采用Mash2-1架构的高精度Sigma-Delta ADC设计

鉴于模数转换器(ADC)在芯片和混合信号处理领域举足轻重的作用,为探索进一步提高模数转换器精度的可能性,满足当今应用系统对模数转换精度的新需求,设计一款基于Mash2-1级联架构的sigma-delta ADC。设计采用TSMC 180 nm CMOS工艺,在完成调制器电路的同时,使用Verilog代码方式实现了配套的误差消除以及数字抽取滤波器。对调制器进行了建模及非理想因素的分析,并通过使用斩波调制技术等手段对电路的非理想性进行优化。经仿真验证,结果表明,本设计在3.3 V电源、27℃工作环境、TT典型工艺条件下,表现出优异的信噪比,总谐波失真等性能指标也较理想,适用于高精度、低失真的应用场合。

一种高精度音频Sigma-Delta DAC的设计

设计了一种应用于音频Codec的高精度Sigma-Delta DAC,针对数字插值滤波器占用面积大的问题,提出了乘法器复用的方法,减少数字电路的硬件消耗。为解决Sigma-Delta调制器多比特量化引起的非线性问题,引入DWA(Data Weight Average)算法,提高系统的精度。此外,DCT(Direct Charge Transfer)电路用于实现数字域到模拟域的高精度转换。电路采用0.18μm CMOS工艺,整体DAC的信噪比为105.7dB@1150Hz,有效位数达到17.26bit。

高精度Sigma-Delta调制器设计

近年来,在过采样型模数转换器中,Sigma-Delta模数转换器以其较高的精度成为模数转换器的热点。介绍了一种高精度低功耗的Sigma-Delta调制器设计。使用Matlab工具完成三阶一位量化CIFF结构的系统仿真,在系统级仿真结果的指导下,积分器采用分级结构优化电路结构。积分器电路模块设计采用了全差分式开关电容电路,抑制了谐波失真对输出精度的影响。仿真结果显示:5 S/s挡位时,对应的PVT组合中最低有效位数为17.67 bits;2 kS/s挡位时,对应的PVT组合中最低有效位数为15.89 bits,整个调制器功耗低于3 mW。通过改进调制器整体架构、积分器结构和量化器的设计方法,降低了调制器功耗,提升了调制器精度。

高精度音频Sigma-Delta调制器综述

Sigma-Delta(Σ-Δ)模数转换器(ADC)基于过采样和噪声整形技术,可实现高分辨率,具有无源器件匹配性要求低、结构简单等特点。在高精度音频领域,Σ-ΔADC能够实现高动态范围和良好的功率效率得到了广泛的关注和应用。近年来,依托先进工艺、先进技术进行低功耗高精度的音频ADC的设计已经成为新的研究热点。然而随着工艺技术向低节点的持续发展、电源电压的不断降低,使得Σ-ΔADC的电路设计更具挑战性。该文对高精度音频Sigma-Delta调制器的离散型设计、连续型设计的研究现状进行综述,为高精度音频Sigma-Delta调制器设计提供理论支撑,并给出研究前景展望。

一种级间运放共享的MASH结构Σ-Δ调制器

基于55 nm CMOS工艺,设计了一种级间运放共享的级联噪声整形(MASH)结构Σ-Δ调制器。采用2-2 MASH结构对调制器参数进行了设计。对经典结构的开关电容积分器进行了改进,并应用到调制器电路的设计中,实现了两级调制器之间的运放共享,在达到高精度的同时减少了运放的数量,显著降低了MASH结构调制器的功耗。仿真结果表明,在3.3 V电源电压下,调制器信噪失真比为111.7 dB,无杂散动态范围为113.6 dB,整体功耗为16.84 mW。

一种sigma-delta ADC数字抽取滤波器设计与实现

数字滤波器是sigma-delta模数转换器的主要组成部分,用于对调制器输出信号的滤波和抽取。本文设计的数字滤波器是由间接型级联积分梳状滤波器组成。在说明CIC滤波器原理的基础上,通过Verilog实现并验证其功能与性能。

