基于45 nm CMOS SOI工艺的毫米波双频段低相噪压控振荡器设计

本文基于45 nm互补金属氧化物半导体绝缘体上硅工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor Silicon On Insulator,CMOS SOI)设计了一款支持5G毫米波24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz双频段的低相位噪声压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO).基于CMOS SOI工艺良好的晶体管开关特性,结合开关电容阵列及开关电感方案,提高宽带调谐电容、电感Q值,扩展VCO工作频段,降低相位噪声.同时,输出匹配网络也采用开关电容切换方式,实现了5G毫米波双频段良好阻抗匹配及稳定功率输出.流片测试结果表明该VCO可以完整覆盖5G毫米波双频段24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz,低频段输出功率-4.8~0 dBm,高频段输出功率-6.4~-2.3 dBm.在24.482 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-105.1 dBc/Hz;在43.308 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-95.3 dBc/Hz.VCO核心直流功耗15.3~18.5 mW,电路核心面积为0.198 mm^(2).低频段(高频段)的FoM(Figure of Merit)及FoMT优值分别达到-181.3 dBc/Hz(-175.4 dBc/Hz)、-194.3 dBc/Hz(-188.3 dBc/Hz).

一种基于CMOS工艺的二维风速传感器的设计和测试

给出了一种完全基于CMOS工艺的、能同时测量风速和风向的二维测风传感器的结构、工作原理及其测试结果。该传感器采用恒温差工作模式，热堆输出电压平均值反映芯片温度和环境温度的差，省去了测温二极管。风速测量采用热损失型原理．因此不存在速度量程问题；同时通过四周对称分布热堆的相对差分输出得到风向，风向的测试和风速无关。测试电路是由普通运放电路组成的控制和测试系统。经过风洞测试，风速的测量可以达到23m／s，风速分辨率达到0．5m／s，风速的最大误差为0．5m／s。传感器的反应时间为3～5秒，整个功率损耗约为50mW。

基于标准CMOS工艺的光敏传感单元结构的研究

基于0.6 μm标准N阱CMOS工艺,研究了光敏管的结深及其侧墙结构对有源感光单元的感光面积百分比、光电响应信号幅值、感光灵敏度以及感光动态范围等参数的影响.研究了包括传统N+/P衬底的光敏管结构,以及网格状N+/P衬底,N阱/P衬底,网格状N阱/P衬底,P+/N阱/P衬底的光敏管结构.测试结果表明,不同深结深的光敏管结构,可以将器件感光灵敏度提高8～16.5 dB;网格状光敏管结构可以增加光敏管的侧墙面积,改善器件感光灵敏度;非网格状光敏管结构具有较低的暗电流和较大的感光动态范围,其中P+/N阱/P衬底光敏管结构的传感单元在变频两次扫描的工作方式下的感光动态范围可达139.8 dB.

基于CMOS工艺的音频前置放大器的设计与实现

设计了一种基于CMOS技术的双声道四输入音频前置放大器芯片.芯片集成了音量控制、响度控制、可选择增益控制等功能,采用I2C介面控制,具有低失真、高可靠度等特点.放大器采用新颖的双级CMOS放大器结构,该结构简单,开环输出增益高,共模输入范围大,只有一个频率补偿电容.芯片根据国内生产线而设计制造,在ACSMC的3μm9V高压CMOS工艺线上流片,版图面积为3.0mm×2.6mm,样片经用户测试符合设计要求,可以产业化.

基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺的Ka波段低噪声放大器的设计

介绍了一款基于SiGe BiCMOS工艺的Ka波段低噪声放大器(LNA)的设计与测试。分析了毫米波频段硅基集成电路的匹配设计方法,给出了HBT晶体管电流密度与噪声系数的关系,以及最佳噪声偏置点的选取方法。并基于以上方法设计了单级共基共射低噪声放大器,LNA芯片基于Global Foundry 8HP工艺流片验证。测试结果表明,该LNA实现了30~40GHz的-1dB带宽、小于3.5dB的噪声系数以及6.2dBm的1dB压缩输出功率(P-1dB);输入输出反射系数均小于-15dB,中心频率(35GHz)处增益为7.2dB(单级),LNA的直流电流为6.7mA,电源电压为1.8V。

基于0.13μm CMOS工艺的无源RFID标签模拟前端电路设计

设计了13.56 MHz频段无源射频识别电子标签的模拟前端电路,采用常规0.13μm含EEPROM的CMOS工艺,设计了一种箝位电路,能够实现采用常规5 V器件耐射频识别芯片感应的高压功能,整个芯片实现了射频识别标签通信时所需的稳定电源电压提供、载波中信号的提取、芯片时钟恢复和反向调制信号发射的全部功能。

