期刊基本信息
创刊:
1971年 • 双月刊
名称:
微电子学
英文:
Microelectronics
主管单位:
中电科技集团重庆声光电有限公司 科技市场部
主办单位:
四川固体电路研究所
出版单位:
《微电子学》编辑部
主编:
付晓君
执行主编:
武俊齐
ISSN:
1004-3365
刊号:
CN50-1090/TN
电话:
023-62834360
邮箱:
地址:
重庆市南坪花园路14号
邮编:
400060
定价:
30元/本

本期栏目 2022, 52(4)

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微电子学 第52卷 第4期

作者单位
摘要
微电子学
2022, 52(4): 1
刘建伟 1,2姜俊逸 1,2叶雅倩 1,2杨曼琳 1,2[ ... ]李儒章 1,2
作者单位
摘要
1 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
2 中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
采用65 nm CMOS工艺,基于时间域4倍插值技术,设计了一款6位3.4 GS/s Flash ADC。该插值技术可以将N位Flash ADC的比较器数量从传统的2N-1减少到2N-2。与传统插值技术不同,该技术利用简单的SR锁存器有效地实现了4倍插值因子,而无需额外的时钟和校准硬件开销,在插值阶段只需要校准2N-2个比较器的失调电压。在不同的工艺角、电源电压和温度(PVT)下,SR锁存器中的失调电压不超过±0.5 LSB。该ADC的采样频率达到3.4 GS/s,其在Nyquist输入时的ENOB达到5.4位,在1 V电源下消耗12.6 mW的功耗,其Walden FoM值为89 fJ/(conv·step)。
时间比较器 4倍时间域内插技术 SR锁存器 flash ADC Flash ADC time comparator 4 fold time-domain interpolation SR-latch 
微电子学
2022, 52(4): 519
作者单位
摘要
西安交通大学 微电子学院, 西安 710049
物联网和人工智能等应用的快速发展需要各种类型高灵敏度传感器的支撑,而传感器获取信号的质量和获取效率在很大程度上取决于读出电路中模数转换器(ADC)的性能。文章在简要介绍2种典型全集成传感器的特点和工作原理的基础上,详细讨论用于传感器信号获取的ADC研究进展,主要包括目前被广泛研究和应用的4类ADC(Σ-Δ ADC、逐次逼近型ADC、双积分型ADC以及混合型ADC)的工作原理、优缺点、应用范围和发展动态。
传感器 读出电路 模数转换器 高精度 研究进展 sensor sensing circuit analog-to-digital converter high precision research progress 
微电子学
2022, 52(4): 525
陈玺 1,2付东兵 1,2刘璐 1,2李飞 1,2
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
2 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
采用0.18 μm CMOS工艺设计了一种四通道16位250 MS/s A/D转换器(ADC)。该转换器采用时间交织与流水线结合的结构,内部包含基准、时钟和数字校准等单元。芯片测试结果表明,开启数字校准后,动态指标SNR、SFDR分别达到73 dBFS和90 dBFS,通道功耗为0.25 W,优值(FoM)为0.25 pJ/(conv·step)。
四通道 A/D转换器 流水线 时间交织 4-channel A/D converter pipelined time-interleaving 
微电子学
2022, 52(4): 533
作者单位
摘要
1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 重庆邮电大学 计算机科学与技术学院, 重庆 400065
采用0.13 μm CMOS工艺,设计了一种用于模数转换器时钟电路的电荷泵。在共源共栅充/放电流源与其偏置电路之间增加传输门,有效地抑制了电荷泵关闭时产生的漏电流。同时,采用电流源提升技术,有效地提高了电荷泵充/放电电流支路的阻抗,抑制了沟道长度调制效应的影响,提高了电荷泵的电流匹配性。仿真结果表明,在1.2 V电源电压、20 μA输出电流的条件下,输出电压的变化范围为0.13~0.93 V时,该电荷泵的充/放电电流失配低于1%。
模数转换器 时钟管理电路 电荷泵 analog-to-digital converter clock management circuit charge pump 
微电子学