基于Mash-up与AHP的童车产品创新策略研究

目的 为解决现有童车产品路况应变能力和稳定性较差问题,探寻层次分析法(AHP)在童车产品设计思维定性分析流程中的应用路径,从而设计出在差异化场景下满足家长和儿童用户使用需求的童车产品。方法 基于设计思维理论,通过混搭法(Mash-up)对用户的主要需求点沿着两条逻辑主线进行创意的定性发散,并在混搭法末端运用AHP构建体验层次的数据模型,通过计算进行多特征值比较,筛选出满足用户需求的高权重设计方案,以作出创意的收敛。结果 针对复杂路面的户外场景,产出了具备环境自适应性的童车方案,增强了童车使用体验的舒适性,最后进行成果的实用新型专利转化对设计的创新性和合理性加以验证。结论 以案例实证方式验证Mash-up与AHP方法相结合的可行性与合理性,为多场景下的童车产品创新完善思路与方向。

MASH21 Sigma-Delta调制器的自顶向下设计

提出MASH21调制器的自顶向下设计方法。在系统级,通过系数缩放对积分器的输出进行限制;在电路级,通过积分器的瞬态建模分析运放非理想因素对调制器的影响,并得到SNR和面积功耗最优的设计区域。通过一个数字音频MASH21调制器的设计对此方法进行了验证。该调制器基于TSMC18MMRF工艺实现,在1.8 V的单电压下工作,测试显示调制器的SNDR达到91 dB。

MASH1介导肾上腺髓质嗜铬细胞发生神经元转分化

目的:肾上腺髓质嗜铬细胞(adrenal medulla chromaffin cells,AMCCs)在神经生长因子(nerve growth factor,NGF)诱导下向神经元转分化,引起肾上腺素分泌减少,其可能参与了支气管哮喘的发病。神经分化发育的关键因子哺乳动物无刚毛-鳞甲同源物(mammalian achaete scute-homologous 1,MASH1)在神经元转分化的AMCCs中升高。本研究拟探讨MASH1对AMCCs神经元转分化的影响及机制。方法:分离并培养大鼠AMCCs,用siMASH1、MASH1过表达质粒转染,再用NGF和/或地塞米松、MAPK激酶-1抑制剂PD98059刺激48 h。在光镜及电镜下观察AMCCs形态。用免疫荧光法检测酪氨酸羟化酶和肾上腺素合成关键酶苯乙醇胺-N-甲基转移酶(phenylethanolamine-N-methyltransferase,PNMT)水平,蛋白质印迹法检测AMCCs中PNMT、MASH1、外周蛋白、细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)及磷酸化的细胞外调节蛋白激酶(phosphorylated extracellular regulated protein kinases,pERK)、JMJD3的蛋白质水平,Real-time RT-PCR法检测MASH1、JMJD3的mRNA水平,ELISA法检测细胞上清液中肾上腺素水平。结果:培养的细胞经免疫荧光染色示酪氨酸羟化酶和PNMT均为阳性,鉴定为AMCCs。NGF处理后AMCCs出现细胞突起,pERK、外周蛋白、MASH1蛋白表达量均显著上升(均P<0.05);PNMT蛋白表达和肾上腺素分泌水平下降(均P<0.01)。MASH1干扰逆转了NGF的作用,使AMCCs中PNMT蛋白和肾上腺素水平升高,外周蛋白及细胞突起数量减少(P<0.01)。过表达MASH1可使细胞突起、外周蛋白表达量显著增加(均P<0.01),PNMT蛋白和肾上腺素水平下降(均P<0.01)。与NGF组对比,NGF+PD98059组AMCCs中MASH1、JMJD3蛋白及mRNA水平均下降(均P<0.05)。经过PD98059和地塞米松处理后,NGF促进AMCCs转分化的作用受到抑制,细胞突起数量及肾上腺素水平均下降(均P<0.05);此外,NGF激活的pERK/MASH1通路活性也受到抑制。结论:MASH1是AMCCs发生神经元转分化的关键因子,NGF可能通过pERK/MASH1通路诱导转分化。

2-1MASH多位Sigma-Delta转换器设计

量化器位数为3位的级联结构调制器,整体电路采用全差分结构设计使用0.35μm工艺实现。应用数据权重平均算法有效降低了多位DAC对元件匹配性的要求,对于7.8125 kHz的基带信号,在500 kHz的时钟速频率下,实现了87 dB的信噪比。结合抽取滤波器及校准算法,输出结果的无噪声分辨率达到14.16位,模拟部分不需要进行任何修调。整体电路使用ADMS进行混合仿真,采用3.3 V单电源供电的条件下工作电流小于600μA。