65nm标准CMOS工艺阈值电压系统波动检测方案设计

设计了一种标准CMOS工艺下的阈值电压系统波动检测电路,其检测电路核心部分是工作在亚阈值区的环形振荡器(SRO)。该方案包括8种级数、2种尺寸共16种SRO,并以8种级数、2种尺寸共16种传统环形振荡器(RO)作对比,在SMIC 65nm标准CMOS工艺上流片验证。芯片测试结果表明:新方案相对传统检测方案具有更高的灵敏度,更直观;且阈值电压的系统波动随器件尺寸增大而略微减小。

基于标准CMOS工艺的Si基光发射器件

基于反偏雪崩击穿的发光原理,按照Chartered 0.35μm标准CMOS工艺要求,设计并制作了一种Si基光发射器件。在室温下对器件特性进行了初步测试,正向导通电压为0.75V,反向击穿电压为8.4V,能够在一个较宽的电压范围(8.4～12V)内稳定工作。总结了工艺对器件电学特性的影响,并将该器件结构与Snyman等人研究的器件结构进行了比较分析。该器件较强的边缘发光在平面结构的Si基片上集成光互联系统中将会有一定的应用价值。

一种双向、数字式微型无线内窥镜系统设计

通过分析目前消化道无线内窥镜的发展状况,提出了一种全新的双向、数字化的微型无线内窥镜系统方案设计,该系统具有实时观察病人图像、全消化道检查以及提供三维深度图像数据等功能,并对方案中各硬件模块及其关键技术进行了详细的论述,设计了该系统的FPGA验证环境,验证了整个方案的正确性。系统胶囊内的数模混合芯片已采用0.18μm CMOS工艺流片。

1.25 Gbps并串转换CMOS集成电路

分析了由超高速易重用单元构造的树型和串行组合结构 ,实现了在输入半速率时钟条件下 1 0路到1路吉比特率并串转换。通过理论推导着重讨论了器件延时和时钟畸变对并串转换的影响 ,指出了解决途径。芯片基于 0 .3 5μm CMOS工艺 ,采用全定制设计 ,芯片面积为 2 4.1 9mm2 。串行数据输出的最高工作速率达到 1 .62 Gbps,可满足不同吉比特率通信系统的要求。在 1 .2 5 Gbps标准速率 ,工作电压 3 .3 V,负载为 5 0 Ω的条件下 ,功耗为 1 74.84m W,输出电压峰 -峰值可达到 2 .42 V,占空比为 49% ,抖动为 3 5 ps rms。测试结果和模拟结果一致 ,表明所设计的电路结构在性能、速度、功耗和面积优化方面的先进性。文中设计的芯片具有广泛应用和产业化前景。

应用于RFID的超低功耗CMOS温度传感器设计

针对融合射频识别（RFID）的无线温度传感器节点设计的需求,采用0.18μm 1P6M台积电CMOS工艺,设计了一种低功耗集成温度传感器。该温度传感器首先将温度信号转换为电压信号,然后通过经压控振荡器将电压信号转换为受温度控制的频率信号,再通过计数器,将频率信号转换为数字信号。传感器电路利用MOS管工作在亚阈值区,并采用动态阈值技术获得超低功耗。测试结果显示：所设计的温度传感器仅占用0.051 mm2,功耗仅为101 n W,在0~100℃范围内误差为-1.5~1.2℃。

低压CMOS带隙电压基准源设计

在对传统典型CMOS带隙电压基准源电路分析和总结的基础上,综合一级温度补偿、电流反馈技术,提出了一种1-ppm/°C低压CMOS带隙电压基准源。采用差分放大器作为基准源的负反馈运放,简化了电路设计。放大器输出用作电路中PMOS电流源偏置,提高了电源抑制比(PSRR)。整个电路采用TSMC0.35μmCMOS工艺实现,采用HSPICE进行仿真,仿真结果证明了基准源具有低温度系数和高电源抑制比。

基于光纤通信可编程复接集成电路研究

本文提出了一种可编程复接方法和结构 ,通过对编程端的设置可得到 2∶1、3∶1、4∶1及 5∶1的复接模式 .该方法鲁棒性强、应用范围广 ,其组合可实现除包含大于 6的质数之外所有路数的复接 ,解决了光纤通信系统中不同复接模式对应不同复接结构的问题 .通过理论推导 ,本文着重分析了器件延时和时钟相位对芯片工作的影响 ,并指出了解决途径 .基于本方法和结构的全定制单片集成电路采用 0 35 μmCMOS工艺制造 ,芯片面积为 2 4 19mm2 ,实现了串行输出最高数据速率为 1 6 2Gbps的 10∶1复接 .在 1 2 5Gbps标准速率 ,工作电压 3 3V ,负载为 5 0Ω的条件下 ,功耗仅为174 84mW ,输出电压峰 峰值可达到 2 4 2V ,占空比为 4 9% ,抖动为 35psrms.测试结果表明芯片在复接性能、速度、功耗和面积优化方面的先进性 ,可满足不同吉比特率通信系统的要求 。

