红外探测器中一种电容式反馈跨阻放大器的设计

放大器电路对提高红外成像技术中红外探测器的读出精度,是至关重要的。针对电容式反馈跨阻放大器的设计进行了研究,提出了一种在反馈回路中用晶体管代替反馈电阻的新的拓扑结构。对于所提出的拓扑结构,提出并分析了与系统稳定性相关的诸如截止频率和衰减比等的总体频率响应和设计参数,从而获得高直流输入动态范围。此外,还讨论了在直流反馈回路中加入额外的电容以确保系统的稳定性。分析、仿真和实验结果的良好一致性验证了所提出的CF-TIA方案的有效性,而且所提出的电路设计在正常或低直流输入下的整体噪声性能方面相比于传统的CF-TIA方案更具优势。尽管本文中的电路采用分立元件实现,但提出的频率响应模型和稳定性分析适用于所有CF-TIA应用和CMOS芯片设计。

跨阻矩阵测量在人工耳蜗植入术中的应用研究进展

人工耳蜗植入(CI)后电极阵列产生电刺激时,耳蜗内电流电压分布情况可通过电极记录并体现为阻抗或跨阻(impedance/transimpedance)。跨阻矩阵(transimpedance matrix,TIM)测量是利用人工耳蜗遥测功能的一种客观测量工具,具有操作简便、数据处理快捷、结果准确的特点,近年来在人工耳蜗植入术中应用已有报道,并在术中电极位置的评估、术后心理物理响度及神经兴奋扩散的测量等方面展示出相应的应用潜力。本文将介绍跨阻矩阵测量的原理与方法,并回顾跨阻矩阵测量在人工耳蜗植入领域应用的主要研究进展。

应用于脉冲ToF激光雷达接收器的宽带高增益跨阻放大器

设计了一款应用于脉冲飞行时间(ToF)激光雷达(LiDAR)接收器的宽带高增益跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)。该TIA由跨阻预放大器、后级电压放大器、增益补偿放大器和输出缓冲器组成。跨阻预放大器采用改进型RGC电路实现;后级电压放大器采用有源反馈电路,以提升带宽;具有有源峰值电感的增益补偿放大电路用来消除大尺寸输出缓冲器对TIA整体带宽的影响。提出的TIA电路采用0.18μm标准CMOS工艺设计。在电源电压为3.3 V条件下,TIA总消耗功率约168 mW,差模跨阻增益为106 dBΩ,-3 dB带宽约为300 MHz,输入参考噪声电流谱密度为6.8 pA/√Hz,当SNR=5时,能够检测的最小光电流约为0.7μA,动态范围为83 dB。

一种采用单运算跨阻放大器实现的模拟乘法器

针对广泛应用于核电子技术领域的模拟乘法器进行了研究,提出了一种采用单运算跨阻放大器实现的模拟乘法器。首先基于运算跨阻放大器的基本结构和输入输出关系,提出了基于单OTRA的基本乘法器电路。然后,为了消除OTRA的有限跨阻增益对乘法器的影响,提出了在直流偏置下叠加小信号的实现方案和基于MOS的乘法器结构,以实现对高频应用的补偿。还讨论了其作为平方器和振幅调制器的应用。最后通过PSPICE仿真验证了提出的理论设计,表明仿真结果与理论设计吻合得很好。

2.5 Gb/s CMOS光接收机跨阻前置放大器

给出了一种利用 0 .35μmCMOS工艺实现的 2 .5Gb/s跨阻前置放大器。此跨阻放大器的增益为 59dB·Ω ,3dB带宽为 2GHz ,2GHz处的等效输入电流噪声为 0 8× 10 - 2 2 A2 /Hz。在标准的 5V电源电压下 ,功耗为 2 50mW。PCML单端输出信号电压摆幅为 2 0 0mVp - p。整个芯片面积为 1 0mm× 1.1mm。

CMOS1.4THzΩ155Mb/s光接收机差分跨阻前置放大器

采用本土 CSMC 0 .6μm标准 CMOS技术设计实现了一种用于光纤用户网的 CMOS跨阻前置放大器 .电路采用差分结构以提高共模抑制比 ,减小高频下电源波动和寄生反馈通路的干扰 ,抑制衬底耦合噪声和温漂 ,从而有效抑制前置放大器的噪声 .同时前置放大器为双端输出 ,易与后面差分结构的主放大器级联 ,无需单端 -双端转换电路和片外元件 ,电路结构更为简单 ,实现了单片集成 .电路采用单级放大结构 ,比通常的多级电路更为稳定 .测试结果表明 ,前置放大器在 5 V电源电压下增益 -带宽积可达 1.4 THzΩ,等效输入电流噪声为 1.81p A/ Hz,可稳定工作在 15 5 Mb/ s(STM- 1)

2.5Gb/s低噪声差分交叉耦合跨阻放大器的设计与实现

本文基于UMC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一款低噪声交叉耦合结构的跨阻放大器.该电路由优化的调节型共源共栅(RGC)结构和输出缓冲级构成,其中采用两级共源放大器作为RGC结构的辅助放大器,用于提升电路的等效跨导和带宽.此外,通过优化电路参数以及在输入端引入阶梯型无源匹配网络来进一步拓展带宽和降低电路噪声.测试结果表明,在探测器等效电容为300pF时,所设计跨阻放大器芯片的-3d B带宽为2.2GHz,跨阻增益为61.8d B?,平均等效输入噪声电流谱密度仅为9 pA/(Hz)^(1/2),成功实现了2.5Gb/s的传输速率.在1.8V电源电压下,芯片功耗为43m W,包括焊盘在内的芯片总面积为1×1mm^2.