2022, 52(4): 539
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第五十八研究所, 江苏 无锡 214035
针对MDAC中采样电容失配会降低ADC输出非线性性能的问题,提出了一种流水线ADC的前台数字校准技术。该前台数字校准技术利用ADC输出积分非线性的相对偏差提取误差,利用简单的多路选择运算单元进行误差补偿。在此基础上,采用Verilog HDL实现了RTL级描述并成功流片。仿真和测试结果表明,该校准算法能够提升ADC输出性能。
流水线ADC 采样电容失配 前台数字校准 pipelined ADC MDAC MDAC sampling capacitance mismatch foreground digital calibration 
微电子学
2022, 52(4): 544
作者单位
摘要
重庆邮电大学 光电工程学院/国际半导体学院, 重庆 400065
为了解决高分辨率逐次逼近模数转换器(SAR ADC)中,电容式数模转换器(DAC)的电容失配导致精度下降的问题,提出了一种电容失配自测量方法,以及一种可适用于各种差分电容DAC设计的低复杂度的前台数字校准方法。该方法利用自身电容阵列及比较器完成位电容失配测量,基于电容失配的转换曲线分析,对每一位输出的权重进行修正,得到实际DAC电容大小对应的正确权重,完成数字校准。数模混合电路仿真结果表明,引入电容失配的16位SAR ADC,经该方法校准后,有效位数由10.74 bit提高到15.38 bit。
逐次逼近模数转换器 数字校准 电容失配 SAR ADC digital calibration capacitor mismatch 
微电子学
2022, 52(4): 550
作者单位
摘要
1 哈尔滨工程大学, 哈尔滨 150001
2 先进船舶通信与信息技术工业和信息化部重点实验室, 哈尔滨 150001
3 广东省大湾区集成电路与系统应用研究院, 广州 510535
提出并实现了一种针对音频信号Σ-Δ模数转换器的超低功耗和低资源占用的数字抽取滤波器。该滤波器采用多级级联结构,由级联积分梳状滤波器、极简结构补偿器和全通多相型IIR滤波器组成,相较于传统FIR滤波器级联方案,能够以极低的阶数和硬件复杂度实现高倍抽取、极小的通带波纹和高水平的阻带衰减,同时具有近似线性相位特性。整体有效带宽为20 kHz,共完成128倍抽取。采用0.18 μm CMOS工艺完成ASIC设计,数字版图面积为0.37 mm2,功耗为125 μW,信噪比达到98.79 dB,有效位数为16 bit。与传统FIR结构抽取滤波器相比, 面积减小了60%, 功耗降低了20%。
数字抽取滤波器 Σ-Δ模数转换器 低功耗 补偿滤波器 IIR多相滤波器 digital decimation filter Σ-Δ ADC low power compensating filter polyphase IIR filter 
微电子学
2022, 52(4): 555
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
设计了一种标准CMOS工艺下抗总剂量辐射(TID)的带隙基准电压源。分析了传统结构在辐射环境下的固有缺陷。利用二极管正向导通电压受电流影响较小的特性,提高了带隙基准电压源的抗总剂量辐射能力。该基准电压源包含启动电路、基准核和自偏置电路。将基准电压源用于12位100 kS/s采样率A/D转换器的一个单元,进行了流片和测试。结果表明,经总剂量辐射试验后,该基准电压源的输出电压变化较小。在-55 ℃~125 ℃范围内,辐射前的温度系数为1.53×10-5/℃,辐射后的温度系数为1.71×10-5/℃。
带隙基准源 抗总剂量辐射 二极管 自偏置 bandgap reference source anti-TID radiation diode self-bias 
微电子学
2022, 52(4): 562
作者单位
摘要
西南交通大学 信息科学与技术学院, 成都 611756
在高压宽输入范围的芯片中,高压电源一般不直接作为带隙基准电路的电源。传统方案采用齐纳二极管加源随器将高压输入转换为低压电源,为带隙基准供电,然而低压电源波动过大,降低了带隙基准的PSRR。电源由反馈环路产生,可以提供高PSRR性能。文章提出了一种输入电压范围为5~65 V,通过闭环负反馈产生低压电源和1.2 V基准电压的带隙基准电路,适用于宽输入电压芯片,如Buck、电机驱动或模拟ASIC芯片。该带隙基准电路的电源是将自身产生的电流流经PMOS,由PMOS的VGS确定。因此低压电源不随输入电压变化,线性调整率极低。该电路由预处理电路、启动电路和带隙基准电路组成,采用负反馈稳压设计,不使用齐纳二极管,不引入额外的掩膜层,降低了电路成本。在CSMC 0.25 μm BCD工艺下,基准电压线性调整率低至0.000 091%,输入电压在5~65 V范围内基准变化小于1 μV,低频PSRR为-160 dB@100 Hz,温度系数为2.8×10-5/℃。
