1 桂林电子科技大学 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学 广西高校微电子器件与集成电路重点实验室, 广西 桂林 541004
3 江西洪都航空工业集团有限责任公司, 南昌 330001
为了满足低电压条件下高速高精度采样需求, 设计了一种电压-时域两级混合结构流水线模数转换器(ADC)。该流水线ADC的第一级逐次逼近型(SAR) ADC将电压转换为8 bit数字, 残差电压变换为时域延时信息后, 第二级4.5 bit时间数字转换器(TDC)将延时转换, 最终校准输出, 实现12 bit精度转换。通过采用多电压供电、改进残差电压转移和放大器结构, 以及优化时间判决器, 提升了ADC的动态性能和采样速度, 降低了采样功耗。该ADC基于40 nm CMOS工艺设计和仿真。采样率为200 MS/s时, 功耗为9.5 mW, 动态指标SNDR、SFDR分别达到68.4 dB、83.6 dB, 优值为22 pJ·conv-1·step-1, 能够满足低功耗高速采样的应用需求。
混合架构 高速ADC 电压-时域转换 时间数字转换器 hybrid architecture high speed ADC voltage-time domain conversion TDC
1 桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学 广西高校微电子器件与集成电路重点实验室, 广西 桂林 541004
针对传统TEG能量收集系统输入电压单一化与可用功率范围较窄的问题, 提出了一种适用于极性反转热电能量收集的升降压DC-DC转换器。采用双极性输入升降压拓扑结构, 能够自适应收集双极性输入热电能量, 并增加储能升降压回路, 有效拓宽了重载下可用功率范围, 保证输出电压稳定性, 并在轻负载时收集多余能量, 显著提高轻载转换效率, 保证系统续航能力。最大功率追踪方法采用结构简单、追踪效率较高的开路电压法。180 nm CMOS工艺仿真验证表明, 所提出的能量收集系统轻重负载条件下转换效率均高于85％, 最高转换效率为9326%(VTEG=500 mV, RS=210 Ω), 最大功率追踪效率达到9952％(VTEG=-600 mV), 电路最低工作输入电压为±25 mV, 且重负载下18 V输出电压纹波小于30 mV。
双极性输入 升降压 最大功率追踪 能量收集 bipolar input buck-boost maximum power tracking energy harvesting
1 桂林电子科技大学 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室, 广西 桂林 541004
2 国电南瑞科技股份有限公司, 南京 211106
针对环境能量收集系统输出电压纹波高以及效率随负载变化等缺点, 提出了一种在宽负载范围内转换效率高且输出电压纹波低的能量收集系统。该系统基于最优化导通时间(OOT)控制方法对输出纹波进行调控, 解决了传统控制方法在小负载电容和轻载情况下纹波较大的问题; 此外, 基于自适应系统时钟频率(ACF)控制方法改善了传统方法在轻载时效率大幅度下降的问题, 实现系统在较宽负载范围内保持较高的效率。采用180 nm CMOS工艺对能量收集系统进行设计验证。仿真结果显示, 所设计的能量收集系统在1 mA负载电流范围内峰值效率为8975%, 最低效率为8375%, 其最低效率比同类系统提高了7个百分点以上; 在02 μF负载电容下纹波从17796 mV下降到2356 mV。
能量收集 宽负载范围 低纹波 高效率 energy harvesting wide load range low ripple high efficiency
1 桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学 广西高校微电子器件与集成电路重点实验室, 广西 桂林 541004
针对传统的二阶噪声整形逐次逼近模数转换器(SAR ADC)功耗较大和整形能力不强的问题, 提出了一种级联积分器前馈(CIFF)和误差反馈(EF)混合误差控制结构的三阶NS-SAR ADC, 并在系统中增加了一个与电容数模转换器(CDAC)串联连接的反馈电容, 使得滤波电容不与CDAC直接相连, 因而可以利用该反馈电容调节衰减因子, 确保了输入信号不被衰减和反馈信号较小衰减。这种EF-CIFF结构提供了更强的噪声整形能力和高阶噪声传递函数的鲁棒性, 且只需要低功耗的小增益动态放大器即可实现EF和CIFF两条路径的余差放大。提出的NS-SAR ADC基于180 nm CMOS工艺设计。在18 V电源电压下, 工作在160 kS/s采样率时, 功耗仅113 μW, 在过采样率为8时, 实现了156位的有效位数。
噪声整形 EF-CIFF结构 逐次逼近寄存器 动态放大器 串联电容 noise-shaping EF-CIFF structure successive approximation register dynamic amplifier series capacitor
桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室， 广西 桂林 541004
基于350 nm 2-poly 3-metal EEPROM工艺，设计了一种应用于低频无源RFID的低成本2 kbit EEPROM存储器。在保证存储容量能满足大多数使用场景的情况下，通过优化Dickson电荷泵和读出电路的结构，实现电路版图面积的最小化，从而对整体电路实现低成本设计。优化后的Dickson电荷泵能实现10 μs内从3.3 V到16 V的稳定升压，且功耗为334 μW；读出电路基于检测NCG器件阈值电压的方式实现存储逻辑值的判别，该方法不需要能提供高精度电流的基准电路和具有高增益的灵敏放大器，有效降低了整体电路的面积。低成本2 kbit EEPROM的工作电压为3.3 V，能实现32位并行输入和1位串行输出，芯片总面积仅为0.14 mm2，有效降低了低频无源RFID设计复杂度和制造成本。
电可擦除可编程只读存储器 Dickson电荷泵 射频识别 低成本 EEPROM Dickson charge pump RFID low cost
1 桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室， 广西 桂林 541004
2 中国电子科技集团公司 第三十四研究所， 广西 桂林 541004
3 复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室， 上海 200433
采用SANAN公司的0.25 μm E-Mode pHEMT工艺，基于ADS仿真，设计了一款工作频率为2.0~4.2 GHz的两级级联的宽带LNA芯片。芯片采用电阻偏压的方式，实现了3.3 V单电源供电。同时，设计了一种改进型的RLC并联负反馈结构，实现了宽带匹配。仿真结果表明，该LNA在2.0~4.2 GHz频段内，最大增益为30.9 dB，增益平坦度为±0.6 dB左右，输入回波损耗小于-9 dB，输出回波损耗小于-12 dB；噪声系数为(1.2±0.14) dB；系统稳定性因子K在全频带内大于2.8；芯片面积为0.78 mm×2.2 mm。
