用于射频能量收集的低阈值CMOS整流电路设计

基于TSMC 180 nm工艺,设计了一款高效率低阈值整流电路。在传统差分输入交叉耦合整流电路的基础上,提出源极与衬底之间增加双PMOS对称辅助晶体管配合缓冲电容的改进结构,对整流晶体管进行阈值补偿。有效缓解了MOS管的衬底偏置效应,降低了整流电路的开启阈值电压,针对较低输入信号功率,提高了整流电路的功率转换效率(PCE)。同时将低阈值整流电路三级级联以提高输出电压。测试结果显示,在输入信号功率为-14 dBm@915 MHz时,三级级联低阈值整流电路实现了升压功能,能稳定输出1.2 V电压,峰值PCE约为71.32%。相较于传统结构,该低阈值整流电路更适合用于射频能量收集。

MEMS矢量水听器敏感结构的后CMOS释放工艺研究

纤毛式微机电系统(MEMS)矢量水听器可探测水下质点振速等矢量信息,与互补金属氧化物半导体(CMOS)集成能够很大程度地提升其性能。针对纤毛式MEMS矢量水听器的CMOS集成提出了一种方案,该方案在MEMS后处理工艺中,利用侧墙保护和各向异性湿法腐蚀从正面释放水听器的十字梁敏感结构。整个后处理过程不需要光刻,降低加工难度的同时,保证了加工结构的精确性。设计出了一种验证性的工艺流程,具体分析了4种不同结构的湿法腐蚀过程。最终完成了这4种结构的工艺流片,对实验结果进行了分析。实验验证了该方案的可行性,为纤毛式MEMS矢量水听器的CMOS集成奠定了基础。

基于0.18μm CMOS工艺的300GHz高响应度探测器

基于0.18μm CMOS工艺设计了一种300 GHz高响应度探测器。该探测器集成了双馈差分天线和双场效应管(FET)对称差分自混频电路。双馈差分天线较单馈天线有更高的精确度及更优的抗干扰性。差分自混频电路能有效地抑制共模信号,减小噪声输入。双场效应管后增加一级放大电路,将自混频电路输出的微弱信号进一步放大以增大响应度。天线与电路间的匹配网络实现了信号的最大功率传输。在全波电磁场仿真软件HFSS下对双馈天线进行建模与仿真优化,并与电路进行联合仿真。结果显示探测器在栅源电压为0.43 V、输入功率为-40 dBm时,最大响应度为11.25 kV/W,最小噪声等效功率为115pW/√Hz。

一种25Gbit/s CMOS判决反馈均衡器设计

为满足高速光通信系统的应用,基于标准40 nm CMOS工艺设计了一款25 Gbit/s判决反馈均衡器(DFE)电路,采用半速率结构以降低反馈路径的时序要求。主体电路由加法器、D触发器、多路复用器和缓冲器组成,为了满足25 Gbit/s高速信号的工作需求,采用电流模逻辑(CML)进行设计。经过版图设计和工艺角后仿验证,该DFE实现了在25 Gbit/s的速率下可靠工作,能提供10 dB的均衡增益,峰-峰差分输出电压摆幅约为950 mV,眼图的垂直和水平张开度均大于0.9 UI,输出抖动小于3 ps,在1.1 V的电源电压下功耗为12.5 mW,芯片版图的面积为0.633 mm×0.449 mm。

CMOS低功耗模拟电路设计

探讨了低功耗设计在便携设备中的重要性,并结合互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)环形振荡器的设计从不同角度阐述低功耗设计的要点。首先,介绍了低功耗设计的概念、背景以及其在现代便携设备中的应用。其次,讨论了动态功耗和静态功耗对电路的影响,提出相应的解决方法和优化措施。再次,从工艺调整和设计方法2个角度,详细介绍低功耗设计的方法。最后,结合具体的CMOS环形振荡器设计,展示了低功耗设计的实际应用和优势,为便携设备的高效、可靠运行提供了理论基础和技术支持。