高压输入 高PSRR 带隙基准 负反馈 模拟集成电路 high-voltage input high PSRR bandgap reference negative feedback analog IC 
微电子学
2022, 52(4): 566
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
设计了一种14位乘法型D/A转换器。采用高3位温度计编码、低11位二进制编码的分段电流模R-2R电阻网络结构,规避了高分辨率二进制电流模R-2R电阻网络开关尺寸大、版图匹配难度大的缺点。基于混合信号CMOS工艺进行了流片,实测DNL在±0.5 LSB以内,INL在±0.8 LSB以内。该D/A转换器适用于工业控制、仪器仪表等领域。
乘法型D/A转换器 电流模R-2R电阻网络 薄膜电阻 激光修调 multiplying D/A converter current-mode R-2R resistance network thin-film resistor laser trim 
微电子学
2022, 52(4): 572
周晓丹 1,2苏晨 2刘涛 2李曦 2[ ... ]李强 1
作者单位
摘要
1 电子科技大学 电子科学与工程学院, 成都 610054
2 重庆吉芯科技有限公司, 重庆 401332
基于0.18 μm CMOS工艺设计与实现了一种14位85 MS/s流水线型模数转换器(ADC)。采用多种低功耗设计技术来降低系统功耗和面积,包括无采样保持电路前端和运算放大器共享等技术。在无数字校准的条件下,在3.3 V电源电压、85 MHz的时钟频率和70 MHz正弦输入信号频率下,达到了67.9 dBFS的信噪比(SNR)以及82.2 dBFS的无杂散动态范围(SFDR)。该ADC功耗为322 mW,面积为0.6 mm2,适合用于需求低功耗ADC的通信系统中。
模数转换器 流水线 信噪比 无杂散动态范围 ADC pipelined SNR SFDR 
微电子学
2022, 52(4): 577
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
基于0.6 μm高低压兼容CMOS工艺,设计并实现了一种四通道高压抗辐射电压输出型数模转换器(DAC)。采用R-2R梯形网络和高压折叠共源共栅运放作为缓冲输出,保证了DAC良好的单调性,提高了抗辐射能力。该DAC芯片尺寸为5.80 mm×3.70 mm。测试结果表明,在正负电源电压分别为±5 V时,DAC的输出范围达到-2.5~2.5 V,功耗为26.95 mW,DNL为0.41 LSB,INL为0.34 LSB,输出建立时间为6.5 μs,INL匹配度为0.11 LSB。
高压DAC MOS管阈值 NMOS管环栅 总剂量辐射 high voltage DAC MOS transistor threshold voltage NMOS transistor ring-gate TID 
微电子学
2022, 52(4): 582
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
分析了流水线A/D转换器采样电容与反馈电容之间的增益失配,探究了运放有限增益与流水线残差输出及A/D转换器输出的关系,建立了精确的系统模型。通过建立14位流水线A/D转换器Verilog-A的行为级模型,在数字域对流水线A/D转换器输出数字码进行分段平移。在第一级级间增益误差达到±0.012 5时,校正前信噪比仅为62 dB,校正后信噪比提升到85 dB。提出的校正方法可有效补偿由流水线级间增益导致的数字输出不连续和线性度下降。
流水线A/D转换器 增益失配 运放有限增益 流水线级间增益误差 pipelined A/D converter gain mismatch amplifier finite gain gain error between pipeline stages 
微电子学
2022, 52(4): 587
作者单位
摘要
1 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
2 中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
3 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 4000601
基于4级级联折叠插值架构,提出了一种12位ADC。电路采用0.18 μm SiGe BiCMOS工艺设计。单核达到1.5 GS/s的转换速度,接口输出为2-lane LVDS,延迟时间小于7 ns。前端采样保持电路和折叠插值量化器采用纯双极设计,在不修调的情况下可达到12位量化精度。最后,给出版图设计要点和测试结果。
