1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院 半导体研究所, 北京 100083
设计并实现了一种高精度低噪声运算放大器。提出了一种基极电流消除技术, 补偿了输入对管基极电流, 有效地降低了运算放大器的输入偏置电流, 从而能够通过提高输入对管的集电极电流来减小输入噪声电压, 实现了较低的运算放大器总等效输入噪声。同时, 采用集电极-发射极电压补偿电路, 消除了厄利效应的影响, 提高了电路精度。电路采用36 V互补双极工艺流片, 测试结果表明, 芯片的失调电压为6.94 μV, 在1 kHz下的电压噪声密度为5.6 nV/Hz, 电流噪声密度为0.9 pA/Hz。
运算放大器 互补双极工艺 基极电流消除 高精度 低噪声 operational amplifier complementary bipolar process base current cancellation high precision low noise
1 武汉大学 物理科学与技术学院, 武汉 43007
2 武汉大学 物理科学与技术学院, 武汉 430072
设计了一种双宽带毫米波低噪声放大器。该低噪声放大器可通过射频开关对无源电感重新配置, 使其可以分别工作在中心频率为28 GHz和32 GHz的频段下, 适用于5G毫米波通信。该可重构低噪声放大器基于55 nm CMOS工艺设计。后仿真结果表明, 该可重构低噪声放大器在控制电压(Vs)为0 V的情况下, 在中心频率为28 GHz时, 增益为23 dB, 输入1 dB压缩点为-54 dBm; 在-3 dB带宽261~322 GHz(61 GHz)内, 噪声系数为41~44 dB; 在Vs为12 V的情况下, 在中心频率变为32 GHz时, 增益为20 dB, 输入1 dB压缩点为-75 dBm; 在-3 dB带宽28~34 GHz(6 GHz)内, 噪声系数为44~47 dB。芯片面积为070×055 mm2, 在12 V的电源电压下功耗为252 mW。
低噪声放大器 5G毫米波 可重构 宽带 low noise amplifier 5G millimeter-wave CMOS CMOS reconfigurable wideband
1 北京大学 集成电路学院, 北京 100871
2 北京微电子技术研究所, 北京 100076
折叠式共源共栅和Class AB(FC-AB)结构的运算放大器被广泛研究和使用, 但是其结构应用的多变性使设计者难以快速准确地设计出符合要求的电路。文章提出了一种标准化的运算放大器设计流程, 设计者可以根据应用需求快速灵活地设计目标电路。以电流分配作为设计流程的起始点和调整点, 以核心参数作为判据或约束项, 进行迭代优化, 最终通过相关电流和跨导确定器件尺寸。以流程图形式提出了低噪声运放的设计流程, 关键器件尺寸的理论值和设计值平均误差为1148%。根据该流程设计了一种低噪声运放, 并采用018 μm CMOS工艺进行了加工。运放关键电学参数都满足设计要求, 其等效输入噪声为108 nV/√Hz, 与目标值偏差18%。
设计流程 折叠共源共栅 Class AB级输出 低噪声运算放大器 design procedure folded cascode class AB output low noise operational amplifier
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
2 东南大学 毫米波国家重点实验室, 南京 210096
基于018 μm CMOS工艺设计了一种用于WBAN 402~405 MHz频段具有低功耗全数字锁频和灵敏度校准功能的超再生收发机。采用具有噪声抵消技术的巴伦低噪声放大器, 以减少无源匹配器件数量和适应低压工作; 超再生数控振荡器采用数字控制电容阵列实现频率调谐, 以消除猝灭操作期间振荡器的频率漂移; 采用全数字锁频环替代频率综合器, 以降低传感器节点的功耗; 灵敏度校准环路与自动幅度控制环路共享组件, 以减小校准误差, 并能够在不中断接收状态的情况下动态校准接收机灵敏度。仿真结果表明, 在1 V电源电压下, 接收机灵敏度为-90 dBm, 功耗为189 mW, 其中全数字锁频环功耗为78 μW; 发射机功耗为196 mW, 效率为28%。
超再生接收机 全数字锁频环 巴伦低噪声放大器 数控振荡器 灵敏度校准 SRR ADFLL Balun-LNA DCO sensitivity calibration
