CMOS微环境pH传感芯片研究

基于离子敏感场效应晶体管(ISFET)基本结构及其电学特性,提出了一种应用标准CMOS工艺实现的多层浮栅结构pH-ISFET.利用CMOS标准工艺中LPCVD淀积的Si3N4钝化层作为氢离子敏感层,pad工艺形成微区域独立传感窗口.片上集成100 μm×100 μm电极提供参考电位,消除了外加参考电位引起的溶液电压分布不均的现象.缓冲液从pH值1-13范围内对ISFET进行了测量,器件阈值电压随溶液pH值变化的平均灵敏度为44 mV/pH,线性度在10%范围内.本结构可用于生物微环境pH值集成传感芯片设计中.     

基于标准CMOS工艺的pH值传感器

基于传统离子敏感器件的敏感模型,建立了与CMOS工艺兼容的以钝化层氮化硅作为敏感膜的MFGFET(multi-floating gate FET)多层浮栅晶体管结构阈值电压模型.采用上华0.6μm CMOS标准工艺,设计了一种与CMOS工艺兼容的pH值传感器.片上控制电路使MFGFET器件源漏电压和源漏电流恒定,器件工作在一个稳定的状态.采用离子敏MFGFET和参考MFGFET差分拓扑结构,减少了测量电路的固定模式噪声.器件溶液实测pH值在1～13范围内,器件的平均灵敏度为35.8mV/pH.     

微型之字形压电式能量收集器输出电压的建模和仿真

为了有效解决无线传感器网络节点的供电难题,提出之字形结构的微型压电式能量收集器。相比于传统的直悬臂梁,此结构等效加大了压电梁的长度,降低了系统的固有振动频率。建立了之字形压电梁的本构方程和受迫振动方程,推导得到其输出电压的频域表达式。基于之字形压电梁的结构,利用ANSYS软件对其进行了谐响应分析。仿真结果表明,压电梁的输出电压在各阶固有振动频率处存在极值,符合理论分析的结果;输出电压大小随压电梁长度增加而降低,随压电梁宽度增加而升高,但均为非线性关系;压电梁末端质量块的长度和厚度、基体层厚度减小时,会导致输出电压的增大。在论文中所提出的结构尺寸下,10根直梁构成的之字形结构压电梁,在其一阶固有振动频率处,输出电压可达10 V以上,符合无线传感器网络节点的实际供电需求,证明了之字形压电梁结构的有效性。     

可最高效率工作点定位的能馈式LED阵列驱动接口电路

能馈式发光二极管(light emitting diode,LED)阵列驱动接口电路克服了原有均流接口电路在输入/输出压差耐受方面较弱的缺陷,其负载范围已能拓展至短路及断路。为了能在全负载范围内都实现高效率,该文提出一种最高效率工作点定位控制方法,使能馈式LED阵列驱动接口电路能自动地找到并最终运行于效率最高或次高的稳定工作状态。单通道样机的实验结果表明:可最高效率工作点定位的能馈式LED阵列驱动接口电路在负载正常的情况下可高概率地实现效率的极大化;在负载故障的情况下可高概率地实现损耗的极小化。     

阵列式CMOS细胞电信号传感芯片

介绍了一种采用0.6μm标准CMOS工艺实现的阵列式细胞电生理信号传感芯片。该芯片集成了6×6单元有源传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器、参考源和数字控制电路,实现了传感电路和后端信号处理电路的单片化集成。传感单元面积为60μm×60μm,包含15μm×15μm的传感电极和有源预处理电路,线性放大幅值范围100μV～25mV的微小信号,电压增益为40dB。同时单元电路采用相关二次采样工作模式,采样信号可经后续差分电路除去固定模式噪声,提高传感器的精度。在标准CMOS工艺基础上,应用lift-off工艺对电极进行后续加工,提高其生物测量适应性。并通过封装技术的改进,使芯片适合在电解液环境下工作。在溶液中的模拟生物电学测试验证了芯片的功能。     

基于全局和局部残差复杂度的帧间模式选择

针对H.264/AVC传统帧间模式选择算法的高复杂度,提出了一种适合各种视频分辨率格式的快速帧间模式选择算法.该算法基于全局残差复杂度(General residual complexity,GRC)和局部残差复杂度(Local residual complexity,LRC),通过GRC与QP来近似计算一个阈值,然后通过对局部残差复杂度跟该阈值比较来决定宏块的活跃度,再根据宏块的活跃度选出候选的帧间模式,由此进行率失真优化(Rate-distortion Optimization,RDO)计算,从而减少了不必要帧间模式的RDO计算,取得了较高的编码效率.实验结果表明,与JM18.4默认的帧间模式选择算法相比,该算法在峰值信噪比和码率基本不变的前提下,可以平均减少大约60%的帧间编码时间.     

CMOS门电路输入极限参数与电源电压的关系

CMOS门电路是数字电路课程中的重要内容，CMOS门电路的极限参数是教学的难点和重点，课堂教学中有定性分析，无具体理论探究，导致学生阅读数据手册时无法理解输入极限参数与电源电压的关系。本文采用公式法和逐段线性近似法分析了CMOS门电路的电压传输特性曲线，并基于Cadence平台进行了仿真验证。本文对CMOS门电路极限参数的教学有一定的指导作用。     

基于协同机制的多元化课堂教学模式探索

针对当前课堂教学以教师为主导的灌输式教学模式的弊端,本文提出基于师生协同机制的多元化课堂教学模式。此模式将课程教学分为基础知识讲授、知识体系构建和拓展、理论知识应用和创新三个阶段,各个阶段采用不同课堂教学方法,并在课堂教学过程中关注学生的平时学习过程。以信息类专业基础课程"模拟电子技术"为样本,我们对此多元化教学模式进行了实践,教学效果良好。     

用于生物荧光检测的高灵敏CMOS双结深光电传感器设计

基于标准CMOS工艺,可实现单结深光电二极管传感器(p+/n-well、n-well/p-sub和n+/p-sub)和双结深光电二极管传感器(p+/n-well/p-sub)。建立了双结深光电二极管传感器的光电响应数学模型,仿真了四种结构的光敏响应。采用上华0.5μm CMOS工艺实现了p+/nwell和p+/n-well/p-sub两种结构,传感面积为100μm×100μm。p+/n-well型结构在400nm波长,60lux光强下光电流为1.55nA,暗电流为13pA,p+/n-well/p-sub型结构在同等条件下光电流为2.15nA,暗电流为11pA。测试表明,设计的双结深光电传感器具有更高的灵敏度,可用于微弱的生物荧光信号检测。     

基于标准CMOS工艺的pH值传感器

基于传统离子敏感器件的敏感模型,建立了与CMOS工艺兼容的以钝化层氮化硅作为敏感膜的MFGFET(multi-floating gate FET)多层浮栅晶体管结构阈值电压模型.采用上华0.6μm CMOS标准工艺,设计了一种与CMOS工艺兼容的pH值传感器.片上控制电路使MFGFET器件源漏电压和源漏电流恒定,器件工作在一个稳定的状态.采用离子敏MFGFET和参考MFGFET差分拓扑结构,减少了测量电路的固定模式噪声.器件溶液实测pH值在1～13范围内,器件的平均灵敏度为35.8mV/pH.