高性能CMOS运算放大器的设计

基于0.5μm标准CMOS工艺,利用折叠式共源共栅电路和简单放大器级联结构,设计了一种增益高、建立时间短、稳定性好和电源抑制比高的低压CMOS运算放大器.用Cadence Spectre对电路进行优化设计,整个电路在3.3V工作电压下进行仿真,其直流开环增益100.1dB,相位裕度59°,单位增益带宽10.1MHz,建立时间1.06μs.版图面积为410μm×360μm.测试结果验证了该运算放大器电路适用于电源管理芯片.     

一种基于0.18μm CMOS工艺的上电复位电路

介绍了一种采用0.18μm CMOS工艺制作的上电复位电路。为了满足低电源电压的设计要求,采用低阈值电压(约0V)NMOS管和设计的电路结构,获得了合适的复位电压点;利用反馈结构加速充电,提高了复位信号的陡峭度;利用施密特触发器,增加了电路的迟滞效果。电路全部采用MOS管设计,大大缩小了版图面积。该上电复位电路用于一种数模混合信号芯片,采用0.18μm CMOS工艺进行流片。芯片样品电路测试表明,该上电复位电路工作状态正常。     

适用于无源超高频RFID标签的高效率整流电路

基于动态阈值补偿技术,提出了一种适用于无源超高频RFID标签的高效率整流电路。该整流电路可以根据MOS管的工作状态对MOS管阈值电压进行动态补偿,使得MOS管同时具有低的导通电压和反向泄漏电流,从而实现高的功率转换效率。采用该整流电路的无源超高频RFID标签芯片在0.18 μm CMOS工艺下设计实现。测试结果表明,在驱动80 kΩ负载时,整流电路的功率转换效率最高可达53.7%。相比于传统整流电路,转换效率提高了约20％。     

基于0.5μm CMOS工艺的PFM调制DC-DC升压电路设计

采用CSMC 0.5μm CMOS工艺设计了一种PFM调制DC-DC升压电路,重点分析了基准电压源、比较器、PFM控制电路和过流保护电路.仿真结果表明,该电路具有低电压启动、输出电压精度高、功耗低和过流保护功能等优点.基于0.5μm双层多晶硅三层金属双阱CMOS工艺的几何设计规则实现了其版图.     

一种高效率的适合于低功耗应用的电荷泵电路

设计实现了一种高效率的电荷泵电路。利用电容和晶体管对电荷传输开关进行偏置来消除开关管阈值电压的影响。同时,通过对开关管的的衬底进行动态的偏置使得在电荷传输期间当开关管打开时其阈值电压较低,在开关管关断时其阈值电压较高。该电荷泵电路的效率得到了提高。基于0.18μm,3.3V标准CMOS工艺实现了该电路。在每级电容为0.5pF,时钟频率为780KHz,电源电压为2V的情况下,测得的8级电荷泵的输出电压为9.8V。电荷泵电路和时钟驱动电路从电源处总共消耗了2.9μA的电流。该电荷泵电路适合于低功耗的应用。     

版图结构对MOS器件总剂量辐照特性的影响

在商用标准0.6μm体硅CMOS工艺下,设计了采用普通单栅及多栅版图结构的nMOS和pMOS晶体管作为测试样品,讨论其经过γ射线照射后的总剂量辐照特性.辐照中器件采用不同电压偏置,并在辐照前后对器件的源漏极间泄漏电流、阈值电压漂移及跨导特性进行测量.研究表明nMOS总剂量效应对器件的版图结构非常敏感,而pMOS的总剂量效应几乎不受版图结构的影响.     

版图结构对MOS器件总剂量辐照特性的影响

在商用标准0.6μm体硅CMOS工艺下,设计了采用普通单栅及多栅版图结构的nMOS和pMOS晶体管作为测试样品,讨论其经过γ射线照射后的总剂量辐照特性.辐照中器件采用不同电压偏置,并在辐照前后对器件的源漏极间泄漏电流、阈值电压漂移及跨导特性进行测量.研究表明nMOS总剂量效应对器件的版图结构非常敏感,而pMOS的总剂量效应几乎不受版图结构的影响.     

