共栅共源结构GaN HEMT开关模型

为了计算共栅共源结构高压氮化镓(GaN)器件开关损耗,提出一种共栅共源结构GaN器件开关过程及损耗模型.通过考虑共栅共源结构中印制电路板(PCB)和引线寄生电感以及器件结电容,得出共栅共源结构GaN器件的等效电路模型,进而得到测试开关特性的双脉冲等效电路.按时间顺序将开通过程分为5个阶段,将关断过程分为4个阶段,对双脉冲等效电路进行分析和简化,并计算得出各个阶段中共栅共源结构GaN器件电压电流时域表达式,从而得到开关过程波形及损耗.在不同驱动电阻和开关电流下进行双脉冲实验,模型与实验的开关波形及损耗较吻合,表明所提出模型较准确.

采用新型低成本共模反馈电路的全差分运放设计

设计应用于流水线型ADC的全差分运算放大器.运放中共模反馈电路采用调节反馈深度和共用差分信号通路的新型结构来实现,用简单的结构实现了高环路增益,通过降低反馈系数的方法防止电路产生自激振荡,避免了因引用补偿电容带来的高成本和高设计难度.放大器采用两级折叠共源共栅结构并进行频率补偿,输出级采用推挽式AB类结构.设计的全差分运算放大器基于中芯国际(SMIC)0.35μm工艺.后仿结果表明,放大器直流增益为100dB,负载为3pF时单位增益带宽为359MHz,相位裕度为68°,建立时间为12.3ns,满足ADC所要求的性能指标,适用于高精度流水线型ADC中的级间增益电路和采样保持电路.

一种新型开关电容共模反馈电路

本文设计了一种应用于CMOS全差分折叠共源共栅结构运放中的开关电容共模反馈(SC-CMFB)电路。同传统结构的SC-CMFB电路相比,该结构能够使输出共模电平具有零延迟建立的特性,同时,共模反馈电路所需的电容减少了一半,控制时序也相对简单。基于HspiceD对电路进行了仿真验证,结果表明,该结构的共模电平建立时间相对于传统结构缩短了至少六个周期。

具有过温保护功能的高精度带隙基准源设计

基于0.18μm的BCD工艺,依据CMOS带隙基准的原理,设计了一款高精度、高电源电压抑制比的带隙基准源和电压-电流转换电路。基准电压可通过fuse电阻修调,并通过正负温度系数的电阻串联,减小电阻温度系数对基准电流的影响,能够输出准确的基准电压和基准电流。其中,运算放大器采用共源共栅结构的电流镜,能够有效抑制电流镜失配和输出电压波动带来的干扰;利用三极管基极-发射极电压VBE的负温度特性,实现带有滞回区间的温度保护功能,防止热振荡的产生。仿真结果表明,输出基准电压为1.196 V、基准电流为5μA、频率为1 KHz时,电源电压抑制比为74.7 db、在-50℃~120℃温度范围内基准电压温度系数为5.5 PPM/℃,基准电流温度系数为32.4 PPM/℃;当温度超过120℃时,过温保护电路将关断芯片,温度低于100℃时,芯片重新正常工作。

一种改进输入级结构的轨至轨运算放大器设计

基于0.18μm CMOS标准工艺设计了一种改进输入级结构的轨至轨运算放大器电路。该电路由输入级电路、共源共栅放大电路、共源输出电路及偏置电路组成。通过引入正反馈的MOS耦合对管将输入级电路改进为预放大电路,然后对其进行了详细分析,利用Cadence软件对电路进行仿真。仿真结果表明本文结构的低频直流开环增益可以达到80 dB,比相同参数下的普通结构高20 dB左右。相位裕度达到73o,共模输入电压范围满足全幅摆动,共模抑制比低频时可以达到107 dB。

一种高电源电压抑制比的带隙基准电压源设计

基于带隙基准原理,在自偏置共源共栅结构的基础上对传统带隙基准电路进行改进,通过在带隙核心电路中加入对应的NMOS管和PMOS管,构成一个三层叠共源共栅结构,显著提高了带隙基准源的电源电压抑制比。电路采用0.2μm的SOI工艺实现,实验室测试结果表明,该带隙基准电压源电路正常工作时输出基准电压为1.188 V,温度系数为5.4×10^(-6)/℃,启动时间约为2.2μs。

全差分结构低功耗CMOS运算放大器设计

为了减小低电源电压以及短沟道效应对放大器的影响,获得低电压高增益的放大器,提出了一种基于65 nm CMOS工艺技术的全差分运算跨导放大器(OTA).采用基于增益增强技术的折叠共源共栅拓扑结构,使放大器具有轨到轨输入及大输出摆幅特性,同时兼备高速、高增益及低功耗优点.电路仿真结果表明,其直流增益为82 d B,增益带宽为477 MHz,相位裕度为59°.正常工艺角下稳定时间为10 ns,稳定精度为0.05%,而功耗仅为4.8 m W.

