二维CMOS风速计集成控制电路研究

一种适用于二维CMOS风速计的集成控制电路,是采用恒温差的控制模式,能同时测量风速和风向。在简单介绍了该风速计的测量原理之后。主要介绍了恒温差控制电路的电路指标。方案选择,并给出了电路结构。通过SPICE模拟并经24所制造和后续的测试,最后给出了流片的静态测试结果。从静态特性看能满足我们的测试要求,并为下一步的动态测试莫定了基础。     

CMOS二维风速计控制及检测电路的研究

针对CMOS二维风速风向传感器的工作原理,分析了传感器的控制电路及其特点,并根据该类传感器的特点,重点探讨了信号检测处理电路的形式和特点。拟采用恒温差或者温度平衡控制模式实现对加热器的控制,用斩波放大技术或热Σ-Δ调制技术构建信号处理电路,用标准CMOS工艺实现传感器和控制处理电路的系统集成。     

集成风速计片上系统的计算机模拟

将MEMS器件与CMOS电路集成在同一个芯片上具有体积小、噪声小、便于控制、易于大批量生产等优点 ,本文从风速计的工作场入手 ,运用了有限元、数据拟合、等效电路及SPICE宏单元的方法对片上系统进行模拟 ,从而直接模拟出信号状况 ,有利于片上处理电路和控制电路的匹配设计 ,提高了设计效率。文中给出了风速计流体场的有限元分析结果 ,并通过拟合的方法将输出的温度差输出到电路等效的热堆 ,信号和噪声经过片上集成的放大器输出到芯片外 ,有利于温度场、热敏感元件、放大电路的优化设计     

集成风速计片上系统的计算机模拟

将MEMS器件与CMOS电路集成在同一个芯片上具有体积小、噪声小、便于控制、易于大批量生产等优点,本文从风速计的工作场入手,运用了有限元、数据拟合、等效电路及SPICE宏单元的方法对片上系统进行模拟,从而直接模拟出信号状况,有利于片上处理电路和控制电路的匹配设计,提高了设计效率.文中给出了风速计流体场的有限元分析结果,并通过拟合的方法将输出的温度差输出到电路等效的热堆,信号和噪声经过片上集成的放大器输出到芯片外,有利于温度场、热敏感元件、放大电路的优化设计.     

集成风速计片上系统的计算机模拟

将MEMS器件与CMOS电路集成在同一个芯片上具有体积小、噪声小、便于控制、易于大批量生产等优点，本文从风速计的工作场入手，运用了有限元、数据拟合、等效电路及SPICE宏单元的方法对片上系统进行模拟，从而直接模拟出信号状况，有利于片上处理电路和控制电路的匹配设计，提高了设计效率。文中给出了风速计流体场的有限元分析结果，并通过拟合的方法将输出的温度差输出到电路等效的热堆，信号和噪声经过片上集成的放大器输出到芯片外，有利于温度场、热敏感元件、放大电路的优化设计。     

一种新型的四阶低抖动带双控制环路CMOS锁相环

设计了一种四阶低抖动带双控制环路压控振荡器的锁相环（PLL）。该锁相环在恒定的反馈参数下,压控振荡器压频增益几近恒定。锁相环的所有部件都设计在同一芯片上,电路设计基于0．35μmCMOS工艺。HSPICE仿真结果显示,所设计的锁相环路具有很好的抗噪声性能,工作在800MHz频率范围内,整个相位抖动小于4ps rms。     

基于概率CMOS模型的反馈环路的数字电路容错特性分析

反馈环路是模拟电路中有效容错的电路结构。反馈电路也因其存储性能而被广泛使用于数字电路的时序电路中,但是反馈电路在数字电路的组合电路的稳定特性鲜少被人研究,尤其是低功耗应用。以马氏随机场为理论的MRF电路以其低功耗下的高稳定性得到研究和关注,但其电路的反馈结构缺乏理论支持和依据,因此马氏随机场电路的容错特性未被清晰得以解释。该文以利用概率CMOS建模概率门来分析MRF核心反馈环NAND-NAND,从理论上证明了反馈电路输出的计算正确概率具有递增且上有界的特点,并数学证明了MRF的核心反馈环电路具有优于传统CMOS电路的容错性能。其理论推导结果与测试结果呈现一致性。     