CMOS传感器紫外敏化膜层的厚度优化及其光电性能测试

采用真空热阻蒸方式在CMOS图像传感器感光面上镀制不同厚度性比价高的Lumogen薄膜.研究发现不同Lumogen薄膜厚度的CMOS传感器的暗电流噪声未发生明显变化,说明真空热蒸发方式对互补金属氧化物半导体器件本身未造成热损伤;光响应非均匀度随膜厚增加而增大;动态范围却随膜厚增加而减小;量子效率随膜厚增加呈现先增大后减小.同时,研究发现敏化膜层最佳厚度为389nm,此时CMOS传感器的量子效率提高了10%,且光响应非均匀度,动态范围均在相对较好的范围内.

基于CMOS摄像头的智能车控制系统设计及实现

针对智能车因单条引导线信息量少而引起的误识别问题,设计一种能自动识别和跟踪双边引导线的智能车系统。智能车以Freescale公司MC9S12XSl28作为核心控制器,利用COMS(Complementary Metal OxideSemiconductor)摄像头OV7620作为路径信息采集装置,对采集图像进行二值化处理、去噪操作和边缘检测后提取路径信息、进而准确地判别跑道的形状,为舵机和电机提供控制依据,以使小车平稳快速地行驶。同时,提出将行驶状态与赛道信息综合考虑的措施,并通过PID(Proportional Integral Differential)控制策略以及实验测试,实现了对各种典型跑道的优化处理,使高速行进中的智能车具有良好的转向调节能力和加减速响应能力。智能车可以在以白色为底面颜色,两边有黑色引导线的跑道上运行,克服了因单条引导线信息量少而引起的误识别问题。

一种改进型的CMOS电荷泵锁相环电路

设计了一种宽频率范围的CMOS锁相环(PLL)电路,通过提高电荷泵电路的电流镜镜像精度和增加开关噪声抵消电路,有效地改善了传统电路中由于电流失配、电荷共享、时钟馈通等导致的相位偏差问题。另外,设计了一种倍频控制单元,通过编程锁频倍数和压控振荡器延迟单元的跨导,有效扩展了锁相环的锁频范围。该电路基于Dongbu HiTek 0.18μm CMOS工艺设计,仿真结果表明,在1.8 V的工作电压下,电荷泵电路输出电压在0.25~1.5 V变化时,电荷泵的充放电电流一致性保持很好,在100 MHz^2.2 GHz的输出频率内,频率捕获时间小于2μs,稳态相对相位误差小于0.6%。

基于CMOS SOI工艺的射频开关设计

采用0.18μm CMOS SOI工艺技术研制加工的单刀双掷射频开关,集成了开关电路、驱动器和静电保护电路。在DC^6GHz频带内,测得插入损耗0.7dB@2GHz、1dB@4GHz、1.5dB@6GHz,隔离度37dB@2GHz、31dB@4GHz、27dB@6GHz,在5GHz以内端口输入输出驻波比≤1.5:1,输入功率1dB压缩点达到33dBm,IP3达到42dBm。可应用于移动通信系统。

两通道按列输出CMOS图像的非均匀性及校正方法

为确保航空遥感图像产品相对辐射质量,提出了一种对两通道按列输出CMOS(互补金属氧化物半导体)图像的非均匀性进行校正的方法。以美国仙童公司CMOS探测器CIS2521F为例,通过实验室积分球观测试验研究了暗电流噪声、平均灰度、两通道输出等因素造成的图像非均匀性;然后,基于实验室积分球观测数据,采用两点线性法,校正了由按列放大输出导致的列状条带噪声;接着,通过优化拼接线附近图像灰度差异统计结果,校正了两通道响应不一致造成的图像辐射差异。试验表明,单通道图像非均匀校正使积分球观测图像的平均非均匀度量值由4.4下降至2.4,两通道图像非均匀校正消除了两通道图像的目视差异。原始航空遥感图像经过非均匀性校正后,图像灰度均匀,能够满足遥感图像判读要求。

