应用于微测辐射热计的12位SAR ADC的设计

针对红外探测微测辐射热计的应用,设计了一种12位全差分高速低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。该设计采用了新型的电荷重分配型数模转换器(DAC),通过对高位码字(MSB)段与低位码字(LSB)段采用两种不同参考电压的方案,使电路在保证性能的同时降低功耗与面积。电路基于CSMC 0.18μm CMOS工艺,对模数转换器整体进行仿真,当采样频率为5 MSPS,输入频率为195.3 kHz的正弦波信号时,输出信号的无杂散波动态范围(SFDR)为74.1 dB,有效位数为10.66 bit,功耗为200μW,品质因数为24 fJ/conversion-step。     

一个带反馈的低压低功耗比较器的设计

为解决比较器的低压低功耗的问题,将低压和反馈等电路技术应用到比较器的设计中.开展比较器的电路结构与功耗的分析,在比较器中只使用一个重生的锁存器,使比较器能在低压下工作,此外,使用动态反馈的技术,当比较器比较结束时,由数字逻辑判断电路检测并关闭比较器,使比较器只消耗动态功耗,因而有效地降低了比较器的平均功耗.使用Cade...     

CMOS多路选通双向开关

在多路数据采集系统中要用多路开关，其中所用电路器件不仅是ADC、DAC多为CMOS IC，多路开关也多是CMOS型。CMOS开关的突出优点除功耗小外，还可以双向传送信号，集成度高而成本低。目前这类开关集成电路品种不少，生产厂家也很多。     

传感器及变换器测试仪

文中介绍了传感器及变换器测试仪的设计过程,重点描述了其工作原理及测试仪硬件及软件的设计要点.采用了基于阵列切换开关为核心的硬件电路设计,通过软件控制阵列开关切换关系,使测试仪上的不同型号的电连接器接口匹配接点输出关系的传感器及变换器.另外,使用基于LabVIEW软件作为软件编程平台,缩短了测试软件的开发周期.LabVIEW所设计的测试仪具有技术成熟、集成度好、高精度、便于维护升级等优势,可广泛应用于测试标准信号输出的传感器及变换器.     

LSI离子刻蚀过程中的微弱信号提取及刻蚀过程的在线监测

叙述了发射光谱法的终点监测原理,锁相放大技术在PIE和RIE工艺过程监测中的应用,并详尽地讨论了开关电容滤波器的原理,而且在电路设计中采用了跟踪开关电容滤波器的锁相放大器设计,从而提高了系统的动态范围,最后说明了该系统用于实际生产线所获得监测结果。     

电容层析成像系统动态成像稳定性补偿方法

分析了影响基于交流型电容／电压转换电路的电容层析成像系统动态成 像的稳定性的原因是由于极板阵列控制电路的CMOS开关耦合电容的存在。为此,给出了两种解决方法：一是改变极板阵列控制电路模拟开关的安排;二是不改变原有电路,采用软件实时补偿。实验结果表明,两方法中采用后者更实用更经济。     

磁流变阻尼器减振系统的直流后备电源设计

针对复杂应用环境下MRD减振系统断电失效问题,研究设计了一种应用于磁流变阻尼器减振系统的直流后备电源。系统采用超级电容器模组作为系统备用储能单元,利用LM311电压比较器监测主电源电压,通过场效应管开关模块实现主电源断电时向备用储能单元的快速切换。实验表明,旁路切换时间达到微秒级,断电切换过程中,磁流变阻尼器力学性能不受断电情况的影响。     

柔性激励ECT数据获取系统

针对不同结构形状的电容传感器进行快速设计电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)系统的工程需求,提出了一种柔性组合激励的ECT系统方案.重点介绍了一种基于交流激励模式下的柔性16路ECT数据获取系统的激励源及组合式阵列开关等前端系统,该系统可实现1对15,2对14的柔性切换,更改ROM可以实现3对13,…,8对8的柔性切换.并进行了验证,结果表明该实验系统满足柔性ECT系统对其数据获取系统前端的需求.     

