基于模拟开关的放大器非线性失真电路设计

非线性失真是影响模拟电路性能的重要因素之一,针对顶部失真、底部失真、双向失真和交越失真四种非线性失真情况对晶体管放大电路的影响,在详细介绍非线性失真原因及总谐波失真量化评价的基础上,以STM32F103ZET6单片机为核心,设计制作了一个放大器非线性失真研究装置。该装置主要包括晶体管放大器、采集测量、微控制器等硬件电路和软件驱动。通过两级负反馈共射放大、乙类放大分别实现基本晶体管放大和四种非线性失真产生电路,利用BL1551和CD4053模拟开关控制波形输出,采用FFT算法提取总谐波失真值。经系统测试:所设计的装置可以输出不失真波形、四种非线性失真电压波形和测量显示总谐波失真系数;测试外接信号源指定信号的总谐波失真系数时,平均精度可达95%。

一种用于常开型智能视觉感算系统的极速高精度模拟减法器

常开型智能视觉感算系统对图像边缘特征提取的精度和实时性要求更高,其硬件能耗也随之暴增。采用模拟减法器代替传统数字处理在模拟域同步实现感知和边缘特征提取,可有效降低感存算一体系统的整体能耗,但与此同时,突破10^(–7)s数量级的长计算时间也成为了模拟减法器设计的瓶颈。该文提出一种新型的模拟减法运算电路结构,由模拟域的信号采样和减法运算两个功能电路组成。信号采样电路进一步由经改进的自举采样开关和采样电容组成;减法运算则由所提出的一种新型开关电容式模拟减法电路执行,可在2次采样时间内实现3次减法运算的高速并行处理。基于TSMC 180 nm/1.8 V CMOS工艺,完成整体模拟减法运算电路的设计。仿真实验结果表明,该减法器能够实现在模拟域中信号采样与计算的同步并行处理,一次并行处理的周期仅为20 ns,具备高速计算能力;减法器的计算取值范围宽至–900~900 mV,相对误差小于1.65%,最低仅为0.1%左右,处理精度高;电路能耗为25~27.8 pJ,处于中等可接受水平。综上,所提模拟减法器具备良好的速度、精度和能耗的性能平衡,可有效适用于高性能常开型智能视觉感知系统。

一种具有1~128倍可变增益放大器的低功耗Sigma⁃Delta ADC

为满足传感器应用的低功耗需求,设计并实现了一种低功耗Sigma⁃Delta模数转换器(ADC)芯片。该ADC采用一阶全差分开关电容Sigma⁃Delta调制器,且集成了可编程增益放大器(PGA)和Bandgap;使用1.5 bit量化结构,相较于1 bit量化结构减小了3 dB的量化误差;使用优化的反馈电路,减小了电容失配引入的误差;PGA采用轨到轨的运放电路拓扑,增大了整个芯片的电压适应范围。基于180 nm CMOS工艺对该ADC进行了设计和流片。测试结果表明:该Sigma⁃Delta ADC在采样频率512 kHz、过采样率(OSR)为256时,峰值信噪谐波失真比(SNDR)和有效位数(ENOB)分别为75.29 dB和12.21 bit,芯片功耗仅为0.92 mW。芯片能在2.3~5.5 V宽电源电压范围内正常工作,可实现最大128 V/V的增益。适用于小型传感器的信号测量应用,可以满足小型传感器低功耗、高精度的需求。

基于运放和模拟开关的可编程放大器实验设计

可编程放大器是电子测量常用器件,可扩大输入信号的量程范围。单片可编程放大芯片集成度高、价格不菲,学生对其内部结构了解甚少。实验采用通用运放和模拟开关实现4级量程可编程放大。学生通过实验可更好地理解可编程放大器工作原理,有益于提高学生工程实践创新能力,拓展了实验教学的深度与广度。实验电路成本低、工作稳定,可作为应急方案用于大学生电子设计竞赛等场景。

高精度多通道激光器恒定驱动电源研究与设计

为了对多个激光器进行可靠性测试,实现分时工作,同时降低驱动电路体积,选用多路选择开关和多路模拟开关以实现多通道下光电二极管PD和雪崩光电二极管APD的切换,通过设置DAC数模转换芯片不同工作点电压,实现一种可以驱动多通道不同型号激光器的恒定驱动电源电路;电路设计中利用深度负反馈原理来提高系统的稳定度,设计了双OPA和MOS管进一步减小漏电流引起的偏差,优化了电压-电流线性度;软件设计中引入强化学习Actor-Critic框架对RBF-PID算法参数自适应调整,缩短系统动态平衡时间的同时具有智能性;实验表明该驱动电源具有输出精度高(<0.1%),稳定性强(0.05%),纹波系数低(<1μA),动态响应时间快,抗干扰能力强等优点。

基于浮动电源供电技术的多节电池监控电路测试解决方案分析

阐述针对多节电池监控电路LTC6803,采用浮动电源供电方案,通过集成和优化模数转换器测试技术、模拟开关测试技术以及数字电路测试技术等多种方法,完成对此款电池监控芯片的测试开发。