155Mb/s光通信用CMOS自动增益控制跨阻前置放大器

采用华润上华的0.6μm标准CMOS工艺设计了一种应用于光纤通信系统STM-1速率级别的自动增益控制(AGC)跨阻前置放大器.为了扩展输入动态范围,采用自动增益控制技术监控输入电流中与电流幅度成正比的直流分量的变化.当输入信号过大时,降低电路的跨阻增益,从而避免输出波形出现严重失真.通过分析电路中几个主要元件对等效输入噪声电流的贡献,给出了噪声性能优化的方法.测试结果表明,在5V电源电压下,小信号时电路差分跨阻增益达到91.7dBΩ(38.5kΩ),-3dB带宽125MHz,最大输入光功率0dBm,平均等效输入噪声电流谱密度为4.8pA/Hz^(1/2).功耗为180mW.芯片面积为0.7×0.4mm^2.

跨阻放大器S参数与跨阻增益间的关系

在等效电路模型基础上,推导了单端输入单端输出和单端输入差分输出情况下跨阻放大器跨阻增益计算公式,探讨了光探测器输出阻抗对跨阻增益的影响,分析了电路S参数与跨阻增益的关系。并且利用ADS仿真工具对理论推导进行了仿真验证,最后通过实验测量单端输入单端输出跨阻放大器的S参数及数据分析,对理论进行了验证。

一种高增益、大带宽跨阻放大器的设计

作为激光近炸引信中探测与目标识别核心元件的光电探测器,其性能取决于光电二极管和相应的放大电路。针对引信、制导应用对光电探测器的要求,提出一种新型高增益、大带宽跨阻放大器设计。该跨阻放大器由两级放大电路构成,第1级由两个对称的RGC(Regulated Cascode)结构组成,消除光电二极管漏电流对直流工作点影响,隔离光电二极管寄生电容提升工作带宽;第2级放大电路由3个级联的反相放大器构成,是跨阻放大器的主要增益级;最后以射级跟随器输出,为后续系统提供足够的电压摆幅。该电路基于SMIC 0.35μm标准CMOS工艺设计,仿真结果表明:跨阻增益为110.2 dBΩ,带宽为46.7 MHz,40 MHz处的等效输入噪声电流低至1.09 pA/(Hz)^(1/2),带宽内等效输出噪声电压为5.37 mV。测试结果表明,跨阻放大器增益约为109.3 d BΩ,输出电压信号上升时间约为7.8 ns,等效输出噪声电压大小为6.03 mV,功耗约为10 mW,对应芯片面积为1 560μm×810μm。

应用于10Gb/s光接收机的全差分CMOS跨阻前置电路设计

设计了一种的低成本、低功耗的10 Gb/s光接收机全差跨阻前置放大电路。该电路由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成,其可将微弱的光电流信号转换为摆幅为400 m Vpp的差分电压信号。该全差分前置放大电路采用0.18μm CMOS工艺进行设计,当光电二极管电容为250 f F时,该光接收机前置放大电路的跨阻增益为92 d BΩ,-3 d B带宽为7.9 GHz,平均等效输入噪声电流谱密度约为23 p A/(0~8 GHz)。该电路采用电源电压为1.8 V时,跨阻放大器功耗为28 m W,限幅放大器功耗为80 m W,输出缓冲器功耗为40 m W,其芯片面积为800μm×1 700μm。

带温度补偿和AGC功能的10Gb/s跨阻放大器设计

基于0.18μm BiCMOS工艺设计了一个工作速率为10Gb/s的跨阻放大器。为了解决温度变化对放大器性能的影响,引入了与温度变化有关联的电流(温度电流),从而锁存成与温度有关联的电压给跨阻放大器供电,使得放大器增益在频带内平坦和带宽变化减小。为了扩大输入信号的动态范围,引入了可变MOS电阻来实现AGC功能,使得放大器可以工作在较大的输入功率。为了提高增益,引入了两级差分放大电路,同时采用电容简并的方法来进一步扩展带宽。版图后仿真结果表明,跨阻放大器电路差分跨阻增益为9 kΩ,-3dB带宽为8.7GHz,等效输入电流噪声为17 pA/√Hz,灵敏度为-20 dBm,输入饱和光电流为2 mA,功耗为66 mW,电源噪声抑制比为-16 dB,放大器核心电路版图面积为94 mm×63 mm,整体版图面积为937 mm×828 mm,满足商业应用的要求。

0.18μm CMOS 2.5Gb/s光接收机跨阻前置放大器的设计

给出了一种利用TSMC 0.18μm CMOS工艺实现的2.5 Gb/s跨阻前置放大器.此跨阻放大器的增益为66.3 dBΩ,3 dB带宽为2.18 GHz,等效输入电流噪声为112.54 nA.在标准的1.8 V电源电压下,功耗为7.74 mW.输入光功率为-10 dBm时,PCML单端输出信号电压摆幅为165 mVp-p.模拟结果表明该电路可以工作在2.5 Gb/s速率上.