热薄膜温差型CMOS风速风向传感器的研究和实现

介绍了一种基于 CMOS,能同时测量风速风向的硅集成传感器。通过保持芯片和环境温差恒定在设定值 ,测量芯片上对称区域由于风强迫对流而引起的温差 ,利用二维结构同时获得风速风向信息。本文首先介绍热薄膜温差型风速风向传感器原理 ,给出了具体结构和工艺 ,最后对样品进行了风洞测试 ,传感器能够测量风速 0～ 2 3 m/ s且 3 60°方向敏感     

一种3 V CMOS恒跨导运算放大器的设计

提出了一种适合在3V电源电压下工作的CMOS运算放大器，其动态工作范围为0-3V，在整个工作范围内，运算放大器的跨导基本保持不变，给出了BSIM3V3模型下的Hspice模拟结果。     

差分式连续时间CMOS OTA-C双二阶滤波器

应用信号流图法，提出了一种新颖的差分式连续时间电压模式CMOS跨导-电害双二阶滤波器，系统地生成了各种差分式电压模式二阶滤波器；讨论了滤波器的极点特征参数与灵敏度；面向实际电路完成了MOS管级的计算机仿真．仿真结果表明所提出的电路方案正确有效．适于全集成。     

柔性MEMS流速传感器的制造及其电路设计

针对流速传感器大多存在测量量程小、柔性小而无法适应较大量程和复杂曲面的测量问题,提出了一种宽量程柔性MEMS流速传感器,结合热损失和热温差的工作原理实现对流速的测量.选取聚酰亚胺(PI)作为柔性衬底材料和铂(Pt)薄膜为热敏材料,采用金属牺牲层MEMS工艺制造了带空腔的柔性流速传感器芯片,尺寸为9 mm×7 mm×30μm.设计了采用双惠斯通电桥的恒温差测控电路.测量结果表明:制造的柔性MEMS流速传感器的TCR为0.2418％/℃,实验实现了0～36 m/s的输入风速测量,在低速、高速段内的灵敏度分别为2和0.295 mV/(m/s).同时,测量电路还展现出良好的温度补偿效应.所提出的柔性MEMS流速传感器具有宽量程、测试精度高、灵敏度高和易于实施温度补偿的优点,有望用于航空航天、国防等领域.     

全集成式流量传感器

本文介绍了利用恒定芯片温度原理工作的全集成式流量传感器,它由三部分组成.CMOS温度敏感级、CMOS运放和加热部分,这三部分由CMOS工艺集成在同一芯片上,不需附加工艺.本文在给出温度敏感级的理论分析和流量传感器工作原理的介绍后,报道了传感器用于气体流速(氮气)和液体(水)流速的测量结果,结果表明,该传感器具有如下特点:输出电平和灵敏度高(在传感器芯片温度T_c与流体温度了T_f之差为15℃、流速V_f为50cm/s的氮气条件下,传感器的输出可达500毫伏);响应时间快(在T_c-T_f=5℃、V_f=50cm/s时,响应时间为7秒);芯片尺寸小(2.02×1.62mm~2);成本低(因用普通工艺);用单5伏电源工作与微处理机自然接口等.对水流流速的试验还表明,该传感器特别适合于低流速水的测量.     