参数自适应误差自校准的Sigma-Delta闭环微机械陀螺仪

提出并实现了一种用于MEMS谐振陀螺仪的新型自适应自校准多级噪声整形(MASH)微机电sigma-delta闭环测控电路方案。该技术针对高精度MEMS音叉陀螺仪的误差校准,开发了在线自适应误差校准的MASH2-0闭环测控电路,且无需使用任何额外的机械校准方法。该技术不仅可以有效地消除由于MEMS音叉陀螺仪敏感元件加工误差和接口测控电路之间的参数失配在输出端产生的误差影响,并且能够校正由非理想信号传递函数而导致的信号链路传输中的频谱失真和增益失配。试验结果表明,与传统的闭环MEMS陀螺仪相比,所提出的自适应MASH2-0闭环测控电路技术可以实现更好的系统稳定性、动态范围和噪声性能。

基于Sigma-Delta AD采样的双向有源桥变换器中变压器的直流偏置抑制

双有源桥(DAB)变换器兼具高效和高功率密度,且其能量可双向流动,从而得到广泛应用。DAB变换器易因电路参数、驱动信号不对称等因素造成磁不平衡,进而影响电路正常稳定工作。因此,设计了一种变压器绕组的直流偏置电流检测控制策略。该策略通过采样电阻和delta-sigma(Δ-Σ)调制将电流转换为1位数据流,采样电阻放置在H桥直流端,可分别获得绕组正半周和负半周中电流平均值,相减可得绕组电流直流分量。同时,设计了一种DAB的直流电流抑制方法,通过设计控制器以实现微调任一桥臂的占空比来调节H桥输出电压的直流分量。最后,通过Matlab仿真验证了直流偏置电流检测与控制策略的有效性。

一种高精度高信噪比的Sigma-Delta调制器设计

为满足模数转换器设计和应用中系统对精度日益增长的高要求,提出一种高精度高信噪比的Sigma-Delta调制器。Sigma-Delta调制器采用三阶CIFB架构,同时在第一级放大器部分设置斩波电路,以此提高信噪比。采用TSMC 180 nm CMOS工艺进行设计并通过仿真验证。仿真结果表明,在电源电压为3.3V,工作温度为27℃,工艺角为典型工艺角TT的情况下,Sigma-Delta调制器对于信噪比、有效位数等指标均有优秀的性能表现,适于高精度系统的应用场合。

一种用于CMOS图像传感器的高动态范围Sigma-Delta调制器

介绍了一种采用Tower 180 nm CMOS工艺设计的高动态范围Sigma-Delta调制器,该调制器用于CMOS图像传感器的高动态范围读出电路。分析了调制器动态范围的主要影响因素,采用基于Cascode反相器的自调零积分器,得到较大的积分器输出摆幅和积分增益。为了降低功耗,加入动态偏置型比较器,使该调制器具有高动态范围和低功耗的优势。加入瞬态噪声的调制器后仿真结果表明,在等效带宽16 kHz内,1.8 V电源电压和4 MHz的采样时钟下,调制器的动态范围为103 dB,功耗仅为356μW。该调制器满足CMOS图像传感器的高动态范围要求。

非酿酒酵母与酿酒酵母混合发酵对薏米酒醪色泽及风味的影响

该研究分别考察了商业酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)(SC)单菌发酵,商业酿酒酵母(SC)分别与非酿酒酵母德尔布有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)(TD)、东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis)(IO)、粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)(SP)混合发酵对薏米酒醪基础理化特性、颜色和挥发性风味物质的影响。结果表明,与SC组发酵相比,混合发酵降低了薏米酒醪的酒精度、pH和还原糖含量,可增加酒醪的亮度;混合发酵增加挥发性风味物质的种类,SC组、TD+SC组、IO+SC组和SP+SC组分别检出43种、49种、48种和48种挥发性风味物质,可显著增加酯类化合物含量(P<0.05),其中,SP+SC组显著增加了苯乙醛、壬醛和3-羟基-2-丁酮的含量(P<0.05),SC组的标志性化合物为正戊醇、2,3-丁二醇、苯乙醇等;TD+SC组为正癸醇、2-甲基丁醇、丁二酸二乙酯等;IO+SC组为异戊酸、苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯等;SP+SC组为乙酸异丁酯、丁酸乙酯、苯乙醛等。综上,非酿酒酵母和商业酿酒酵母混合发酵有助于提高薏米酒醪的色泽及风味品质。

