RFSoC中ADC的SFDR优化技术研究

赛灵思(Xilinx)推出了一款集成了高性能模数/数模转换器(ADC/DAC)的单芯片射频片上系统(RFSoC),由于其具有极高的ADC性能指标和系统集成度,因而得到了广泛的应用。ADC采用时间交织(TI)采样技术,由多个子ADC进行采集组合来提高采样速率,但是由于各子ADC不可能做到工艺完全相同,因此该技术存在偏置失配、增益失配和时间失配等问题,从而造成频谱出现杂散,降低了无杂散动态范围(SFDR)指标。基于RFSoC中ADC的杂散问题,分析了ADC的校准结构,探讨了对SFDR指标进行性能优化的技术方法。大量的实验和分析结果表明,该方法有效地提高了ADC的SFDR指标,具有良好的效果。

基于V93000的SoC中端口非测试复用的ADC和DAC IP核性能测试方案

SoC(System-on-a-Chip)芯片设计中,由于芯片测试引脚数目的限制以及基于芯片性能的考虑,通常有一些端口不能进行测试复用的IP(Intellectual Property)核将不可避免地被集成在SoC芯片当中.对于端口非测试复用IP核,由于其端口不能被直接连接到ATE(Automatic Test Equipment)设备的测试通道上,由此,对端口非测试复用IP核的测试将是对SoC芯片进行测试的一个重要挑战.在本文当中,我们分别提出了一种基于V93000测试仪对端口非测试复用ADC(Analog-to-Digital Converter)以及DAC(Digita-l to-Analog Converter)IP核的性能参数测试方法.对于端口非测试复用ADC和DAC IP核,首先分别为他们开发测试程序并利用V93000通过SoC芯片的EMIF(External Memory Interface)总线对其进行配置.在对ADC和DAC IP核进行配置以后,就可以通过V93000捕获ADC IP核采样得到的数字代码以及通过V93000采样DAC IP核转换得到的模拟电压值,并由此计算ADC以及DAC IP核的性能参数.实验结果表明,本文分别提出的针对端口非测试复用ADC以及DAC IP核测试方案非常有效.

8位高速低功耗流水线型ADC的设计技术研究

采用7级子ADC流水线结构设计了一个8位80 Msample/s的低功耗模数转换电路。为减小整个ADC的芯片面积和功耗,改善其谐波失真和噪声特性,重点考虑了第1级子ADC中MDAC的设计,将整个ADC的采样保持电路集成在第1级子ADC的MDAC中,并且采用逐级缩放技术设计7级子ADC的电路结构,在版图设计中考虑每一级子ADC中的电容及放大器的对称性。采用0.18μm CMOS工艺,该ADC的信噪比(SNR)为49.5 d B,有效位数(ENOB)为7.98位,该ADC的芯片面积只有0.56 mm2,典型的功耗电流仅为22 m A。整个ADC性能达到设计要求。

基于锂电池均衡保护芯片的电压采样电路设计

针对锂电池均衡保护问题,设计一种基于锂电池均衡保护芯片的电压采样电路。采用主动均衡的方式对锂电池进行均衡保护。电压采样电路采样两节锂电池电压以监测锂电池的差异性,并通过8位逐次逼近型数模转换器进行数据转换。运用均衡控制逻辑分析转换的数据,对锂电池执行均衡保护。采用华虹NEC 0.18μm BCD工艺进行设计并通过仿真验证。仿真结果表明,电压采样电路有较高的电压采样精度,逐次逼近型数模转换器的有效位数等指标均有优秀的性能表现。本研究能够可靠地采样各电池的电压,适用于锂电池均衡保护芯片的应用场合,有利于延长电池组的使用时间。

基于CS32A010血氧仪的解决方案

健康是人们关注的头等大事,健康监测作为一种了解个人健康状况的手段变得越来越重要,尤其是小巧方便的携带式设备,不仅能够在医院内方便操作,在家庭中也可作为常备的健康监测设备,比如家用血氧仪、电子血压计、血糖仪等。然而如何准确测量成为医疗监护设备的核心技术难点。本文基于某型号模拟芯片设计实现了一款血氧仪,能够很好检测心率、血氧,提供患者和普通用户较为好的使用体验,并探讨分析了未来的发展方向。

