一种基于冗余位结构CDAC的12 bit SAR ADC

提出一种基于非二进制冗余位结构CDAC的12 bit全差分逐次逼近型模拟数字转换器(SAR ADC)。传统SAR ADC中CDAC的单位电容数量随位数指数增长,且采用全差分结构的电容数量是单端结构的两倍,导致CDAC建立时间过长。为此,设计一种加入冗余位的分段式电容阵列,减少单位电容数量,提高CDAC建立速度。动态比较器的比较速度快,会导致数字码误判,通过加入冗余位弥补比较器对数字码误判的缺陷;采用底板采样技术,避免沟道电荷注入和时钟馈通,提高采样精度;采用SMIC 130 nm CMOS工艺。在电源电压1.2 V、20 MS/s采样率下,对1024点FFT仿真。结果显示:当输入频率(9.824 MHz)接近奈奎斯特频率时,该ADC的整体信噪失真比(SNDR)达到72.42 dB,有效位数(ENOB)达到11.73 bit;无杂散动态范围(SFDR)达到88.4 dBc,功耗为1.29 mW。

一种电源管理芯片的高精度过温保护电路设计

电源管理芯片在超过可承受温度范围工作时会对自身造成不同程度的损坏,过温保护电路对提高该类芯片的可靠性和鲁棒性具有重要作用。文中设计了一种具有温度过高关断和温度过低提醒等双重功能的高精度过温保护电路。利用正、负温度系数电压对芯片温度进行实时检测,并与带隙基准电路输出端的不同基准电压分别进行比较得到4个逻辑翻转点,进而通过高精度比较器电路和迟滞逻辑电路处理后,输出迟滞逻辑信号来控制芯片的工作状态或进行温度过低提醒。基于0.18μm BCD(Bipolar-Complementary Metal Oxied Semiconductor-Double diffused Metal Oxide Semiconductor)工艺设计并完成了相关仿真验证,仿真结果表明,在电源电压范围为3.0~5.5 V时,该电路输出端的迟滞逻辑翻转信号对应的温度阈值最大偏移量在0.3℃以内,具备较高的精度,可广泛集成于各种需要过温保护功能的电源管理芯片。

一种采用格雷码的低功耗软启动电路设计

介绍了一种采用格雷码的低功耗软启动电路,采用数控软启动技术,克服了传统软启动电路需外接大电容、增加引脚数等缺点,消除了大电容带来尺寸面积与匹配性的影响,提高了DC-DC转换器的稳定性:软启动电路调用了一种控制逻辑的编码方式,即格雷码编译。此模式的转换方式为,在电位逐渐增加期间,仅有一个码点发生改变。有效避免了码位变化时诱发的误输出,减少了普通二进制编码在频繁变化下产生的尖峰电流。格雷码的转换模式可以减小系统误差,提升整体电路的稳定性,在全部编译结束后,软启动结构自动切断整个编码系统,实现此结构的低功耗模式。

一种采用分段温度补偿的低温漂带隙基准源

提出了一款宽温度范围、低温漂系数的带隙基准源。以Banba结构的带隙基准源作为核心电路,产生开口向下的抛物线状输出基准电压,将抛物线顶点向高温段移动,使输出基准电压的高温段趋于平缓,利用分段温度补偿技术对低温段进行曲率补偿,补偿电流由不同温度系数的电流相减产生,有效降低了温漂系数,并拓宽了带隙基准源工作的温度范围。在0.18μm的标准互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺下进行电路性能验证,仿真结果表明,在-50~150℃的温度范围内,提出的带隙基准源的温漂系数为0.65 ppm/℃,在1.8 V的电源电压下输出电压为760 mV,版图面积仅为0.01 mm^(2)。

基于SiGe BiCMOS工艺的8 GS/s采样保持电路

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提高了采样保持电路的线性度。输出缓冲电路采用级联结构实现高线性度,并提高了电路的驱动能力。测试结果发现,在采样模式下单端输入信号频率4 GHz、采样时钟频率8 GHz条件下,有效位数为5.4 bit,无杂散动态范围为37.6 dB,总谐波失真为37.5 dB,总功耗为450 mW,芯片尺寸为0.68 mm×0.68 mm。