应用于5.8 GHz雷达中的12 bit SAR ADC

为满足5.8 GHz雷达系统的需要,在HLMC55LP工艺中设计了一款12 bit SAR ADC,ADC的采样率为500 kHz/250 kHz两档可调,采用单调电容开关时序,且在电容阵列的高位部分加上2个冗余位设计,该冗余位对高位的CDAC建立误差,比较器误差都有一定的容忍能力,可以带来ADC性能上的提升。系统采用上极板采样,可以在采样周期结束的瞬间就开始逐位比较过程,省去了采用底极板采样第一拍CDAC建立的过程,提高了转换速度,相对于底极板采样也节省了一定的开关功耗。后仿结果表明,模拟输入20 kHz差分中频信号,在500 kHz采样频率,3.3 V电源电压下,ADC的有效位数为11.56 bit,SNR为71.04 dB,SFDR为80.37 dBc,功耗约为2 mW。

Totally Coded Algorithm for Switched-Current Network Analysis in Frequency Domain

Based on mirror-blocks, a totally coded algorithm （TCA） for switched-current （SI） network analysis in frequency domain is presented. The algorithm is simple, available, and suitable for any swltched-current networks. A basis of analysis and design for switched-current networks via this algorithm is provided.

基于压控恒流源检测方式的汽车线束检测系统

针对传统汽车线束导通检测误判率高,线束中存在的电阻、电容等元器件检测不完善的问题,设计了基于压控恒流源检测方式的汽车线束检测系统。采用电流流过被测导线,通过A/D转换检测导线两端的电压对汽车线束进行导通检测,同时采用该方法对导线中存在的电阻、电容元器件进行精准测量,大大提高了导线导通检测的精确度和元器件测量的精准度,经过实际检测,线束导通检测准确率为100%,电阻、电容的实际测量误差小于5%(电阻范围50Ω~200 kΩ,电容范围1 nF~1 000μF),同时设计模拟开关电路,将需要检测的端点切换到恒流源和A/D检测输入端,简化检测电路。

一种三阶混合结构的噪声整形SAR ADC

设计了一种三阶噪声整形逐次逼近模数转换器。该转换器采用由二阶误差反馈结构和一阶级联积分器前馈结构组成的混合噪声整形结构,通过该混合结构来控制反馈余量并提升噪声传输函数的阶数,通过基于共模的开关切换方式优化了比较器动态失调电压,实现了三阶噪声传输函数。该电路基于0.35μm CMOS工艺进行设计仿真。使用3.3 V电源电压进行供电,在2 MS/s采样频率以及8倍过采样率下,功耗为1.87 mW,实现了87.93 dB的SNDR,有效位数(ENOB)为14.3 bit,在传统8位SAR ADC的基础上提升了有效位数6.3 bit。

基于ZYNQ的阵列涡流无损检测系统

圆柱形金属试件的阵列涡流检测可以通过几个围绕试件布局的阵列线圈组成的探头来完成,阵列涡流探头由完全相同的8个线圈组成并在一定的空间结构下完成对金属试件的探测。设计1个基于Zynq-7020的阵列涡流检测系统,该系统借助激励通道的8个模拟开关可以对一个或多个线圈进行激励,借助一个8选1模拟开关可以对8个阵列线圈进行分时采集,通过数字相敏检波算法完成对信号的提取。试验结果表明,此系统可以保存、传输、处理阵列探头的激励信号和感应信号,并完成测量阵列探头灵敏度的试验任务。

GABP算法构建高精度CMOS电压自举采样开关性能预测模型

模拟集成电路中器件的设计参数与性能指标具有非线性映射关系,同时繁复的设计参数相互制约,使模拟IC满足应用约束下的折中设计极为复杂,电路研发耗时费力。基于自适应学习的神经网络算法能够建立具有非线性映射关系的预测模型,同时具有宽解空间和易获取全局最优解的遗传算法可进一步弥补建模和求解的精度。采用BP神经网络结合遗传算法(GABP)的复合优化框架对CMOS电压自举采样开关的设计参数和性能指标进行精准建模并优化整体电路性能,建模结果与单BP神经网络模型进行了对比,结果表明,GABP复合建模精度高于BP神经网络,拟合相关度从0.73007有效提升到0.94596,模型可靠性有大幅提高,证明了GABP复合优化可有效应用于电路性能的高效预测和辅助优化设计。

