高精度流水线逐次逼近混合型模数转换器设计

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作者 叶茂 白春阳 +1 位作者 郑肖肖 赵毅强 《湖南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期140-150,共11页

为满足数字X射线系统中光电二极管阵列读出电路对平均性能优越的模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)的要求,设计一款高精度流水线逐次逼近混合型模数转换器.采用带有预放大级的增益增强型放大器结构,实现了高能效运放设计.使... 为满足数字X射线系统中光电二极管阵列读出电路对平均性能优越的模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)的要求,设计一款高精度流水线逐次逼近混合型模数转换器.采用带有预放大级的增益增强型放大器结构,实现了高能效运放设计.使用最低有效位(least significant bit,LSB)平均抗噪声方法,简化第二级比较器结构,有效降低了系统功耗.运用基于延迟锁相环(delay-locked loop,DLL)反馈环路实现比较器时钟自调节,提高了异步时序鲁棒性.基于0.18µm EPI BCD工艺完成对ADC电路设计、版图绘制和后仿真验证.在5.0 V供电电压、5 MS/s采样率的条件下,有效位数ENOB为15.61 bit,信噪失真比SNDR为95.73 dB,非杂散动态范围SFDR为110.72 dB. 展开更多

关键词 集成电路 模数转换器 LSB平均抗噪声 DLL时钟自调节环路 高能效运放

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(Ti_(0.5)W_(0.5))^(5+)掺杂MgNb_(2)O_(6)陶瓷的晶体结构与太赫兹介电性能

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作者 黄子鹏 贾文晓 李玲霞 《无机材料学报》 北大核心 2025年第6期647-655,共9页

MgNb_(2)O_(6)陶瓷具有烧结温度适中和介电损耗低等优点,在无线通信领域有着广泛的应用。随着6G通信技术研发工作的开展,通信频率将从微波频段迈向太赫兹频段。MgNb_(2)O_(6)陶瓷应用于太赫兹通信器件中可有效降低插入损耗,增大相对带宽... MgNb_(2)O_(6)陶瓷具有烧结温度适中和介电损耗低等优点,在无线通信领域有着广泛的应用。随着6G通信技术研发工作的开展,通信频率将从微波频段迈向太赫兹频段。MgNb_(2)O_(6)陶瓷应用于太赫兹通信器件中可有效降低插入损耗,增大相对带宽,提高增益。然而,目前仍缺乏关于MgNb_(2)O_(6)结构与太赫兹介电性能关联机制的深入研究。针对上述问题,本研究采用固相反应法制备了MgNb_(2–x)(Ti_(0.5)W_(0.5))_(x)O_(6)(x=0~0.03)陶瓷。采用Rietveld精修、复杂化学键理论和太赫兹时域光谱等分析手段研究了MgNb_(2–x)(Ti_(0.5)W_(0.5))_(x)O_(6)(x=0~0.03)陶瓷的晶体结构与太赫兹介电性能之间的关联机制。基于上述分析手段,在单相MgNb_(2)O_(6)体系中引入整体不稳定性指数表征晶格内应变,建立了晶格内应变以及晶格能与太赫兹介电损耗的关联机制。研究结果表明,掺入的(Ti_(0.5)W_(0.5))^(5+)离子可修饰晶体结构,随着掺杂量增加,减小了内应变,增加了晶体结构的稳定性,增大了晶格能,进而降低了介电损耗。此外,原子堆积密度随(Ti_(0.5)W_(0.5))^(5+)离子掺杂量增加而增大,这意味着离子间排列更加紧密,从而有效抑制了晶体的非简谐性振动,进一步降低了介电损耗。最终,1340℃烧结的Mg Nb_(2–x)(Ti_(0.5)W_(0.5))_(x)O_(6)(x=0.03)陶瓷具有优异的太赫兹介电性能:介电常数(εr)为19.32,介电损耗为0.003(@0.30 THz),吸收系数为1.64 cm–1(@0.30 THz)。本研究制备的Mg Nb_(2–x)(Ti_(0.5)W_(0.5))_(x)O_(6)(x=0.03)陶瓷在太赫兹器件中具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 MgNb_(2)O_(6)陶瓷 晶体结构 复杂化学键理论 内应变 太赫兹介电性能

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基于GND采样技术的逐次逼近型模数转换器设计 被引量：3

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作者 叶茂 楚银英 赵毅强 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期129-137,共9页