东昆仑地区中生代熔融、同化、存储和均一(MASH)过程及壳幔岩浆混合

哈西亚图石英闪长岩是东昆仑地区中生代具幔源组分贡献的花岗岩类典型代表,岩体出露于东昆仑中构造带,广泛发育暗色微粒包体。包体为闪长质岩石,并含有一系列岩浆混合成因的证据,如水滴状、长条状塑性流变外形,淬冷边、反向脉等高—中温混合迹象,以及低Mg/（Fe＋Mg）、Na/（Ca＋Na）值等混合成因特征。包体A/CNK值介于0.77~0.87,属准铝质,富Al2O3、Fe2O3、MgO,贫K2O、Na2O,富集大离子亲石元素（Rb、Ba、K等）,同时又具有Ta、Nb、Ti的＂TNT＂负异常,具有俯冲带幔源岩石的成分特点。依据岩石学、地球化学特征并结合同时期大地构造背景,东昆仑晚古生代—早中生代含暗色微粒包体花岗质岩石是幔源岩浆经历多次熔融、同化、存储和均一（MASH）过程后与壳源岩浆混合的产物。在混合岩浆中,富镁铁质端元是由辉长质岩浆进化而来的闪长质岩浆。

一种3阶Mash结构的Σ-Δ音频数模转换器

针对传统的Mash结构由于各级失配导致信噪比低的问题,本文采用一阶相位累加器来实现传统的sigma-delta(Σ-Δ)架构,并将其采用硬件描述语言来实现,这样整个系统均在数字域实现,从根本上解决了各级间的失配问题.在插值滤波器的设计上,使用优化了的半带滤波器结构和级联积分梳状滤波器,节省了硬件资源.电路采用的是Magnachip 180nm 1P4M标准CMOS工艺,芯片面积只有0.2025mm^2(0.45×0.45),实测芯片得到的信噪失真比(SNDR)达到90d B.

Mash2基因在体细胞克隆牛肺脏中DNA甲基化状态分析

体细胞核移植(体细胞克隆)技术在动物生产、医药工业、治疗性克隆以及对珍稀濒危动物的拯救有重要意义,然而克隆效率低下以及克隆动物发育异常,严重制约了克隆技术的发展和应用.在体细胞核克隆中,供体核来自高度分化了的体细胞,发生在核移植后几小时内供体核的重编程,决定了克隆胚胎的发育能力.印记基因是由等位基因表观遗传修饰的不对称导致的基因表达具有亲本选择性,而DNA甲基化是调控印记的一个主要方式.印记基因Mash2在胚胎发育和器官形成过程中起着非常重要的作用.为了探求核移植过程中Mash2基因DNA甲基化的表观重编程是否充分,利用亚硫酸氢盐测序法对出生48h内死亡的体细胞核移植牛和正常对照牛肺脏中Mash2基因的DNA甲基化状态进行分析.结果显示,尽管位于Mash2基因启动子和第一个外显子处的CpG岛在正常牛和克隆牛中甲基化水平都不高(20.04%,5.55%),但克隆组的甲基化水平仍显著低于正常对照组(P<0.05).甲基化模式正常组中9N3有5种不同的形式,9N4仅1种;而克隆组9C3和9C5也分别是1种.推测Mash2基因的异常DNA甲基化很可能是导致克隆牛肺脏发育异常的一个重要原因.

基于MASH结构的24 bit Σ-Δ A/D转换器

设计了一种离散时间型24位Σ-ΔA/D转换器。该A/D转换器基于级联噪声整形(MASH)结构设计,整个转换器由前置可编程增益放大器、级联调制器和数字抽取滤波器等模块组成。该A/D转换器采用标准0.18μm CMOS工艺实现,版图总面积为6 mm^(2)。测试结果表明,在16 kS/s输出数据速率下,该A/D转换器的信噪比为106 dB,无杂散动态范围为110 dB,功耗仅为20 mW。

一种改进的适用于Sigma-Delta ADC的数字抽取滤波器

数字滤波器在sigma-delta ADC芯片中占据了大部分芯片面积,该文提出了一种数字滤波器结构,这种结构滤波器采用一个控制单元和一个加法器取代了Hogenauer结构滤波器中差分器的多个加法器,从而减小数字电路的面积。一个采用这种结构的4阶的数字滤波器在CYCLONEⅡFPGA芯片中被实现,耗费的硬件资源比Hogenauer结构的滤波器减少近29%。