基于电光调制器的全Stokes矢量的遥感测量

在利用光学方法测量参数的技术领域,偏振光的调制和检测具有重大的实用价值。但目前的偏振遥感主要是线偏振参数的测量,不是全Stokes矢量的测量。为实现全矢量图像的测量和显示,需要构建一种应用于遥感测量的全偏振图像采集、存储、计算和显示系统。整个全偏振测量装置的核心是一个包含液晶调制器的双CCD成像装置。系统通过对液晶调制器的控制,对入射光进行相位调制,偏振分光棱镜将调制后的光束分为强度相等的两束光(o光和e光),并由两个CCD进行图像的实时同步采集,最后由数字信号处理器(DSP)进行全Stokes参数的计算并输出结果图像。实验结果表明:全Stokes矢量图像包含更多的图像信息,在目标识别和其他图像测量的应用上将会发挥巨大的作用。

一种低功耗射频CMOS电荷泵锁相环的设计

描述了基于P型CSL(Current Steer Logic)架构压控振荡器的低功耗射频锁相环设计。其鉴频鉴相器模块采用预充电模式,具有高速、无死区等特点;电荷泵模块在提高开关速度的基础上,改进了拓扑结构,使充放电电流的路径深度相同,更好地实现了匹配;为了达到宽调谐范围的目的,电荷泵模块采用1.8 V电源电压,而压控振荡器模块采用3.3 V,这样可充分利用电荷泵的输出电压范围实现宽调谐。电路设计基于0.18μm 1P6M CMOS工艺,芯片实测结果显示,锁相环工作在940 MHz^2.23 GHz的频率范围内,功耗低于15.2 mW,芯片面积为750μm×400μm(不包括IO)。

磁共振成像的电磁安全与限值标准

磁共振成像(MRI)是一种将外源电磁能量输入人体后产生物理效应并转换为医学图像信息的技术,包括静磁场、射频场、梯度场共3种电磁场。这3种电磁场均对生物体产生效应,并且在足够的强度下会对人体产生健康危险,如梯度场的神经刺激、射频场(RF)的热效应等电磁危险性。近10年来,美国食品药品监督管理局(FDA)发出MRI检查导致带动脉夹患者死亡的警告、MRI对带植入性神经刺激器患者伤害的通告、MRI对带金属背衬经皮给药帖片患者带来灼伤的通告。然而,当电磁场强度被限制在一定范围内时,MRI仍然是安全的。分析这3种电磁场主要的生物效应和健康危险,讨论国内外有关MRI电磁安全的限值标准。

一种液晶调制器相位响应特性线性化的方法

作为一种用途广泛的电光器件,研究并改善液晶调制器的调制特性具有重要意义。本文通过构造一种对数型的驱动信号,实现了将液晶从0到π的非线性相位响应特性的线性化调制。同时,本文还在实验中发现了,相位响应的线性化程度会随着驱动频率的提高而降低。本文针对该现象,在应用该模型构造周期驱动信号的基础上,提出了将非线性响应映射为线性响应的方法。在不同频率的实验结果表明,从光强信号中获取0～π的线性相位响应是可行的。

∑-Δ ADC中数字抽取滤波器的多级实现

设计和实现了一个应用于音频∑-Δ模数转换器的数字抽取滤波器.该抽取滤波器采用多级多采样率结构,由梳状滤波器、补偿滤波器和2个FIR半带滤波器构成.补偿滤波器补偿梳状滤波器的通带滚降,补偿后整个抽取滤波器带内纹波小于0.006 dB,同时补偿滤波器实现了2倍降采样,减少了一个FIR半带滤波器的硬件开销.滤波器系数均采用规范符号编码实现,避免使用规模很大的乘法器单元.数字抽取滤波器采用SMIC 0.18μm CMOS工艺实现,芯片测试表明,该滤波器对256倍过采样率、三阶∑-Δ调制器的输出码流进行处理得到的信噪比达到107 dB,能够满足高端音频模数转换器的要求.

偏振遥感研究进展

地球表面和大气中的目标在反射、散射和透射及发射电磁辐射的过程中,会产生由它们自身性质决定的特征偏振,即偏振特性中蕴涵着目标的多种信息。偏振遥感是近年来倍受关注的一种新兴的对地观测方法,在国际上已成为一个快速发展的领域。本文从偏振遥感物理机理出发,主要就近年来国内偏振遥感发展的四个方面进行了回顾和总结,分别为:1)偏振测量仪器平台;2)地物偏振反射特性研究;3)大气偏振遥感研究;4)仿生偏振导航研究。