热温差型微流量传感器的温度补偿方法研究

热温差型微流量传感器的性能受多个因素的影响,如环境温度的变化、供电电源的波动、加热电阻的冷却和导线电阻的引入等。通过ANSYS软件对环境温度及加热电阻温度的改变进行了有限元仿真,发现当两者的温度差值为恒定值时,传感器的输出信号偏差较小。从环境温度与加热电阻温度差值恒定的思路出发,结合目前补偿方法存在的不足——导线引入误差、环境温度检测电阻的自热效应使其检测出错误的环境温度、加热电阻受被测流体冷却后使测量发生偏差以及供电电源波动的影响等,提出了一种可行的补偿方案,包括对前端信号采集电路的优化和后续单片机电路的设计,使影响流量传感器测量性能的诸多因素被削弱,且控制也更灵活。通过分析验证,在相同测试条件下,所提出的方法比常用补偿方法的测试精度高出约1.2%,误差为0.2%。     

一种基于CMOS工艺的二维风速传感器的设计和测试

给出了一种完全基于CM O S工艺的、能同时测量风速和风向的二维测风传感器的结构、工作原理及其测试结果。该传感器采用恒温差工作模式,热堆输出电压平均值反映芯片温度和环境温度的差,省去了测温二极管。风速测量采用热损失型原理,因此不存在速度量程问题;同时通过四周对称分布热堆的相对差分输出得到风向,风向的测试和风速无关。测试电路是由普通运放电路组成的控制和测试系统。经过风洞测试,风速的测量可以达到23m/s,风速分辨率达到0.5 m/s,风速的最大误差为0.5 m/s。传感器的反应时间为3~5秒,整个功率损耗约为500 mW。     

CMOS硅风速传感器热性能的分析

给出了一种能同时测量风速和风向的基于CMOS工艺的二维硅风速传感器的工作原理、结构及其热学模型。针对恒温差和恒定功率两种控制方式,建立各自的一维传感器热学模型,并采用有限元分析工具ANSYS/FLOTRAN141分析和比较了不同控制条件下传感器的热性能及其和传感器特征尺寸的关系。最后,通过试验结果验证了模拟的正确性。     

空间用多层绝热组件隔热特性的试验研究

多层绝热组件在高真空环境下具有超强的隔热性能,其优异的隔绝热辐射和热传导能力对红外光电设备可以起到高效的热保护作用,因此在航空航天上有着极其广泛的应用。主要测试了航天用双面镀铝聚酯薄膜多层绝热组件在高真空环境下的传热性能,为工程应用提供了具体的数据。     

一种可应用于无源RFID的新型CMOS温度传感器设计

针对无源RFID低功耗的应用需求,基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了一种低功耗CMOS温度传感器。该传感器首先基于双晶体管电路将温度信号转换为与之成正比的电压信号,并进一步转换为电流信号,然后通过振荡器电路转换为频率信号,最终经计数器后转换为与温度对应的二进制数字信号输出。仿真结果表明,在-20～100℃范围内传感器具有良好的线性度和温度精度,且传感器总功耗仅为1.05μW,可满足无源RFID领域应用需求。     

CMOS兼容湿度传感器的研究进展

本文主要介绍几种与CMOS工艺兼容的湿度传感器的结构,工艺,特点以及处理电路,并对湿度传感器的发展趋势作了探讨。     

A wide dynamic range CMOS image sensor with pulse-frequency-modulation and in-pixel amplification

This paper briefly examines the pros and cons of CMOS pulse-frequency-modulation (PFM) digital pixel sensors. A pulse-frequency-modulation digital pixel sensor with in-pixel amplification is proposed to improve the resolution of the pixel sensor at low illumination. The proposed PFM digital pixel sensor offers the characteristics of a reduced integration time when the level of illumination is low with the fill factor comparable to that of PFM digital pixel sensors without in-pixel amplification. The proposed digital image sensor has been designed in TSMC- 1.8 V CMOS technology and validated using Spectre from Cadence Design Systems with BSIM3V3 device models. Simulation results demonstrate that the dynamic range of the proposed PFM digital pixel sensor with in-pixel amplification is 20 dB larger as compared with that of PFM digital pixel sensors without in-pixel amplification. The increased dynamic range is obtained in the low illumination condition where PFM digital pixel sensors without in-pixel amplification cease the operation due to the low photo current.