基于国产ADC芯片的TIADC系统时间误差自适应校准算法

武器及其测试系统的高精度与国产化是我们国家现在不得不面对的严峻问题,当数据采集系统的采样率达到GSPS量级时,目前的国产ADC芯片很难达到,因此在不降低采样精度的前提下,提出多片ADC进行阵列化采样的方法提高系统的采样率。针对TIADC系统存在的通道失配问题,提出了基于一阶统计量的自适应误差估计算法与改进Farrow时延滤波器的校正方法,并对4通道TIADC系统的时间误差估计提出新的估计策略。仿真与实验结果表明,该算法能够对时间失配误差进行精确估计,同时能够有效地抑制杂散分量,相比校正前的数据,无杂散动态范围提高20 dB,对解决高速高精度数据采集装备国产化问题具有重要的现实意义。

光模块系统中单片机技术的应用

单片机技术在光模块系统中具有重要作用。该文概述光模块的发展,总结光模块的基本分类和工作原理,结合激光器的收发机制分析单片机在其每个应用路径中的作用和意义。针对单片机的IIC、GPIO、ADC和DAC等功能分析其在光模块中的具体实现方式及应用指标,总结不同架构单片机的应用表现,对单片机在光模块领域的未来发展方向进行探讨,对单片机在光模块领域中的发展起到抛砖引玉的作用。

用于微悬臂梁红外焦平面读出电路的片上ADC设计(英文)

设计了一种用于微悬臂梁红外焦平面读出电路的片上ADC。该ADC采用流水线结构实现,采用带溢出检测的多位第一级和后级功耗逐级缩减的方案优化系统功耗,提高线性度。该设计采用0.35μm的CMOS工艺流片验证。测试结果表明:5V电源电压、10M采样率时电路总功耗为98mW,微分非线性和积分非线性分别为-0.8/0.836LSB和-0.9/1.6LSB;输入频率为1MHz时,SFDR和SNDR分别为82和67dB。

脉冲超宽带系统中的高速低功耗ADC设计

采用TSMC 0.13μm CMOS工艺,设计并实现了一种适用于脉冲超宽带无线通信系统的低功耗高速单比特模数转换器(ADC)。芯片内部采用并行数据降速输出电路。芯片测试结果表明,该ADC最高采样率为2.5GS/s,单比特模数转换器最小分辨率为10mV,芯片核心电路面积为0.72mm2,在1.2V电源供电下消耗功耗42mW。

基于局部放电测试设备的高速ADC电源设计

在设计局部放电测试设备的过程中,根据ADC芯片生产厂家要求提供的线性电源,存在极其低下的效率问题。并且在信号处理器高速外围接口的影响下模拟信号不可避免的依然容易受到数字信号的影响,从而产生数字干扰误差。本文通过多次试验研究,总结出来了一些先进的开关电源方案,既大大提升了电源效率,又增加了局部放电测试设备的精确度。

一种实现ADC采样数据回路自检的方法

ADC采样数据作为电力系统二次保护装置数据的重要来源,是保护装置动作行为的重要判断依据。然而目前市场上主流的多通道同步ADC芯片不具备采样数据校验功能,芯片焊接问题导致的采样数据异常无法及时发现,而这将可能导致保护装置误动作,造成严重的电力事故。本文提出了一种ADC采样数据回路自检的实现方法,通过外部自检回路回馈的方式巧妙的配合ADC芯片采样时序来检查ADC芯片是否存在焊接问题,从而判断ADC采样数据回路是否连接正常。该方法实时性高,可有效降低因ADC采样数据异常而导致保护装置错误的动作行为而产生的恶劣影响和经济损失。

一种全集成交替型双积分ADC的设计

本文提出了一个应用于生物医学的全集成小面积的交替型双积分模数转换器,将双积分ADC原本单一的积分时间窗口变成多个时间窗口,使正反积分交替进行,极大地减小了积分器所需的RC时间常数,同时节省了大量的面积,有利于实现芯片的全集成.为了消除积分器失调的影响和降低功耗,使用了自动调零结构以及动态比较器.该10bit双积分ADC在0.35μm工艺下设计,面积为0.16mm2.在2V电源电压,418S/s采样频率下,ADC的功耗为18.5μA,Matlab仿真结果显示有效位数为9.77bit.

一种无线便携心电监测系统的双斜坡ADC的设计

本文提出了一种可以应用于低频低幅值生物电信号采集的片上集成的全差分双斜坡积分ADC,使用两个反积分参考电压扩大测量范围.为了降低失调影响使用了输入失调存储的自动调零技术,从降低功耗角度,使用了动态比较器,并通过控制动态比较器的工作时钟,让其具有休眠模式和较短时间的工作模式,更大程度地降低功耗.本文的12 bit积分型ADC由0.35μm工艺设计实现,在2 V供电、6 MHz时钟下,采样率为689.3 S/s,功耗为12μW,使用Cadence Virtuoso仿真得到其有效位数为11.8 bit.

