一种D类功放中0.5 μm CMOS轨到轨比较器设计

文章设计了一种D类功放中的轨到轨比较器电路。相比于传统的比较器电路,该设计解决了共模信号输入范围大时性能不稳定的问题。仿真表明该比较器电路在-40～125℃和各种工艺角条件下,共模输入电压范围最大可以达到0～5.5V。在125℃高温和5.5V高压条件下,平均工作电流约为0.5mA,性能指标接近并部分超过一些商用芯片。该芯片已经通过0.5μm CMOS工艺流片验证,测试效果良好。     

一种恒跨导CMOS运算放大器的设计

设计了一种宽带轨对轨运算放大器,此运算放大器在3.3 V单电源下供电,采用电流镜和尾电流开关控制来实现输入级总跨导的恒定。为了能够处理宽的电平范围和得到足够的放大倍数,采用用折叠式共源共栅结构作为前级放大。输出级采用AB类控制的轨对轨输出。频率补偿采用了级联密勒补偿的方法。基于TSMC 2.5μm CMOS工艺,电路采用HSpice仿真,该运放可达到轨对轨的输入/输出电压范围。     

一款基于电荷泵高压内电源的恒定跨导轨到轨运算放大器

设计了一款基于电荷泵高压内电源的恒定跨导轨到轨运算放大器.输入级采用PMOS差分对结构,通过电荷泵产生高于电源电压的输入级内电源,使运放在轨到轨输入范围能正常工作并保持输入跨导恒定.电荷泵电路所需的时钟信号通过内部振荡器电路产生,再通过电压自举电路和时序电路产生所需电平的非交叠开关控制信号,最后利用时间交织结构输出连续稳定的高压内电源.在电荷泵实现中还采用了辅助开关结合跟随运放的结构降低了主开关在切换时的毛刺.该运放在折叠式共源共栅结构中使用增益自举结构提高了总体增益,输出级采用class AB类输出结构实现轨到轨输出.该运算放大器基于0.5μm CMOS工艺完成电路与版图设计,仿真结果表明,在5 V电源电压下,直流增益为150.76 dB,单位增益带宽为53.407 MHz,相位裕度为96.1°,输入级跨导在轨到轨输入共模范围内的变化率为0.001 25%.     

一种轨到轨高速CMOS滞回比较器

本文介绍了一种预放大-锁存CMOS滞回比较器,在输入级采用轨到轨结构,使用一种新颖的电流求和电路,大大降低了输入级传输时延.器件采用sMIC0.18μm标准CMOS工艺库,在Cadence Spectre环境下仿真,结果表明:此较器的工作频率达到250MHz以上,静态工作电流为257μA,上升时延为1.94ns,下降时延为1.81ns,低频增益为89dB.     

一种用于峰值电流模式的锁存比较器设计

设计了一种宽输入共模范围的比较器,用以处理高端电流检测中大共模信号的问题。通过采用预放大器和锁存器结构,优化了传输延时,提高了电路的分辨率及工作速度。基于0.5μm工艺,采用Cadence软件对电路进行仿真。结果表明,该电路可以处理轨到轨的共模输入电平,其最大可处理共模输入电平可跟随输入电压变化。当开关电源频率为1 MHz时,比较器电路的分辨率达到0.1 mV。     

一种集成轨到轨比较器电路设计

传统比较器在其输入电压过高或过低时,输入MOS对管将进入截止区,从而使电路无法正常工作。本设计采用轨到轨放大器技术,使比较器在输入电压满摆幅时都能正常工作,增加了输入电压的范围。本文基于0.18μm COMS工艺完成电路的设计,并使用Spectre进行电路仿真。结果表明,在电源电压为1.8V时,电路静态功耗为360μW,电压比较精度为80μV,时延为13.2ns。     

一种改进输入级结构的轨至轨运算放大器设计

基于0.18μm CMOS标准工艺设计了一种改进输入级结构的轨至轨运算放大器电路。该电路由输入级电路、共源共栅放大电路、共源输出电路及偏置电路组成。通过引入正反馈的MOS耦合对管将输入级电路改进为预放大电路,然后对其进行了详细分析,利用Cadence软件对电路进行仿真。仿真结果表明本文结构的低频直流开环增益可以达到80 dB,比相同参数下的普通结构高20 dB左右。相位裕度达到73o,共模输入电压范围满足全幅摆动,共模抑制比低频时可以达到107 dB。     

