基于分集接收技术的可见光接收机前端电路 被引量：1

1

作者 谢生 王续霏 +2 位作者 毛旭瑞 周高磊 闫冬 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期1062-1068,共7页

为了减弱噪声对可见光通信质量的影响,提高可见光通信系统的抗干扰性,基于台积电180 nm CMOS工艺,提出了一种抗噪能力较强的可见光接收机前端电路.电路主要包括跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除网络和输出缓冲级.输入端对信号进行... 为了减弱噪声对可见光通信质量的影响,提高可见光通信系统的抗干扰性,基于台积电180 nm CMOS工艺,提出了一种抗噪能力较强的可见光接收机前端电路.电路主要包括跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除网络和输出缓冲级.输入端对信号进行两路接收,通过印制电路板绘制把外部两个光电二极管相连,对接收到的光电流信号进行等增益合并,合并信号作为输入信号提供给光接收机模拟放大电路,这种设计实现了分集接收技术,提高了光通信系统的信噪比.跨阻放大器采用调节型共源共栅结构,共源结构作为反馈环路,降低芯片的输入阻抗,共漏结构提高了跨阻放大器的带负载能力.限幅放大器采用改进Cherry Hooper型限幅放大器结构,引入反馈电阻降低级间等效电阻,扩展有效带宽,并通过增加负载电阻为支路提供偏置电流,有效提高了电路的输出范围.测试结果表明,在电源电压为1.8 V、光电探测器等效电容为5 pF时,光接收机的跨阻增益为88 dBΩ,-3 dB带宽为510 MHz,在误码率小于3.8×10-3的条件下实现了600 Mb/s的数据传输.芯片功耗为43.62 mW,整体面积为624μm×823μm,当误码率为10-9时,基于分集接收的光接收机的灵敏度为-11.5 dBm.对比实验表明,分集接收技术降低了可见光通信的误码率,提高了通信质量,因此基于分集接收技术的光接收机有望应用于室内可见光通信系统领域. 展开更多

关键词 半导体技术 可见光通信 光接收机 分集接收

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基于循环神经网络的双麦克风语音增强算法 被引量：3

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作者 邱智乾 陈霏 郎标 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期430-438,共9页

针对基于神经网络的语音增强算法难以部署在助听器中的问题,基于循环神经网络,提出了一种低延迟、低复杂度的双麦克风语音增强算法。该算法利用两个麦克风做空域滤波初步去除非期望方向噪声,并进一步通过循环神经网络得到纯净语音信号... 针对基于神经网络的语音增强算法难以部署在助听器中的问题,基于循环神经网络,提出了一种低延迟、低复杂度的双麦克风语音增强算法。该算法利用两个麦克风做空域滤波初步去除非期望方向噪声,并进一步通过循环神经网络得到纯净语音信号。为了解决助听器中全相位滤波器组阶数较多而引起群延迟较大的问题,创新性地提出一种分段式滤波器组,在保证性能的同时有效减少了阶数。仿真结果显示,该滤波器组在16 k采样率下的群延迟为3.125 ms,在0 dB的babble、volvo、factory1环境下,该语音增强算法的SNR平均提升了10.556 5 dB,PESQ平均提升了0.678 7。实际测试结果中,SNR平均提升了9.439 4 dB,PESQ平均提升了0.735 0。当DSP系统时钟频率为104 MHz时,助听器经过的系统延迟为8.4 ms,功耗为6.2 mA,可以很好满足助听器高续航的需求。 展开更多

关键词 语音增强 滤波器组 循环神经网络 助听器 DSP实现

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三级台面InGaAs/InP雪崩光电二极管的低边缘电场设计 被引量：3

3

作者 朱帅宇 谢生 陈宇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期75-81,共7页

设计了一种三级台面的InGaAs/InP雪崩光电二极管,解决了器件边缘电场和暗电流较高的问题.采用Silvaco Atlas器件仿真软件分析了边缘间距、电荷层掺杂浓度及厚度、倍增层掺杂浓度及厚度对器件性能的影响.仿真结果表明,本文设计的三级台... 设计了一种三级台面的InGaAs/InP雪崩光电二极管,解决了器件边缘电场和暗电流较高的问题.采用Silvaco Atlas器件仿真软件分析了边缘间距、电荷层掺杂浓度及厚度、倍增层掺杂浓度及厚度对器件性能的影响.仿真结果表明,本文设计的三级台面器件在边缘间距为8μm时有最优器件尺寸和较低边缘电场.采用掺杂浓度为1×10^(17)cm^(-3)、厚度为0.2μm的电荷层和掺杂浓度为2×10^(15)cm^(-3)、厚度为0.4μm的倍增层,成功将高电场限制在中心区域,使得反偏电压40V时的边缘电场降低至2.6×105V/cm,仅为中心电场的1/2,增强了器件的抗击穿能力.此外,本文设计的器件在0.9 V_(br)时的暗电流降低至9.25pA,仅为传统两级台面器件的1/3. 展开更多

关键词 铟镓砷 三级台面 雪崩光电二极管 暗电流 边缘电场 贯穿电压 击穿电压

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基于SiGe BiCMOS工艺的高速光接收机模拟前端电路 被引量：6

