用于流水线ADC的全差分参考电压电路

为了实现流水线ADC的带隙基准电压低于1 V和降低参考电压电路的功耗,提出了一种新的全差分参考电压电路。在传统带隙基准的基础上,该参考电压电路增加了MOS管基-射极电阻,可根据电阻的比例系数来调节输出带隙基准电压。采用电流模电路,实现了单端信号转差分信号,结构简单。采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺进行设计与仿真,结果表明,温度为25 ℃时,该电路的参考电压VREFP和VREFN分别为1.156 V和0.656 V。在-40 ℃~125 ℃范围内变化时,参考电压的波动小于6 mV,温度系数小于4.6×10-5/℃。低频时,电源抑制比为115 dB。该参考电压电路应用于高清视频信号处理的流水线ADC中,能实现170 MS/s、10位精度的数模转换。     

SOT23封装的串联电压基准

LT6654专门为在-40～＋125℃的温度范围内准确工作而设计。这个电压基准兼有0．05％初始准确度、10×10^6温度漂移和仅为1．6×10^6的低频噪声。LT6654可在比输出仅高100mV的电源上工作,而且在电源电压高达36V时保持仅为5×10^-6／V的电压调节误差。其他特性：1．6×10^-6PP噪声（0．1～10HZ）;±10mA吸收和供应能力;100mV压差电压;电源电压高达36V;负载调节：8×10^-6／mA（最大值）;电压调节：5×10^-6／V（最大值）;现已提供2．5V电压版本。     

2.5 mW 370mV/pF 高线性度不受寄生电容影响的全对称电容式传感器读出电路

本文提出了一种不受寄生电容影响的适用于电容式传感器的全对称电容电压转换电路。通过引入参考支部实现了对称的读出电路结构,线性输入的范围从而得到增大,两个运放的系统失调也相互抵消,共模点的噪声干扰和偶次谐波得到了抑制。窄波技术的运用进一步减小了运放失调和闪烁噪声的影响。Verilog-A模型的容抗管用来模拟真实的可变待测电容。仿真结果表明该电路的输出电压能够准确的响应待测电容在1KHz频率下的变化。该芯片采用片上金属绝缘金属电容阵列来进行测试。测试结果表明电路的灵敏度为370mV/pF,非线性误差在1%以下,功耗为2.5mW,该电路可以响应由FPGA控制的每隔1ms变化的电容传感阵列。     

基于TDLAS的红外湿度检测中的小波去噪实验研究

为了有效抑制可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)进行红外湿度检测中的噪声,采用多阈值小波去噪方法对测量通道和参考通道间的差分信号做降噪处理,然后基于数字锁相放大技术从去噪后的差分信号中提取二次谐波信号,最终根据谐波信号的幅值大小确定湿度数值。给出了多阈值小波去噪算法的流程,并做了实验验证。分析显示,本文方法可有效抑制噪声的影响,在极低湿度条件下仍可较好地提取出二次谐波信号。利用制作的湿度检测系统,结合配备的密闭湿度环境,开展了检测实验。结果表明,采用小波去噪后,检测下限可由0.2%降至0.08%,极低湿度条件下(0.2%)的测量误差可由48%降至7.9%,其它浓度下的测量误差小于5%。同时,由于噪声被很好抑制,检测系统的测量标准差小了1个量级,从而改善了系统稳定性。本文的小波去噪方法也可用于具有类似机理的红外气体检测系统中以改善性能指标。     

中红外CH4检测中非对称椭球气室优化及实验研究

为了在中红外(MIR)CH4浓度检测中降低检测下限和提高探测灵敏度,提出了一种非对称椭球聚光镜气室。在充分考虑线光源和双窗口探测器外形及尺寸的条件下,建立了完备的非对称椭球聚光镜气室物理模型,导出了直射功率、反射功率、聚光效率和灵敏度系数的表达式。通过计算分析,得到了同时获得较高聚光效率和高灵敏度系数的条件,以及非对称椭球聚光镜的优化参数。利用优化制作的非对称椭球聚光镜气室,建立了CH4检测系统。检测结果显示,系统的检测下限约为5×10-6;低浓度范围(0~100×10-6)的探测灵敏度约为6~7×10-6;在高浓度范围内(1~40×10-3),探测灵敏度随气体浓度增加而增加,约为20~160×10-6。检测结果表明,优化后的CH4检测系统实现了较低的检测下限和较高的灵敏度。     

一种高精度二阶温度补偿带隙基准电路设计

基于通过负温度系数电压控制工作于亚阈值区MOS管栅压产生随温度变化的补偿电流原理,采用中芯国际0.18μm CMOS工艺,设计了一款高精度二阶温度补偿带隙基准电压源。测试结果表明,当电源电压大于1.6V时,电路能够产生稳定的1.21V输出电压;在电源电压为1.6~3.4V,-20~135℃温度范围内,最小温度系数为2×10-6/℃,最大温度系数为3.2×10-6/℃;当电源电压在1.6~3.4V之间变化时,输出电压偏差为0.6mV,电源调整率为0.34mV/V;在1.8V电源电压下,电源抑制比为69dB,因此能够适应于高精度基准源。     

