微电子学概论多媒体课件的设计

基于微电子学概论课程的特点,介绍了微电子学概论课程多媒体课件的设计方法与过程,从教学实际出发,精心组合多媒体中的各要素,实现课件最优化,为学生的自助式学习提供一个具有交互式功能的多媒体课件系统.     

一种超宽线性范围低通带衰减的OTA-C心电信号滤波器设计

介绍了一种基于全差分运算跨导放大器（OTA）的超宽线性范围低通带衰减的五阶Butterworth低通滤波器。该滤波器主要应用于可穿戴式无线体域网的UWB健康监护与遥测系统。为了提高OTA-C滤波器线性范围,对典型小跨导电路的源极负反馈结构进行了改进,并将共源共栅结构作为OTA的输出级以减少滤波器的通带衰减。为了适应生物医学芯片的低功耗特性,基于OTA结构的电路工作在亚阈值区。电路基于SMIC 0.18-μm CMOS工艺进行设计并流片。测试结果表明,滤波器的通带衰减仅为6.2dB,-3-dB频率为276 Hz;对于输入100 Hz、0.8 VPP的正弦信号,该滤波器的总谐波失真（THD）为56.8 dB。利用该滤波器对含有噪声干扰的ECG信号进行滤波, 结果证明了该滤波器能有效地滤除噪声干扰。     

一种适用于心电信号检测的高阶连续时间OTA-C滤波器设计

提出一种适合心电信号（ECG）检测的OTA-C滤波器。为了达到低功耗、低截止频率、高直流增益、高阻带衰减、低谐波失真的目的,滤波器采用五阶巴特沃斯全差分低通滤波结构和高增益的两级单端输出OTA,其中OTA电路采用亚阈值区驱动、电流分流和源极负反馈等技术。采用SMIC 0.18-μm 1P6M CMOS工艺进行电路、版图设计及优化。仿真结果表明,滤波器在静态功耗为17.6 μW,截止频率为240 Hz,直流增益为-6 dB,阻带衰减为120 dB每十倍频,三次谐波失真小于-62 dB@ 400 mV,适合应用于心电信号检测模拟前端。     

具有两块非对称接地面的高紧凑型超宽带天线

针对超宽带无线通信的应用,提出了一种新颖的具有两块非对称接地面结构的紧凑型超宽带(Ultra-Wideband,UWB)天线.本设计采用半椭圆辐射单元和两块非对称接地平面结构,以获得较宽的工作频率和较小的几何尺寸.对影响天线性能的主要几何参数进行了研究和优化并对所设计天线进行了加工制作与测量.测试结果表明:反射系数S11小于-10 dB时,所设计天线的工作频率覆盖3～12 GHz的范围,满足标准UWB带宽(3.1～10.6 GHz)的要求,且平均增益达到4.5 dBi天线具有较小的几何尺寸,仅为14 mm×18 mm=252 mm2.     

一种自偏置高效率CMOS超高频整流电路的设计

基于SMIC 0.18μm 1P6M标准CMOS工艺,设计并实现了一种低成本、高效率的超高频整流电路.该设计采用直流偏置电路和驱动电路对整流管的阈值电压进行补偿,消除了标准CMOS工艺阈值电压对整流电路效率的不利影响.在版图后仿真下,当输入915MHz,340mV的射频信号时,整流电路的输出电压为2.646V,启动时间为60μs,总体效率高达43.8%,整个电路版图面积为910μm×600μm.     

一种宽动态范围低失配的电荷泵

采用TSMC 0.18 μm混合CMOS工艺,设计了一种应用在GNSS接收机中低杂散锁相环(PLL)的宽动态范围低失配电荷泵。分析了电荷泵非理想因素和压控振荡器(VCO)调谐增益对参考杂散的影响,发现提高电荷泵电流匹配精度和减小VCO调谐增益均可有效抑制锁相环的参考杂散。采用加负反馈的源极开关型电荷泵,以实现电荷泵充放电电流的精确匹配。利用电荷泵输出电压来控制运算放大器的不同输出支路,以拓宽电荷泵的输出电压动态范围,从而降低PLL输出频率范围对VCO调谐增益的要求。仿真结果表明,当电源电压为1.8 V、电荷泵电流为100 μA时,可以实现充放电电流精确匹配,输出电压范围达到0.02~1.78 V,参考杂散为-66.3 dBc。     

一种自校准高精度时间放大器

提出了一种应用于时间数字转换器的2倍增益自校准时间放大器。该时间放大器能动态调整支路电容的充放电时间,有效提高了增益稳定性。基于65 nm CMOS工艺进行设计,电源电压为1 V。仿真结果表明,在不同温度和工艺角下,动态输入范围可达600 ps,增益误差小于10%。在6级级联的条件下,最小精度为0.46 ps,归一化差分误差为0.15 LSB,归一化绝对误差为0.19 LSB。与传统时间放大器相比,该时间放大器的性能明显改善。     

适用于能量收集系统的低功耗迟滞比较器

根据微弱能量收集系统的应用需要,设计了一种宽电压范围的折叠式低电压、低功耗迟滞比较器。在比较器输入级、输出级分别利用偏置电路和内部节点对尾电流管进行偏置,实现了根据现场工作电压的变化自动调节尾电流,达到降低功耗、加快输出响应速度的目的。基于0.18 μm CMOS工艺进行设计。仿真结果表明,该比较器在0.8~1.2 V电源电压范围内正常工作,迟滞电压在15~70 mV范围内可调,最低功耗为0.15 μW。     

一种地端关断差分驱动CMOS射频整流器

采用SMIC 180 nm工艺,设计了一种地端关断差分驱动CMOS射频整流器。通过切断能量传输路径,解决了传统可关断差分驱动CMOS射频整流器因短路电流较高导致关断功耗(POFF)较大的问题。搭建可重构3阶整流电路,验证该射频整流器的功能。仿真结果表明,相对于传统可关断差分驱动CMOS射频整流器,当输入电压VIN幅值为1 V、负载电阻RL为10 kΩ时,在零电压关断的情况下,该整流器的POFF下降了15.2 dBm @953 MHz;在负电压关断情况下,POFF下降了24.5 dBm @953 MHz。该整流器满足射频能量收集系统中整流器低功耗待机的要求。     

一种高速高线性度采样保持电路

采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种应用于高速ADC的采样保持电路。运用大信号建模分析方法,针对采样保持电路中的缓冲器,引入一个PMOS管构成类Cascode结构,以消除二级效应对线性度的影响。同时,增加了一条低阈值NMOS管构成的电流通路来减小整个电路的寄生电容,进而提高缓冲器的线性度。仿真结果表明,该采样保持电路在1 GHz采样频率以内均可达到9位以上的有效位数。当采样频率为500 MHz时,该电路的SFDR为79.76 dB,ENOB为12.02 bit,THD为-85.33 dB,功耗约为26.8 mW。