铁路实训基地联锁仿真与实控切换实现案例

以某铁路实训基地信号联锁项目为例,对信号联锁仿真电路和仿真与实控切换电路进行分析,为相关项目设计提供借鉴。

顶盖排水系统可靠性优化研究

阿海电厂顶盖排水系统装置于2012年投产,顶盖排水系统是水轮发电机组必要的辅助系统,不论机组在发电态亦或是停机态,顶盖积水主要由导叶中轴套漏水和顶盖与大轴间漏水等原因引起,顶盖排水系统的作用是排走渗漏积水,防止积水过多引发水淹厂房,导致机组非计划停运。通过对阿海电厂顶盖排水系统故障进行模拟分析,在原有设备和程序基础之上增加部分设备和修改部分程序,将顶盖排水系统由原来的开关量控制改为以模拟量为主开关量为辅的控制模式,从而将顶盖排水系统的可靠性提高,为此类故障的分析及处理方法提供参考。

基于CKS32F030的智能浊度传感器设计与实现

融合透射法与散射法,基于CKS32F030,设计了高精度、高可靠性的智能浊度传感器。该传感器可智能切换量程,解决单一测量方法量程受限的问题。合理设计光信号采集电路,使低浊度小信号也能够被精准测量。使用单独高精度模数转换芯片,采用分时复用法,有效采集三路光电信号。优化传统三个模数转换通道采集三路光电信号方式,起到降低功耗和节约成本的作用。对红外光源控制方式以及器件老化情况进行研究,通过脉冲宽度调制算法实现红外光源间断性工作,满足测量精度要求并充分延长光源使用寿命。浊度传感器组装过程科学、规范。经过测试,浊度传感器测量精密度高、范围广、重复性误差小,能够满足恶劣环境使用要求。该传感器结合无线传输技术与储能技术,在水文测报、水质检测等领域可实现远程免维护监控。

基于ADG1607十六通道湿度测量电路设计

为了解决多路湿度测量各个通道系统误差一致性以及简化ADC电路的问题,采用两片ADG1607电子模拟开关和一片AD7792数模转换器构成信号测量电路,通过MCU控制模拟开关阵列进行切换,实现十六路湿度模拟信号的采集,按照预设的顺序分时送入AD转换为数字量输出,通道切换需要稳定时间,经验值采取10 ms;在输入电路加入合适的电阻和电容组成RC滤波电路消除开关切换带来一些毛刺干扰,同时引入正确的放电回路,防止电荷积累而影响测量精度;对电路进行测试,结果表明,各通道之间最大误差为0.17%,通道一致性评价为,相对误差0.003,平均绝对离差0.002475,标准差为0.095;该电路已经在实际的自动气象站中长期应用,无机械触点的模拟电子开关能够很好地适应频繁切换,其整体测量性能指标满足气象观测设备对湿度测量准确度的要求。

同轴开关在模数同播中的创新性应用

本文创新性应用同轴开关,将数字新应用的调制信号巧妙地插入原多工系统的某一单频射频中,实现了安全的模数同播。在紧急情况下,可以灵活地进行应急切换。同时,将原模拟调频与数字新应用有机地隔离,互不干扰。这一应用创新点的代表意义强,因为它不局限于多工器的级数,可借鉴度高,因为调频或中波等无线发射都适用。它为调频的模数同播、无线发射的转型升级及创新性应用提供了一种全新的思路。

多通道模拟开关的S参数测试分析

阐述多通道模拟开关的S参数测试分析,仿真与实测对比两种测试板隔离度和串扰指标的测试结果,验证了测试和优化的方法。实测结果与仿真结果和被测件标称典型测试曲线一致。

基于开关电容放大器的低面积开销ADC

针对模数转换器(ADC)在存内计算芯片中面积占比大的问题,提出了一种基于开关电容放大器的低面积开销ADC,包括一个全局数模转换器(GDAC)和基于开关电容放大器的局部列级ADC。整体电路采用单端逐次逼近型(SAR)ADC架构,利用开关电容放大器实现电压的逐次逼近,大幅度减少了单位电容数量,降低了局部列级ADC的整体面积开销;局部列级ADC共用由GDAC同步产生的参考电压,提高了ADC的整体面积效率。基于55nmCMOS工艺设计了单列8位ADC,电源供电电压为1.2V,输入电压范围为200~800mV,在2.22MSa/s的采样速率下,其功耗为205μW,面积为3537μm^(2)。仿真结果表明,单列ADC的有效位数为7.86bit,无杂散动态范围为64.3dB,品质因数(FoM)为1405pJ·μm^(2)/conv。

模拟开关器件验证板自动测试装置设计

元器件应用验证包括多个验证项目指标,不同验证项目下元器件的应用状态、应用电路存在差异。此外,由于温度、幅度和频率等测试条件的多样化,并且其对应用具有较为重要的影响,因此需要采用各种条件交互组织的方式进行器件的应用验证。以PC主机为载体,通过程控示波器、信号源等外接设备完成了一种通用模拟开关器件自动测试验证装置,并开展了ADG506ATE模拟开关电路的验证测试。其测试结果与器件手册指标基本一致,表明符合设计要求。该测试装置简单,无需依赖昂贵的集成电路测试系统即可实现多种器件的基础测试工作,并且由于整个测试过程通过程控实现因而具有较高的测试效率,具有较高的实用价值。