具有背景抑制功能的长波红外读出电路

为了提高红外焦平面检测目标的灵敏度，目标辐射产生的载流子应尽可能长时间保持，同时应尽可能减少热激发和背景辐射激发的比例。高背景条件下长波红外读出电路的积分电容较快饱和，且长波红外探测器暗电流的非均匀性会影响焦平面的固定图形噪声。基于共模背景抑制结构以及长波碲镉汞探测器暗电流分析的基础上，设计了具有非均匀性矫正的背景抑制电路。传统的背景抑制电路采用单一共模背景抑制或差模背景抑制。差模背景抑制模块的高精度背景记忆一般在小范围区间内。本文背景抑制结构采用共模背景抑制与差模背景抑制相结合，可以在较大的背景噪声范围内有效地降低固定图形噪声以及增大动态范围。该背景抑制结构中共模背景抑制采用电压-电流转换法，差模背景抑制采用电流存储型背景抑制结构。差模背景抑制通过背景记忆时信号放大，背景抑制时信号缩小来提高背景抑制精度。电路采用标准CMOS工艺流片。测试结果表明:读出电路的FPN值为2.08 mV。未开启背景抑制时，焦平面FPN值为48.25 mV。开启背景抑制后，焦平面FPN值降至5.8 mV。基于探测器的暗电流非均匀分布，计算其理论FPN值为40.9 mV。长波红外焦平面输出信号的RMS噪声在0.6 mV左右。     

一种低温度系数带隙基准电压源

描述了一个具有高电源抑制比和低温度系数的带隙基准电压源电路。基于1阶零温度系数点可调节的结构,通过对不同零温度系数点带隙电压的转换实现低温度系数,并采用了电源波动抑制电路。采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,经过Cadence Spectre仿真验证,在-20℃～100℃温度范围内,电压变化范围小于0.5mV,温度系数不超过7×10-6/℃。低频下的电源抑制比为-107dB,在10kHz下,电源抑制比可达到-90dB。整个电路在供电电压大于2.3V时可以实现正常启动,在3.3V电源供电下,电路的功耗约为1.05mW。     

一种二阶曲率补偿CMOS带隙基准

设计了一种采用电流求和技术的亚1V二阶曲率补偿CMOS带隙基准。基于CSMC0.5μm标准CMOS工艺对所设计的带隙基准进行了仿真验证。仿真验证结果显示:所设计的带隙基准获得了0.75V的带隙参考电压;在-25～125℃温度范围内,带隙基准参考电压的温度系数仅为2.548×10-6;当电源电压在2.6～6.2V变化时,带隙基准的输出电压变化仅0.08mV;带隙基准参考电压在10Hz,100Hz,1kHz,100kHz处分别获得-118.07dB,-107dB,-87.23dB,-47dB的电源抑制。     

一种57.6mW,10位,50MS/s流水线操作CMOS A/D转换器

在1.8V,0.18μm CMOS工艺下,实现了10位,50MS/s流水线操作A/D转换器的设计和测试.通过优化采样电容和运算跨导放大器(OTA)电流,并采用动态比较器,从而降低功耗;采用复位结构的采样/保持和余量增益电路消除OTA失调电压的影响;优化OTA的次极点,保证其工作稳定.测试结果表明:ADC在整个量化范围内无失码,功耗为57.6mW,失调电压为0.8mV,微分非线性为-0.6～0.7LSB.对5.1MHz的输入信号量化,可获得44.9dB的信号与噪声及谐波失真比.电路面积为0.52mm2.     

激光遥测甲烷气体最低可探测浓度

对一种使用单一激光源遥感检测甲烷方案的最低可探测的路径-积分浓度进行了理论分析和实验研究,该方案主要采用了频率调制及谐波探测技术。通过理论计算得出了最低可探测甲烷的路径-积分浓度大约为8.7×10-8m。实验中测得该探测系统的探测灵敏度为8.43×10-6m/mV,甲烷最低可探测路径-积分浓度为4.2×10-7m。结果表明该探测系统具有较高的探测灵敏度,完全满足对矿井瓦斯的实时监测要求。     

认知无线电系统中协同能量检测算法的性能研究

该文首先研究了单认知用户能量检测算法的检测性能和检测灵敏度与检测时长和噪声短时间内平均功率波动性之间的关系,得出检测性能和检测灵敏度随噪声短时间内平均功率波动性的增大而急剧下降的结论,在低信噪比时尤为明显;针对检测性能和检测灵敏度随噪声短时间内平均功率波动性的增大而急剧下降,提出了基于多用户协同能量检测算法。仿真表明,在低信噪比环境下,即使噪声短时间内的平均功率存在较大的波动性,只要适当地增加协同检测的用户数,仍可获得较为准确的检测性能。     

Novel Optical Fiber Gas Sensor for On-line Measurement of Methane

Based on analysis of near infrared spectral absorption of methane,absorption type optical fiber methane gas sensor with high sensitivity using DFB LD as a source is demonstrated. Light source modulation harmonic measurement is presented in this paper. In order to eliminate the noise, the ratio of the fundamental and second-harmonic signals is used. The mathematical model of gas concentration harmonic measurement is built up.The detection result of methane concentration is also shown. Experiments have proved a sensitivity of 28×10~(-6).     