高精度开关电流存储单元的设计

基于0.18-μm 1.8 V CMOS标准工艺,设计了一个高精度开关电流存储单元.通过设置存储晶体管工作于线性区,并结合虚拟开关等技术,降低了由阈值电压失配和时钟馈通所产生的谐波失真,有效消除了增益误差和漂移误差.利用Spectre仿真器,对版图进行后仿真验证.当输入信号频率为200 kHz、幅度为5μA、采样频率为5 MHz时,误差仅为0.5％,输入信号幅度低至1μA时,误差依然低于1％.仿真结果表明,电路具有高精度,可作为滤波器、∑-△调制器等系统的基本模块.     

低功耗流水线ADC中多阈值比较器的设计

采用IBM 0.13 μm CMOS工艺,设计了适用于80 MS/s流水线结构A/D转换器的比较器.电路使用全差分动态锁存结构,在Lewis-Gray结构的基础上,保留比较器阈值和输入差分管尺寸之间的线性比例关系,改进复位和输出电路结构,降低了设计复杂度和功耗,减小了面积.通过细致的版图考虑,实现了7种不同阈值电压的比较器,失调小于13 mV,最大面积为25μm×13μm,最高工作频率达500 MHz;80 MS/s工作时,功耗最大仅为63 μW,低于Lewis-Gray结构的比较器.     

采用多次离子注入调整亚微米CMOS电路的阈电压

采用多次离子注入来调整亚微米CMOS的NMOS和PMOS管的阈值电压是研究亚微米CMOS电路的关键.浅离子注入调节表面掺杂浓度以达到调整阈值电压的目的.深离子注入调整源漏穿通电压.与LDD、硅化物工艺相合,已研制出0.5μm的CMOS 27级环振电路,门延迟为130ps.     

AlGaN紫外探测器读出电路研究

设计了一款AlGaN 320×256规模紫外探测器专用读出电路.该款读出电路属于数模混合电路,其中模拟信号处理电路包含积分放大电路、采样保持电路、缓冲器及输出驱动电路,数字逻辑控制电路实现了多种用户可配置的功能.给出了理论分析和电路模拟仿真的结果数据及波形.采用标准0.35μm 2P3M CMOS工艺设计了电路版图,最终版图面积为ll.8mm×11.1mm,并对流片后的读出电路进行了主要参数的测试和数据分析,验证了该读出电路的功能.     

一种新颖自举型微功耗整流器

论述了用于UHF频段(900 MHz)射频电子标签微功耗整流器的设计。在传统的Dickson肖特基型倍压整流器结构基础上,采用了改进的自举型电路结构,在普通RF CMOS工艺中实现了整流器的微功耗、高整流效率特性,消除了工艺特殊器件的限制。采用0.18μm RF CMOS工艺技术,整流器的工作频率范围为840~960MHz,实测整流效率近30%。     

一种低功耗高可靠上电复位电路的设计

设计了一种低功耗高可靠上电复位电路。为了减小阈值电压受工艺及温度偏差的影响,采用改进的Kuijk带隙基准源结构;同时,设计了带迟滞功能的双阈值电压检测电路,减小了电源噪声对电路输出的干扰。采用HHNEC 0.13μm CMOS工艺,对电路进行仿真。结果显示,在5V电源电压及典型工艺和温度下,整体电路消耗稳态电流为8.5μA;在不同的电压、工艺角及温度组合下,均实现了稳定可靠的上电复位和低电平保护功能,达到了设计要求。     

CMOS超高频整流器

提出了一个适用于无源UHF RFID标签芯片的全CMOS整流器.整流器包括射频-直流转换电路、偏置电路、直流-直流转换电路和振荡器电路.整流器的工作频率范围是860～960 MHz.基于0.18μm,1p6m的标准数字CMOS工艺,设计并实现了无源UHF RFID标签芯片的整流器.该设计采用开关电容电路技术动态地消除了CMOS管开启电压的问题,在标准数字CMOS工艺下实现了高效率的超高频整流器.整流器的面积为180μm×140μm.当输入900MHz,-16dBm的射频信号时,整流器的输出电压为1.2V,启动时间为980μs.     

