一种用于高速ADC的采样保持电路的设计

设计了一个用于流水线模数转换器(pipelined ADC)前端的采样保持电路.该电路采用电容翻转型结构,并设计了一个增益达到100dB,单位增益带宽为1 GHz的全差分增益自举跨导运算放大器(OTA).利用TSMC 0.25μm CMOS工艺,在2.5 V的电源电压下,它可以在4 ns内稳定在最终值的0.05%内.通过仿真优化,该采样保持电路可用于10位,100MS/s的流水线ADC中.     

一种用于低边电流检测的可编程增益放大器

基于0.5μm BCD工艺,设计了一种用于低边电流检测的可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier,PGA）。采用了电流模闭环可编程增益放大器结构,将传统电压模反馈电阻网络对采样电路的漏电流影响减小到纳安级别。设计了一种全差分高精度可变跨导放大器,给PGA提供了更加精准的可变增益。仿真结果表明,PGA放大倍数为4时,测量误差为0.2%,PGA放大倍数为256时,测量误差为3.11%,总谐波失真小于0.021%,芯片面积为1.5 mm×1.5 mm。     

一种新的高阶全极点TC低通滤波器

提出了一种高阶全极点运算跨导放大器（ＯＴＡ）或跨导器（Ｔ）低通滤波器设计方法。基于系统函数的直接模拟，得到了具有最少有源元件的全极点低通滤波器。该滤波器具有高截止频率、与ＭＯＳ工艺兼容、便于单片集在等优点。给出了Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ最平坦型低通滤波器的设计实例和ＰＳＰＩＣＥ模拟分析。     

一种适用于生物电信号处理的全集成五阶Gm-C低通滤波器

传统的Gm-C滤波器OTA输入晶体管大多工作在饱和区,存在输入动态范围较小和跨导值较大等不足,难以满足生物医学电信号处理滤波器所要求的超低截止频率、低功耗与大输入动态范围等要求,采用将输入晶体管钳位到线性工作区的方法,设计了跨导线性可调的OTA以提高滤波器能够处理的信号幅度。并应用该OTA综合了一种五阶Gm-C超低频低通滤波器。仿真结果表明,该滤波器在1.8 V电源,800 m Vpp输入条件下实现了283 Hz的超低低通角频率,-6.4 d B的带内增益,51 d B的三次谐波失真,功耗仅为22μW,适用于可穿戴式生物医学电信号读取电路。     

一种适用于传感器信号检测的斩波运算放大器

提出一种适合传感器微弱信号检测应用的全差分低噪声、低失调斩波运算放大器。采用两级折叠共源共栅运放结构,基于斩波稳定及动态元件匹配技术,通过在运放低阻节点的电流通路上添加斩波开关的设计方式,增加了运放的输入信号带宽和输出电压摆幅。芯片采用TSMC 0.18μm 1P6MCMOS工艺实现。测试结果表明,在1.8V电源电压,25kHz输入信号和300kHz斩波频率下,斩波运放输入等效失调电压小于120μV,在10Hz～1kHz之间,输入等效噪声为5nV/Hz^1/2,最高开环增益为84dB,单位增益带宽为4MHz。     

一种高增益的CMOS差分跨导放大器

本文设计了一种可用于∑△A/D转换器的全差分跨导放大器（OTA）。本放大器采用0.6μm工艺实现，其两级间使用共源共栅补偿、并采用了动态共模反馈，其标定动态范围（DR）为82.8dB、开环直流增益为90.9dB，在最坏情况下需要84.3ns以稳定到0.1%的精度。     

用于ECG的低通带衰减OTA-C滤波器设计

以心电图(ECG)检测为应用背景,采用电流互抵技术和线性区晶体管偏置结构设计了一种超低跨导、高线性度的跨导运算放大器(OTA),其跨导达到了nA/V量级。在此基础上,根据信号传输函数搭建了一个4阶低通滤波器电路模型,其截止频率为250 Hz,通带衰减为0.4 dB,带内平均噪声为90.53 μV(rms)·Hz-1/2,在ECG应用中拥有67 dB的动态范围(THD≤1%)。使用Cadence Spectre软件进行仿真和调试,最后进行版图设计并流片。在不包括静电结构和压焊点的情况下,芯片版图面积为0.027 mm²。电路供电电压为1.8 V,具有很高的集成度,能应用于便携式ECG集成电路中。     