基于电感并联峰化的宽带CMOS跨阻前置放大器

提出了一种基于TSMC0.18μm CMOS工艺的低噪声、低功耗的10Gb/s光通信接收机跨阻前置放大器(TIA)的设计。该TIA电路采用具有低输入阻抗的RGC(regulated cascode)结构作为输入级。同时,采用电感并联峰化和容性退化技术扩展TIA电路的带宽。当光电二极管电容为250fF时,该电路的-3dB带宽为9.2GHz,跨阻增益为57.6dBΩ,平均等效输入噪声电流谱密度约为16.5pA/(Hz)(1/2)(0～10GHz),电路的群时延为±20ps。在1.8V单电源供电时,功耗为26mV。

跨阻放大器的带宽扩展技术

提出了一种针对CMOS跨阻放大器的带宽扩展技术.基于此技术,采用应用于0.18μm 1.8V CMOS工艺,设计了一个RGC结构的跨阻放大器.仿真结果表明,该放大器具有66dB的跨阻增益,4.49GHz的带宽,输入等效噪声电流平均值为11.5pA/(Hz)～(1/2),该电路的功耗仅为15.4mW.

基于InGaAs/InP SHBT技术的10Gb/s单片跨阻放大器研究

介绍了采用传统的三台面工艺,利用湿法选择腐蚀形成发射极-基极自对准的InGaAs/InP单异质结双极性晶体管(SHBT)技术实现传输速率为10Gb/s跨阻放大器。其中SHBT获得了在Ic=10mA,Vce=2V时,fT和fmax分别为60、75GHz,电流密度为100kA/cm2,击穿电压大于3V;跨阻放大器的跨阻增益为58dBΩ,灵敏度为-23dBm,3dB带宽为8.2GHz。该单片跨阻放大器可广泛应用于光纤通信。

一种宽输入动态范围跨阻放大器的设计

利用对数放大的增益可变性特点,设计出基于对数放大的跨阻放大器,克服了采用传统AGC调整跨阻的复杂性和低可靠性;同时,避免了采用肖特基二极管箝位方法的工艺局限性,有效扩展了跨阻放大器的输入动态范围。在详细分析跨阻动态特性及温度特性的基础上,分析了电路噪声性能,并进行了仿真验证。试验样片的测试结果进一步证明所提出的方法是有效的。

一种宽动态范围跨阻放大器的设计

针对光电探测器的光电流信号弱、变化范围大的特点,设计了一种全新的检测光电流信号的跨阻放大器(TIA)电路结构,其检测电流信号范围为1.6μA^1.6mA,动态电流检测范围达到60dB。通过在电路内部设计出两个增益可调、增益段不同的TIA,分别处理光电流的小电流段(1.6~50μA)和大电流段(50μA^1.6mA),增益可调范围为56~96dBΩ;通过外置输出电压饱和检测信号,选择所需工作的TIA及其增益段。该电路采用0.18μm标准CMOS工艺的PDK进行电路设计、版图设计和仿真验证等。测试结果表明:在检测电流为1.6μA时,输出电压为95mV;检测电流为1.6mA时,输出电压为915mV,与仿真结果相一致。电路瞬态特性良好,上升时间为5~10ns,3.3V电压下功耗小于2mW,各指标满足设计要求。

2.5Gb/s CMOS低噪声有源电感反馈跨阻放大器

分析各种结构前置放大器性能的基础上,给出了一个应用于2.5 Gbit/s光纤通信系统的,基于CMOS工艺的共栅结构跨阻放大器。为了减小输入等效噪声电流和提高带宽,采用了有源反馈和有源电感代替传统结构中的电阻反馈。测试结果表明,该电路具有61.8 dB的跨阻增益,2.01 GHz的带宽,输入等效噪声电流为9.5 pA/Hz～(1/2),核心电路功耗仅为3.02 mW。

光接收机中前置跨阻放大器的设计

利用0.6μm CMOS工艺设计了一种用于光纤通信的跨阻前置放大器。电路采用推-挽反相器级联形式的结构,本身能够自偏压,不需设计偏压电路,减少了芯片面积,同时它的输出可以端到端地满摆幅工作,而且只要放大部分的2个MOS管都处在饱和区,就能得到最大的电压增益;利用SmartSpice软件对电路进行仿真,结果表明在+5 V电源电压作用下,该放大器的增益为78.9 dbΩ,3 db带宽为540 MHz。