开关电容阵列中高带宽跨阻前置放大器设计

为了放大高能粒子物理实验中高精度定时信号,使其适用于开关电容阵列电路的采集范围与幅度,设计高带宽RGC型跨阻前置放大器。此放大器具有低输入阻抗,高带宽,高跨导的特点。采用TSMC 0.25μmCMOS工艺,2.5V单电源供电。仿真结果表明,该前置放大器跨阻增益为5K欧姆,一3dB带宽为953MHz,探测器输入电容在一定范围变化对带宽影响不大。

一种新型的开关电容阵列结构

作者针对开关电容阵列（SwitchedCapacitorArray，简称SCA）在高能物理实验中的应用进行了细致的研究提出了一种新型开关电容阵列结构，有效地改善时钟馈漏对存储精度的影响和读出运放的失调对读出精度的影响，并且专门设计了一种能够实现“轨到轨”应用的读出运放在电路设计和模拟的基础上，采用1．2μmN阱双层金属双层多晶CMOS工艺进行了该数模混合电路试验样片的全定制版图设计，并进行了工艺流水测试结果表明，作者所设计的SCA芯片成功地实现了所设想的功能，最高采样率为180MHz，采样率6MHz时的直流增益为0．99，非线性度为0．02％

基于开关电容阵列的高速多元激光回波数字化技术

设计了基于新型开关电容阵列技术的激光回波数字化系统,实现了每秒5G个采样点(Gigabit Samples per Second,GSPS)的采样速率。利用单片模拟数字转换器件(Analog Digital Converter,ADC)实现了多元信号采样。该系统具有很大的发展潜力。介绍了多米诺环形采样器(Domino Ring Sampler,DRS)4的控制策略。设计了基于DRS4芯片的激光回波数字化电路,搭建了激光测试系统,并开展了基于DRS4的信号采样实验。实验结果表明,采用DRS4芯片进行激光回波数字化,能够达到最高5GSPS的采样速率,可实现多元系统设计,增大视场,同时降低系统功耗和成本。

一款像素级开关电容阵列波形采样芯片

设计了一款基于GSMC 130 nm CMOS工艺的像素级开关电容阵列(SCA)波形采样芯片。该芯片由32×32像素阵列和读写控制电路组成,每个像素集成了裸露的顶层金属、pn结和32×32 SCA,裸露的顶层金属和pn结作为电荷收集电极,SCA用于存储波形信号,每个像素尺寸约为150μm×156μm。测试结果表明:拟合的直流传输函数与理论分析相符,该波形采样芯片的输入满量程约为1 V,单次成像模式下帧率可达10 MHz,直流噪声等效噪声电荷电子个数约为24 890,对正弦波信号采样后能够比较好地还原出原始信号波形。

一种用于开关电容阵列采样时钟控制的延迟锁相环

本文设计了一种能够产生256路采样时钟、低抖动的多相延迟锁相环电路。该电路由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控延时链四部分组成,现采用上海华虹宏力半导体制造有限公司130 nm CMOS工艺,完成了电路设计与仿真;仿真结果表明在典型1 ns相位延迟下,输出时钟相位延迟均值为0.999 ns,相位延迟抖动为18.61ps,可应用于给开关电容阵列提供稳定的采样时钟。

基于开关电容阵列ASIC芯片的多通道波形数字化系统设计

基于开关电容阵列(SCA)技术可以实现超高速的波形数字化。本研究是基于实验室设计完成的FEL SCA芯片进行8通道2 Gsps的波形数字化模块的设计,电路的配置和读出控制功能集成在单个FPGA中完成,此外该模块还包含SDRAM缓存及USB接口。目前已在实验室环境下对其进行了直流电压测试、瞬态波形测试和带宽测试,测试结果表明,在FEL SCA芯片的输入动态范围100 m V～1 V之间,本波形数字化模块的INL好于1%,通道的RMS噪声约为1.76 m V,带宽约为450 MHz,达到设计目标。

开关电容现场可编程模拟阵列FPAA的频域SPICE仿真

根据C.F.KURTH和G.S.MOSCHYTZ的采用z域四口等效电路对开关电容网络进行双口分析的理论,以现场可编程模拟阵列FPAA实现的PID控制器为例,建立用于频域仿真的SPICE模型,从而方便地用SPICE软件对PID校正后的整个控制系统的稳定性进行仿真分析。

一种低调谐增益变化的宽带电感电容压控振荡器

设计了一个应用于数字电视调谐器的宽带电感电容压控振荡器.该振荡器包含了一个开关可变电容阵列,用以抑制调谐增益的变化.整个电路采用0.18μm CMOS工艺实现.测试结果表明:压控振荡器的频率范围从1.17GHz至2.03GHz(53.8%);调谐增益从69MHz/V变化至93MHz/V,其变化幅度与最大值相比为25.8%;最差相位噪声为-126dBc/Hz@1MHz;在1.5V电源电压下,压控振荡器的功耗约为9mW.