一种高速BiCMOS采样/保持电路的设计

给出了一种基于BiCMOS OTA的高速采样/保持电路。设计采用0.35μm BiCMOS工艺,利用Cadence Spectre进行仿真。当输入信号为242.1875 MHz正弦波,采样速率为500 MSPS时,该采样/保持电路的SFDR达到59 dB,各项指标均能达到8位精度。在3.3 V电源电压下的功耗为26 mW。该采样/保持电路已应用到高速8位A/D转换器的研制中,取得了很好的效果。     

一种高速高精度时钟占空比稳定电路

设计了一种高速高精度的时钟占空比稳定电路。采用全差分连续时间积分器将时钟占空比量化为电压信号,积分器对占空比偏差的累积效应可使电路达到很高的调整精度。采用跨导运算放大器将电压信号转换为电流信号,并加载到输入时钟缓冲器上,改变其输出时钟的直流电平,从而调整输出时钟的占空比,避免了调整输出时钟上升/下降沿带来的较大抖动。采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺进行设计,电源电压为2 V。当输入差分时钟频率为1.6 GHz时,可以将占空比范围为20%~80%的输入时钟信号的占空比均调节至(50±0.5)%,且输出时钟抖动小于159.398 fs,适用于超高速的信号处理系统。     

一种用于传感器模拟前端的可编程增益放大器

基于华虹0.18μm CMOS工艺设计了一款用于传感器模拟前端的可编程增益放大器(PGA),其整体采用全差分结构来抑制传感器输出的共模噪声、直流分量以及供电电源的输出噪声。该电路由仪表放大结构轨对轨输入级、轨对轨自动调零全差分运算放大器、数字控制电路以及直流分量消除电路这四个部分构成,同时采用连续时间自动调零校准技术来降低其输入失调电压。PGA的放大倍数为5 bit调节,共12个档位,分别为1,2,4,8,…,1024,2048倍。在3.3 V电源电压下,PGA输入输出摆幅为0.2～3.1 V。在输入500 mV的直流分量条件下,在-40～125℃的温度范围内,可将直流分量抑制到47.6μV。通过Virtuoso软件进行电路设计、版图绘制以及仿真验证,后仿真结果表明,在进行100次蒙特卡罗仿真下,电源抑制比和共模抑制比在1 kHz处的平均值分别约为110.3 dB和116.1 dB,输入失调电压的1σ值约为21.3μV。     

用于巨磁阻生物传感器检测的模拟前端电路

提出一种用于巨磁阻(GMR)生物传感器检测的模拟前端电路。电路采用电压检测的方法,包括基准电压源,单位增益缓冲器,电荷转移型开关电容采样保持电路,流水线模数转换器四部分;基准电压源用于产生传感器阵列的片内激励电压;传感器阵列的检测输出电压经单位增益缓冲器后,由开关电容采样保持电路进行采样,保持,放大;最后经过流水线模数转换器输出数字码流;芯片采用SMIC 0.18μm 1P6M CMOS厚栅氧工艺实现。测试结果表明,在电源电压3.3 V,20 MHz时钟下测试,整体电路输出信号有效精度达到7.2 bit,功耗33 mW,满足GMR生物传感器的检测要求。     

Low‐Voltage Tunable Pseudo‐Differential Transconductor with High Linearity

A novel tunable transconductor is presented. Input transistors operate in the triode region to achieve programmable voltage‐to‐current conversion. These transistors are kept in the triode region by a novel negative feedback loop which features simplicity, low voltage requirements, and high output resistance. A linearity analysis is carried out which demonstrates how the proposed transconductance tuning scheme leads to high linearity in a wide transconductance range. Measurement results for a 0.5 μm CMOS implementation of the transconductor show a transconductance tuning range of more than a decade (15 μA/V to 165 μA/V) and a total harmonic distortion of ?67 dB at 1 MHz for an input of 1 V_pp and a supply voltage of 1.8 V.     

Design of high-order elliptic filter from a versatile mode generic OTA-C structure

A new synthesis methodology for high-order versatile mode programmable Operational transconductance amplifier and capacitor (OTA-C) generic filter structure is proposed. The structure fulfills the three main criteria of high frequency operation i.e it uses (1) less number of components (2) only single ended input OTAs (3) only grounded capacitors. Any nth order transfer function can be realised from it. Elliptic filter is designed from the generic structure using optimisation technique to reduce the number of OTAs. SPICE simulation with BSIM level 53 model and 0.13 μm process confirms the theoretical analysis. Frequency response of third-order and fourth-order elliptic filter is shown as representative set of simulated result. Sensitivity and non-ideal effect of the designed filter are studied.     

