高性能单光子雪崩二极管在180 nm CMOS工艺中的设计与实现

为了实现大阵列电路集成,文中设计和实现了一种能与主动淬火电路集成的宽光谱范围和快速的单光子雪崩二极管(SPAD)芯片.一个精确的单光子雪崩二极管电路模型模拟了其在盖革模式下的静态和动态行为.该有源区直径为8 μm的单光子雪崩二极管器件是基于上海宏利GSMC 180 nm CMOS图像传感器(CIS)技术实现的.由于采用有效的器件结构,其击穿电压是15.2 V,淬灭时间是7.9 ns.此外,该器件实现了宽的光谱灵敏度,其在低过电压下的光子探测概率(PDP)从470 nm到680 nm光波长段最高可达15.7%.并且它在室温下的暗计数率相当低.     

一种应用于电力线载波通信的线驱动器设计

设计了一种应用于电力线窄带载波通信发送端中的高线性度、全差分的线驱动器。该结构上包括增益可调的预放大级和功率输出级。其中预放大级的输出摆幅可调,功率输出级的静态功耗可调,可针对系统输出功耗检测电路检测到的功耗输出信息选择相应的静态功耗。电路基于中芯国际(SMIC)的0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺设计。后仿真结果表明,在输出摆幅峰峰值为4 V的情况下,最大电流驱动能力可达667 mA,总谐波失真(THD)小于-60 dB,符合电力线窄带载波通信的应用要求。     

一种低功耗可变抽取倍数滤波器组的设计

提出一种以较少的功耗与面积实现可变抽取速率的数字抽取滤波器组.该抽取滤波器组以梳状滤波器、补偿滤波器和半带滤波器三种滤波器级联的形式实现,为减少其功耗和面积,并提出了改进梳状滤波器的结构和电路实现形式以降低滤波器组的功耗和面积,经验证,采用非递归、多相分解的梳状滤波器结构比传统的Hogenaur梳状滤波器结构节省功耗21%,节省面积5%.当变换抽取速率时,可关闭冗余抽取电路的工作,从而进一步节省功耗.     

一种适用于MEMS麦克风的新型恒压电荷泵设计

实现了一种新型恒压输出电荷泵电路,通过选择合理的电荷泵结构能有效抑制反向电流及衬底电流,并通过一种负反馈稳压电路得到低纹波且不随电源电压变化的稳压输出,非常适用于MEMS麦克风。该电路采用MIXIC0.35μm标准CMOS工艺实现,测试结果表明该电路能自适应2.8～3.6V的电源电压变化,输出稳定的9V直流电压。     

一种低功耗CMOS晶振电路设计

在组成反相器的两个晶体管的栅端添加一个串联电容,直流通过连接在反相器内部的大电阻偏置这两个晶体管,P管被低于电源电压一个阈值的电压偏置,N管被高于低电压一个阈值的电压偏置,偏置电压通过电流镜镜像,因此受温度和工艺的影响较低。一种低功耗CMOS晶体振荡电路利用上述反相器,它的开启电压低于P管和N管的阈值之和,整体电路消耗的电流大概为传统电路的1/5。此晶振电路基于MXIC 0.5μm仿真模型验证实现,整体电路消耗的功耗电流小于750 nA。     

一种10位电容电阻混合型双极性D/A转换器

在加速度计中,需要数模转换器(DAC)提供一个稳定的偏压来消除重力加速度,要求DAC具有高精度、单调性和小面积等特性。为了解决传统电阻型DAC存在的大面积和传统电容DAC中存在的非单调性等问题,提出了一种电容电阻混合型DAC结构,并设计了一个10位的DAC,用于提供稳定偏压。提出一种新的电容共质心的版图布局,提高了DAC的精度。该DAC在0.5μm CMOS工艺上得以验证实现,微分非线性误差(DNL)最大为0.50LSB,积分非线性误差(INL)最大为0.82LSB,在5V和-5V的双电源供电条件下,芯片功耗为16mW,完全满足了工程需求。     

一种新型低功耗准动态移位寄存器的模拟

提出一种低功耗准动态移位寄存器电路 ,这种电路静态功耗几乎为 0 ,仅仅存在动态功耗 ;是一种无比电路 ,所有的开关和反相器晶体管按最小尺寸进行设计 ,电路简单 ,面积小 ;该种电路不存在电荷的再分配 ,漏电流损失的电荷可从电源补充。采用 1 .2μm的 CMOS工艺 ,用 PSPICE8.0对该电路进行仿真验证。这种低功耗准动态移位寄存器电路已成功用作 CMOS图像传感器的读出扫描电路。     

家用电器电话遥控系统

本文设计了一种家用电器设备的电话遥控系统。在单片机监控下,通过电话机对多种家用电器进行控制。     

一种低功耗低噪声相关双取样电路的研究

为了尽量在前级消除CMOS图像传感器读出电路中的主要噪声源，本文提出一种低功耗低噪声的相关双取样电路，开关晶体管采用PMOS晶体管代替传统的NMOS晶体管，避免了NMOS管的阈值损失，有效地降低功耗而不减小信号摆幅，降低了1/f噪声。与传统CDS电路相比较，所提出的CDS电路的输出采用对称列选通开关和源跟随晶体管，减少了两个电流源晶体管和一个偏置电源，有效地降低了功耗：同时，现有工艺能制造出性能匹配很好的对称晶体管，有效地消除器件本身由于阈值偏差带来的固定平面噪声。模拟结果表明，在电源电压为3．3V的情况下，像素单元响应动态范围(输出幅值接近电源电压)较宽，像素单元及CDS正常工作时消耗的能量是1．73μW。     

（英）一种新型低暗计数率单光子雪崩二极管的设计与分析

基于0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS) 图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确保其工作在盖格模式.测试结果表明在室温环境下,直径为8 μm的SPAD器件,雪崩击穿电压为14.2 V,当过调电压设置为2 V时,暗计数率为260 Hz,具有低的暗计数率特性.