针对雪崩光电二极管(Si-APD)所加偏压需要随环境温度作调整, 且偏压电路所需的低纹波低噪声等因素, 构建了以Royer振荡器和微控制器为核心的偏压电路。该Si-APD偏压电路以BL8032型同步降压控制器作为Royer振荡器的输入电源, 以MS5221M型DAC作为该输入电源的调整单元, 以AD8606型集成运放和AD7980型ADC作为Royer振荡器输出电压采样单元, 以STM32F103TBU6型微控制器作为计算与时序控制单元。本偏压电路不仅具有温度自适应性, 而且具有低纹波、低噪声、低功耗和电气安全隔离的特点, 能在9~36 VDC宽输入电压范围和-40~70 ℃环境下良好工作。

基于0.18 μm CMOS工艺，设计并制作了一种偏置电路噪声消除的VCO。通过在偏置电路与VCO的尾电流源之间插入选通电路，可以实现对偏置电路的噪声电压的低通滤波。分析表明，该低通滤波器的拐点频率与选通电路的导通电阻、关断电阻以及开关时钟占空比相关。电路测试表明，加入选通电路之后，VCO的近端相噪下降约20 dB，大大降低了偏置电路的相噪贡献。

在0.35 μm标准CMOS工艺下实现了一款采用低阈值技术的高速流水线模数转换器。该转换器包括采样保持电路、流水线ADC核、时钟电路和基准电路。相比于传统电路, 该模数转换器中采样保持电路的放大器采用了低阈值设计技术。其优势在于, 在特定工艺下, 通过低阈值器件补偿放大器可实现高增益带宽, 提高了模数转换器的速度。同时, 设计了一种全新的保护电路, 可有效保证电路的正常工作。采用一种独特的偏置电路设计技术, 不仅能够优化跨导放大器的增益和带宽, 还可以调节MOS器件工作状态。转换器采用4 bit+8×15 bit+3 bit的十级流水线架构, 实现了14位精度的模数转换功能。在5 V电源100 MHz时钟下, 仿真结果表明, SINAD为74.76 dB, SFDR为87.63 dBc, 面积为5 mm×5 mm。

针对雪崩光电二极管(APD)应用多样化的需求, 提出多模式控制的APD偏压电路模块设计方案。基于APD工作原理, 分析了APD增益系数、反向偏置电压、工作温度三者之间的关系, 设计了具有多模式工作的APD偏压模块硬件电路, 开展了详细的单片机软件功能设计。结合雪崩光电二极管进行了实验验证, 结果表明在-40~+60℃温度范围内, 该偏压电路模块具有温度补偿及多模式切换功能, 输出电压偏差小于0.5V, 纹波小于100mV, 可实现APD多模式工作, 满足工程化应用需要。

基于硅基半导体器件的功放模块, 由于器件本身物理结构特性引起的功放开关时间以及开关时上升沿、下降沿斜率的控制不当, 导致调制邻道功率(Modulation of Adjacent Channel Power, ACP)以及瞬态切换邻道功率(Adjacent channel transient power, ACTP)较差, 从而引起邻道干扰。针对硅基半导体器件功放模块在数字对讲机中的应用, 创造性地提出了一种新的方法, 对功放栅极偏置电路优化, 从理论上分析和推导出功放开关时间以及开关时上升沿、下降沿斜率对ACP以及ACTP的影响, 并在实际应用中通过适当调节对讲机功放模块栅极偏置电路电容以及串联电阻, 实现了功放开关的上升沿以及下降沿斜率调节。实验结果表明: 该方法在不影响功放输出功率以及效率的前提下, 当信道间隔为12.5 kHz时, ACP<-60 dBc,ACTP<-50 dBc, 有效改善了ACP、ACTP的性能, 具有一定的实际意义和应用价值。

大规模、高集成度的红外焦平面器件是实现高空间分辨率红外成像的核心。针对高集成度的红外焦平面技术发展, 文中设计了一款15 μm中心距640×512的红外焦平面读出电路。为提升器件信噪比和积分时间, 提出了一种2×2四个像元分时复用积分电容共享技术方案, 单元采用直接注入(DI)结构作为输入级, 使得读出电路最大电荷容量可达20 Me-/像元。电路有两档电荷容量可选, 可满足不同光电流信号的读出要求。为了减小噪声的注入及提高缓冲器偏置电流的精度, 为信号传输链路设计了相应的偏置电路。电路仿真结果表明, 电路帧频108 Hz, 功耗低于110 mW, 线性度可高达99.99％。电路采用了CSMC 0.18 μm 1P4M 3.3 V工艺加工流片, 常温测试结果显示电路工作电流正常, 偏置开关可控, 功能正常。