一种采用高阶曲率补偿的带隙基准源

基于0.18μm BCD工艺,提出了一种具有较低温度系数的高阶曲率补偿带隙基准源。在基本Kuijk带隙基准的结构基础上,利用VBE线性化法来进行高阶曲率补偿,同时保证流过补偿双极晶体管的电流也得到高阶补偿,两次高阶补偿使得带隙基准源的温度系数更低。根据仿真结果,该带隙基准电压在-55℃~125℃温度范围内,输出电压的最大压差为0.3766 mV,温度系数为1.762 ppm/℃,低频时电源抑制比(PSRR)为-73.9 dB。该带隙基准源已应用于某一高精度的低压差线性稳压器(LDO)中。

一种带曲率补偿的低功耗带隙基准设计

为了改善传统带隙基准中运放输入失调影响电压精度和无运放带隙基准电源抑制差的问题,设计了一款基于0.35μm BCD工艺的自偏置无运放带隙基准电路。提出的带隙基准源区别于传统运放箝位,通过负反馈网络输出稳定的基准电压,使其不再受运算放大器输入失调电压的影响;在负反馈环路与共源共栅电流镜的共同作用下,增强了输出基准的抗干扰能力,使得电源抑制能力得到了保证;同时采用指数曲率补偿技术,使得所设计的带隙基准源在宽电压范围内有良好的温度特性;且采用自偏置的方式,降低了静态电流。仿真结果表明,在5 V电源电压下,输出带隙基准电压为1.271 V,在-40~150℃工作温度范围内,温度系数为5.46×10^(-6)/℃,电源抑制比为-87 dB@DC,静态电流仅为2.3μA。该设计尤其适用于低功耗电源管理芯片。

一种适用于LDO的无过冲软启动电路设计

设计了一种适用于LDO的无过冲软启动电路。其核心是采用线性升压的软启动策略来消除浪涌电流,电路结构简单、易于实现。为了解决超调现象,利用晶体管与正反馈电路设计了一种快速比较器,使得软启动电路输出电压能平滑地过渡到稳定工作状态。为了减小版图面积,利用少量的MOS管设计了斜坡产生电路和输入不平衡比较器电路。该软启动电路集成到一款低压差线性稳压器中,采用SMIC 0.18μm BCD工艺实现,电源电压为4.5 V。仿真结果表明,软启动电路有效地消除了浪涌电流,实现输出电压平稳上升无过冲,并能平滑地过渡到稳定工作状态,无超调现象产生。电路结构简单,版图面积为98μm×60μm,便于片上集成,该电路也可以应用到一般的DC-DC稳压器中。

应用于轨到轨运放的一种低纹波电荷泵

运放电路通常采用互补差分输入对的方式实现轨到轨输入,但输入级跨导的波动增大了运放设计难度。针对轨到轨运放输入级跨导恒定的问题,设计了一种宽输入范围低纹波电荷泵。利用振荡器产生时钟信号,控制数字逻辑电路,生成五对时钟不交叠的开关控制信号,来交替开启和关闭泵电容,在开关交替期间对泵电容进行预充放电,从而规避时钟馈通效应,降低输出纹波。电路使用0.35μmBCD工艺。仿真结果表明,在时钟频率为10MHz、负载500μA时,电荷泵输入电压2~5V,输出均可提升1.5~1.6V,输出纹波低于3mV,提高了电路内部电源的稳定性。

一种低功耗快速瞬态响应无片外电容LDO

针对无片外电容LDO瞬态响应问题,提出了一种基于Miller BICMOS OTA结构的N型功率管LDO。BJT Push-Pull作为电路的中间级,具有低功耗、高增益、高摆率的特点。输出扰动通过电容耦合至中间级,形成了一条快速反馈环路,拓展了反馈环路带宽,提高了负载瞬态响应速度。因为输出级为源随器,系统整体为两级运放结构,仅需通过密勒电容进行补偿,就可以获得良好的稳定性。电路基于Hynix 180 nm BCD工艺设计,仿真结果显示,系统静态电流约为10μA,增益约为102 dB,带宽约为800 kHz,相位裕度约为61°,其中反馈环路带宽约为30 MHz。当输入电压为5 V,不接片外电容,负载电容为5 pF,输出电流从20 mA切换到200μA用时300 ps时,系统响应时间约为420 ps,过冲电压约为253 mV。