CMOS超高频整流器

提出了一个适用于无源UHF RFID标签芯片的全CMOS整流器.整流器包括射频-直流转换电路、偏置电路、直流-直流转换电路和振荡器电路.整流器的工作频率范围是860～960 MHz.基于0.18μm,1p6m的标准数字CMOS工艺,设计并实现了无源UHF RFID标签芯片的整流器.该设计采用开关电容电路技术动态地消除了CMOS管开启电压的问题,在标准数字CMOS工艺下实现了高效率的超高频整流器.整流器的面积为180μm×140μm.当输入900MHz,-16dBm的射频信号时,整流器的输出电压为1.2V,启动时间为980μs.     

基于90 nm工艺节点的MOSFET版图失配研究

研究了CMOS模拟集成电路的不同版图结构对电路性能的影响规律,探讨了不同版图结构对工艺波动的抑制作用.通过采用90 nm CMOS工艺设计了8种不同宽长比(W/L)的数模转换器(DAC),分别利用单栅与多指栅结构实现该DAC电流源输出驱动管阵列,并将其作为研究对象进行了分析.通过分析金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)阈值电压VTH和DAC输出电压Vout的实测数据,对CMOS模拟集成电路的最优版图设计方案进行了探讨.最后,利用本研究结果设计了一款90 nm工艺的低功耗CMOS运算放大器,相比传统版图结构,该放大器的工艺波动抑制能力提高了5.87％.     

无源高频RFID标签芯片电源产生电路

无源RFID标签芯片的能量来自读写器发射的射频能量.针对符合ISO/IEC15693标准的无源高频(13.56 MHz)RFID标签芯片,对NMOS栅交叉连接整流电路结构进行了研究与设计,实现的NMOS栅交叉连接整流电路的能量转换效率为34.46 9,6,并设计一种低成本、低功耗的芯片工作电源产生电路,设计工艺采用SMIC 0.35 pm 2P3M CMOS EEPROM工艺.最后,给出了芯片的测试结果.测试结果显示:所设计的电源产生电路能够很好地工作在IS015693标准定义的最小磁场Hmin(150 mA/m)和最大磁场Hmax(5 A/m)之间.     

基于环境微弱能量收集的低阈值CMOS电路设计

环境中存在着丰富的电磁波能量,而人体运动产生的机械能则是一种不受外界干扰非常稳定的能源,这些能源的存在使设备为自身供电成为可能.由于射频电磁波能量和振动能量密度低的特性,设计了一种能够匹配低功耗低电压的复合能量收集与管理电路.该电路采用0.18 μm标准CMOS工艺,对电源转化模块、电源调节模块(整流电路、滤波电路、升压电路,以及为升压电路提供时钟信号的振荡电路)和储能模块进行了分析与设计.整流电路的最低输入电压为200 mV,整流效率达到75％.升压电路采用新型电荷泵电路,具有4.8倍升压效果,输出电压最高达到970 mV,电压纹波率为0.5％.当输入电流为50 μA时,该电路转换率为10％,输出平均功率为1.14μW.     

用于CMOS图像传感器的9位10MS/s低功耗流水线ADC

提出了一个用于CMOS图像传感器的9位10MS/s、低功耗流水线ADC.为降低功耗,该设计通过采用低功耗、宽摆幅的带有增益增强结构的放大器以及将所有单元共用偏置电路的技术来实现.共用偏置技术需要仔细的版图设计和在电路中加入大的去耦合电容来实现.此外,设计中也采用电容阵列DAC来降低功耗.同时,为了增大信号处理范围,设计中还采用低阈值电压的MOS管.该ADC采用4M-1P的0.18μm CMOS工艺设计制造.对芯片的测试结果表明该设计的功耗仅为7mW,相对其他设计是相当低的.该ADC已经应用于30万像素图像传感器系统中,该系统已经流片、测试.     

一种高性能CMOS带隙电压基准源设计

采用一级温度补偿和电阻二次分压技术设计了一种高性能CMOS带隙电压基准源电路,其输出电压为0.20～1.25V,温度系数为2.5×10-5/K.该带隙电压基准源电路中的深度负反馈运算放大器为低失调、高增益的折叠型共源共栅运算放大器.采用Hspice进行了运算放大器和带隙电压基准源的电路仿真,用TSMC 0.35μm CMOS工艺实现的带隙基准源的版图面积为645μm×196μm.