基于55 nm CMOS工艺的2.5 Gbit/s高灵敏度跨阻放大器

基于55 nm CMOS工艺,设计了一种工作速率为2.5 Gbit/s的高灵敏度跨阻放大器(TIA)。TIA输入级电路采用三级反相器级联结构。为了提高动态范围,采用了双自动控制增益(AGC)电路来调节反馈电阻阻值。输入级电路后级的三级差分放大器进一步放大电压信号,并运用有源电感峰化技术来提高带宽,最后进行缓冲器输出。为了降低跨阻放大器的噪声,设计了基准带隙电路和电压偏置电路,采用温度补偿技术来保证芯片的温度稳定性。电路仿真结果表明,在误码率BER=1×10-12情况下,TIA的后仿真灵敏度为-30.2 dBm, 跨阻增益为87.5 dBΩ,带宽为1.8 GHz。在3.3 V电压的条件下,功耗为119.4 mW。     

基于电感并联峰化的宽带CMOS跨阻前置放大器

提出了一种基于TSMC0.18μm CMOS工艺的低噪声、低功耗的10Gb/s光通信接收机跨阻前置放大器(TIA)的设计。该TIA电路采用具有低输入阻抗的RGC(regulated cascode)结构作为输入级。同时,采用电感并联峰化和容性退化技术扩展TIA电路的带宽。当光电二极管电容为250fF时,该电路的-3dB带宽为9.2GHz,跨阻增益为57.6dBΩ,平均等效输入噪声电流谱密度约为16.5pA/(Hz)(1/2)(0～10GHz),电路的群时延为±20ps。在1.8V单电源供电时,功耗为26mV。     

一种应用于CMUT的高增益低噪声跨阻放大器

设计了一种应用于微电容超声换能器(CMUT)的高增益、低噪声跨阻放大器。采用调节型共源共栅结构作为跨阻放大器的输入级,实现了低输入阻抗、宽频带,有效隔离了CMUT的静态电容和输入寄生电容对带宽的影响。输出级采用两级反相放大器,实现了高增益,提高了带负载能力。基于GF 0.18 μm CMOS工艺,电路采用Cadence Spectre软件进行仿真。结果表明,低频跨阻增益为115.5 dB·Ω,单位增益频率为1.65 GHz,-3 dB带宽为10 MHz,等效输入电流噪声为1.1 pA·Hz-1/2@1 MHz,能满足CMUT工作频率200 kHz~2 MHz的带宽要求和微弱电流信号的检测要求。该电路采用正负3.3 V供电,功耗为98 mW,芯片尺寸为145 μm×115 μm。     

一种用于生物信号采集的CMOS全差分前置跨阻放大器设计

针对生物信号微弱、变化范围大等特点设计了一种用于检测微弱电流的全差分跨阻放大器(TIA)电路结构。不同于传统电路的单端输入,该结构采用高增益的全差分两级放大器实现小信号输入及轨到轨输出。基于CSMC 0.18μm CMOS工艺,采用1.8V电源电压对设计的电路进行了仿真,仿真结果表明:TIA输入电流动态范围为100nA^10μA,最大跨阻增益达到104.38dBΩ,-3dB带宽为4MHz,等效输入噪声电流为1.26pA/Hz。对电路进行跨阻动态特性仿真表明,在输入电流为100nA时,输出电压的动态摆幅达到3.24mV,功耗仅为250μW,总谐波失真(THD)为-49.93dB。所设计的高增益、低功耗、宽输入动态范围TIA适用于生物医疗中极微小生物信号的采集,可作为模块电路集成在便携设备中。     

一种用于1.25Gbps光接收机的跨阻放大器设计

给出了一种用于1.25 Gbps光接收机的跨阻放大器(TIA,Transfer Impedance Amplifier)设计。该TIA采用电阻并联反馈形式。为保证TIA在PVT (Process, Voltage, Temperature)变化范围较大时较一致的带宽和增益,设计了自适应带宽控制电路来稳定带宽。为满足较宽的动态范围,通过自动增益控制电路(AGC)控制增益。该TIA采用0.18μm CMOS工艺进行设计,实测结果表明,在输入端光电二极管电容CPD为0.7 pF时,TIA的增益为12.0 kΩ,带宽达0.96 GHz,总噪声电流为104 nA,满足1.25 Gbps光接收机的指标要求。     