基于BCD工艺的LIN总线收发器设计

针对汽车内部复杂的控制节点与严苛的通讯环境,设计了一款抑制电磁干扰的局域互联网络(Local interconnect network, LIN)总线收发器芯片。基于90 nm BCD高压工艺,采用双向静电放电保护、分段电流驱动、共源级隔离驱动以及总线反馈技术提高系统可靠性。测试结果表明芯片性能符合LIN总线物理层协议规范要求,实现了高低电压域的转换;同时具有良好的抗干扰能力,信号占空比最大变化仅为2.8%,电磁辐射比标准限制值低28 dBμV,达到车用LIN总线通讯相关标准要求。

基于BJT特性的数字温度传感器发展现状及趋势

随着工业物联网趋向数字化、智能化和集成化发展,控制系统需要感知的物理量规模和复杂度都迅速提升。其中数字温度传感器能直接将温度信息转换为数字信号,具有低成本、低功耗、面积小、数字输出等多种优点,可以实时监测系统温度数据,并与反馈机制协同进行反馈调节,目前已经得到广泛应用。在各类数字温度传感器中,基于CMOS工艺寄生三极管(BJT)感温的数字温度传感器在制造工艺上更容易实现,且具有高稳定性和高精度,是工业界产品首选方案。聚焦基于BJT特性实现感温的数字温度传感器,从学术研究成果、工业产品两方面总结其技术路线、发展现状和趋势,为后续温度传感器研究提供参考。

高速公路监控网络可补偿信道增益系统设计

为解决高速公路监控图像与信道组织内数据增量值不匹配的问题,从而提升监控信息的实时传输速率,设计高速公路监控网络的可补偿信道增益系统。在可调式VGA结构体系中,连接增益放大器、峰值检测器与视频车辆检测器,完成可补偿信道增益系统的硬件设计。建立Flex服务模式,并以此为基础,定义完整的Access数据库表,实现高速公路监控网络中的GIS数据准备,联合相关硬件结构,完成高速公路监控网络可补偿信道增益系统的设计。实验结果表明,该系统可将监控图像补偿残差与信道组织内数据增量之间的差值控制在0~2.5×10^(9) bit的数值范围内,能够有效解决图像与增量值不匹配的问题,符合提升高速公路监控信息实时传输速率的实际应用需求。

基于MLVDS和USB3.0的大数据高并发传输控制系统设计

为解决网络主机大数据样本单位并发量有限的问题,有效控制大数据高并发传输数据参量,设计了基于多点低压差分信号(MLVDS)和USB3.0的大数据高并发传输控制系统;在Web服务器架构中,接入MLVDS驱动器与并行接收器设备,并联合相关应用元件,调度可移动网关的主控模块,完成大数据高并发传输控制系统的硬件结构设计;利用USB3.0控制芯片,完善接口电路组织的连接回路,完成基于USB3.0的控制电路搭建;设置MySQL数据库表单,借助TCP/IP协议,处理大数据并发文本,再联合相关大数据参量,定义INF传输控制指令,实现对传输控制行为的分析;结合相关硬件结构,完成基于MLVDS和USB3.0的大数据高并发传输控制系统的设计;实验结果表明,设计系统可提升大数据样本顺序和逆序并发量的均值水平,解决了大数据样本单位并发量有限的问题,有效控制大数据高并发传输数据参量。

一种应用于LED驱动的新型过温保护电路

基于0.18μm BCD工艺,设计了一种应用于LED驱动的新型过温保护电路。利用基于电流求和的Banba型带隙基准源来产生高低阈值电压,从而消除芯片在过温点附近的振荡现象,同时带隙基准源加入了高阶曲率补偿,提高了过温阈值点的精度。通过Cadence软件对该电路进行了仿真验证。结果表明,在-40℃~150℃的温度变化区间内,高低阈值电压的温度特性好,温度系数为2.9 ppm。当温度高于131.8℃时,能够触发过温保护;当温度低于109.4℃时,电路可恢复正常工作,迟滞量为22.4℃。该过温保护电路精度高,稳定性好,可应用于LED驱动芯片中。