针对柔性压阻式压力传感器输出信号数字化对功耗和面积的要求,设计了一款低功耗逐次逼近型(SAR)模数转换器(ADC).电路采用了基于GND采样的单调开关切换方案降低DAC开关能耗,并使用了分段电容阵列,在进一步降低切换功耗的同时,还缩减了... 针对柔性压阻式压力传感器输出信号数字化对功耗和面积的要求,设计了一款低功耗逐次逼近型(SAR)模数转换器(ADC).电路采用了基于GND采样的单调开关切换方案降低DAC开关能耗,并使用了分段电容阵列,在进一步降低切换功耗的同时,还缩减了整体电路的面积开销.此外,电路还设计了两级预放大器来降低动态比较器的噪声和失调,采用动态元件匹配技术(DEM)来提高ADC的线性度.在0.18μm 1P6M CMOS工艺下实现了该ADC的电路设计和版图绘制,芯片内核面积约630μm×575μm,在1.8 V的电源电压下功耗为25.7μW.流片测试结果显示:SAR ADC在250 kHz的采样率下以11 bit输出时,信噪失真比SNDR为65.0 dB,有效位数ENOB为10.51 bit. 展开更多

关键词 逐次逼近型模数转换器 GND采样 动态元件匹配

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应用于有源巴伦的新型幅度相位间接纠正技术

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作者 李世元 《重庆大学学报》 CSCD 北大核心 2021年第11期9-16,共8页

针对毫米波频段下有源巴伦输出端口间存在的幅度和相位失配问题,提出了一种新型幅度相位间接纠正技术。该技术利用共射共基结构将输入的幅度与相位误差进行平均分配和重组,同时将输入信号间的未知变量误差转化为内部纠正电路中的固有误... 针对毫米波频段下有源巴伦输出端口间存在的幅度和相位失配问题,提出了一种新型幅度相位间接纠正技术。该技术利用共射共基结构将输入的幅度与相位误差进行平均分配和重组,同时将输入信号间的未知变量误差转化为内部纠正电路中的固有误差,从而实现对原误差的限制和间接纠正,继而产生一对新的理想差分输出信号。构建数学模型进行分析与推导,证实了该技术在理想情况下的可行性,并通过电路仿真对理论进行验证。仿真结果表明,该纠正电路3 dB带宽为96~113 GHz,峰值增益为12.7 dB。在105 GHz频率下,对于幅度误差为0~10 dB,相位误差在10°~110°范围内变化的所有输入信号,输出信号间幅度误差均小于0.3 dB,相位误差均小于5.3°,电路总功耗为54 mW。 展开更多

关键词 毫米波 有源巴伦 幅度误差 相位误差 间接纠正

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应用于半导体激光器的高精度温控系统设计

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作者 叶茂 杜恩斯 +1 位作者 王秋玮 赵毅强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期67-77,共11页

面向半导体激光器温控系统的高精度、高速与高集成化的需求,设计了一款高精度、快速响应、高集成化、低成本的数模混合架构温控系统。该系统以FPGA为控制核心,硬件部分包括由三线制惠斯通电桥、仪表放大器、模数转换器组成的温度信号采... 面向半导体激光器温控系统的高精度、高速与高集成化的需求,设计了一款高精度、快速响应、高集成化、低成本的数模混合架构温控系统。该系统以FPGA为控制核心,硬件部分包括由三线制惠斯通电桥、仪表放大器、模数转换器组成的温度信号采集与调理模块,全桥降压电路驱动模块,热电制冷器模块等。针对热敏电阻和电桥的非线性误差,提出了一种可变控温零点的温度信号调理方法,该方法基于迭代与多目标最优化算法,提高了控温精度,同时降低了仪表放大器与模数转换器的指标要求,从而降低了系统成本。针对温度滞后大、延迟高的特点,控温策略采用了抗饱和积分的PID(AWPID)自动控制方法,从而降低超调,加快收敛速度。测试结果表明,该温控系统在-45~75℃的温度范围内,实现了±0.02℃的控温精度,相较于固定控温零点的温控系统最大0.1951℃的控温精度提高了89.7%。与传统PID控制算法相比,AWPID控制算法将超调从9.13%降低到1.5%,将稳定时间从41 s降低到30 s。稳定性测试表明,该温控系统能够在长时间内保持±0.02℃的控温精度,满足稳定性要求。该系统具有高精度、快速响应、高集成化、低成本的特点,为半导体激光器的复杂应用场景提供了高精度的温度保障。 展开更多

