2×8低噪声InGaAs/InP APD读出电路设计

对In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管(APD)探测器进行了特性分析.以大阵列研究为基础,结合器件特性设计了一个2×8低噪声读出电路(ROIC),电路主要由电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)电路单元构成,并对读出电路的时序、积分电容等进行了设计.电路采用0.6 μm CMOS工艺流片,芯片面积为2 mm×2 mm,电荷存储能力为5×107个,功耗小,噪声低,设计达到预期要求.     

红外焦平面阵列读出电路非线性的研究

在红外焦平面阵列读出电路中,非均匀性是限制其发展的主要瓶颈之一.优化读出电路的非线性可以改善焦平面阵列的非均匀性,提高红外系统的成像质量.文章主要对电容跨阻抗放大器(CTIA)型读出电路的非线性进行研究,包括该结构的积分放大器、复位管以及采样保持电路的非线性,并在理论分析的基础上提出了优化单元电路非线性的方法,设计了一个高线性的CTIA型单元电路.具体电路采用0.5μm DPTM CMOS工艺设计,仿真结果表明该单元电路功耗低,动态范围大,线性度高达99.87%.     

2×8低噪声InGaAs/InP APD读出电路设计

对In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管（APD）探测器进行了特性分析。以大阵列研究为基础,结合器件特性设计了一个2×8低噪声读出电路（ROIC）,电路主要由电容反馈互阻放大器（CTIA）和相关双采样（CDS）电路单元构成,并对读出电路的时序、积分电容等进行了设计。电路采用0.6μm CMOS工艺流片,芯片面积为2 mm×2 mm,电荷存储能力为5×107个,功耗小,噪声低,设计达到预期要求。     

采用改进型1.5位/级结构的10位100MHz流水线模数转换器

介绍了一个采用改进型1.5位/级结构的10位100MHz流水线结构模数转换器. 测试结果表明,模数转换器的信噪失真比最高可以达到57dB,在100MHz输入时钟下,输入信号为57MHz的奈奎斯特频率时,信噪失真比仍然可以达到51dB. 模数转换器的差分非线性和积分非线性分别为0.3LSB和1.0LSB. 电路采用0.18μm 混合信号CMOS工艺实现,芯片面积为0.76mm2.     

采用改进型1.5位/级结构的10位100MHz流水线模数转换器

介绍了一个采用改进型1.5位/级结构的10位100MHz流水线结构模数转换器.测试结果表明,模数转换器的信噪失真比最高可以达到57dB,在100MHz输入时钟下,输入信号为57MHz的奈奎斯特频率时,信噪失真比仍然可以达到51dB.模数转换器的差分非线性和积分非线性分别为0.3LSB和1.0LSB.电路采用0.18μm混合信号CMOS工艺实现,芯片面积为0.76mm2.     

CMOS荧光波长检测芯片的设计与仿真

双结深光电二极管包括一深一浅两个光电二极管,深、浅pn结光电二极管的光电流比值I2/I1随入射光波长单调增加.文章基于0.5μm CMOS工艺对双结深光电二极管深、浅结光电流进行了数学建模和Matlab仿真.设计了片上信号处理电路,将双结深光电二极管深、浅结光电流比值转换成电压输出.仿真结果表明,信号处理电路的输出与ln(I2/I1)具有良好的线性关系.单片集成的CMOS波长检测芯片可用于未知荧光的波长检测和特异性分析.     

1.8 V 10 bit 40 MS/s的流水线模数转换器

设计了一个10 bit,40 MS/s流水线模数转换器,适用于无线传感器网络(WSN)嵌入式芯片中.基于对电容失配的非线性影响的分析,提出了每级多比特的结构,使ADC具有很好的线性度.片内集成了参考电压源,大大减少了外围电路的数量.芯片采用SMIC 0.18μm CMOS工艺实现,在40 MS/s采样率下,电路微分非线性(DNL)最大0.42 LSB,积分非线性(INL)最大0.93 LSB,有效精度(ENOB)最高达9 bit.电路使用1.8 V电压供电,核心面积1.5mm2,核心电路功耗73 mW.     