CMOS低噪声放大器电路结构分析与设计

介绍了CMOS低噪声放大器的几种结构,研究了该放大器的噪声性能和相关制约因素,分析了电感反馈共源共栅结构,并在此基础上,讨论了在低功耗技术中采用的电流偏置复用结构,最后展望了CMOS低噪声放大器的发展趋势.

一种高精度带隙基准源和过温保护电路

设计了一种适用于P阱CMOS工艺的高精度带隙基准源及过温保护电路。基准源信号输出由两路电流相加实现:一路是正比于双极晶体管的发射极-基极电压的电流(IVBE),另一路是基准源内产生的正比于绝对温度的电流(IPTAT);同时,利用这两路电流的不同温度特性,通过直接电流比较的方法,简单地实现了高精度的过温保护电路。

Cascode型GaN HEMT输出伏安特性及其在单相逆变器中的应用研究

近年来随着氮化镓器件制造工艺的迅速发展,氮化镓高电子迁移率晶体管(Ga N HEMT)已经开始应用在电力电子领域。高压共源共栅(Cascode)Ga N HEMT的出现使得Ga N器件可以在高压场合进行应用。本文首先研究了耗尽型Ga N HEMT及Cascode Ga N HEMT全范围输出伏安特性及其特点。结合Si MOSFET和耗尽型Ga N HEMT的特性,本文重点研究了Cascode Ga N HEMT的工作模态及其条件。最后,给出了500W基于600V Cascode Ga N HEMT单相全桥逆变器的实验验证。实验结果和仿真验证证明了理论分析的正确性。

5 Gbps全差分双端光接收前置放大器设计

光纤通信在大数据时代得到广泛的应用,其速度快、带宽大、可靠性高的特点满足了对长距离、大容量信息传输的要求。前置放大器作为光接收器的前端,其性能高低直接影响到整个光接收系统的工作性能。基于SMIC 0.13μm CMOS工艺,设计完成了一款5 Gbps光接收前置放大器。首先,整体差分式结构可以消除共模噪声的干扰,降低放大器的等效输入噪声。其次,采用共源共栅的输入结构具有低输入阻抗的特点,能有效抑制光电管大电容带来的不利影响。最后,输出级采用电流模逻辑结构,解决了输出增益与带宽之间的矛盾。仿真结果表明,放大器增益达到62 d BΩ,带宽4.7 GHz;等效输入噪声30.1 p A/Hz,眼图迹线清晰,张开度较大,能够满足5 Gbps平衡光探测器通信要求。

一种高速高精度动态比较器

提出了一种应用于逐次逼近模数转换器的高速高精度比较器。该比较器由2级预放大器、1级锁存比较器以及缓冲电路构成。在前置预放大器中采用共源共栅结构、复位和箝位技术,提高了比较器的精度和速度,降低了功耗。在锁存比较器中引入额外的正反馈路径,提高了响应速度,降低了功耗。将锁存比较器输入对管与锁存结构隔离,降低了踢回噪声的影响,提高了比较器的精度。比较器基于SMIC 0.18μm CMOS工艺进行设计与仿真。仿真结果表明,在1.8V电源电压、800MHz时钟下,比较器的精度为50μV,传输延迟为458ps,功耗为432μW,芯片面积仅为0.009mm^2。

基于GaAs电感模型的微波功率放大器

基于0.15μm砷化镓（GaAs）工艺建立一种电感模型,并用高频结构模拟器（High Frequency Structure Simulator,HFSS）仿真验证,并在此基础上设计一种微波功率放大器,并用高级系统设计软件（Advanced Design System,ADS）进行仿真。仿真结果显示在8～12GHz频率范围内,饱和输出功率大于21.9dBm,1dB压缩点输出功率大于20dBm,功率增益大于26dB,功率附加效率大于34%,稳定系数大于1。

基于SiCJFET的深海中压DC/DC变换器用双线双向阻断固态断路器设计

固态断路器具备快速切断故障电流的能力。在深海中压DC/DC变换器应用场景下,为了实现DC/DC的黑启动以及配合水下电缆的漏电检测功能,文章提出一种双线双向阻断固态断路器设计方案,其仅采用串联SiCJFET作为主开关,通过电流检测短路故障,实现快速故障切除。文章研究了串联均压电路的参数设计方法,并搭建了样机实验平台。实验结果表明,该直流固态断路器具备双线双向的阻断能力,关断时间为4.5μs,实现了较好的主开关器件静、动态均压效果,具有现实可行性。