滞环电流控制的大功率LED恒流驱动芯片设计

设计了一款滞环电流控制的大功率LED恒流驱动芯片,其采用高边电流检测方案,通过内部电流检测电路对LED驱动电流进行滞环控制,从而获得恒定的平均电流。芯片采用9VBICMOS工艺流片,可输出350mA电流驱动1W的LED,也可输出750mA电流驱动3W的LED。在4.5～9V输入电压范围内,芯片输出驱动电流变化小于3.5%。在环境温度从25°C变化到100°C时,芯片输出驱动电流变化小于5%。由于滞环电流控制环路存在自稳定性,芯片无需补偿电路。

基于薄膜体声波谐振器的高灵敏度质量传感器

提出了一种针对于生物传感应用的薄膜体声波谐振(Thin film bulk acoustic resonator,FBAR)质量传感器。薄膜体声波谐振器谐振频率非常高(GHz数量级),同时具有很高的品质因数,因此基于这种器件的质量传感器具有非常高的质量灵敏度。提出了三对全金属Al-W层作为布拉格声学反射层的FBAR,采用AlN作为压电层,制备出了固态装配型FBAR传感器。通过淀积不同厚度Al层顶电极,对器件的质量灵敏度进行了分析,得到质量传感器串联谐振频率在2.8GHz附近,质量响应度达到5×10-4ng/Hz/cm2,可以实现分子量级的质量传感。

一种全偏振参数的显微测量系统

本文设计了一种用于Mueller矩阵测量的全偏振参数显微镜测量系统。该测量系统以液晶调制器键合于偏振分束棱镜表面的模块为核心器件,实现了以10次光强获取为周期的Mueller矩阵参数测量功能,能够方便地实现Mueller矩阵中全部参数图像的实时测量,比前人设计系统的测量效率有很大提高。基于该系统,本文进行了Mueller矩阵快速调制测量方案的具体设计,并给出了测量结果。论文还对该系统进行了测量误差的分析,实验结果及误差分析表明,系统的相对测量误差能够控制在2%以内。

一种增益增强型套筒式运算放大器的设计

设计了一种用于高速ADC中的全差分套筒式运算放大器。从ADC的应用指标出发,确定了设计目标,利用开关电容共模反馈、增益增强等技术实现了一个可用于12bit精度、100MHz采样频率的高速流水线(Pipelined)ADC中的运算放大器。基于SMIC0.13μm,3.3V工艺,Spectre仿真结果表明,该运放可以达到105.8dB的增益,单位增益带宽达到983.6MHz,而功耗仅为26.2mW。运放在4ns的时间内可以达到0.01%的建立精度,满足系统设计要求。

微环辅助Mach-Zehnder光调制器的线性特性

分析了有损耗的多环辅助Mach-Zehnder(MZ)光调制器,获得了在偏置点处令二阶和三阶高次项同时为零的方程,并在此基础上解得单环和双环辅助下的设计参量的解析表达式.利用解析式可方便地得到在偏置点处二阶和三阶高次项同时为零的高线性MZ光调制器的设计方案.同时对微环辅助MZ光调制器的特性进行了分析.

基于0.5μm BCD工艺的双向SCR结构的ESD保护设计

针对双向可控硅(DDSCR)在特征尺寸不断缩小的集成电路中,难以达到窄小静电放电(ESD)设计窗口的ESD防护需求,设计一种PMOS内嵌型浮栅DDSCR(GFDDSCR)ESD保护器件,并基于0.5μm Bipolar-CMOSDMOS工艺进行制备.利用传输线脉冲测试研究不同关键尺寸的GFDDSCR的ESD特性及单位面积ESD防护能力,分析器件ESD特性随关键尺寸变化的规律,得到优化的GFDDSCR的结构参数.结果表明,与DDSCR的改进型结构(IBDSCR)相比,优化的GFDDSCR触发电压下降了27%,电压回滞幅度减小了53%,维持电压和失效电流基本不变,能够满足微纳米级集成电路窄小ESD设计窗口的需求.

一种用于锂电池保护芯片的低功耗电压基准源

介绍了一种应用于锂电池保护芯片的低功耗CMOS电压基准源。该电路采用耗尽型NMOS管作电流源器件，结合负反馈，实现了稳定的电压基准。这种新型电压基准电路适用于锂电池保护芯片，提供检测基准电压。采用这种基准电路的锂电池保护芯片已在0．6μm双层多晶硅单层金属的CMOS工艺下实现。测试结果表明，电源电压在2．5～5V范围内变化时，输出基准电压为1．2V，变化不超过5mV，最大工作电流小于1μA，体眠状态下电流小于50nA，完全符合锂电池保护电路对低功耗基准源的要求。

一种运用于高速ADC的采样保持电路设计

设计了一种用于Pipelined ADCs中的前置采样保持电路。从理论上推导了12bit、100MHz的模数转换器对采样保持电路各个子电路的性能指标要求,按此要求设计了增益增强型运放、自举开关等子电路。基于SMIC0.13μm,3.3V工艺,Spectre仿真结果表明,在采样频率为100MS/s,输入信号频率为9.7656M时实现了81.9dB的信噪失真比(SINAD)和13.3位的有效位数(ENOB),无杂散动态范围(SFDR)可达94.9dB,功耗仅为24mW。输入直到奈奎斯特频率,仍能保持81.5dB的信噪失真比和13.2位的有效位数,SFDR可达到92.67dB。