低功耗恒定跨导轨对轨运算放大器设计技术研究

为了解决轨对轨运算放大器输入级跨导随共模输入电压变化的影响,采用实时共模电压监测技术,动态跟踪轨对轨运放输入级的跨导变化,通过对偏置电流的高精度定量补偿,从而实现了对输入级跨导的恒定性控制。基于0.18μm CMOS工艺进行了具体电路的设计实现,结果表明:在电源电压3.3 V、负载电阻100Ω、负载电容1 nF的条件下,运放增益为148 dB、相位裕度为61°、功耗为39.6μW,共模输入范围高达0~3.3 V,输入级跨导变化率仅为2.1%。     

基于单一PMOS差分对的轨到轨输入运算放大器设计

基于国内某CMOS工艺设计了一种单一PMOS差分对的轨到轨输入、恒跨导CMOS运算放大器。输入级电路采用折叠共源共栅结构,通过体效应动态调节输入管的阈值电压扩展共模输入范围到正负电源轨,恒定共模输入范围内的跨导,自级联电流镜有源负载将差分输入转换为单端输出;输出级电路采用AB类结构实现轨到轨输出,线性跨导环确定输出管的静态偏置电流。在5 V电源电压,2.5 V共模电压,1 MΩ负载条件下,经Spectre仿真验证,该运算放大器开环增益为119 dB,相位裕度为58°,共模输入范围为0.0027～4.995 V,共模范围内跨导变化小于3%,实现了轨到轨输入共模范围内的跨导恒定。     

轨到轨电压比较器的设计

比较器在模数转换及其他模拟功能模块中都是非常重要的器件,其速度和精度直接影响模块的功能.采用SMIC 0.18 CMOS混合信号工艺,设计了一种轨到轨电压比较器,电路结构主要包括前置放大器、锁存器和输出缓冲电路,此外,采用一种β倍增的自偏置基准电路提供偏置电流.结果表明,在3.3V的供电电压下,提供共模范围为300 mV～3.3 V的信号,可分辨输入信号的最小频率为200 MHz,单级运放相位裕度大于60°,输出信号占空比为40％～60％,比较阈值约为10 mV,输入输出延时小于5 ns,功耗小于18 mW,版图面积小于200 μm× 150 μm.该比较器的失真较小,在整个输入信号范围内有较高的共模抑制比,较大限度地提高了电路的性能.     

Differential current conveyor based current comparator

A New differential current conveyor based current comparator is presented in this paper. Differential current conveyor II (DCCII) is designed, modified, and exploited as a comparator with reduced propagation delay and power consumption. New DCCII decreases propagation delay and increases comparator accuracy considerably. Simulation results using Hspice and 0.18 μm CMOS technology with 1.8V supply voltage confirms a less than 0.63 ns propagation delay at ±1 μA input current. Average power dissipation in ±1 μA input current has a value of 300 μW.     

一种启动电流为0的CMOS低功耗低成本电流源

根据传统电流源结构,设计了一种启动电流为0的CMOS低功耗电流源。电流源的启动电路仅采用一个耗尽型MOS管,电路正常工作后启动电路会自动关断。仿真结果显示电路正常工作后启动部分消耗的电流基本降为0,整个电路功耗24．9μW。这种结构降低了整个电路的功耗,大大节省了芯片面积。电路基于TSMC0．18μm CMOS工艺,电源电压1．8V,仿真软件为Hspice。     

Circuit Design of a High Speed and Low Power CMOS Continuous-time Current Comparator

Current comparator is a fundamental component of current-mode analog integrated circuits. A novel high-performance continuous-time CMOS current comparator is proposed in this paper, which comprises one CMOS complementary amplifier, two resistive-load amplifiers and two CMOS inverters. A MOS resistor is used as the CMOS complementary amplifier's negative feedback. Because the voltage swings of the CMOS complementary amplifier are reduced by low input and output resistances, the delay time of the current comparator is shortened. Its power consumption can be reduced rapidly with the increase of input current. Simulation results based on 1.2 m CMOS process model show the speed of the novel current comparator is comparable with those of the existing fastest CMOS current comparators, and its power consumption is the lowest, so it has the smallest power-delay product. Furthermore, the new current comparator occupies small area and is process-robust, so it is very suitable to high-speed and low-power applications.     