红外焦平面读出电路集成数字输出

为了实现红外焦平面数字化输出,设计了一种集成片上模数转换的焦平面读出电路,包括一个512×512的读出电路单元阵列和列共享的逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)。单元读出电路采用了直接注入(DI)结构作为输入级,输出的信号通过多路传输送到模数转换器。设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是由前置放大器、锁存器、自偏置差分放大器和输出驱动器组成的高速比较器,数模转换器(DAC)采用的是三段式的电荷按比例缩放和电压按比例缩放相结合的结构。在Cadence和Synopsys设计平台下对模拟和数字部分电路分别进行设计、仿真与版图设计。电路工艺采用GLOBALFOUNDRIES公司0.35μm CMOS 3.3 V工艺加工流片。测试结果显示SAR ADC有效位数为8.2位,转换频率超过150 k Samples/s,功耗低于300μW,满足焦平面100帧频以及低功耗的需求。

一种甚高频医学超声回波信号高速数据采集系统的设计

目的:设计一种甚高频医学超声回波信号高速数据采集系统,以实现高速率和高精度的实时采样。方法:采用内置两路集成模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)芯片的LTC2285来实现超声回波信号的模数转换,并将两路采样率为120 MHz的数字信号输入至现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)进行并串转换,得到采样率为240 MHz的高速数字信号进行超声回波数字信号处理,最后将数据通过USB接口传输至计算机终端进行显示。为了保证该系统的可实现性,对该系统进行时序仿真实验、分辨力检测实验和正常人眼前节成像实验。结果:该时序仿真结果验证了由FPGA设计该并转串模块实现的可靠性;该系统的分辨力能达到40μm,满足临床上对眼科超声生物显微镜(ultrasound biomicroscopy,UBM)纵向分辨力的要求;该系统的UBM检查可得到正常人眼前节组织的高分辨力成像图。结论:该系统运用多通道和FPGA技术,提高了采集速度和可靠性,为最终的UBM实时成像奠定了前期实验基础。

基于单片机的电感测量系统

提出一种以8031单片机为核心的电感测量系统,充分利用了单片机8031的硬件资源,简洁而高效运行的软件设计思想,实现电感参数的自动测量和显示。克服了传统的外加交流测量法电源波动易引起偏差和文氏电桥测量法参数调节复杂等问题。系统结构紧凑、操作方便,且测量精度高、响应快、测量范围宽。

超低功耗逐次逼近寄存器型模数转换器的设计

采用逐次逼近方式设计了一个12 bit的超低功耗模数转换器(ADC)。为减小整个ADC的芯片面积、功耗和误差,提高有效位数(ENOB),在整个ADC的设计过程中采用了一种改进的分段电容数模转换器(DAC)阵列结构。重点考虑了同步时序产生电路结构,对以上两个模块的版图设计进行了精细的布局。采用0.18μm CMOS工艺,该ADC的信噪比(SNR)为72 d B,有效位数(ENOB)为11.7 bit,该ADC的芯片面积只有0.36 mm2,典型的功耗仅为40μW,微分非线性误差小到0.6 LSB、积分非线性误差只有0.63 LSB。整个ADC性能达到设计要求。

单片机控制的精密可调开关稳压电源设计

设计了一种以MSP430F413单片机为核心的智能化开关式直流稳压电源.由单片机输出高分辨率、占空比可调的PWM波,驱动大功率MOSFET开关管,调节输出电压.采用二阶低通滤波器和比较器电路,与单片机程序进行配合,实现了∑-△方式的电压采样,并通过软件算法对输出电压进行控制,实现了2～15V输出电压可调,输出电流大于1A;采用按键实现了小范围精准调节和大范围快速调节功能,用字段式LCD显示输出电压和设定电压值,电源效率达到88％以上.

应用于微小卫星的CMOS图像传感器芯片设计

针对小卫星以至微纳卫星领域的应用需求,文章对具有抗辐照能力的CMOS图像传感器的芯片架构和关键技术进行了研究,着重对行列选电路、低噪声信号读出、可编程增益放大器和片上ADC等电路设计技术进行了分析和仿真验证。基于0.35μm CMOS抗辐照技术和工艺开展了芯片的关键电路仿真、设计和整体版图设计验证。流片后的测试结果表明,该CMOS图像传感器具有高动态、低噪声和抗辐照特点,其噪声电子为42e-,动态范围为69dB,当辐射总剂量大于100krad(Si)时,器件噪声指标符合预期。

基于AD7710的高精度测温仪表

以MCS-51系列的单片微机AT89S51为微处理器,应用AD7710进行A/D转换,由MAX7219驱动8位数码管进行显示,结果表明:系统的软硬件设计移植性强,可以方便的应用到其它测控系统中作为模拟量的精确测量装置。