低噪声、低功耗微电容读出ASIC设计

针对差分电容式微电子机械系统(MEMS)加速度计,设计了一种低噪声、低功耗微电容读出专用集成电路(ASIC)。电路采用开关电容结构,使用相关双采样(CDS)技术降低电容-电压(C-V)转化电路的低频噪声和偏移电压。通过优化MEMS表头噪声匹配、互补金属氧化物半导体(CMOS)开关和低噪声运算放大器来降低频带内的混叠热噪声。采用电源开关模块和门控时钟技术来降低电路功耗,同时集成自检测电路和温度传感器。采用混合CMOS工艺进行流片加工,测试结果表明,优化后ASIC的电容分辨率为槡1.203 aF/Hz,系统分辨率为0.168 mg(量程2 g),芯片功耗约为2 mW。同时,该ASIC还具有很好的上电特性和稳定性。     

MEMS陀螺仪驱动接口ASIC设计

基于0.18 μm CMOS工艺,设计了一种用于MEMS陀螺仪驱动闭环的专用集成电路,实现了MEMS陀螺仪的高精度、集成式和数字化驱动。陀螺仪采用静电力驱动,基于自激振荡原理,结合自动增益控制方法,实现了恒幅恒频振动。设计了电容/电压转换器、3阶带通Σ-Δ ADC等模拟前端电路。芯片测试结果表明,陀螺仪成功起振,谐振频率为3.7 kHz,启动时间≤0.3 s,驱动检测信号的信噪比达到115 dB,驱动振幅1 h稳定性为1.5×10-4,整个芯片的功耗小于20 mW,电路性能良好。     

数字调制谐振式光纤陀螺闭环检测方案的研究

谐振式光纤陀螺是采用环形谐振腔来增强萨格纳克（Sagnac）效应的，其数字闭环检测方案具有动态范围大，灵敏度高的特点。对于双频率数字调制的谐振式光纤陀螺，该文提出了两种基于数字信号处理芯片（DSP）实现的闭环检测方案，并利用Matlab软件对两种检测方案进行了全面的比较。     

低压光电式烟雾探测器ASIC设计

基于0.25 μm 5 V/12 V 1P3M高压BCD (BJT/CMOS/DMOS)工艺设计实现了一款独立式低压光电式烟雾探测器专用集成电路(ASIC).分析了系统原理,重点设计了烟雾探测和DC-DC升压电路.其中,烟雾探测电路通过对光电流信号依次进行积分、6 bit ADC量化以及与限制值比较等处理来判断是否有烟雾,电路内部嵌入了多次可擦写(MTP)存储单元用于限制值的数字编程,提高了探测精度和终端产品的生产效率.DC-DC升压电路可将1.8～5.5V的输入电压转换为3.3～12 V的输出电压,用于驱动蜂鸣器和LED等负载.测试结果显示,芯片的功能和性能指标达到设计要求,待机静态电流仅约0.6 μA,对低至0.9 nA的输入光电流信号可进行有效探测.     

微机械陀螺的闭环驱动电路的设计与实现

以北京微电子技术研究所自主研发的803微机械陀螺为研究对象,对陀螺的闭环驱动电路进行了分析和设计。闭环驱动电路实现方式主要有自激和锁相环驱动两种方式,对关键的C-V转换电路和AGC电路进行了设计实现。为以后微机械陀螺的驱动电路的研究设计提供依据。     

MEMS陀螺器件与驱动电路的相位关系研究

为了指导高性能MEMS陀螺的驱动电路设计,针对MEMS陀螺器件与外围驱动电路之间存在的"激励电压、静电力、质量块位移、检测电容变化、检测电流、检测电压"五次信号转换进行了详细研究,获得了确切的相位关系,建立传输函数模型。最终根据推得的总体相位关系,设计并实现了一款基于锁相技术的闭环驱动电路。测试结果表明,MEMS陀螺系统能在3s内可靠起振且无振铃,稳定振荡频率为10.33 kHz,稳定振荡幅度为2.05 V。该测试结果验证了此相位关系研究的必要性与正确性,此研究同样适用于其他静电驱动、电容检测式MEMS传感器。     

一种单轴MEMS陀螺仪信号处理电路设计

以MEMS陀螺仪传感器为基础,设计了一种闭环驱动开环检测的单轴MEMS陀螺仪信号处理电路。采用时域分析方法,对MEMS陀螺仪闭环驱动环路进行了稳定性分析,并提出了一种对等效电容共模部分不敏感的CV转换结构。结果显示,线性度〈±0.5%、功耗〈150 mW、ADC分辨率〉11 bit。     