一种用于红外读出电路的低温SAR ADC

本文提出了一种用于低温红外读出系统的连续逼近模数转换器（SAR ADC）电路。为了在很宽的温度范围内保证电路的性能,ADC中采用了一种温度补偿时域比较器结构。该比较器可在从室温到77K的极端工作温度条件下,实现稳定的性能和极低的功耗。该转换器采用标准的 0.35 μm CMOS 工艺制造,在77K的温度下,其最大微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）分别为0.64LSB和0.59LSB。在采样率为200kS/s时可实现9.3bit的有效位数。在3.3V的电源电压下其功耗为0.23mW,占用的芯片面积为0.8*0.3 mm2。     

红外焦平面读出电路片上驱动电路设计

线列红外焦平面读出电路在正常工作时需要提供多路数字脉冲和多路直流偏置电压。本文基于0.5 μm CMOS工艺设计了一款驱动电路芯片,为电容负反馈放大型（CTIA）读出电路（ROIC）提供驱动信号。电路芯片采用带隙基准电路产生低噪声低温漂的直流偏置电压,采用数字逻辑电路生成CLK1,CLK2,RESET等八路数字脉冲。仿真及测试结果表明：驱动电路芯片输出的数字脉冲及偏置电压符合设计值,可驱动CTIA型线列红外焦平面读出电路稳定工作。     

高性能TDI扫描式红外传感器读出电路研究

扫描式红外成像传感器在遥测遥感、卫星成像等远距离成像领域具有广泛的应用。为了缓解信噪比相对较低而影响图像质量的问题,提出了一种时间延时积分(TDI)型读出电路。该读出电路由电容跨阻放大器(CTIA)像素电路阵列、并行TDI电路、多路开关选择电路和输出缓冲器等组成。为实现对宽动态范围光电流的处理,CTIA电路设计有多档可选增益,且非线性度小于0.3%。该读出电路采用0.35 μm CMOS工艺设计与制造,芯片面积约为1.3 mm×20 mm,采用5 V电源时功耗小于60 mW。为了评估1024×3 TDI读出电路的功能,采用了对TDI输入端注入不同电压激励的方式进行测试,测试结果验证了所提出的设计方案。     

用于SOC系统的逐次逼近型ADC设计

设计了一个基于SOC系统的触摸屏逐次逼近型结构的10 bit 2Msps模数转换器(ADC)。高精度比较器和Bootstrap开关应用于设计电路中,提高了芯片速度和降低了功耗。芯片采用SMIC0.18μm 1P6M CMOS工艺流片,版图面积为0.25mm2,2MHz工作时平均功耗为3.1mW。输入频率320kHz时,信噪比(SNR)为56dB,ENOB为9.05bit,无杂散动态范围(SFDR)为66.56dB,微分非线性(DNL)为0.8LSB,积分非线性(INL)为1.4LSB。     

11有效位数，精度可编程且非校正的时间模式逐次逼近模数转换器

设计了一种10或者12位的可编程差分逐次逼近模数转换器,用于桥梁应力监测系统。该模数转换器采用了一种新颖的时域比较器,且提出了几种提高时域比较器精度的技术。该芯片在UMC 0.18um工艺上实现。当模数转换器工作于12位模式100K采样率时,输入47.7kHz正弦波时, 有效位数为11,无杂散动态范围为77.48dB, 最大微分非线性为0.2/-0.74LSB,最大积分非线性为 1.27/-0.97LSB,总功耗为558uW。     

高光谱成像用高帧频CMOS图像传感器北大核心

针对高帧频、全局曝光和光谱平坦等成像应用需求,设计了一款高光谱成像用CMOS图像传感器。其光敏元采用PN型光电二极管,读出电路采用5T像素结构。采用列读出电路以及高速多通道模拟信号并行读出的设计方案来获得低像素固定图像噪声(FPN)和非均匀性抑制。芯片采用ASMC 0.35μm三层金属两层多晶硅标准CMOS工艺流片,为了抑制光电二极管的光谱干涉效应,后续进行了光谱平坦化VAE特殊工艺,并对器件的光电性能进行了测试评估。电路测试结果符合理论设计预期,成像效果良好,像素具备积分可调和全局快门功能,最终实现的像素规模为512×256,像元尺寸为30μm×30μm,最大满阱电子为400 ke^(-),FPN小于0.2%,动态范围为72 dB,帧频为450 f/s,相邻10 nm波段范围内量子效率相差小于10%,可满足高光谱成像系统对CMOS成像器件的要求。     

折叠内插模数转换器分析及实现

应用Matlab/Simulink工具对折叠内插模数转换器进行了建模,研究了具有8bit分辨率、200MHz采样频率的该模数转换器的芯片设计和实现.系统设计时采用Matlab/Simulink进行行为级建模并分别分析了预放大的增益、折叠电路的带宽以及比较器的失调对动态性能的影响.设计实现的模数转换器实测结果表明,积分非线性误差和微分非线性误差分别小于0.77和0.6LSB,在采样频率为200MHz及输入信号频率为4MHz时,信号与噪声及谐波失真比为43.7dB.电路采用标准0.18μm CMOS数字工艺实现,电源电压为3.3V,功耗181mW,芯核面积0.25mm2.     