人体介质通信双模输入宽频接收前端电路

面向人体介质通信领域,设计了一种基于0.18μm CMOS工艺的接收模拟前端电路。采用有源电感零极点补偿技术,在保证电路噪声性能与增益的同时,有效拓展了电路线性带宽;通过在调整型共源共栅结构中引入高阻输入晶体管及负载管,使电路不仅具有良好的电流模信号放大能力,还具有电压模信号接收放大功能。芯片核心尺寸为379.3μm×118.9μm。后仿真结果表明,在电流输入模式下,电流等效输入噪声为8.36pA/Hz^(1/2)@50 MHz,-3dB带宽为0.26~114MHz,跨阻增益为70.3~112.5dBΩ;在电压输入模式下,电压等效输入噪声为4.43nV/Hz^(1/2)@50MHz,-3dB带宽为0.45~112MHz,电压增益为44~83.18dB。对比人体通信接收机前端相关文献,该设计在带宽、噪声及兼容性方面具有应用优势。

基于ADS应用于GPS的低噪声放大器设计与仿真

设计了一种应用于GPS射频接收机中的单端低噪声放大器(LNA),并利用安捷伦公司的ADS软件对电路进行了仿真。电路采用TSMC 0.13μm工艺库模型,仿真结果表明在1.57 GHz工作频率下,可以实现0.9 dB的噪声系数和20 dB的增益,较好的匹配(输入输出回波损耗S11,S22≤-20 dB),并且在1.2 V电源电压下功耗仅为6 mW。

基于0.18μm CMOS工艺的2.4/5.2GHz双频段LNA的设计

采用0.18μm CMOS工艺,实现了双频段低噪声放大器设计.通过射频选择开关,电路可以分别工作在无线局域网标准802.11g规定的2.4 GHz和802.11a规定的5.2 GHz频段.该低噪声放大器为共源共栅结构,设计中采用了噪声阻抗和输入阻抗同时匹配的噪声优化技术.电路仿真结果表明:在2.4 GHz频段电路线性增益为15.4 dB,噪声系数为2.3 dB,1 dB压缩点为-12.5 dBm,IIP3为-4.7 dBm;5.2 GHz频段线性增益为12.5 dB,噪声系数为2.9 dB,1 dB压缩点为-11.3dBm,IIP3为-5.5 dBm.

一种应用于CMUT的高增益低噪声跨阻放大器

设计了一种应用于微电容超声换能器(CMUT)的高增益、低噪声跨阻放大器。采用调节型共源共栅结构作为跨阻放大器的输入级,实现了低输入阻抗、宽频带,有效隔离了CMUT的静态电容和输入寄生电容对带宽的影响。输出级采用两级反相放大器,实现了高增益,提高了带负载能力。基于GF 0.18μm CMOS工艺,电路采用Cadence Spectre软件进行仿真。结果表明,低频跨阻增益为115.5 dB·Ω,单位增益频率为1.65 GHz,-3 dB带宽为10 MHz,等效输入电流噪声为1.1 pA·Hz-1/2@1 MHz,能满足CMUT工作频率200 kHz^2 MHz的带宽要求和微弱电流信号的检测要求。该电路采用正负3.3 V供电,功耗为98 mW,芯片尺寸为145μm×115μm。

126.6～128.1 GHz基波压控振荡器设计

采用65 nm CMOS工艺,设计一款基波压控振荡器(VCO).采用负阻单元的寄生电容与用户自定义电感形成VCO的电感-电容(LC)谐振网络.采用交叉耦合对管作为VCO的负阻单元,维持VCO的稳定输出信号.通过控制尾电流管的偏置电压大小调节交叉耦合管的寄生电容,从而实现输出频率的调谐. VCO输出缓冲器(buffer)采用共源-共栅(Cascode)结构以减小负载电阻对电路振荡的影响.所设计的片上变压器实现了差分信号转单端信号功能,并与传输线、地-信号-地(GSG)焊盘实现了VCO输出匹配.测试结果表明,电路的输出频率范围为126.6~128.1 GHz,调谐范围为1.5 GHz.当电路工作频率为127.2 GHz时,输出功率为–26.8 dBm,偏频为1 MHz处相位噪声的仿真值为–86.3 dBc/Hz.该电路的芯片面积为405μm×440μm.

应用于车载激光雷达的宽带AGC跨阻放大器

针对车载激光雷达接收端脉冲信号脉宽窄、动态范围大等特点,提出了一种新型宽带、宽动态范围和高增益的自动增益控制(AGC)跨阻放大器。采用改进型调节型共源共栅结构作为输入级,拓展了带宽。使用改进型吉尔伯特单元作为可变增益放大器,进一步提高了带宽和增益。增加了AGC环路,提高了输入动态范围。基于标准0.18μm CMOS工艺进行设计与仿真,整体版图尺寸为760μm×650μm。仿真结果表明,该电路的-3 dB带宽为1.06 GHz,跨阻增益为80.79 dBΩ,输入动态范围为60 dB(1μA^1 mA),功耗为47.6 mW,满足车载激光雷达接收机的要求。