关键词 半导体激光器 高精度温度控制 可变控温零点 最优化算法 抗饱和积分PID

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面向无线传感器节点的集成CAN总线芯片设计 被引量：5

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作者 束庆冉 赵毅强 +2 位作者 叶茂 解啸天 朱世贤 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1226-1231,共6页

根据CAN(Controller Area Network)总线国际标准协议(ISO11898)完成了一款应用于无线传感器节点的集成CAN总线芯片设计,提高无线传感器节点的集成度与可靠性。采用混合信号集成电路设计技术实现了CAN总线控制器芯片与收发器芯片的集成,... 根据CAN(Controller Area Network)总线国际标准协议(ISO11898)完成了一款应用于无线传感器节点的集成CAN总线芯片设计,提高无线传感器节点的集成度与可靠性。采用混合信号集成电路设计技术实现了CAN总线控制器芯片与收发器芯片的集成,最终采用Global Foundry的0.35μm CMOS工艺进行设计并流片,芯片面积为4 mm2。芯片测试结果表明,该芯片设计符合标准协议规定,通信速度最高为1 Mbyte/s,与商用CAN总线通信芯片正确通信,可方便地应用到无线传感器CAN总线通信系统中。 展开更多

关键词 集成芯片设计 CAN总线 无线传感器 混合信号电路设计 实时通信

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基于遗传算法的少态节点活性提升方法 被引量：2

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作者 刘尚典 赵毅强 +3 位作者 刘燕江 何家骥 原义栋 于艳艳 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1546-1551,共6页

为了进一步提高对硬件木马的识别水平,利用遗传算法的全局搜索能力,提出基于遗传算法的少态节点活性提升方法,以少态节点的翻转次数代表活性,寻找能提升少态节点活性的测试向量集.在测试向量激励下,将被测电路中少态节点的翻转次数作为... 为了进一步提高对硬件木马的识别水平,利用遗传算法的全局搜索能力,提出基于遗传算法的少态节点活性提升方法,以少态节点的翻转次数代表活性,寻找能提升少态节点活性的测试向量集.在测试向量激励下,将被测电路中少态节点的翻转次数作为适应度,在整个测试向量空间内进行选择、交叉和变异操作,并比较父代与子代适应度,保留适应度较大的向量集,最终达到迭代终止条件,生成优化的测试向量集.以ISCAS'85基准电路c3540为研究对象进行仿真验证,实验结果表明,在算法运行前,以1000个向量为输入时,电路所有非少态节点的翻转次数之和为155158,少态节点的翻转次数之和为117;在算法运行后,以1000个向量为输入时,电路所有非少态节点的翻转次数之和为157146,少态节点的翻转次数之和为882.遗传算法生成的测试向量组将少态节点的翻转率提高了7.54倍,并将相对翻转率提升了7.44倍. 展开更多

关键词 硬件木马 翻转率 少态节点 木马检测 逻辑测试

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结合物理与几何特性的机载LiDAR数据分类方法 被引量：2

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作者 赵毅强 张琦 +2 位作者 刘长龙 武唯康 李尧 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期1-12,共12页

机载LiDAR数据分类是根据数据特征为每个点指定类别标签。针对现有方法忽略全波形与点云在物理特性上的关联、缺乏对邻域几何和语义相关性的深入挖掘,从而导致捕获局部结构能力不足的问题,搭建了结合目标物理与几何特性的分类方法,实现... 机载LiDAR数据分类是根据数据特征为每个点指定类别标签。针对现有方法忽略全波形与点云在物理特性上的关联、缺乏对邻域几何和语义相关性的深入挖掘,从而导致捕获局部结构能力不足的问题,搭建了结合目标物理与几何特性的分类方法,实现了由全波形和点云组成的机载LiDAR数据端到端分类。首先,构建了特征融合模块,提取了全波形时序特征和点云几何特征,依据两种数据物理意义上的关联,通过双低秩矩阵实现了全波形与点云特征级融合。其次,构建了邻域特征增强模块,挖掘点对相关性,增强对局部几何结构的学习。最后基于层次化编解码结构搭建了分类网络。该网络在机载LiDAR数据集上测试,达到平均精度0.96、平均召回率0.90、平均F1分数0.92,证明了网络的有效性。 展开更多

