基于可变增益PID控制器的车载以太网时钟同步算法研究

在车载以太网中,电机力矩、碰撞检测等控制类或关键突发信息的通信,由于其实时性要求比较高,需要借助时间敏感网络(Time Sensitive Net,TSN)协议,特别是流预留等机制来确保实时性或带宽,而要实现这些协议,网络节点间的高精度时钟同步是基础。通过设计基于根轨迹的PID控制器,对运行在从时钟节点上的时钟同步过程进行控制,并对控制器增益系数进行基于误差变化的自适应处理。实验结果表明,与未采用增益系数环节的控制器相比,采用自适应增益系数调整的控制器在同步过程的稳态误差绝对值均值降低了45%,稳态误差标准差降低了41%;与采用较小增益系数相比,采用自适应增益系数调整的同步过程在稳态过渡过程时间上降低了75%。实验结果证实了该方案可以有效平衡同步过程的稳态过渡过程时间和稳态同步精度。

用于高精度模数转换器的CMOS可变增益放大器

针对工业领域数据采集系统对大摆幅模拟信号精确采样的需求,提出了一种方便与高精度模数转换器(ADC)集成的CMOS可变增益放大器(VGA)。该VGA基于反相放大器结构,在5 V单电源供电的条件下支持最大±10 V信号输入。对传递函数的设计和电路结构的优化可保证VGA高线性度的同时不降低信噪比(SNR)。电路采用TSMC 0.18μm CMOS工艺进行设计并流片,面积为0.23 mm^(2),5 V供电时功耗为1.5 mW。在输入信号1 kHz、采样率200 kS/s条件下,将VGA与16 bit逐次逼近寄存器(SAR)ADC进行联合测试,测试结果表明信噪比达到89.80 dB,总谐波失真(THD)为-102.31 dB。该VGA具有输入范围大、精度高、面积小的特点,为工业信号采集应用提供了高集成度的解决方案。

28 GHz CMOS可变增益双向有源移相器设计

基于65 nm CMOS工艺设计了一种可用于5G毫米波相控阵系统的可变增益双向有源移相器。该移相器采用二阶多相滤波器产生正交信号,利用矢量调制器实现移相和增益调节,利用开关切换信号传递方向。矢量调制器前级采用吉尔伯特单元对正交信号调幅实现360°移相,后级采用基于交叉耦合结构的可变增益放大器实现低附加相移的增益调节。后仿真结果表明,RMS相位误差小于-3.4°(TX)和-4.2°(RX),RMS增益误差均小于0.5 dB,增益调节范围为11.25 dB,产生的附加相位变化小于±3°(TX)和±1.6°(RX),移相模块的功耗为8.5 mW。

用于宽带任意波发生器的可变增益放大器

在宽带任意波发生器(AWG)研制中,一个重要的挑战来自宽带可变增益放大器(VGA)。作为设备的信号输出接口电路,VGA承担了输出信号放大、共模电压调节、驱动负载等重要功能,在很大程度上决定了设备的综合性能。设计了一款适用于宽带AWG的VGA芯片,采用一种改进的数字增益调节架构,在兼顾带宽的同时,消除了模拟控制电压的影响,并确保了增益的单调性。芯片采用SiGe BiCMOS工艺实现,测试结果表明,芯片可以实现0.125~2倍的单调增益控制,最小增益步进约为0.125倍;在输入信号频率为4 GHz时的输出信号衰减为-2.83 d B。

高精度可变增益放大器的研究与设计

为了实现可变增益放大器高精度及大动态范围的优势,基于GaAs 0.25μm pHEMT工艺,设计了一款工作在0.1~4.0 GHz并行控制的可变增益放大器。放大器由数控衰减器和射频放大器组成。数控衰减单元采用桥T型结构和电平转换电路来实现;正压控制衰减电路简化了电路结构,提高电路可靠性;改进型并联电容补偿衰减结构改善大衰减态高频衰减精度;射频放大器电路采用并联电阻负反馈的共源共栅(Cascode)结构,实现了高增益平坦度和大动态范围。测试结果显示,在工作频带内,可变增益放大器的增益可达20 dB以上、平坦度在1.5 dB以内,可变增益范围为0~31.5 dB、衰减步进0.5 dB,输出三阶交调点最高可达39 dBm,端口回波损耗均小于-15 dB。