流水线模数转换器中的宽带电流型运算放大器

针对高清视频信号处理对动态范围大,运算速度快的模数转换器(ADC)的要求,提出了一种流水线宽带电流型运算放大器。该运算放大器的主放大器采用套筒式增益提高结构,辅助运算放大器用电流型放大器替代。采用电流共模反馈电路调节主运算放大器的支路电流以稳定输出共模电平;采用TSMC 0.18μm CMOS工艺设计电路。实验结果显示:辅助运算放大器采用源极输入,减小了信号主通路上的寄生电容,提高了整个运算放大器的电路速度。运算放大器的增益为83.19dB,相位裕度为61.6°,单位增益带宽为1.6GHz,功耗为9.3mW;在满幅度阶跃输入的情况下,输出建立时间小于1.83ns。将该运算放大器用于高清视频信号的流水线ADC中,实现了170MS/s,10bit精度的模数转换。同传统的电压型运算放大器相比,该运算放大器响应速度更快,功耗更低,可满足处理视频信号的要求。     

基于微测辐射热计读出电路的DAC设计

微测辐射热计受制作材料、工艺等因素的影响存在较大的不均匀性,导致探测信号失真。基于CSMC 0.18μm Mix Singal RF 1P6M工艺设计了一个10位精度的R-2R倒梯形电阻网络数模转换器(DAC),为微测辐射热计读出电路提供可调节的偏置电压,补偿焦平面阵列的非均匀性,提高成像质量。电路仿真结果显示,在3.3 V电源电压下,DAC满量程功耗小于2 m W。当采样频率为2 MHz、输入频率为5.86 k Hz时,无杂散动态范围为75.9 d B。微分非线性误差小于0.32 LSB,积分非线性误差小于0.21 LSB。     

电容类传感器的开关——电容接口

适用于电容类传感器以双斜式A／D转换为基础的SC(开关—电容)接口发展很快，它一般由SC积分器、比较器和数字控制电路组成。在这种接口电路中，首先由积分器对传感器的电容值进行采样，此时，电容值变为了与其成正比的电荷量，然后抽取经过量化的参考电荷，直到积分器的输出电压为零时停止。该接口可自动调整量程并具有较宽的动态范围．我们使用分离元件组成了这个接口，并通过实验证明了该接口的可行性．它所测量电容值的量程比是1：40，精度高于1％。     

相位可控多通道任意波形信号源卡设计

在遥感测试系统中,模拟信号发生器用于模拟动态测试环境下不同传感器输出信号和在存储器、采编器调试时提供标准信号,从而进行设备测试或数据分析。设计采用"FPGA(DDS相位控制)+单片DAC+多路模拟开关阵列"的方法实现32路任意波形输出。上位机软件中设置波形的幅值、频率、相位等信息,通过FPGA对参数控制字进行检测,改变对应通道的模拟开关导通状态,从而实现对输出波形通道间相位差的任意控制。     

SDI数字信号切换器的设计与制作

分析串行数字信号SDI的特点,认为现有的模拟开关不适宜用于SDI信号的切换.介绍运用晶体管、电阻电容分离元件组成一种新颖的电子开关,制作SDI切换器.这种切换器电路简单,切换可靠,信号质量高.同时设计了同步切换电路,保证切换开关在场消隐期间进行,因此该切换器可用于不需特技切换的场合,可代替SDI切换台,具有很好的实用价值.     

流水线模拟数字转换器的权重误差校准

为校准流水线模拟数字转换器(ADC)中电容失配和由运算放大器的有限开环增益引起的级间增益误差,提出了一种新的基于权重的后台校准技术。该技术将流水线ADC中存在的上述误差统一归结为各级权重的偏差,建立了一个基于权重的ADC误差模型,并利用后级的数字输出来校准前级的误差。该技术在ADC末尾增加了额外的两个子级,这两个子级仅在校准过程中使用,从而使得ADC正常的模数转换过程不被中断,校准进程在后台执行。由于在校准期间和正常工作期间所有可能出现的信号路径的前7级均被校准,故进一步减小了误差,提高了精度。应用该技术实现了一个14bit,80 MS/s的流水线ADC,该芯片采用Chartered 0.18μm,1p6mCMOS工艺设计,总功耗为260mW,芯片面积为7.161mm2。实验结果显示:本文提出的校准技术可以提高ADC的精度,改善ADC的动态和静态性能。     

电流舵DAC动态误差分析与建模

为设计应用于现代宽带无线通信系统中的具备高动态性能的高速电流舵数据转换器（DAC）接口电路,首先针对“电流舵DAC中由非理想的电流开关转换引入的动态非线性误差导致输出谐波失真”的机理进行了理论分析和公式推导,得到了实际电流舵DAC电路参数及编码方式与DAC输出信号谐波失真幅值之间的量化关系。然后在Matlab中建立了电流舵DAC的行为级模型用于评估非理想开关转换及编码方式对输出信号动态无杂散范围（SFDR）指标的影响。设计了一个12位电流舵DAC电路用于验证该行为级模型的有效性。通过分析模型的仿真结果,得到了具有重要的电路设计指导价值的结论。     