关键词 机载激光雷达 数据分类 特征融合 全波形 三维点云 物理特性

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一种应用于高速锁相环的宽锁定范围注入锁定分频器

9

作者 邢子哲 《重庆大学学报》 CSCD 北大核心 2021年第11期1-8,共8页

针对传统的注入锁定分频器锁定范围较窄的问题,提出了一种用于毫米波锁相环的注入锁定分频器。基于55 nm CMOS工艺,设计了一种宽锁定范围的二分频注入锁定分频器。提出分布式差分注入的方式,增强注入电流与注入效率,采用高阶变压器作为... 针对传统的注入锁定分频器锁定范围较窄的问题,提出了一种用于毫米波锁相环的注入锁定分频器。基于55 nm CMOS工艺,设计了一种宽锁定范围的二分频注入锁定分频器。提出分布式差分注入的方式,增强注入电流与注入效率,采用高阶变压器作为谐振腔,在不使用调谐机制的条件下,有效增大了分频器的锁定范围。此外,还对传统buffer的结构进行改进,增强谐波抑制能力,保持了较宽的锁定范围。电路仿真结果表明,提出的分频器电路在0 dBm注入功率下可在22.8~36.3 GHz频段内完成二分频功能,达到45.7%的锁定范围,电路的功耗为3.54 mW(不含buffer)。 展开更多

关键词 分频器 CMOS 锁相环 宽锁定范围 分布式注入 高阶谐振腔

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应用于太赫兹源信号实现的宽带四倍频链路设计

10

作者 李世元 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1009-1013,共5页

由于集成电路工艺截止频率Ft的限制,直接通过振荡器获取的太赫兹信号源具有输出功率低、带宽较窄等问题。针对该问题,提出一种可实现高性能太赫兹源的宽带倍频链路设计。对比了传统push-push技术与改进的跨导增强push-push技术,并提出... 由于集成电路工艺截止频率Ft的限制,直接通过振荡器获取的太赫兹信号源具有输出功率低、带宽较窄等问题。针对该问题,提出一种可实现高性能太赫兹源的宽带倍频链路设计。对比了传统push-push技术与改进的跨导增强push-push技术,并提出将跨导增强push-push技术运用到倍频器中,提高了倍频链路的倍频增益;在链路级间采用具有幅度与相位纠正功能的新型有源巴伦结构,进一步提高了倍频器的倍频增益与谐波抑制性能。仿真结果表明,倍频链路可实现带宽为210~256 GHz,饱和输出功率为-0.5 dBm,峰值倍频增益为-0.55 dB的太赫兹信号源,链路的总直流功耗仅为30.6 mW。 展开更多

关键词 高倍频增益 高输出功率 四倍频器 太赫兹源 信号产生

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512×512高能效、大满阱容量红外焦平面读出电路

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作者 王秋玮 叶茂 +1 位作者 李尧 赵毅强 《红外与激光工程》 2025年第10期57-71,共15页

面向红外焦平面读出电路的低功耗、低噪声、大满阱容量的需求,设计了一款512×512高能效、大满阱容量的红外焦平面读出电路。该读出电路兼容全局曝光(GS)和卷帘曝光(RS)模式、边积分边读出(IWR)和先积分后读出(ITR)模式和可编程开... 面向红外焦平面读出电路的低功耗、低噪声、大满阱容量的需求,设计了一款512×512高能效、大满阱容量的红外焦平面读出电路。该读出电路兼容全局曝光(GS)和卷帘曝光(RS)模式、边积分边读出(IWR)和先积分后读出(ITR)模式和可编程开窗功能,可通过SPI接口智能化配置。像素具有暗电流抵消、暗电流补偿功能,并通过像素合并技术增大积分电容以提高满阱容量。列并行读出通道中,可编程增益放大器(PGA)在放大信号的同时,通过失调存储和相关双采样(CDS)技术有效降低失调电压和固定模式噪声;采用交织采样和电源门控等低功耗设计技术,大大降低了整体功耗。全差分开关电容放大器作为输出级,有效抑制了共模噪声,差分输出电压摆幅大于2 V。基于180 nm CMOS工艺,完成了512×512读出电路的设计、仿真、流片和测试。像元尺寸为10μm,最大满阱容量可达12.5 Me^(-),最大帧频可达150 Hz。测试结果表明,该读出电路的电压均方根噪声为788.5μV,在150 Hz的帧频下功耗为116.8 mW,品质因数(FoM)仅为2.97 nJ/(pixel·frame),有效地提高了芯片能效。 展开更多

关键词 红外焦平面读出电路 失调存储 相关双采样 低功耗设计 高能效 大满阱容量

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