低调谐增益变化的10 GHz电感电容式压控振荡器设计

基于0.18μm CMOS工艺,设计了一种应用于无线通信和雷达系统的低变化调谐增益的电感电容式压控振荡器。该电路包括分布式偏置可变电容阵列和开关电容阵列,合理选择偏置电压扩展电容-电压曲线覆盖范围,在整个调谐电压范围内,可有效降低调谐增益。三位开关电容阵列将整个可调频率范围分为8个子频带,通过控制可变电容实现子频带内频率的调谐范围。同时采用开关可变电容阵列,有效抑制了电感电容式压控振荡器调谐增益的变化。基于1P6M 0.18μm工艺模型的后仿真结果显示该10 GHz压控振荡器调谐增益变化率表现优异,低至21.5%,调谐频率范围为9.13~11.15 GHz,同时该压控振荡器能够实现较低的直流功耗9 mW(1.8 V电源电压),相位噪声在10 GHz时为-105 dBc/Hz@1 MHz。

GPS/BD接收机中电感电容压控振荡器设计

采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一款宽调谐、低相位噪声、低功耗的电感电容压控振荡器(voltage controlled oscillar,VCO),用于接收北斗卫星导航系统的B1,B2频段信号和全球定位系统(global positioning system,GPS)的L1频段信号的射频接收机中。振荡器中采用了开关固定电容阵列和开关MOS管可变电容阵列,有效地解决了宽频率调谐范围和低相位噪声之间不可兼顾的问题,另外,采用了可变尾电流源的结构,使得振荡器在整个可调频率范围内输出电压的幅度变化不大。利用Cadence软件中Spectre对电路进行仿真。结果表明,振荡器频率调谐在2.958—3.418 GHz和2.318—2.552 GHz这2个频段内,在1.8 V的供电电源电压下,功耗仅为3.06—3.78m W。当振荡器工作在3.2 GHz和2.4 GHz的中心频率时,其在1 MHz频偏处的单边相位噪声分别为-118 d Bc/Hz和-121 d Bc/Hz。

一种低相位噪声LC压控振荡器的设计与实现

基于TSMC 0.35μm CMOS工艺,设计并实现了一种用于锁相环(PLL)频率合成器中的低相位噪声LC压控振荡器.这种压控振荡器采用互补交叉耦合差分结构,利用开关电容阵列技术增大频率调谐范围,并结合大滤波电容、二次谐波谐振滤波网络、开关电容阵列和偏置滤波网络来降低相位噪声.采用TSMC 0.35μm CMOS工艺完成前仿真、版图设计与后仿真,芯片面积为1 285.3μm×1 162.7μm.流片测试结果显示,LC压控振荡器的频率调谐范围为1.558～2.065 GHz,调谐范围高达28%,中心频率处的相位噪声为-133.3 dBc/Hz@1 MHz,综合性能指数为-183.3 dBc/Hz.由此表明,所设计的压控振荡器具有比较优异的综合性能.

1.8GHz宽带低相位噪声CMOS压控振荡器设计

采用一种基于开关电容阵列（SCA）和尾电流源处加入电感电容滤波相结合的电路结构，设计了一个1．8GHz宽带分段线性压控振荡器．采用TSMC0．18μm 1P6M CMOS RF工艺，利用Cadence SpectreRF完成对电路进行的仿真．结果显示，在电源电压Vnn=1．8V时，控制电压范围为0．6～1．8V，频率的变化范围为1．43～2．13GHz，达到39％，相位噪声为一131dBc／Hz@1MHz，功耗为9．36mW（1．8V×5．2mn）．很好地解决了相位噪声与调谐范围之间的矛盾．

1V 2.5GHz压控振荡器设计

设计了 1V ,2 .5 GHz的全集成压控振荡器 .通过优化集成电感的设计 ,同时采用 NMOS管和开关电容阵列作为可变电容 ,使该设计具有较低的相位噪声和较宽的调谐范围 .采用 0 .18μm CMOS工艺进行仿真 ,结果显示 ,在1V电源电压下 ,在偏离中心频率 6 0 0 k Hz处的相位噪声为 - 119d Bc/ Hz,调谐范围为 2 8% ,功耗为 3.6 m W.