石英MEMS陀螺的结构特性分析

介绍了石英微机电系统(MEMS)陀螺的工作原理及敏感芯片的音叉结构特点,采用有限元法分析了敏感芯片的结构特性,并对结构进行优化。利用石英晶体的压电效应,设计了合理的电极布局,并结合敏感芯片结构特点介绍了其微机械加工工艺。通过结构优化和合理的电极布局,提高了石英MEMS陀螺的性能。     

半球谐振陀螺静电驱动建模与分析

该文构建了半球谐振陀螺(HRG)谐振子的静电驱动模型,对半球谐振子的1/2倍、1倍、2倍和更高阶频率电压信号的静电驱动力进行了理论推导分析。结果表明,该文得到的半球谐振子仅对其1/2倍、1倍及2倍谐振频率敏感,对其他频率信号不敏感。并推导出施加不同方式驱动电压信号力的大小,为半球谐振陀螺的驱动和闭环电路设计提供了依据。     

一种新的硅MEMS陀螺仪四相位闭环集成驱动电路

微机械陀螺的闭环驱动电路中通常采用两相位同频信号维持驱动环路谐振,但系统引入误差较大。提出了一种新的硅微机械陀螺四相位驱动系统,将四相位半频驱动电压加载到具有四组驱动电极的结构上,使系统维持在谐振频率上。采用该驱动电路,耦合到输出端的干扰信号为谐振频率的一半,只需采用适当的高通滤波器即可消除干扰信号对输出的污染,同时提高了系统的信噪比。采用0.5 μm CMOS工艺进行设计,版图尺寸约为2.8 mm×2.8 mm,测试结果表明该四相位驱动电路能很好地满足陀螺系统驱动模态维持谐振的要求。     

HDTV接收芯片中基于IP的均衡器的设计

提出了一种缩短设计周期，减小设计规模的HDTV接收芯片中均衡器的设计法，这种方法受到SoC中IP技术的启发，现已应用到芯片设计中。     

混合式教学在ASIC实验课程中的研究与应用

随着在线教育平台的迅速发展,集成电路设计类专业实验课程的教学方式已不再满足当下教育的需求。本文将传统课堂教学与网络教学有机融合,并汲取翻转课堂教学的优势,构建了“课堂教学—课外实验、自由讨论—课堂小组讨论”的混合式教学模式。实施效果表明该教学模式能有效提高学生的学习自主性和对知识的掌握程度,为培养集成电路行业人才,弥补国家集成电路行业的人才缺口奠定了基础。     

基于FPGA的ASIC芯片抗辐射性能评估系统

针对航天电子控制系统对集成电路的抗辐射需求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的全新架构的专用集成电路(ASIC)抗辐射性能评估系统。该系统基于FPGA高性能、高速度、高灵活性和大容量的特性,不仅具备传统芯片评估系统的能力,还具备精确判定失效事件发生时刻、被测ASIC时序、内部状态及大致的内部路径位置的能力。对该系统进行单粒子翻转(SEU)辐射试验,试验结果表明,在81.4 MeV·cm²·mg^-1的线性能量转移阈值下,该系统能自动判别没有发生SEU事件。目前,该系统已成功应用于自研高可靠性ASIC芯片抗辐射性能的评估。     

小型化MEMS陀螺仪标定平台的设计

基于角速率转台体积大、结构复杂、标定范围小、移动性差等现状,设计了一种标定范围广的小型化MEMS陀螺仪标定设备,在此基础上提出了一种角速度积分标定方法,通过将陀螺仪电压信号积分值与实际转动角度进行线性拟合,从而求得陀螺的标度因数。实验表明,该系统标定原理简单可靠,并且标定精度取决于角位置精度和角位移量,降低了对角速度精度的要求,从而大大减小了设备体积和设计难度。     

NPS-1数字神经元芯片的实现与应用

本文设计了数字神经元芯片NPS-1，其结构简洁，易于级联，用FPGA实现样片，集成度约一万门电路以阿拉伯数字识别和双向存储器为例，测试结果表明，该芯片设计、实现正确，同时结构简洁，适于实时处理的嵌入式神经网络应用系统     

基于ASIC实现的高速可扩展并行IP路由查找算法

本文提出的IP路由查找算法基于ASIC实现,用多个Hash函数对不同长度的前缀进行映射并保存在不同的组相联存储器中,运用组相联存储器的特性很好地解决了Hash碰撞,并极大地减少了空间耗费.查找时并行查找所有存储器以进行最长前缀匹配,可在一次访存时间内完成查表,而路由更新平均只需数次访存.该算法在使用10ns的存储器件时已可满足OC-768接口的线速转发要求,而且具有良好的可扩展性和并行性,可满足更大容量的路由表和更高速度网络单元的线速转发要求.