模数转换器 折叠插值 低延迟 A/D converter folding and interpolation low latency 
微电子学
2022, 52(4): 597
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司 信息科学研究院, 北京 100086
2 北京理工大学 集成电路与电子学院, 北京 100081
基于180 nm CMOS工艺,设计了一种无残差放大的10位100 MS/s流水线与逐次逼近混合型ADC。采用两级流水线-逐次逼近混合型结构,第一级完成4位粗量化转换,第二级完成6位细量化转换。为了降低整体电路功耗,采用单调式电容控制切换方式,两级之间残差电压采用采样开关电荷共享方式实现。采用异步时序控制逻辑,进一步提升了能量利用率和转换速度。后仿真结果表明,在100 MS/s奈奎斯特采样率下,有效位数为9.39 bit,信噪失真比为58.34 dB,1.8 V电源电压下整体功耗为5.9 mW。
流水线与逐次逼近混合型ADC 电荷重分配 单调式开关切换 pipeline-SAR hybrid ADC charge sharing monotonic switching 
微电子学
2022, 52(4): 603
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司 第五十八研究所, 江苏 无锡 214000
2 西安交通大学 微电子学院, 西安 710049
采用0.5 μm BCD工艺,设计了一种16位分段式电阻型高精度DAC。根据集成电路工艺中电阻的一般失配特性,确定电阻型DAC采用“4+12”的分段结构,分别为高位温度计码结构和低位二进制码结构。整个电路中的电阻类型均采用高阻型电阻,减小了DAC开关结构中的失配,极大降低了整体功耗。电路结构紧凑,整体面积小,仅有2.397 6 mm2。结合后仿真结果,对版图进行合理调整,使电路具有较低的微分非线性(DNL),之后采用校正结构,进一步降低DNL。电路测试结果表明,输入数字信号为10 kHz的正弦波时,DAC的无杂散动态范围(SFDR)为57.72 dB,DNL为0.5 LSB,积分非线性(INL)为1 LSB,功耗为1.5 mW。
分段式电阻型DAC 温度计码 二进制码 无杂散动态范围 校准模块 segmented-resistance DAC temperature code binary code spurious free dynamic range calibration part 
微电子学
2022, 52(4): 608
作者单位
摘要
1 军委装备发展部某中心, 北京 100034
2 中国人民解放军 海军八〇七厂, 北京 102401
3 中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
氮化镓(GaN)是第三代半导体的典型代表,受到学术界和产业界的广泛关注,正在成为未来超越摩尔定律所依靠的重要技术之一。对于射频(RF)GaN技术,在电信和**两大主要应用增长行业,尤其是军用领域对先进雷达和通信系统不断增加的需求,推动了RF GaN器件向更高频率、更大功率和更高可靠性发展。文章梳理了在该领域中GaN RF/微波HEMT、毫米波晶体管和单片微波集成电路(MMIC)、GaN器件空间应用可靠性和抗辐射加固等技术发展的脉络。在功率电子方面,对高效、绿色和智能化能源的需求拉动GaN功率电子、电源变换器向快速充电、高效和小型化方向发展。简述了应用于纯电动与混合动力电动汽车(EV/HEV)、工业制造、电信基础设施等场合的GaN功率器件的研发进展和商用情况。在数字计算特别是量子计算前沿,GaN是具有应用前景的技术之一。介绍了GaN计算和低温电子技术研究的几个亮点。总而言之,对GaN技术发展几大领域发展的最新趋势作了概括性描述,勾画出技术发展的粗略线条。
射频GaN GaN功率器件 数字电子的GaN GaN量子计算 GaN GaN RF GaN GaN power device GaN for digital electronics GaN quantum computing 
微电子学
2022, 52(4): 614
作者单位
摘要
1 1, 清华大学 材料学院, 北京 100084
2 2, 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司, 江苏 无锡 214142
3 2,3华进半导体封装先导技术研发中心有限公司, 江苏 无锡 214142
4 复旦大学 微电子学院, 上海 200433