基于90nm CMOS工艺的2GS/s 8-bit 折叠插值ADC的设计*

本文基于90nm CMOS工艺设计了一个单通道 2GSPS, 8-bit 折叠插值模数转换器。本设计采用折叠级联结构,通过在折叠电路间增加级间采样保持器的方法增加量化时间。电路中采用了数字前台辅助校正技术以提高信号的线性度。后仿结果表明,在奈奎斯特采样频率,该ADC的微分非线性DNL<±0.3LSB,积分非线性INL<±0.25LSB,有效位数达到7.338比特。包括焊盘在内的整体芯片面积为880×880 μm2。电路在1.2V 电源电压下功耗为210mW.     

折叠内插模数转换器分析及实现

应用Matlab/Simulink工具对折叠内插模数转换器进行了建模,研究了具有8bit分辨率、200MHz采样频率的该模数转换器的芯片设计和实现．系统设计时采用Matlab/Simulink进行行为级建模并分别分析了预放大的增益、折叠电路的带宽以及比较器的失调对动态性能的影响．设计实现的模数转换器实测结果表明,积分非线性误差和微分非线性误差分别小于0.77和0.6LSB,在采样频率为200MHz及输入信号频率为4MHz时,信号与噪声及谐波失真比为43.7dB．电路采用标准0.18μｍ CMOS数字工艺实现,电源电压为3.3V,功耗181mW,芯核面积0.25mm2．     

超低功耗逐次逼近寄存器型模数转换器的设计

采用逐次逼近方式设计了一个12 bit的超低功耗模数转换器(ADC).为减小整个ADC的芯片面积、功耗和误差,提高有效位数(ENOB),在整个ADC的设计过程中采用了一种改进的分段电容数模转换器(DAC)阵列结构.重点考虑了同步时序产生电路结构,对以上两个模块的版图设计进行了精细的布局.采用0.18 μm CMOS工艺,该ADC的信噪比(SNR)为72 dB,有效位数(ENOB)为11.7 bit,该ADC的芯片面积只有0.36 mm2,典型的功耗仅为40 μW,微分非线性误差小到0.6 LSB、积分非线性误差只有0.63 LSB.整个ADC性能达到设计要求.     

微光CMOS图像传感器读出电路研究

高性能的信号读出电路是微光CMOS图像传感器的重要组成部分,如何降低读出电路噪声,提高读出电路输出信号的信噪比成为读出电路设计的重点。本文设计了一种高增益低噪声的电容反馈跨阻放大器CTIA（Capacitive Trans impedanceAmplifier）与相关双采样电路CDS （Correlated Double Sampling）相结合的微光探测器读出电路。在CTIA电路中,采用T网络电容实现fF级的积分电容,并通过增益开关控制,来达到对微弱光信号的高增益低噪声读出。采用CSMC公司的0.5μm标准CMOS工艺库对电路进行流片,测试结果表明：在光电流信号为20~300 pA范围内,积分时间为20μs,该电路功能良好,信噪比（SNR）达到10,能应用于微光CMOS图像传感器。     

一种弱光成像用AlGaN APD阵列的读出电路设计

设计了64×64 AlGaN雪崩光电二极管(APD)阵列的读出电路,该读出电路采用了具有稳定探测器偏压能力的电容跨阻抗放大器(CTIA)结构。利用APD的等效电路模型,推导了电荷-电压转换因子(CVF)与积分电容、放大器增益的关系。为增加最大探测光电流、降低响应的非均匀性,利用上述关系得到积分电容为70fF,放大器增益为300。读出电路的地址选择采用移位寄存器来实现,并采用电压缓冲器实现信号的输出。     

基于0.18μm CMOS工艺的 0.23pJ/step 11.05bit 有效位 125MS/s 流水线型模数转换器

本文描述了一款基于0.18μm标准CMOS工艺设计的12位 125-MS/s 的流水线型模数转换器。为了提高采样的线性度,采用了栅压自举开关和底极板采样技术。其微分非线性和积分非线性分别为0.79 LSB和0.86 LSB。在输入频率为10.5MHz时,本模数转换器可以实现11.05bit的有效位,在输入频率接近奈奎斯特频率时,仍可以达到10.5 bit的有效位。本模数转换器工作电压为1.9V,功耗62 mW,面积1.17 mm2,其中包含片内参考电压产生电路。本模数转换器的FOM值为0.23 pJ/step。