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作者 谢生 谷由之 +2 位作者 毛陆虹 吴思聪 高谦 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期57-63,共7页

基于IBM 0.18,μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一款12.5,Gb/s的全差分光接收机模拟前端电路.该电路由跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除电路和输出缓冲级组成.为获得更高的带宽,本文对Cherry-Hooper结构进行了改进,设计出一种三级级联... 基于IBM 0.18,μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一款12.5,Gb/s的全差分光接收机模拟前端电路.该电路由跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除电路和输出缓冲级组成.为获得更高的带宽,本文对Cherry-Hooper结构进行了改进,设计出一种三级级联的限幅放大器,而直流偏移消除电路则使用了差分有源密勒电容(DAMC)来替代传统的片外大电容,提高了电路集成度和稳定性.版图后仿结果表明,在探测器等效电容为300,f F的情况下,光接收机前端电路的跨阻增益为97,d B,-3,d B带宽为11.7,GHz,等效输入噪声电流小于14.2,pA/Hz^(1/2),芯片核心面积为720,μm×700,μm. 展开更多

关键词 光接收机 跨阻放大器 改进型Cherry-Hooper 直流偏移消除电路 锗硅双极-互补金属-氧化物-半导体

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吸收增强的光栅型金属-半导体-金属光电探测器的优化设计 被引量：5

5

作者 乔静 谢生 +2 位作者 毛陆虹 丛佳 董威锋 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期363-368,共6页

针对可见光通信对硅基光电探测器高响应度的要求,本文利用亚波长金属光栅的异常光学透射现象,提出一种增强与硅基CMOS工艺兼容的金属-半导体-金属光电探测器吸收的方法。采用时域有限差分法,详细分析了光栅周期、光栅高度和狭缝宽度对... 针对可见光通信对硅基光电探测器高响应度的要求,本文利用亚波长金属光栅的异常光学透射现象,提出一种增强与硅基CMOS工艺兼容的金属-半导体-金属光电探测器吸收的方法。采用时域有限差分法,详细分析了光栅周期、光栅高度和狭缝宽度对探测器吸收性能的影响,证明了类法布里-珀罗共振和表面等离子体激元是吸收增强的物理起源。对于波长615 nm的红光通信而言,探测器金属光栅的最佳周期、最佳高度和最佳狭缝宽度分别为580,91,360 nm。与没有亚波长金属光栅结构的探测器相比,本文设计的探测器吸收系数提高了32%。本文研究的MSM探测器结构与CMOS工艺完全兼容,有望在可见光通信芯片中得到实际应用。 展开更多

关键词 可见光通信 光电探测器 亚波长金属光栅 吸收增强 类法布里-珀罗共振 表面等离子体激元

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基于标准CMOS工艺的非接触式保护环单光子雪崩二极管 被引量：4

6

作者 吴佳骏 谢生 +1 位作者 毛陆虹 朱帅宇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期1-6,共6页

基于深亚微米CMOS工艺,设计了一种采用非接触式P阱保护环来抑制边缘击穿的单光子雪崩二极管结构.采用器件仿真软件Silvaco Atlas分析了保护环间距对器件的电场分布和雪崩触发概率等特性的影响,结合物理模型计算了所设计器件的暗计数概... 基于深亚微米CMOS工艺,设计了一种采用非接触式P阱保护环来抑制边缘击穿的单光子雪崩二极管结构.采用器件仿真软件Silvaco Atlas分析了保护环间距对器件的电场分布和雪崩触发概率等特性的影响,结合物理模型计算了所设计器件的暗计数概率和光子探测效率.仿真和计算结果表明,保护环间距d=0.6μm时器件性能最优,此时击穿电压为13.5V,暗电流为10-11 A.在过偏压为2.5V时,门控模式下的暗计数概率仅为0.38%,器件在400~700nm之间具有良好的光学响应,500nm时的峰值探测效率可达39%. 展开更多

关键词 光电器件 单光子雪崩二极管 CMOS工艺 深n阱 保护环 响应度 光子探测效率

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铜互连扩散阻挡层工艺优化 被引量：5

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作者 傅晓娟 赵毅强 +1 位作者 刘峻 宋凯悦 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1514-1520,共7页

针对金属线间击穿电压小、可靠性差的问题,对铜扩散阻挡层(包括钽阻挡层厚度和氮化硅阻挡层薄膜质量)进行研究优化。使用自对准双重图形(SADP)方法能够使金属互连线的特征尺寸缩小,使得互连线扩散阻挡层的厚度期望降低。通过制备不同厚... 针对金属线间击穿电压小、可靠性差的问题,对铜扩散阻挡层(包括钽阻挡层厚度和氮化硅阻挡层薄膜质量)进行研究优化。使用自对准双重图形(SADP)方法能够使金属互连线的特征尺寸缩小,使得互连线扩散阻挡层的厚度期望降低。通过制备不同厚度的钽阻挡层对金属互连体系电阻和击穿电压做详细对比分析,发现硬质的钽金属对化学机械研磨(CMP)产生影响,导致互连体系电阻和击穿电压随着钽阻挡层厚度减小而增加,过薄的阻挡层会导致阻挡性能降低、整体晶圆均一性变差;铜线界面上存在的氧元素极大地降低了氮化硅的黏附性,影响阻挡层性能。在氨气预处理阶段通入不同流量的氨气,在预沉积阶段改变预沉积时间,增加过渡阶段,通过实验分析氮化硅的黏附性,结果证明:氨气流量的增加、预沉积时间的减少、过渡阶段的增加能提高氮化硅的黏附性,改善了薄膜阻挡能力。 展开更多