Cu/SiO2混合键合技术被认为是实现芯片三维集成和高密度电学互连的理想方案,但由于其需兼顾介质和金属两种材料的键合,目前鲜有自主开发且工艺简单、成本低廉的混合键合方案的报道。文章归纳了现有的晶圆级键合技术,包括直接键合、活化键合以及金属固液互扩散键合,分析了其应用于混合键合技术的可能性。进一步总结了近年来部分Cu/SiO2混合键合技术的研究进展,从原理上剖析该工艺得以实现的关键,为国内半导体行业占领此高端领域提供一定的参考。
先进封装技术 三维集成 晶圆级工艺 混合键合 advanced packaging technology three-dimensional integration wafer-level process hybrid bonding 
微电子学
2022, 52(4): 623
作者单位
摘要
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
为了研究热电式MEMS微波功率传感器封装后的性能,提出了一种COB技术的封装方案。首先,采用有限元仿真软件HFSS仿真封装前后的微波特性;然后,基于GaAs MMIC技术对热电式MEMS微波功率传感器进行制备,并对制备好的芯片进行封装。最后,对封装前后传感器的微波特性及输出特性进行测试。实验结果表明,在8~12 GHz频率范围内,封装后回波损耗小于-10.50 dB,封装前的灵敏度为0.16 mV/mW@10 GHz,封装后的灵敏度为0.18 mV/mW@10 GHz。封装后的热电式微波功率传感器输出电压与输入功率仍有良好的线性度。该项研究对热电式MEMS微波功率传感器封装的研究具有一定的参考价值和指导意义。
热电式 微波功率传感器 封装 thermoelectric type microwave power sensor package MEMS MEMS COB COB 
微电子学
2022, 52(4): 635
作者单位
摘要
南京邮电大学 电子与光学工程学院, 南京 210023
提出了一种2π弧度的直角螺旋悬臂梁结构的压电能量收集器。该设计一方面可以降低谐振频率,另一方面可以提高单位体积的能量收集效率。悬臂梁整体结构厚度为2 mm,宽度为6 mm,整体尺寸大小为22 mm×26 mm。当施加的激励为0.1g加速度时,仿真输出电压为1.95 V,测量输出电压为1.8 V,相对电压误差为7.7%;仿真谐振频率为269 Hz,测量谐振频率为265 Hz,相对频率误差为1.5%;理论输出功率为7.04 μW,测试输出功率最大为5.79 μW,相对功率误差为17.8%。该压电能量收集器适用于便携式微电子系统。
直角螺旋 悬臂梁 压电能量收集器 谐振频率 right angle spiral cantilever piezoelectric energy harvester resonant frequency 
微电子学
2022, 52(4): 640
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
针对转速反馈电机控制系统中实际转速与期望转速存在偏差无法绝对消除,造成电机转过的角度误差会随时间累积的问题,提出了一种相位/转速混合控制结构。在转速环路基础上增加了相位环路,通过外部输入一个频率稳定的参考方波信号,由混合环路控制电机转速,达到期望值。同时控制电机转过的角度时刻,跟踪参考方波信号的相位,与其保持同步锁定,从而保证电机转过的角度误差不再随时间累积。具体分析了混合控制结构的设计原理,并通过搭建工程实物电机系统进行验证。在参考方波信号频率为100 Hz的情况下,系统达到的技术指标为:稳定时间≤2 s,稳态时转速精度为6 000±10 r/m,相位差≤±50 μs。
无刷直流电机 转速反馈控制 锁相环 电机控制 BLDCM speed feedback control phase-locked loop motor control 
微电子学
2022, 52(4): 646
作者单位
摘要
1 西安交通大学 微电子学院, 西安 710049
2 广东顺德西安交通大学研究院, 广东 佛山 528000
3 成都振芯科技股份有限公司, 成都 610000
设计了一种6 bit 6~18 GHz工作频段的宽带高精度有源移相器。片上集成了输入无源巴伦、逻辑编码器、RC多相滤波器、矢量合成单元、数控单元等。该移相器的设计采用55 nm CMOS工艺实现,芯片尺寸为1.29 mm×0.9 mm,移相器核心尺寸为1.02 mm×0.58 mm。后仿结果表明,在6~18 GHz频率范围内,增益误差RMS值小于1 dB,相位误差RMS值小于0.75°,输入回波损耗、输出回波损耗分别小于-8.5 dB、-8.9 dB,芯片总功耗为20.7 mW。该6 bit移相器的相对带宽为100%,覆盖C、X和Ku波段,适用于雷达探测等领域。
相控阵 有源移相器 正交网络 多相滤波器 矢量合成 phased array active phase shifter quadrature network poly phase filter vector-sum 