可测量法向力和剪切力的带屏蔽软体电容传感器

软体电容传感器因其高柔顺性和高灵敏度等特征在人机交互、可穿戴设备和软体机器人中有很好的应用前景,然而电容检测很容易受到外界电磁场的干扰,因此提出了一种带屏蔽的软体电容传感器。为了能够同时检测法向压力和剪切压力,设计了一种三电极的双电容结构,同时在传感器上下表面添加屏蔽层来屏蔽外界电磁场干扰。为解决因屏蔽层变形产生的寄生电容对检测电容的影响,提出了一种刚度分层的方法,电极之间的电介质感知区域采用一种厚度仅约0.6mm的硅胶海绵结构,而电极和屏蔽层之间采用实心硅胶,从而保证按压传感器时感知区域的变形远大于屏蔽层。实验结果表明,传感器可以同时检测法向压力和剪切压力的变化,法向灵敏度可达到0.12kPa^-1,单位剪切压强的电容变化达10fF,与不带屏蔽的传感器相比,该传感器可将交流高压(1400 V)电场引起的噪声减小到9%。这种带屏蔽的传感器在电吸附皮肤、软体机器人、可穿戴医疗设备等电磁干扰较强的环境中具有潜在的应用价值。     

基于FPGA和AD768的高精度多路信号源设计

设计了一种基于DDS原理,采用FPGA和AD 768实现的高精度信号源。针对理想方波信号包含无穷频率分量、可用于动态特性测试的特点,提出了采用单刀双掷电子开关切换两路电平生成方波信号的实现方法,具有上升沿和下降沿速度快的优点。最后,通过实验给出了实际方波信号的时延特性。     

高精度微弱脑电检测数模混合控制芯片系统

针对脑电检测的研究需要,研发了微弱EEG脑电信号采集专用芯片系统。该芯片使用斩波稳定去噪声技术,首先利用2 k Hz的斩波频率对100 Hz以下的EEG信号进行频域隔离,然后利用RRL纹波抑制环路反馈进行调制后位于chopper频率处的主要由失调与低频1/f闪烁噪声引起的纹波电压的抑制;单级斩波放大使用电流复用、亚阈值跨导增强技术对来自EEG传感器的低频(100 Hz)小信号(5~100μV)进行40 d B增益的稳定中频放大;级联S/H电路进行去累积毛刺滤波,配合前面斩波技术,达到整体低噪声性能;VGA/LPF通过改变输入、反馈/负载电容,分别进行增益/带宽的数字调整。EEG-DSP加速芯片实现对多通道采集的控制以及信号处理编码。设计使用SMICRF 180 nm混合工艺,使用Cadence的Spectre软件进行功能前/后仿真,使用Caliber工具进行DRC/LVS的版图验收。最后,对设计芯片进行实际测试,结果表明放大芯片关键性能为:8.1μW/通道、面积6.3 mm2/8通道、0.8μVrms(BW=100 Hz)等效输入噪声;该款自主研发的脑电斩波放大芯片性能达到国内外前列的水平,可进行正确的脑电EEG采集,可应用于可穿戴领域、对后续脑电数据分析具有重要的使用价值。     

基于NB-IoT的光伏阵列运行参数监测系统设计

针对现有光伏阵列监测弊端,提出了一种基于NB-IoT(narrow band internet of things)的分布式光伏阵列运行参数监测系统。该系统由感知层、网络层、应用层构成。以STM32为主控、BC95为NB-IoT通信单元、OneNET为设备云平台,并结合数据采集模块对监测系统进行软硬件开发。该系统可实现电压、电流、温度、光照强度等参数的实时采集,并通过NB-IoT模块上传OneNET云端,同时开发应用界面,实现手机端监测。结果表明:该系统成本低、功耗小、组网简单、灵活性强,可满足实时监测的设计需求。     

电场能量采集器的最大输出功率追踪电路设计*

本文采用频率变换原理采集输电线周围电场能量,设计了一种能量采集电路,对超级电容充电。负载阻抗呈电容性,为非线性负载,充电过程中阻抗不断变化。为实现最大输出功率传输,设计了低功耗的最大输出功率追踪(MPPT)电路,采用频率值为32.768 k Hz石英晶体构成方波振荡电路,因电容电压不能突变,通过充电电流控制开关导通时间,构成电流反馈最大输出功率点追踪系统。最大输出功率追踪电路的工作电流为1.2 u A,工作电压为5 V,功耗为6 u W。实验结果表明,在充电36min时达到最大功率输出,储能电容电压的大小为0.32 V,输出功率最大为18 u W。相比于直接充电电路,最大输出功率电路的能量采集效率提高了50%。