单激光源谐波遥感探测甲烷研究

提出了一种利用单一可调谐外腔二极管激光 (ECDL)及谐波探测技术对甲烷进行现场、实时遥感探测方案。通过理论推导计算出该方案在甲烷 2ν3 吸收带的R6支吸收线上理论最小可探测路径 积分浓度为 87× 10 -9。根据该方案建立了实验系统 ,实验结果验证了该方案的可行性并估算出实验最小可探测甲烷的路径 积分浓度为 4 2 0× 10 -9。     

基于空芯带隙型光子晶体光纤的单端置入式同源甲烷检测仪

为了提高复杂环境中甲烷气体探测的适用性,选择空芯带隙型光子晶体光纤(单端镀全反膜)作为光学气室,实现了置入式同源甲烷浓度的探测。采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,结合长度为0.5 m的空芯带隙型光子晶体光纤,实现了甲烷气体的在线测量,系统的检测下限可达到1.92×10^-5,稳定性波动小于±2.18%。单端全反射设计配合同源探测方式使复杂环境中的甲烷浓度的置入式探测成为可能,为单光源分布式探测提供了研究基础。     

基于超窄线宽激光器的多气体光声光谱检测研究

针对多组分痕量气体检测中精确度差、灵敏度低等问题,设计了基于光源波长扫描技术的光声光谱式多组分痕量气体检测系统。系统采用单一超窄线宽半导体激光器作光源,设计了一阶纵向共振式多光程吸收光声池,通过正弦信号对光源波长进行调制,并结合二次谐波信号检测技术和超窄线宽激光特性,有效地消除了吸收池内的背景噪声和光源抖动的影响,实现...     

W波段宽带辐射计

以被动式毫米波成像为应用背景,介绍了辐射计的工作原理,成功研制了一种带宽35 GHz集成直接检波式辐射计原理样机,以满足成像系统对辐射计的需求。信号由两级低噪声放大器进行放大,再由检波器直接检波,最后进行视频放大,以提供足够高的信号供后端进行数据采集。放大器由两级低噪声放大器组成,放大增益40 dB。单独对检波器进行设计、测试,在75~100 GHz范围内,该检波器电压灵敏度大于1 000 mV/mW,在100~110 GHz范围内,电压灵敏度大于500 mV/mW。最后集成了一个整体辐射计模块,该辐射计在35 GHz带宽内积分时间为0.6 ms,温度灵敏度为0.45 K。     

Systematic analysis and cancellation of kickback noise in a dynamic latched comparator

A dynamic latched comparator can suffer from three non-idealities: offset voltage, random noise and kickback noise. Specifically in an analog-to-digital converter (ADC) the kickback noise of a comparator can noticeably affect the settling time and accuracy of the decision. This work offers an analytical treatment of kickback noise generation, and proposes a synchronized kickback noise cancellation technique, which is achieved via placing clocked NMOS-PMOS capacitors at the proper nodes to cancel out effectively those unwanted charges (electrons or holes) under different operating regions of the MOS devices. The technique is clock-rate insensitive and particularly suitable for the SAR-type ADC as it will not alter the charge stored in the capacitor array. Optimized in 65-nm CMOS the kickback noise is <±0.3 mV in 30× Monte–Carlo simulations at both 50- and 500-MHz clock rates. For 10-bit resolution in a full scale of 1 V_pp, the kickback noise of the proposed comparator comparing with the conventional one is improved by 48×, from 6.27 to 0.13 LSB.     

连续波腔衰荡光谱技术中的标准具效应

建立了一套高灵敏度调谐式连续波腔衰荡光谱测量系统,该系统以分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源,利用其电流调制及调谐的特征进行衰荡和腔损耗谱测量,系统重复测量精度约为0.65×10-6.对实验中出现的标准具效应进行了实验和理论分析,证实了这种效应来自衰荡腔的外部弱反射,并通过分析找出了系统中主要的反射面源.提出了标准具效应的软、硬件消除方法,实验结果表明,软件处理中数据拟合的标准误差约为0.4×10-6,硬件改进后腔损耗谱振荡起伏标准差由原来的9.2068×10-6减少为0.4561×10-6.     

一种基于TDLAS谐波探测技术的甲烷传感器

实验研究了近红外二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术在煤矿瓦斯气体安全探测中的应用.基于TDLAS的自平衡二次谐波探测方法能够有效地消除激光器光强波动等共模噪声和其他同性干扰的影响,特殊设计的气体吸收池能有效抑制光学干涉条纹,从而降低检测限.实验中吸收池长10 cm,充有10300 ppm的甲烷气体,检测限低于6.5 ppm.这种方法不需使用多次反射池,光路调节简单,能适应煤矿中甲烷气体的监测.