应用于高速图像传感器的高线性度Latch ADC

针对高速应用设备对CMOS图像传感器高速、高线性度的要求,本文在传统SS ADC(Single Slope ADC,单斜模数转换器)的基础上,实现了一款应用于图像传感器的Latch ADC,工作频率达到了600 MHz。Latch ADC可以多列像素共用一个Gray Code计数器,并通过Latch结构快速锁定和存储数据,实现了SS ADC中Counter和SRAM的功能。本文采用110 nm工艺,实现了一种高速12位Latch ADC。经过仿真验证,本文的Latch ADC具有高线性度,每次转换的周期为7.094μs,平均功率为180.3μW,转换功耗为1.279 nJ.

功率MOS开关的高精度电流检测电路设计

随着军工设备、工业控制、智能汽车等领域的发展,功率MOS开关驱动器的需求量不断提升,其可靠性、安全性等性能要求也在逐步提高。为保证功率MOS管在安全电流下工作,设计了一款高精度高边电流检测电路。利用复合式斩波放大器,大幅降低失调电压对电流采样精度的影响,并保证电路系统有足够的响应速度。该电路采用CSMC 0.18μm高压BCD工艺进行设计,在添加10mV的输入失调电压后,测量精度依然可以达到99%,带宽达到3MHz。

一种高精度低功耗带隙基准电压源的设计

基于0.35μm CMOS工艺,设计了一种高精度低功耗二阶温度补偿带隙基准电压源。该电路利用双极型晶体管基极-发射极电压的叠加来产生一个二阶温度补偿电压,并与一阶温度补偿电压加权相加得到一个低温度系数的基准电压。带隙基准电压源内部放大器结构采用折叠型共源共栅放大器来提高带隙基准电压源的精度。电路采用3~3.6 V电压供电,基准输出电压为1.2555 V左右。仿真结果表明,在-55℃~125℃,典型情况下的温度系数为2.03 ppm/℃,电路PSRR在低频时可达-78 dB,整体静态电流只有10.8μA。与常规带隙基准电压源电路相比,该电路具有低功耗、高精度、高电源电压抑制比、宽工作电压和结构简单等优点。

一种面向无源RFID系统的温度传感器设计

针对无源RFID系统的应用需求,设计了一款高精度片上集成温度传感器电路芯片。提出了一种由温度感应电路、PTAT偏置电流产生电路和Sigma-Delta ADC共同组成的温度传感器电路架构。采用基于双极晶体管的温度感应电路产生与温度成正比的电压,并采用Sigma-Delta ADC对其进行量化,得到与温度对应的数字量。在偏置电路中采用了斩波稳定技术,减小了由晶体管的失配及运放的失调引起的误差。在电流镜中采用了动态匹配技术,消除了由于电流镜失配引起的误差。采用GSMC 0.13μm CMOS工艺完成了对温度传感器的电路设计及版图绘制,版图面积为420μm×350μm。后仿真结果表示,在-40℃~+85℃的温度范围内,温度传感器的精度为-1.6℃/0.8℃,分辨率为0.75℃。在电源电压为1.5 V下,温度传感器消耗的电流为0.253 mA。

一种11bit流水线高速模数转换器

为解决流水线模数转换器(ADC)在连续工作时功耗高、电容器匹配度有限以及运算放大器大摆幅输出信号下线性度下降的问题,基于0.5μm BCD工艺,设计了一款11 bit流水线高速ADC。提出了无采样保持放大器、幅度减半和多位量化相结合的设计方法,使ADC在大摆幅信号下有足够的线性度来处理信号,同时使电容数模转换器(DAC)的匹配精度满足ADC分辨率的要求,极大地降低了对电容阵列几何参数的匹配精度要求,具有较低的功耗。采用Cadence Virtuoso设计版图,测试结果表明,芯片的微分非线性(DNL)在-0.5~+0.5 LSB范围内,有效位数(ENOB)为10.61 bit,功耗为97 mW,获得了较好的性能。