GGNMOS叉指宽度与金属布线对ESD防护性能的影响

栅接地NMOS(GGNMOS)器件具有与CMOS工艺兼容的制造优势,广泛用于静电放电(ESD)保护。鉴于目前GGNMOS的叉指宽度、叉指数及金属布线方式等外部因素对ESD鲁棒性的影响研究较少,设计了不同的实验对此开展对比分析。首先,基于0.5μm Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)工艺设计并制备了一系列GGNMOS待测器件;其次,通过传输线脉冲测试,分析了叉指宽度与叉指数对GGNMOS器件ESD失效电流(It2)的影响,结果表明,在固定总宽度下适当减小叉指宽度有利于提高It2;最后,比较了平行式与交错式两种金属布线方案对It2的影响,结果表明,平行式金属布线下GGNMOS器件的ESD鲁棒性更好。

一种新的ESD防护器件的多脉冲TLP仿真方法

提出了一种新的集成电路ESD防护器件的TLP仿真方法,该方法类似于实际的TLP测量过程,在器件结构上施加一系列电流脉冲,获得相应的电压-时间曲线。分别截取每个电流脉冲及其电压响应70%～90%部分的平均值,取得的每一对电压和电流平均值作为I-V曲线上的一点,从而得到电流-电压特性曲线。在此基础上,不仅可得到触发电压Vt1和维持电压Vh,而且可以获取二次击穿电流It2。对LSCR的仿真结果表明仿真结果与测试结果符合的很好。

基于高边电流检测的大功率LED驱动芯片研究

研究了采用高边电流检测方案的大功率LED恒流驱动芯片。基于25V,1.5μm BCD工艺,运用Cadence的SpectreS工具对电路进行了仿真。结果表明,LED驱动电流为滞环变化的三角波,在8～23V输入电压范围内,芯片输出驱动电流变化小于4%。芯片的实测数据与仿真结果基本一致,实现了恒流驱动大功率LED的功能。

低功耗高线性度音频Sigma-Delta调制器

介绍了一种应用于数字音频模数转换器的低功耗、高线性度的Sigma-Delta调制器.采用新型低失真二阶调制器作为级联调制器第一级,降低了系统对于运算放大器非线性的敏感度;采用自举采样开关实现了输入采样信号的高线性度;采用新颖的AB类输出跨导放大器实现积分器电路,使电路功耗比经典折叠共源共栅放大器降低一倍以上.该调制器在中芯国际0.18μm标准CMOS工艺的各种工艺角和温度情况下,信噪失真比(SNDR)和动态范围(DR)分别达到111.8 dB和115 dB.在3 V电源电压下,整个调制器的功耗仅为2.6 mW,符合手持设备对低功耗音频编解码电路的设计要求.

2．4GHz低噪声放大器的全芯片ESD保护设计

设计并流片验证了一种0.18μmRFCMOS工艺的2.4GHz低噪声放大器的全芯片静电放电(ESD)保护方案。对于射频(RF)I/O口的ESD防护,主要对比了二极管、可控硅(SCR)以及不同版图的互补型SCR,经流片与测试,发现岛屿状互补型SCR对I/O端口具有很好的ESD防护综合性能。对于电源口的ESD防护,主要研究了不同触发方式的ESD保护结构,结果表明,RCMOS触发SCR结构(RCMOS-SCR)具有良好的ESD鲁棒性和开启速度。基于上述结构的全芯片ESD保护设计,RF I/O口采用岛屿状布局的互补SCR结构的ESD防护设计,该ESD防护电路引入0.16dB的噪声系数和176fF的寄生电容,在人体模型(HBM)下防护能力可达6kV;电源口采用了RCMOS-SCR,实现了5kV HBM的ESD保护能力,该设计方案已经在有关企业得到应用。

一种适用于高速CMOS图像传感器中的采样保持电路设计

设计了一种适用于高速CMOS图像传感器中积分器阵列的采样保持电路。在采样保持电路的保持路径中采用一种抑制衬底偏压效应的T型开关,取代传统的CMOS传输门开关,可以抑制衬底偏压效应带来的阈值变化,保证开关导通电阻的线性度,同时由于在开关设计中引入了T型结构,减少高速输入下寄生电容引入的信号馈通效应,可以实现更为优化的关断隔离。基于SMIC(中芯国际)0.13μm标准CMOS工艺设计了一个适用于高速采样积分器阵列中的CMOS采样保持电路。Cadence Spectre仿真结果表明在输入信号达到奈奎斯特频率时,电路信噪失真比(SINAD)达到了85.5dB,无杂散动态范围(SFDR)达到92.87dB,而功耗仅为32.8mW。