微电子学
2022, 52(4): 651
作者单位
摘要
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 成都华微电子科技有限公司, 成都 610041
针对SONTE OC-192、PCIE3.0、USB3.2等协议在串行时钟数据恢复时对抖动容限、环路稳定时间的要求,提出了一种环路带宽自适应调整、半速率相位插值的时钟数据恢复电路(CDR)。设计了自适应控制电路,能适时动态调整环路带宽,实现串行信号时钟恢复过程中环路的快速稳定,提高了时钟数据恢复电路抖动容限。增加了补偿型相位插值控制器,进一步降低了数据接收误码率。该CDR电路基于55 nm CMOS工艺设计,数据输入范围为8~11.5 Gbit/s。采用随机码PRBS31对CDR电路的仿真测试结果表明,稳定时间小于400 ns,输入抖动容限大于0.55UI@10 MHz,功耗小于23 mW。
时钟数据恢复 自适应 相位插值 clock and data recovery adaptive phase interpolation 
微电子学
2022, 52(4): 656
作者单位
摘要
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
为了得到热电式MEMS微波功率传感器的三维温度分布和时间常数,建立了传感器的三维等效电路模型。首先根据热-电参数的等效关系和传感器的结构建立等效电路模型。接着,对等效电路的单元模块进行理论分析。最后,根据建立的三维等效电路模型研究传感器的温度分布和响应时间。传感器的灵敏度为0.076 mV/mW @10 GHz,时间常数为56.24 μs。测试结果表明,传感器的灵敏度为0.06 mV/mW @10 GHz,时间常数为85 μs。所建立的三维等效电路模型不但可以得到微波功率传感器的响应时间,而且可以准确地得到热量在衬底的耗散情况。因此,本研究对热电式MEMS微波功率传感器设计具有一定的参考价值。
功率传感器 等效电路 温度分布 响应时间 MEMS MEMS power sensor equivalent circuit temperature distribution response time 
微电子学
2022, 52(4): 663
作者单位
摘要
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
采用65 nm CMOS工艺,设计了一种宽带低相噪低杂散的Σ-Δ小数分频频率综合器。该频率综合器采用3个压控振荡器以及可编程分频链路实现宽带输出,每个压控振荡器采用自适应衬底偏置技术以减小PVT变化的影响。可编程分频器采用重定时单元同步输出,降低了分频器的相位噪声。自动频率校准模块采用一个可对压控振荡器直接计数的结构,缩短了频率锁定时间。Σ-Δ调制器中采用了陷波滤波结构,降低了高频量化噪声。后仿真结果表明,1.2 V电源电压下,该频率综合器可输出正交信号的频率范围为0.2~6 GHz,输出频率为3.762 5 GHz时,相位噪声为-113.59 dBc/Hz @1 MHz,参考杂散为-59.3 dBc,功耗为91 mW。
频率综合器 Σ-Δ调制器 自动频率校准 压控振荡器 frequency synthesizer Σ-Δ modulator automatic frequency calibration voltage controlled oscillator 
微电子学
2022, 52(4): 668
作者单位
摘要
北京智芯微电子科技有限公司, 北京 102200
为保证智能电网中的数据安全,防止电力通信过程中的数据被篡改,安全芯片的应用必不可少,而RSA算法是安全芯片中应用最广泛的公钥算法之一。RSA算法复杂度高,硬件实现功耗较大,在设计的过程中常常无法完全兼顾性能、功耗、安全性等各个方面。文章设计了一种高性能、能抵抗常见侧信道攻击及EMA电磁攻击的高安全RSA协处理器。提出的随机存储模幂算法真伪运算结果的防护策略,增强了协处理器抵抗侧信道攻击、差分功耗攻击以及EMA电磁攻击的能力。通过两个层级的算法优化来提升协处理器性能,并通过结合CIOS平方算法和Karatsuba算法的改进的Montgomery模乘算法,使得1 024位带防护的RSA算法在UMC 55 nm工艺下的面积为4.8万门@30 MHz,功耗为4.62 mW@30 MHz,FPGA开发板上进行API测试的性能为709.3 kbit/s。
模幂 公钥算法 蒙哥马利算法 功耗 电磁攻击 modular exponentiation public key algorithm Montgomery algorithm power consumption electromagnetic attack 
微电子学
2022, 52(4): 675