基于无源RFID的集成加速度传感器设计

针对射频识别技术(RFID)迅猛发展的需求,采用0.35μm CMOS工艺设计并制造了一种集成加速度传感器。加速度传感器单元利用基于深反应离子干法刻蚀的体硅正面加工工艺,在经过标准IC工艺之后进行两步干法刻蚀,工艺简单。集成接口电路采用了一种内部限幅的环形振荡器电路,将加速度传感器电容值转换为频率信号,并由计数器完成数字信号输出转换。后期测试结果显示,所设计的集成加速度传感器获得了良好的线性度和稳定性能,仅占用0.23mm2芯片面积,1.2V电源电压下消耗了1.4μW功率,尤其适合于无源RFID传感器标签设计中。

1.25Gb/s低功耗CMOS光接收机限幅放大器

设计并实现了用于光纤用户网和千兆以太网光接收机的限幅放大器。电路采用有源电感负载来拓展带宽、稳定直流工作点 ,通过直接耦合技术来提高增益、降低功耗。测试结果表明 ,在从 5 m Vp- p到 5 0 0 m Vp- p,即40 d B的输入动态范围内 ,在 5 0 Ω负载上的单端输出电压摆幅稳定在 2 80 m Vp- p。在 5 V电源电压下 ,功耗仅为1 30 m W。电路可稳定工作在 1 5 5 Mb/s、62 2 Mb/s、1 .2 5 Gb/s三个速率上。

医疗植入式无线传感系统的低功耗接收机电路设计

针对医疗植入式无线传感系统低电压、低功耗和小尺寸的需求设计了一种接收机电路。所设计的接收机电路能工作于0.5V电源电压下,有利于充分利用无线采集能量;提出一种可调式比例因子检波器,有利于平衡功耗和敏感度性能;匹配网络采用可编程设计,使得接收机在100MHz带宽内都能正常工作。此接收机采用中芯国际的0.18μm CMOS工艺流片,测试结果显示整体功耗为42μW,占用芯片面积仅为0.5cm×0.7cm,而且无需采用任何片外晶振和匹配网络,易于集成,尤其适合植入性医疗系统设计。

基于SOI衬底和外延衬底的高速光电探测器研究

高速硅基光电探测器价格低廉且易于和光接收机集成,在短距离光通信中被广泛应用。对基于绝缘硅(SOI)和外延(EPI)两种不同衬底的互补金属氧化物(CMOS)工艺的光电探测器进行了理论模拟和实验研究,理论模拟和实验规律一致。实验表明,研制的基于SOI衬底的光电探测器的小信号带宽最高为205MHz,响应度为0.051A/W;基于EPI衬底的光电探测器在相同条件下最高带宽为131MHz,响应度为0.21A/W。

适用于万兆以太网10GBASE-X的全集成单片CMOS压控振荡器

给出了一个适用于万兆以太网IEEE80 2 3ae 10GBASE -X的高线性度全集成单片环形压控振荡器电路。该压控振荡器采用TSMC 0 18μmCMOS混合信号工艺设计制造 ,由四级差分延时单元和输出驱动电路组成 ,芯片总面积为 0 3× 0 4mm2 。芯片采用 1 8V单电源供电 ,测得带直接耦合差分 5 0Ω负载时的总功耗为 78mW ,单端输出功率为 10 2dBm ,振荡频率在 2 8～ 4 0GHz有非常好的压控线性度 ,在振荡器中心频率为 3 12 5GHz时的单边带相位噪声为 - 96dBc/Hz@10MHz。

RF LDMOS器件与高效率功率放大器设计

为满足人们高速通信的需求，多载波、宽带已经成为新的发展方向，这对功率器件和放大器需要提出新的要求。文中基于改进后CMOS工艺模块。针对GSM基站频段，通过对RFLDMOS版图的优化，制备了实际的RFILDMOs芯片。使用负载牵引系统测出器件在940MHz时P3db压缩点输出功率52．6dBm，效率72％。并使用负载牵引系统测量出的数据制作了一款工作于920～960MHz的高效率功率放大器，通过对匹配电路地优化，p1db压缩点达到52．7dBm，P1db压缩点效率为65％，在功率回退8dB时效率为32．8％，线性增益18dB。

一种高线性度CMOS混频器的设计

采用线性化技术改进的混频器结构提高了线性度。采用TSMC 0．18μm RF CMOS模型进行了电路仿真。仿真结果:在电源电压为1．8 V时,输入三阶截断点(IIP3)为10．3 dBm,输入1 dB压缩点(P-1dB)为-3．5 dBm,增益为9．2 dB,单边带噪声系数为17 dB。