CCD与CMOS像素传感器γ射线电离辐射响应特性对比研究

为了研究CCD与CMOS像素传感器对γ射线电离辐射的响应差异,对比研究了4类像素传感器的结构特点和辐射响应特性。通过辐射实验,对各传感器在不同辐射水平条件下的光子响应事件分布、平均灰度值以及典型光子响应事件进行研究。研究结果表明:光子响应程度均与辐射剂量率相关;CCD像素传感器的沟道传输方式使每列像元间的辐射响应更容易相互干扰;平均灰度值随剂量率的增大存在明显的梯度,各积分周期内输出信号灰度值围绕均值上下波动,CCD像素传感器输出信号灰度浮动范围较小;CMOS像素传感器各像元对光子的响应更加明显,CCD像素传感器各像元的响应信号易与相邻像元发生串扰;各类像素传感器典型辐射响应事件区域中发生光子响应的像元数量随剂量率的增大而增多,响应事件并非单个光子的行为,而是反映了多个光子在区域内同时沉积能量的过程。本研究为开发像素传感器的γ射线辐射探测技术和应用提供了重要的理论分析和实验数据支撑。

CMOS图像传感器在太阳磁场观测中的应用研究

磁场是太阳物理的第1观测量,当前太阳磁场观测研究正迈向大视场、高时空分辨率、高偏振测量精度以及空间观测的时代.中国首颗太阳观测卫星-先进天基太阳天文台(ASO-S)也配置了具有高时空分辨率、高磁场灵敏度的全日面矢量磁像仪(FMG)载荷,针对FMG载荷的需求,讨论了大面阵、高帧频互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器应用于太阳磁场观测的可行性.首先,基于滤光器型太阳磁像仪观测的原理,比较分析了目前CMOS图像传感器(可用的或是可选的两种快门模式)的特点,指出全局快门类型更适合FMG;其次搭建了CMOS传感器实验室测试系统,测量了CMOS图像传感器的像素增益及其分布规律;最后在怀柔太阳观测基地的全日面太阳望远镜上开展了实测验证,获得预期成果.在这些研究基础上,形成了FMG载荷探测器选型方向.

无源温度标签中的超低功耗CMOS温度传感器设计

设计了一种适用于无源超高频（UHF）温度标签的超低功耗CMOS温度传感器电路。该电路利用衬底pnp晶体管产生随温度变化的电压信号,同时采用了逐次逼近寄存器（SAR）转换和Σ-Δ调制相结合的模拟数字转换方式。为了降低电源电压波动以及采样电容电荷泄漏对传感器测温精度的不利影响,提出了一种具有漏电保护机制的采样电路。基于0.18μm CMOS工艺设计实现了该传感器的电路和版图,其中版图面积为550μm×450μm,并利用Cadence Spectre仿真工具对电路进行了仿真。仿真结果表明,在-40～125℃,传感器的系统误差为-1.4～2.0℃,测温分辨率达到0.02℃;在1.2～2.6 V电源电压内,传感器输出温度波动小于0.3℃;在1.2 V电源电压下传感器电路（不含控制逻辑及数字滤波器）的功耗仅为2.4μW。

典型CMOS器件总剂量加速试验方法验证

应用美军标试验方法1019.5和1019.4分别对两种典型(ComplementaryMetal?Oxide?SemiconductorTransistor,CMOS)器件进行试验验证,论述了试验原理,对试验现象进行了详细的分析,了解实验室条件下评估空间氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷的可行性和保守性。实验表明,两种不同工艺的CC4069器件没有通过1019.5所做出的试验验证,从实验现象观察认为是由于界面陷阱电荷大量建立所引起的。加固LC4007?RHANMOS却通过了与1019.5相比过分保守的1019.4的试验验证。

高速低功耗CMOS动态锁存比较器的设计

提出一种高速低功耗动态锁存比较器,电路包含预放大器、锁存比较器和SR锁存器3部分.采用一种新的锁存比较器复位电路,该电路仅由一个P沟道金属氧化物半导体(PMOS)管构成,实现电荷的再利用,减小了延迟,降低了功耗.SR锁存器输入端口的寄生电容为锁存比较器的负载电容,对SR锁存器的输入端口进行改进,避免由于锁存比较器的负载电容失配导致的输入失调电压偏移的问题.电路采用TSMC 0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺实现.结果表明:电源电压为1.8V,时钟频率为1GHz时,比较器精度达0.3mV;最大输入失调电压为8mV,功耗为0.2mW;该比较器具有电路简单易实现、功耗低的特点.

