低功耗高增益CMOS LNA的设计

设计了一种完全可以单片集成的低功耗高增益CMOS低噪声放大器(LNA).所有电感都采用片上螺旋电感,并实现了片上50 Ω的输入阻抗匹配.文中设计的放大器采用TSMC0.18 μmCMOS工艺,用HSPICE模拟软件对其进行了仿真,并进行了流片测试.结果表明,所设计的低噪声放大器结构简单,极限尺寸为0.18 μm,当中心频率fo为2.4 GHz、电源电压VDD为1.8 V时其功率增益S21为16.5 dB,但功耗Pd只有2.9 mW,噪声系数NF为2.4 dB,反向隔离度S12为-58 dB.由此验证了所设计的CMOS RF放大器可以在满足低噪声、低功耗、高增益的前提下向100 nm级的研发方向发展.     

0．18μmCMOS施密特模数光电变换器

设计了一种0.18μm CMOS模数光电变换器,包括光电检测和施密特模数变换电路两部分.为了改善它的增益线性度和稳定性,所用运算放大器中引入了负反馈,并采取了改进电路结构和优选元器件参数的措施;确定了运放的版图尺寸,芯片面积为0.42mm×0.34mm;最后进行了光电变换器的仿真和硬件电路实验.结果表明该变换器的输出信号能反映位移量及其方向的变化规律;模数变换电路用3.0~5.0V电源供电,下限截止频率约6Hz,增益线性度达到6.4×10-5,而功耗只有23mW,因此特别适用于低频位移量光电检测系统中.     

0.25 μm BiCMOS差分式光电转换器

设计了一款0.25 μm BiCMOS差分光电转换器,包括光电转换和运算放大电路两部分.设计过程中首先采取改进电路结构、优化器件参数的措施,以实现高速宽带低功耗的设计目标;然后确定了运算放大器的版图尺寸,各运放的芯片面积均为0.45 mm×0.32 mm;最后对所设计的转换器进行了仿真和硬件电路实验.结果表明,所设计转换器的光电流随入射光功率增加呈指数规律增大的趋势;运放电路可采用3.0～5.0 V电源供电,-3 dB带宽达到76.3 kHz,功耗约89 mW,而传输时延只有15.4 ns,因此特别适用于高性能光纤通信系统中.     

两种改进结构型BiCMOS模拟开关

为了改善其速度和电流驱动性能,设计了两例BiCMOS模拟电子开关电路.设计过程中在电路的关键部位配置有限的双极型晶体管(BJT),而在电路的主体部分设置CMOS器件.优选了元器件参数,并采取提速和增大驱动电流的措施.通过仿真和硬件电路实验验证了开关电路性能,结果表明设计的BiCMOS开关电路在低电源电压2.6 V≤VDD≤3.6 V的范围内,综合性能指标--延迟-功耗积DP比CMOS开关电路平均降低了25.5 pJ,输出级的驱动电流可达1.39 mA以上,因而特别适用于低压、高速、大驱动电流的数字通信系统中.     

新型的3D堆叠封装制备工艺及其实验测试

为了满足超大规模集成电路(VLSI)芯片高性能、多功能、小尺寸和低功耗的需求,采用了一种基于贯穿硅通孔(TSV)技术的3D堆叠式封装模型.先用深反应离子刻蚀法(DRIE)形成通孔,然后利用离子化金属电浆(IMP)溅镀法填充通孔,最后用Cu/Sn混合凸点互连芯片和基板,从而形成了3D堆叠式封装的制备工艺样本.对该样本的接触电阻进行了实验测试,结果表明,100 μm2Cu/Sn混合凸点接触电阻约为6.7 mΩ高90 μm的斜通孔电阻在20～30mΩ该模型在高达10 GHz的频率下具有良好的机械和电气性能.     

用于10Gb/s光接收机的BiCMOS放大电路

设计了一种用于SDH系统STM-64(10Gb/s)速率级光接收机中的BiCMOS放大电路,包括NMOS共栅-共源前置放大器和差分式BiCMOS主放大器;各个放大器中都引入了负反馈;并精选了元器件参数,采取了提速措施,以保证放大电路在低功耗下工作在10Gb/s或更高速率上.实验结果表明,所设计的放大电路在10Gb/s速率上,主放大器输入动态范围为42dB(3.2～500mV),50Ω负载电阻上的输出限幅约为250mV,小信号输入时的最高工作速率达到12Gb/s,放大电路可采用1.8～5.6V电源供电,平均功耗约为230mW,从而满足了光纤通信系统中的高性能要求.     

MEMS封装用局部激光键合法及其实现

对常规激光键合在Si-玻璃键合工艺中因高温而引起的负面效应进行了分析,从而设计出芯片表面活化预键合与激光键合工艺相结合的方法.该方法已用于微电子机械系统(MEMS)样片封装实验中.实验过程是:先用一种特殊的化学方法形成亲水表面,然后将Si和玻璃置于室温下进行预键合,最后取波长1064nm、光斑直径500μm、功率70W的Nd∶YAG激光器作局部激光加热.结果表明,该方法在不施加外力下能实现无损伤低温键合,同时拉伸实验也说明了样片键合强度达到2.6～3.0MPa,从而既保证了MEMS芯片的封装质量又降低了其封装成本.     

两种低压高速BiCMOS开关电流存储器

为了提高数字通信电路的速度,设计了两种BiCMOS开关电流存储器.设计过程中在电路的关键部位配置有限的双极型晶体管(BJT),但在电路的主体部分则设置MOS器件.推导出了存储电路的传输延迟时间估算式,优选了元器件参数,并采取了提速措施.进行了仿真试验和硬件电路实验.结果表明,所设计的两种开关电流存储器在低电源电压(VDD)为2.6～4.0V时,综合性能指标--时延-功耗积DP比CMOS存储电路AD585平均降低了约18.8pJ,特别适用于低压高速数字通信系统.     

低电压低功耗密勒OTA仿真设计

设计了一种电源电压低于阈值电压的低电压、低功耗、输入/输出全摆幅的密勒运算跨导放大器(OTA),采用衬底驱动差分对和直流电平偏移技术,使MOS器件工作在亚闲值区,降低了对电源电压VDD的要求,且输入/输出摆幅也能实现轨对轨.采用台积电(TSMC)0.35 μm标准n阱CMOS工艺BSIM3V3模型对此OTA进行了HSPICE仿真实验.结果表明,当VDD为600mV时开环增益A0为70.4 dB,不但此OTA输入/输出摆幅轨对轨,而且其功耗PD只有420 nW,从而实现了低压低耗的设计目标,可用于便携式产品的电子电路设计中.