX274是SONY公司生产的每秒15帧200万像素高速CCD,针对ICX274的模拟前端电路(Analog front end,AFE),本文给出了基于Analog Devices公司芯片AD9923的硬件电路和寄存器设置方法。AD9923芯片内部功能电路模块通过SPI接口控制相关寄存器实现,通过分析AD9923内部主要电路模块的工作原理,介绍了与之相关电路的寄存器控制方法。对比SONY方案可以看出,该设计硬件结构简单、成本低、可靠性高。测试表明,驱动时序控制满足ICX274时序要求,可以驱动ICX274输出模拟视频信号,能正确控制相关双采样电路的采样时刻,完成模拟数字转换得到CCD的数字视频信号。

低压低功耗智能传感器模拟前端设计进展

介绍了国内外模拟前端低功耗设计的发展现状以及挑战。基于模拟集成电路功耗设计理论,对智能传感器模拟前端进行了分析,重点论述了模拟前端低功耗设计的特点以及系统级、电路级创新性的实现方法,展望了低压低功耗模拟设计技术的发展趋势。

线阵相机模拟前端驱动处理电路设计及应用

为解决定制型线阵相机模拟前端驱动处理电路可复用和可移植问题,在分析TCD1700系列线阵CCD器件工作原理、时序参数相关性和异同点基础上,对线阵相机模拟前端驱动处理电路进行集成化、IP核化设计,给出了设计逻辑、接口及寄存器定义,使用verilog语言,利用quartus II和modelsim平台进行了设计建模和仿真测试。最后在cyclone IV器件平台进行了实现和验证,并将设计的电路用于盛液管和液位界面检测实验。实验结果显示:前端处理电路对液位及盛液管特征信息提取准确,电路噪声抑制效果良好,可复用。

国外空间红外遥感器模拟前端处理技术发展研究

文章对空间红外遥感器模拟前端处理技术进行调研研究,首先对美国、欧洲的红外遥感器模拟前端处理技术的电路结构、性能指标和关键电路设计方法进行了介绍;然后对红外遥感器模拟前端处理技术的低噪声、低功耗、深低温工作的技术特点进行了分析,最后给出中国空间红外遥感器模拟前端处理技术发展建议。期望通过对美国、欧洲红外遥感器模拟前端处理技术研究和分析,为中国空间红外遥感器模拟前端处理技术发展提供参考。

一种13.56MHz无源射频识别模拟前端的设计

提出了一种基于ISO/IEC18000-3协议的高频13.56MHz射频识别(RFID)标签芯片的模拟前端电路结构,采用Chartered 0.35μm EEPROM工艺进行流片验证。该芯片实现了无源RFID标签芯片通信时所需的整流、稳压供电、时钟恢复、信号解调以及副载波调制的全部功能。