低功耗0.18μm 10Gbit/s CMOS 1∶4分接器设计

为了实现光纤通信系统中高速分接器低功耗的需求,采用0.18μm CMOS工艺实现了一个全CMOS逻辑10 Gbit/s 1∶4分接器.整个系统采用半速率树型结构,由1∶2分接单元、2分频器单元以及缓冲构成,其中锁存器单元均采用动态CMOS逻辑电路,缓冲由传输门和反相器实现.在高速电路设计中采用CMOS逻辑电路,不但可以减小功耗和芯片面积,其输出的轨到轨电平还能够提供大的噪声裕度,并在系统集成时实现与后续电路的无缝对接.测试结果表明,在1.8 V工作电压下,芯片在输入数据速率为10 Gbit/s时工作性能良好,芯片面积为0.475 mm×0.475 mm,核心功耗仅为25 mW.

10Gb/s0.25m CMOS1∶4键合分接器

首先分析了1∶4分接器的树型结构及其主要特点。在此基础上,进一步探讨了树型结构中所用的1∶2分接器,并给出其中的锁存器电路结构。此外,还讨论了分频器电路及输入输出电路。最后分析了超高速键合电路并给出测试方案。测试结果表明,在采用标准0.25μmCMOS工艺设计的分接器中,本设计首次达到键合后能够在STM-16和STM-64所要求的数据速率上稳定工作的性能,最高工作速率达10.58Gb/s。

基于90nm CMOS工艺的60GHz射频接收前端电路设计

设计了一款用于中国60 GHz标准频段的射频接收前端电路。该射频接收前端采用直接变频结构,将59～64 GHz的微波信号下变频至5～10 GHz的中频信号。射频前端包括一个四级低噪声放大器和电流注入式的吉尔伯特单平衡混频器。LNA设计中考虑了ESD的静电释放路径。后仿真表明,射频接收前端的转换增益为13.5～17.5 dB,双边带噪声因子为6.4～7.8 dB,输入1 dB压缩点为-23 dBm。电路在1.2 V电源电压下功耗仅为38.4 mW。该射频接收前端电路采用IBM 90 nm CMOS工艺设计,芯片面积为0.65 mm2。

低电压CMOS压控振荡器设计

设计和分析了一种低电压CMOS压控振荡器,对设计的电路进行理论分析和模型建立,并使用仿真工具对电路进行验证和优化。设计中主要考虑相位噪声和调谐宽度等指标,通过采用电感电容滤波技术以及合理调整电路结构和元器件参数,使相位噪声和调谐宽度均达到了较高的性能指标。结果表明,在1.2 V工作电压下,设计的VCO的尾电流为3 mA,输出振荡频率为2.24~2.57 GHz,中心频率约为2.4 GHz,调谐范围达到13.7%。

基于CMOS工艺的150 GHz正交外差探测器电路设计

传统太赫兹探测器仅能获取信号幅值信息,为此提出一种正交外差混频结构,可同时获得信号的幅值、相位和极化信息,有效提升探测器的灵敏度和信息量。该探测器基于40 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,在传统吉尔伯特双平衡混频结构的开关级与跨导级之间串联电感,输出级联cascode中频放大器,进一步提高探测器响应电压。经过仿真优化,该探测器在-50 dBm射频功率,0 dBm本振功率条件下,1 GHz中频信号的电压响应度为1100 kV/W,噪声等效功率为26.8 fW/Hz 1/2,输出波形显示了良好的正交性。同时,设计了一个1∶8层叠式功分器用于分配本振功率,在150 GHz频率处,该功分器的插入损耗约为5 dB,四路差分输出信号的幅值差为0.8~1.2 dB,相位差为0.4°~1.7°。