现代高精度逐次逼近式数模转换器使用中的几个问题

采用开关电容阵列技术、激光修正技术和低电压低电流的CMOS工艺生产的高精度逐次逼近式模数转换器已经进入到很多常见的信号处理系统中。但是这些新技术的引入也带来了使用上的新问题。针对这些新技术带来的问题展开讨论,对如何通过改进新型高精度逐次逼近式模数转换器的输入缓冲、基准源、重复性和输出总线缓冲,提高采集系统的精度和信噪比等问题,提出了相应的解决方法和技术。

低相位噪声、宽调谐范围LC压控振荡器设计

基于开关电容和MOS可变电容相结合的电路结构，设计了一种分段线性压控振荡器，很好地解决了相位噪声与调谐范围之间的矛盾。另外，在尾电流源处加入电感电容滤波，进一步降低相位噪声。采用TSMC0．18μmCMOS工艺，利用Cadence中的SpectreRF对电路进行仿真，当电源电压VDD=1．8V时，其中心频率为1．8GHz，可调频率为1．430-2．134GHz，调谐范围达到37％，在偏离中心频率1MHz处，相位噪声为-131dBc／Hz，静态工作电流为5．2mA。

一种面向IEEE 802.11ac标准的5 GHz LC压控振荡器

基于TSMC RF 0.18μm CMOS工艺,设计了一种可应用于IEEE 802.11ac标准的5GHz宽带LC压控振荡器。该振荡器采用了NMOS交叉耦合结构,同时采用了5位开关电容阵列以扩展调谐范围。开关电容阵列使压控振荡器的增益KVCO保持在一个较小的值,有效地降低了压控振荡器的相位噪声。后仿真结果表明,该压控振荡器在1.8V电源电压下,功耗为9mW,频率调谐范围为4.52-5.56GHz,在偏离中心频率1 MHz处仿真得到的相位噪声为-124dBc/Hz。该LC压控振荡器的版图尺寸为320μm×466μm。

宽带低相噪CMOS LC VCO的设计

设计了一款宽带CMOSLCVCO,在分析VCO相位噪声来源的基础上,对VCO进行了结构优化和噪声滤除,并采用了开关电容阵列以增加带宽。电路采用0.18μmCMOS射频工艺进行流片验证,芯片面积为0.4mm×1mm。测试结果显示:芯片的工作频率为3.34～4.17GHz,中心频率为4.02GHz时输出功率是-9.11dBm,相位噪声为-120dBc/Hz@1MHz,在1.8V工作电压下的功耗为10mW。

应用于WSN的0.5V 4.8GHz CMOS LC VCO设计

为设计一个可应用于无线传感网的0.5V4.8GHz CMOS LC压控振荡器,采用传统差分负阻结构的电感电容VCO核心电路,添加开关电容阵列增大VCO的调谐范围,利用升压电路和反相器的组合提高控制信号产生电路的性能,通过调节负阻管的宽长比等方法来优化VCO的相位噪声性能,保证VCO能在0.5V的低供电电压下稳定工作,相位噪声达到-119.3dBc/Hz@1MHz,VCO的频率调谐范围为4.3～5.3GHz,相位噪声小于-115dBc/Hz@1 MHz,最低可达-121.2dBc/Hz@1 MHz,核心电路电流约为2.6mA,满足无线传感网的应用要求。

低相位噪声宽带LC压控振荡器设计

基于0.13μm CMOS工艺,设计了一款低相位噪声宽带LC压控振荡器。采用开关电容阵列使VCO在达到宽调谐范围的同时保持了低相位噪声。采用可变容阵列提高了VCO频率调谐曲线的线性度。仿真结果表明,在1.2 V电源电压下,电路功耗为3.6 m W。频率调谐范围4.58 GHz-5.35 GHz,中心频率5 GHz,在偏离中心频率1 MHz处相位噪声为-125d Bc/Hz。

无线传感网射频芯片中4.8GHz低功耗压控振荡器设计

为满足无线传感网射频收发芯片中频率综合器的应用需求,采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺设计并实现了一个4.8 GHz低功耗LC压控振荡器.电路核心采用电流源偏置的互补差分负阻LC振荡器结构以及3 bit开关电容阵列,输出采用共源级缓冲.给出了电路设计,对噪声抑制进行了分析,并在Cadence环境下完成了版图设计,版图面积为700μm×900μm.在电源电压为1.8V条件下进行了后仿真,并采用2组SSGSS及1组三针直流探针完成了流片验证和芯片测试.结果表明:电路的后仿真调谐范围大于25%,能够有效地补偿工艺角偏差;在载波频率为4.8 GHz处,后仿真相位噪声为-126.8 dBc/Hz@3 MHz.实际测试中,电路的调谐范围为24%,在应用要求的3 MHz频偏处,相位噪声达到-121.12 dBc/Hz,核心电路工作电流仅为2 mA.