低噪声放大器 自偏置 负反馈 low noise amplifier self bias ADS ADS negative feedback GaAs GaAs
1 桂林电子科技大学广西高校微电子器件与集成电路重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学光电工程学院，广西 桂林 541004
圆二色性（CD）通常用来表征手性响应强度，在手性检测领域极具应用前景。本文提出了一种金衬底上对称性破缺的全介质二聚体混合结构，可在721.1 nm波段处产生高达0.42的强CD，并且CD谱具有极窄的线宽，仅为0.16 nm。通过琼斯矩阵对该结构进行了理论分析，采用时域有限差分（FDTD）法进行建模与仿真，研究结果表明，通过改变介质二聚体的尺寸大小或椭圆柱介质的旋转角（θ）和两个介质体的相对位置（G）等参数可以对结构的CD响应进行相应的优化。并且通过电场分析发现，圆偏振光激发了二聚体的表面晶格共振（SLR），导致其CD谱具有高品质因子（Q）特性。基于此结构传感的灵敏度为718.3 nm/RIU（灵敏度单位），Q值可高达4489.4。此外，该手性结构的周期单元可以实现数字成像功能，不同偏振光下具有不同的成像信号。高Q 值CD的研究结果为高性能的手性传感及光学成像的研究奠定了一定的理论基础。
圆二色性 对称破缺 二聚体 表面晶格共振 光学学报
2023, 43(22): 2224001
1 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学光电工程学院广西光电信息处理重点实验室，广西 桂林 541004
设计了一种新型的全介质圆环-纳米棒结构颜色滤波器。全介质圆环-纳米棒阵列结构与入射光的相互作用激发米氏共振，其在可见光波段展现出较强的反射特性，从而实现不同颜色的宽色域。采用时域有限差分法对纳米棒、纳米环、硅圆环-纳米棒三种不同结构滤波器的反射光谱及其颜色显示规律进行比较。同时研究纳米棒直径、圆环直径、高度和周期等主要参数对反射光谱及颜色特性的影响。结果表明：所设计的全介质圆环-纳米棒结构的滤波器在特定光波段的反射特性得到极大的提升；经优化后的颜色滤波器在可见光范围内的反射率达到70%以上，通过改变纳米棒直径可实现宽色域颜色滤波特性，其色域面积高达0.115。该研究为下一代颜色滤波器的设计提供理论依据。
光学器件 全介质 颜色滤波器 米氏共振 高反射率 宽色域 时域有限差分法 光学学报
2022, 42(19): 1923001
1 桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米加工平台, 江苏 苏州 215123
3 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院, 合肥 215123
4 南京理工大学 材料科学与工程学院, 南京 210000
提出了一种并联体声波谐振器(BAWR)与Ga2O3基MSM紫外传感器的新型高灵敏度传感器结构, 即体声波谐振式日盲紫外光传感器(BAWR-UV Sensor)。设计并制备了MSM Ga2O3紫外传感器和BAWR传感器, 将实测的光、暗S参数在仿真软件中封装为S1P数据模型代替MSM等效电路, 用MBVD模型代替BAWR等效电路, 通过并联两种结构建立了BAWR-UV仿真模型; 采用ADS软件仿真了BAWR核心参数对BAWR-UV传感器灵敏度的影响, 研究了提高灵敏度的设计方案。仿真结果表明, 在0.5~4.5GHz频率范围内, BAWR-UV的并联Q值越大, 阻抗灵敏度越高, 同时阻抗灵敏度随频率降低而增大, 在并联谐振频率fp=0.533GHz时获得最佳阻抗灵敏度为100kΩ/(μW/mm2); 频率灵敏度随频率的升高而增大, 在fp=4.5GHz时获得最佳频率灵敏度为1.4MHz/(μW/mm2)。最后, 开展了高灵敏度日盲紫外传感器的探索。
日盲紫外探测器 体声波谐振器 氧化镓 叉指传感器 solar blind ultraviolet detector bulk acoustic wave resonator gallium oxide interdigital sensor
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronics, School of Electronics Engineering and Computer Science, Peking University, Beijing 100871, China
2 Guangxi Key Laboratory of Precision Navigation Technology and Application, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China
3 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Nano-focusing structures based on hybrid plasmonic waveguides are likely to play a key role in strong nonlinear optical devices. Although the insertion loss is considerable, a significant nonlinear phase shift may be achieved by decreasing the nano-focusing device footprint and careful parameter optimization. Here, we study the Kerr effect in hybrid plasmonic waveguides by analyzing the mode effective area, energy velocity, and insertion loss. Particularly, by utilizing plasmonics to manipulate the effective index and mode similarity, the TM mode is reflected and absorbed, while the TE mode passes through with relatively low propagation loss. By providing a deep understanding of hybrid plasmonic waveguides for nonlinear applications, we indicate pathways for their future optimization.
silicon photonics plasmonics nonlinear optics nano-focusing Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031903