可变增益放大器的实现方法

从应用的角度出发 ,给出了典型的可变增益放大器的实现方法 ,总结了实现方法的特点 。

CMOS可变增益放大器设计概述

可变增益放大器是模拟单元电路之一,起着变化增益、调整信号动态范围、稳定信号功率的作用。文章综述了CMOS集成可变增益放大器的研究情况;给出了可变增益放大器的定义、应用、分类和主要指标,描述了多种开环和闭环放大器的结构,分析了相应的增益控制方法及其优缺点;说明了在CMOS工艺下实现放大器增益按指数变化的几种途径。最后,介绍了用于无线数字通信,具有宽带、高线性、低电源电压等高性能可变增益放大器的设计实例。

采用PIN二极管反馈的射频可变增益放大器

射频可变增益放大器大多基于CMOS工艺和砷化镓工艺,通过改变晶体管的偏置电压或建立衰减器增益控制结构实现增益可调.本文采用高性能的射频锗硅异质结双极晶体管,设计并制作了一款射频可变增益放大器.放大器的增益可控性通过改变负反馈支路中PIN二极管的正向偏压来实现.基于带有PIN二极管反馈的可变增益放大器的高频小信号等效电路,本文详细分析了增益可控机制,设计并制作完成了1.8GHz的可变增益放大器.测试结果表明在频率为1.8GHz时,控制电压从0.6V到3.0V的变化范围内,增益可调范围达到15d B;噪声系数低于5.5d B,最小噪声系数达到2.6d B.整个控制电压变化范围内输入输出匹配均保持良好,线性度也在可接受范围内.

具有可变增益恒压特性的三线圈WPT系统补偿网络结构及参数确定新方法

含有中继线圈的三线圈无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统可以提高系统的传输距离和传输效率。文章基于耦合电感模型分析,并建立传统串联/串联/串联(series/series/series,S/S/S)补偿结构的三线圈磁耦合系统数学模型,但该数学模型不够直观,不易对磁耦合系统除自感谐振式外的其他补偿参数确定方法进行分析。因此,提出利用变压器T网络模型进行三线圈磁耦合系统建模的新方法。基于所获得的解耦电路模型和等效漏感补偿理论,确定串联/串联/串联-并联(series/series/series-parallel,S/S/SP)、并联/串联/串联(parallel/series/series,P/S/S)、并联/串联/串联-并联(parallel/series/series-parallel, P/S/SP)补偿结构,提出S/S/S、S/S/SP、P/S/S、P/S/SP补偿结构的参数确定方法。所提方法在磁耦合系统不变的情况下,通过补偿电容及等效变比的设计,获得可变增益恒压的输出特性。该方法电路模型简单,设计思路清晰,参数选择灵活,有助于拓宽输出电压增益范围。

一种指数增益控制型高线性CMOS中频可变增益放大器

采用跨导线性化技术设计了一种具有指数增益特性的高线性中频可变增益放大器．该放大器由电流调节型可变增益单元、宽范围指数电压转换电路及固定增益放大器构成．基于0．25μm CMOS工艺的测试结果表明，放大器实现了8～48dB的增益连续变化，差分输出1V峰峰值下的三阶互调失真小于-60dBc，最大增益处噪声系数为8．7dB，50Ω负载下三阶输出截点为14．2dBm．

高精度宽带数字控制可变增益放大器的设计

设计了一种高精度宽带数字控制可变增益放大器,利用增益加强技术改进可变增益放大器的步进精度;同时,引入零点抵消技术,并加入源极负反馈电容,在不增加额外功耗的条件下,拓展了带宽。该电路采用0.18μm CMOS工艺,1.8V供电电源,增益动态范围为62dB,步进精度为1dB,步进误差为0.2dB。设计的可变增益放大器可以提供高达80MHz的带宽,整个电路消耗1.5mA电流,芯片尺寸为300μm×800μm。

一种基于AD7542和OP467设计的与微机接口的可变增益放大电路

介绍利用AD7542单片数模转换器和OP467集成运算放大器芯片设计的与微机接口的可变增益放大电路,对该可变增益放大电路的实验电路进行了编码关系测试和增益线性测试,并分析了测试结果。

SiGe HBT双频段可变增益放大器设计

提出了一款新型的双频段可变增益放大器(DBVGA),分别工作在3G-WCDMA的2.2GHz和WLAN的5.2GHz两个频段。放大器分为增益控制级、输入输出级和放大级。其中,增益控制级采用电流驱动技术和发射极串联电感来减小噪声和输入阻抗的影响,进而实现大动态的增益变化。输入级通过电容电感串并联方法实现双频段的输入匹配。放大级使用Cascode结构和电流复用技术来提高增益和减小功耗。采用Jazz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺设计芯片版图,版图面积为0.5mm2。仿真结果表明,当控制电压从0V到1.4V变化时,DBVGA在2.2GHz和5.2GHz下的增益可变范围分别达到30dB和16dB,最大增益处的噪声分别为2.3dB和3.2dB,输入和输出驻波比约1.5。