基于SiGe BiCMOS工艺的25Gbit/s跨阻放大器设计

采用0.25 μm SiGe双极CMOS (BiCMOS)工艺设计并实现了一种传输速率为25 Gbit/s的高速跨阻前置放大器(TIA).在寄生电容为65fF的情况下,电路分为主放大器模块、两级差分模块和输出缓冲模块.相比传统的跨阻放大器,TIA采用Dummy形式实现了一种伪差分的输入,减小了共模噪声,提高了电路的稳定性;在差分级加入了电容简并技术,有效地提高了跨阻放大器的带宽;在各级之间引入了射极跟随器,减小了前后级之间的影响,改善了电路的频域特性.电路整体采用了差分结构,抑制了电源噪声和衬底噪声.仿真结果表明跨阻放大器的增益为63.6 dBQ,带宽可达20.4 GHz,灵敏度为-18.2 dBm,最大输出电压为260 mV,功耗为82 mW.     

一种带有自适应增益控制的激光雷达模拟前端

为了处理宽动态范围的激光脉冲回波信号,设计了一种带有自适应增益控制技术的模拟前端。通过分段调节跨阻放大器的跨阻增益,实现了在1 μA~1 mA范围内输入电流与输出电压近似线性的关系。提出了自触发使能方法,可以在没有外部清零信号的情况下连续接收回波信号。提出了一种新型差分移位时刻鉴别电路,能有效减小行走误差。电路采用0.11 μm CMOS工艺设计,后仿真结果表明,-3 dB带宽为530 MHz,最大跨阻增益为103 dBΩ,等效输入噪声电流谱密度为6.47 pA·Hz-1/2@350 MHz,输入动态范围为60 dB,功耗小于100 mW。该模拟前端电路设计适用于飞行时间脉冲激光雷达。     

80 Gbit/s PAM4光接收机低噪声模拟前端电路设计

采用UMC 28 nm CMOS工艺,设计了一款应用于光接收机、工作在80 Gbit/s PAM4的低噪声模拟前端电路(AFE)。对噪声和带宽进行折中设计,采用了跨阻放大器(TIA)级联连续时间线性均衡器(CTLE)技术和输入电感峰化技术。为了更好地控制低频增益,进一步拓展带宽,采用了跨导跨阻(gm-TIA)结构的VGA。在输入电容100 fF和供电电压1.2 V下,实现的跨阻增益为48.5 dBΩ,带宽为36.1 GHz,平均等效输入噪声电流为22.6 pA/Hz,功耗为14.5 mW。     

一种低噪声大动态范围跨阻放大器的设计

基于CMOS反相器结构跨阻放大器,提出了一种低噪声大动态范围跨阻放大器电路结构。对电路进行跨阻分析和噪声分析,从而指导电路设计。采用XFAB 0.6μm CMOS工艺提供的PDK,在Cadence SpectreS环境下进行电路设计、版图设计、仿真验证等。测试结果表明,该电路静态功耗为112 mW,最大跨阻增益为91.2 kΩ,带宽为146.7 MHz（-端）及168.4 MHz（＋端）,波形失真小。该电路已经运用到光接收机中,性能良好。     

跨阻放大器的带宽扩展技术

提出了一种针对CMOS跨阻放大器的带宽扩展技术.基于此技术,采用应用于0.18μm 1.8V CMOS工艺,设计了一个RGC结构的跨阻放大器.仿真结果表明,该放大器具有66dB的跨阻增益,4.49GHz的带宽,输入等效噪声电流平均值为11.5pA/(Hz)～(1/2),该电路的功耗仅为15.4mW.