微电容超声换能器的前端专用集成电路设计

针对微电容超声换能器(CMUT)微弱电流信号检测的要求,设计了一种用于CMUT的前端专用集成电路——运算放大器(OPA)电路。运算放大器电路采用两级放大结构,第一级采用全差分折叠-共源共栅结构,输出级采用AB类控制的轨到轨输出级,在运算放大器电路反相输入端和输出端通过一个反馈电阻实现CMUT电流信号到电压信号的转换。采用GlobalFoundries 0.18μm的标准CMOS工艺进行了仿真设计和流片,芯片尺寸为226μm×75μm。仿真结果表明,运算放大器的开环增益为62 dB,单位增益带宽为30 MHz,在3 MHz处的输入参考噪声电压为2.9μV/Hz^1/2,电路采用±3.3 V供电,静态功耗为11 mW。测试结果表明仿真与实测结果相符,该运算放大器电路能够实现CMUT微弱电流信号检测功能。     

一种用于TDC的低功耗多相时钟生成电路北大核心

在无人机3D地形测绘中，作为核心模块的时间数字转换器(TDC)需要具有远距离测量能力和高测量分辨率。基于对测距系统的长续航、公里级测距能力和厘米级测量精度的综合考量，文章设计了一种用于TDC的低功耗多相位时钟生成电路。采用了伪差分环形压控振荡器，通过优化交叉耦合结构，在保证低功耗的前提下，提升了信号边缘的斜率，增强了时钟的抖动性能和对电源噪声的抑制能力。在电荷泵设计中，通过对环路带宽的考量选取了极低的偏置电流，在进一步降低功耗的同时缩小了环路滤波器的面积。基于SMIC 180 nm CMOS工艺完成了对多相时钟生成电路的设计。仿真结果表明，在400 MHz的输出频率下，环路带宽稳定在1 MHz。该电路在不同工艺角下均能达到较快的锁定速度，相位噪声为-88 dBc@1 MHz,功耗为1 mW,均方根抖动为27 ps,满足厘米级测距的精度需求。     

Low power dynamic circuit for power efficient bit lines

In this paper, a low power dynamic circuit is presented to reduce the power consumption of bit lines in multi-port memories. Using the proposed circuit, the voltage swing of the pull-down network is lowered to reduce the power consumption of wide fan-in gates employed in memory’s bit lines. Wide fan-in OR gates are designed and simulated using the proposed dynamic circuit in 90 nm CMOS technology. Simulation results show at least 40% reduction of power consumption and 1.2X noise immunity improvement compared to the conventional dynamic circuits at the same delay. Exploiting the proposed dynamic circuit, wide fan-in multiplexers are also designed. The multiplexers are simulated using a 90 nm CMOS model in all process corners. The results show 41% power reduction and 27% speed improvement for the proposed 128-input multiplexer in comparison with the conventional multiplexer at the same noise immunity.     

一种新型低电压极限电流检测电路

为磁滞电流控制的DC-DC开关稳压器设计了一种新型的极限电流检测器。该电路不借助于专门的电流检测电路,只使用一个检测MOSFET和一个电压比较器来实现极限电流检测,减小了电路的复杂度。针对电流检测器的要求,设计了一种低电源电压、高共模电压的比较器。使用TSMC 0.18μm CMOS混合信号工艺,对电路进行设计。结果表明,电路具有很好的容差特性,并且电路可工作在1.2 V的低电源电压下。     

A 0.5 V offset cancelled latch comparator in standard 0.18 μm CMOS process

This paper presents a new 0.5 V high-speed dynamic latch comparator with built-in foreground offset cancellation capability and rail-to-rail input range. Traditional latch comparators lose their speed performance in low voltage condition, especially in sub-1V applications. The proposed latch comparator utilizes a speed-up technique based on a novel boosting method to mitigate the low voltage imperfections on circuit operation. Employing a new offset cancellation technique based on the same boosting capacitors is another key idea. This enhances the accuracy of the ultra low-voltage latch comparators and relaxes the need for preamplifier stage, which is conventionally used in the low offset latch comparator. The performed Monte Carlo simulations over corners in 0.18 μm standard CMOS process show the improvement of input referred offset voltage with a standard deviation of 29.9 mV/299 μV before and after offset cancellation, respectively. The designed comparator dissipates 34 μW power from 0.5 V voltage supply while operating in 200 MHz clock frequency and detects 1 mV input difference.     

红外焦平面读出电路集成数字输出

为了实现红外焦平面数字化输出,设计了一种集成片上模数转换的焦平面读出电路,包括一个512512的读出电路单元阵列和列共享的逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)。单元读出电路采用了直接注入(DI)结构作为输入级,输出的信号通过多路传输送到模数转换器。设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是由前置放大器、锁存器、自偏置差分放大器和输出驱动器组成的高速比较器,数模转换器(DAC)采用的是三段式的电荷按比例缩放和电压按比例缩放相结合的结构。在Cadence和Synopsys设计平台下对模拟和数字部分电路分别进行设计、仿真与版图设计。电路工艺采用GLOBALFOUNDRIES公司0.35 m CMOS 3.3 V工艺加工流片。测试结果显示SAR ADC有效位数为8.2位,转换频率超过150 k Samples/s,功耗低于300 W,满足焦平面100帧频以及低功耗的需求。