下截止频率1.3～244Hz可调带通VGA设计

采用电压控制的伪电阻结构,设计了一款具有超低频下截止频率调节功能的带通可变增益放大器(VGA),由于该结构具有可调节超大的等效电阻和反馈电容使VGA的下截止频率可以调节.提出了一种改进的甲乙类运算跨导放大器(OTA)结构,采用新颖的浮动偏置设计,在满足高压摆率的条件下,有效提高共源共栅结构的电压输出范围.将伪电阻用于OTA的共模反馈,克服了阻性共模检测结构负载效应的问题.该VGA电路采用TSMC 0.18 μm标准工艺设计和流片,测试结果表明,1.2V电源电压下,其下截止频率调节范围为1.3～ 244 Hz,增益为49.2,44.2,39.2 dB,带宽为3.4,3.9,4.4 kHz,消耗电流为3.9 μA,共模抑制比达75.2 dB.     

精密高速模拟电压开关电路的设计

设计了一种新型模拟电压可切换无触点开关电路。该电路由集成运算放大器和场效应管组成,能有效地消除场效应管的导通电阻和夹断漏电流造成的不利影响,保证开关的精度、稳定度和高速度,并具有可调节的信号放大能力,功能比较接近理想开关。具体分析了开关电路消除导通电阻、减小关断漏电流、提高开关速度的原理。该开关已在实际应用中获得了满意的效果。     

一种新颖的电流模式双二阶OTA-C滤波器设计

提出了一种新颖OTA-C实现的电流模式双二阶通用滤波器。该滤波器具有三个输入端和一个输出端,通过选择不同的输入信号即能实现低通、高通、带通、带阻和全通五种滤波器功能。电路结构简单、中心频率和品质因数可调,灵敏度低,均为0.5。理论分析和SPICE仿真表明所提电路方案正确可行。     

干涉型光纤水听器模拟分析与优化

概述了干涉型光纤水听器直接调制光源的相位载波调制解调原理,对实际应用中存在的问题进行了详细的理论和模拟分析,并提出了优化调制信号幅度、消除延迟的影响以及采用自动增益控制电路来稳定光电检测输出等优化方案来提高水听器的稳定性和动态范围,减少波形畸变。     

两输入全差分高频宽线性可调的OTA及其滤波器应用

文章提出了一种采用两输入全差分结构、线性可调范围宽的高频跨导运算放大器，适合于需大范围连续调谐的高频连续时间滤波器。仿真结果表明，通过频率补偿，在高频情况下，它不仅具有良好的线性输入和线性可调范围，而且具有较好的频率响应特性，对高频滤波器的性能有一定的改善。     

基于生物应用的低截止频率5阶Gm-C低通滤波器

设计了一款基于生物应用的截止频率为38.49 Hz的5阶跨导电容(Gm-C)低通滤波器.首先利用电流互抵技术设计实现了一款低Gm的运算跨导放大器(OTA),并基于此OTA,采用无源电感电容(LC)网络模拟法设计了一款5阶椭圆滤波器.最后基于华虹宏力0.35 μmCD350 60 V/80 V工艺应用Spectre仿真工具对滤波器进行仿真.结果表明,所设计的低通滤波器可以实现非常陡峭的过渡带,并在50 Hz工频信号处衰减达-43.812 dB;阻带衰减为-33.18 dB;通带内平均噪声为352.0 μV·Hz-1/2;总谐波失真为-56.24 dB;3.3 V电源电压下,5阶滤波器总功耗仅为11.73 μW.所设计的滤波器可以有效采集频率极低的生物信号并且滤除干扰信号.芯片面积为1 200 μm×728.μm.     

An active inductor employing a new four terminal floating nullor transconductance amplifier (FTFNTA)

ABSTRACT

In this scientific study, a new analog active building block named as four terminal floating nullor transconductance amplifier (FTFNTA) is implemented. The FTFNTA design offers a combined essence of both traditional four terminal floating nullor (FTFN) and an operational transconductance amplifier (OTA). The FTFNTA design is extended for the design of a lossless floating and grounded inductor simulator with few passive components. In addition, the performance and usefulness of the proposed inductor topology are also expanded for active filter applications: higher-order Butterworth high-pass filter and current mode multifunction filter. The functionality of the CMOS-based FTFNTA is integrated with a 0.18 µm Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) CMOS technology. Moreover, the FTFNTA is also realised using the current feedback operational amplifier (CFOA/AD844) and OTA (OTA/CA3080) of a commercially available IC to test the viability of the proposed inductor design. Finally, an application based on the inductor topology and its impedance characteristics are well analysed via PSPICE simulation.