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学 航天学院, 哈尔滨 150001
2 联合微电子中心有限责任公司, 重庆 401332
为了提高光伏电池的收集效率和环境适应性,提出了一种带有MPPT功能的高效率光伏电池升压转换器芯片。该电路系统包括新型四相高效电荷泵模块、扰动观察法MPPT控制电路模块、反馈控制模块、纳安级电流基准、检测电路模块等。该芯片采用0.35 μm BCD工艺设计、仿真并流片。芯片尺寸为3.15 mm×2.43 mm。测试结果表明,当光伏电池输出电压大于0.5 V时,升压转换器芯片输出电压提升到3Vin,电压转换效率可达99.4%。MPPT算法使输出功率提升8.53%。当输出负载电流为297 μA时,最宽输出PCE达到85.1%。该芯片实现了高效升压光伏电池输出电压的目标。
升压转换器 电荷泵 最大功率点追踪 光伏能量收集 boost converter charge pump MPPT PV energy harvesting 
微电子学
2022, 52(4): 681
作者单位
摘要
湖南师范大学 物理与电子科学学院, 长沙 410081
当前忆阻器等效电路中的传统运算放大器存在功耗高、噪声大等问题。针对这些问题,基于简化差分对设计了两种极简化的运算放大器。通过电路仿真对两种简化运算放大器与传统运算放大器进行功耗与噪声仿真分析。结果表明,与三种传统运算放大器相比,该简化运算放大器的功耗最低,抗噪声性能最优。运算放大器的总功耗为15 mW,等效输出噪声电压为11.55 nV·Hz-1/2,噪声系数为35.873 dB。基于两种简化运算放大器,设计了一种二阶荷控忆阻器等效电路。通过理论分析、电路仿真和硬件电路板基实验,对该等效电路的忆阻特性进行了分析与验证。
低功耗 低噪声 简化运算放大器 忆阻器 low power consumption low noise simplified op amp memristor 
微电子学
2022, 52(4): 689
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 计量测试中心, 四川 绵阳 621999
针对超声扫描用于LTCC滤波器微分层检测的可行性开展研究。首先通过理论计算证实,在参考频率下滤波器内部微分层缺陷对超声波有极高的反射率,对实际检测过程中的分辨力要求进行了说明。其次对滤波器开展超声实测,给出具体可行的检测程序,依据检测结果对缺陷信息进行了判别。然后制取样品剖面,根据获取的缺陷信息定位缺陷。最后,利用FIB刻蚀技术对检测结果进行验证,证实了滤波器微分层超声检测的可行性。
低温共烧陶瓷 滤波器 微分层缺陷 超声检测 LTCC filter micro-delamination defect FIB FIB ultrasonic test 
微电子学
2022, 52(4): 695
作者单位
摘要
1 西安交通大学 微电子学院, 西安 710049
2 陕西亚成微电子股份有限公司, 西安 710075
提出了一种用于高侧开关的短路限流及保护电路。电路采用二级保护的方式,当短路检测电压不为零且低于参考电压时,限制栅源电压,对电路限流;当短路检测电压高于参考电压时,则延时一段时间后关断功率管。芯片采用0.18 μm 100 V BCD工艺流片。测试结果表明,在先工作后短路和先短路后工作两种情况下,功率管均处于正常工作状态。电路工作电压范围为4~80 V,短路延时时间约200 μs,输出最大可持续电流可达80 A。
短路限流 短路保护 短路延时 工作电压范围 short circuit current limiting short circuit protection short circuit delay operating voltage range 
微电子学
2022, 52(4): 700
作者单位
摘要
1 重庆邮电大学 光电工程学院,重庆 400060
2 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都 610054
3 中国电子科技集团公司 第五十八研究所, 江苏 无锡 214035
对高压SOI pLDMOS器件总剂量辐射效应进行了研究。分析了不同偏置条件下器件击穿电压的退化机理,并使用TCAD在不同氧化层界面引入固定陷阱电荷,仿真了电离辐射总剂量效应。结果表明,总剂量辐射在FOX和BOX引入辐射陷阱电荷QBOX和QFOX。QFOX增加了漏极附近横向电场,降低了埋氧层电场,使击穿位置由体内转到表面,导致击穿电压退化。QBOX降低了埋氧层电场,降低了埋氧层压降,导致击穿电压退化。
总剂量辐射 击穿电压 辐射陷阱电荷 total-ionizing-dose effect SOI pLDMOS SOI pLDMOS BV radiation trap charge 
微电子学
2022, 52(4): 706