一种利用衰减器实现的超宽带可变增益放大器

提出了一种基于有源可调衰减器的超宽带可变增益放大器,以有源可调衰减器作为可变增益放大器的核心,并与高增益放大器级联,在3.1～10.6GHz超宽频带内实现了宽动态增益调节范围。基于Jazz 0.35μm SiGe HBT工艺,完成了超宽带可变增益放大器的设计,利用安捷伦公司的ADS仿真软件进行仿真验证。结果表明,在3.1～10.6GHz的超宽频带内,当电压在0.7～2.0V的范围内变化时,该放大器的动态增益变化范围大于60dB,3dB带宽大于7GHz,在整个电压变化范围内,S11和S22均低于-10dB,在最大增益处,噪声系数小于5dB。

CMOS宽带可变增益放大器

设计了一种CMOS宽带、低功耗可变增益放大器.在分析使用源极退化电阻的共源放大器高频特性基础上,通过加入频率补偿电容改变放大器的零极点分布,在不增加功耗的情况下扩展了带宽.分析了放大器在低增益下出现的增益尖峰现象并加以解决.使用跨导增强电路提高了放大器的线性度.两级可变增益放大器使用TSMC0.25μmCMOS工艺.仿真结果表明,放大器在3.3V电压下核心电路功耗为3.15mW,增益范围0～40dB;在负载为5pF电容时3dB带宽大于340MHz,输出三阶交调点高于3.5dBm.

增益精确的可变增益放大器

可变增益放大器是GPS接收机中的一个关键模块，它与反馈环路组成的自动增益控制电路为模／数转换器（ADC）提供恒定的信号功率。模拟信号控制增益的VGA增益连续变化，但是线性度较差。这里采用电阻形式的负反馈的放大器来设计一个0～30dB增益变化的中频可变增益放大器，VGA的增益精度并不取决于工艺、电压和温度等因素对电阻、MOS管开关的影响，增益误差在各个工艺角下都小于5％。基于0．18μm CMOS工艺的测试结果表明，带内纹波小于0．1dB，IIP3达到31dBm@0dB，功耗为3mA，其中包括直流偏移消除模块和CMOS源极跟随缓冲电路。因此，该放大器适合在接收机模拟前端使用。

一种高dB-线性宽动态范围CMOS可变增益放大器

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种高dB-线性宽动态范围的CMOS可变增益放大器。指数电路通过伪Taylor指数函数构造,可变增益单元采用可变跨导、可变负载结构。Hspice仿真结果显示,3-dB带宽为200MHz,在dB-线性内,输出电压的增益动态范围达40dB,误差在±0.5dB之内,电路在3.3V工作电压下总消耗电流为1.6mA。

2～ 8 GHz微波单片可变增益低噪声放大器

报道了一种微波宽带 Ga As单片可变增益低噪声放大器芯片。该芯片采用南京电子器件研究所 76mm圆片 0 .5μm PHEMT标准工艺制作而成。工作频率范围为 2～ 8GHz,在零衰减时 ,整个带内增益大于 2 5d B,噪声系数最大为 3 .5 d B,增益平坦度小于± 0 .75 d B,输入驻波小于 2 .0 ,输出驻波小于 2 .5 ,输出功率大于 1 0d Bm。放大器增益可控大于 3 0 d B。实验发现 ,芯片具有良好的温度特性。该芯片面积为 3 .6mm× 2 .2 mm。

水下无线光通信系统中可变增益放大器的实现

为了减小水下无线光通信系统中接收信号的动态范围,采用可变增益放大器,论述了基于数字模拟转换器和数字电位器实现可控增益的两种方法,并对基于数字电位器实现的方法进行了仿真实验。结果表明,该方法能有效压缩信号的动态范围,并使其趋于稳定。

利用开关电容电路设计的可变增益滤波器

根据具体要求利用开关电容电路设计了一个中心频率为１００Ｈｚ，增益从－１４，……０，…１４分贝的可变增益滤波器并进行仿真。先利用程序进行相关的开关电容电路参数计算，再由已知的２域传输函数利用算法算出特定电路的元件参数。