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 季华实验室 光电科学与技术研究部, 广东 佛山 528200
2 中国人民解放军96035部队, 吉林 吉林, 132101
为了满足精准高效快速部署航天遥感器对轻小型空间相机的迫切需求,对满足轻小型相机成像的光学系统形式及成像体制进行了详细对比分析,确定了RC+补偿组的光学系统形式,采用小F数+微小像元的成像体制。对比美国鸽子相机的详细参数,设计了500 km轨道高度上可实现3.48 m分辨率的轻小型全铝高分相机。详细介绍了相机的总体结构、光学系统、光机结构、成像电子学及热控设计结果,得到F5.6的RC+补偿组光学设计结果。采用RSA-6061微晶铝合金做为相机反射镜的结构材料,配合一体化硬铝合金高刚性结构。静力学(重力变形和温度变形)仿真分析结果满足光学设计公差要求。动力学仿真分析结果表明:一阶模态为302.92 Hz,具有足够高的动态刚度和安全裕度。成像电子学采用3.2 μm大面阵9 K×7 K探测器低噪声小型化设计。相机热控由卫星平台保证20 °C±4 °C的温度水平。集成测试结果表明:(1)相机中心视场波像差RMS为λ/15.6,5个视场系统波像差均优于λ/12.3,可以确保相机近衍射极限高质量成像。实测奈奎斯特频率处的光学传递函数为0.217;(2)相机三方向正弦振动最大处放大1.17倍,整机一阶模态为295 Hz,与仿真结果的偏差为2.61%,相机结构刚度大,力学稳定性好;1×10−4 Pa,16 °C、20 °C、24 °C三个温度工况下成像清晰,可分辨奈奎斯特频率处对应的分辨率板图像;(3)对2 km外目标成像效果良好,图像清晰且灰度层次分明,阴影边界锐利。本文所设计轻小型全铝高分相机在500 km轨道高度上实现了3.48 m分辨率,15 km×15 km幅宽,整机重量为2 kg,结构刚度和强度试验结果满足航天发射场景需要,可以为轻小型甚高分辨率空间相机设计提供理论指导和工程借鉴。
轻小型 高刚性 动态刚度 低噪声 lightweight and compact size high rigidity dynamic stiffness low noise
华中师范大学 物理科学与技术学院PLAC硅像素实验室, 武汉 430079
基于TSMC 180nm工艺设计并流片测试了一款用于高能物理实验的电子读出系统的低噪声、低功耗锁相环芯片。该芯片主要由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器等子模块组成, 在锁相环电荷泵模块中, 使用共源共栅电流镜结构精准镜像电流以减小电流失配和用运放钳位电压进一步减小相位噪声。测试结果表明, 该锁相环芯片在1.8V电源电压、输入50MHz参考时钟条件下, 可稳定输出200MHz的差分时钟信号, 时钟均方根抖动为2.26ps(0.45mUI), 相位噪声在1MHz频偏处为-105.83dBc/Hz。芯片整体功耗实测为23.4mW, 锁相环核心功耗为2.02mW。
探测器 锁相环 相位噪声 低噪声低功耗 均方根抖动 detector phase-locked loop phase noise low noise and low power consumption root mean square jitter
为了提高用于低噪声CMOS图像传感器的单斜模数转换器(SS ADC)的量化速度,提出一种基于SS ADC的根据输入光强确定采样次数的相关多次采样(CMS)技术。利用数字模拟转换器(DAC)输出信号的差分特性,根据输入电压大小,分别按照不同的方式选择正/负斜坡输入到比较器中。当输入电压信号较小时,控制斜坡形状,使采样次数为4;当输入电压信号较大时,使采样次数为2。采用110 nm的CMOS工艺,时钟频率为400 MHz,行转换时间为23 μs,分辨率为11位,量化范围为1 V内。仿真结果表明:所提技术的微分非线性(DNL)达+0.6/-0.3LSB,LSB指最低有效位,积分非线性(INL)达+0.7/-0.9LSB;最低噪声为82 μV;与传统的采样次数为4的CMS技术相比,在不增加低照度下噪声的同时,将A/D转换周期节约了13 μs。
CMOS图像传感器 单斜模数转换器 低噪声 相关多次采样 微光探测 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1228005
强激光与粒子束
2023, 35(3): 033006