关键词 互连体系 铜扩散 扩散阻挡层 钽 氮化硅

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基于循环神经网络的语音增强加速器设计 被引量：1

8

作者 郎标 陈霏 +2 位作者 马偲 石东宇 姬俊宇 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期555-564,共10页

使用深度学习的语音增强技术能够提升听者的言语识别率,但因神经网络的规模较大难以应用于边缘设备中。因此,提出了一种可用于助听器等边缘设备的循环神经网络语音增强加速器。该加速器将神经网络的计算用独立矩阵乘法硬件实现,并在多... 使用深度学习的语音增强技术能够提升听者的言语识别率,但因神经网络的规模较大难以应用于边缘设备中。因此,提出了一种可用于助听器等边缘设备的循环神经网络语音增强加速器。该加速器将神经网络的计算用独立矩阵乘法硬件实现,并在多层神经网络的层之间实现硬件级的流水操作,通过并行和流水降低了计算延时。实验表明,与带噪语音相比,在volvo、factory2、babble噪声环境下,所提算法的信噪比分别平均提升了17.302 dB、8.412 dB和4.732 dB;短时语音可懂度分别平均提高了1.4%、0.8%和0.4%;语音质量感知评估平均提高了1.498、0.504和0.234;这三项指标均高于所对比的传统语音增强算法与神经网络算法。当时钟频率为10 MHz时,加速器的处理延时为9.2 ms,可以满足边缘侧应用的实时性需求。 展开更多

关键词 语音增强 边缘设备 循环神经网络 加速器 实时性

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基于16子带滤波器组的助听器啸叫检测与抑制算法 被引量：1

9

作者 石东宇 陈霏 +2 位作者 郎标 邱智乾 姬俊宇 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1032-1040,共9页

听力损失患者在使用助听器的过程中,常常因为啸叫问题而倍感苦恼。基于陷波器的啸叫检测与抑制算法通常在DSP上进行实现,存在处理延迟高和资源消耗多的问题。为此,基于16子带的全相位FIR滤波器组,提出了一种低延迟、适合电路化的啸叫检... 听力损失患者在使用助听器的过程中,常常因为啸叫问题而倍感苦恼。基于陷波器的啸叫检测与抑制算法通常在DSP上进行实现,存在处理延迟高和资源消耗多的问题。为此,基于16子带的全相位FIR滤波器组,提出了一种低延迟、适合电路化的啸叫检测与抑制算法。对于一个指定的子带信号,当子带-低频平均能量比和子带-全带对数相似度同时大于0时,认为啸叫存在,之后降低该子带信号的增益值以抑制啸叫。仿真结果显示,相比于传统算法,当检测概率为88.57%时,所提算法的误警概率更低;平均最大稳定增益的增量更高,且语音质量感知评估值达3分以上。硬件测试中,系统处理延时为8.535 ms,能够及时地对啸叫进行检测与抑制,满足助听器资源消耗和实时处理的应用需求。 展开更多

关键词 声反馈抑制 啸叫检测 滤波器组 助听器 FPGA实现

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传输栅掺杂对CMOS有源像素满阱容量及暗电流的影响

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作者 王倩 徐江涛 +1 位作者 高志远 陈全民 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期296-303,共8页

研究了传输栅掺杂,即N+TG和P+TG,对满阱容量以及暗电流的影响。沟道电势分布受传输栅与衬底功函数差的影响,随着钳位光电二极管和浮动扩散节点之间的势垒高度的增加,feedforward效应被抑制,满阱容量增加。另一方面,处于电荷积累状态的... 研究了传输栅掺杂,即N+TG和P+TG,对满阱容量以及暗电流的影响。沟道电势分布受传输栅与衬底功函数差的影响,随着钳位光电二极管和浮动扩散节点之间的势垒高度的增加,feedforward效应被抑制,满阱容量增加。另一方面,处于电荷积累状态的沟道可以降低暗电流。基于四管有源像素工作过程进行仿真,结果表明,在曝光期间不加负栅压的情况下,基于P+TG的像素的满阱容量相对N+TG的提高了26.9%,其暗电流为N+TG的0.377倍。当电荷转移效率大于99.999%时,N+TG的开启电压需高于2.3 V,而P+TG的开启电压需高于3.0 V。 展开更多

关键词 图像传感器 CMOS有源像素 仿真 光电二极管 满阱容量 暗电流 电荷转移效率

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SOI基高响应度TFET探测器的设计与仿真

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作者 王雪飞 谢生 +2 位作者 毛陆虹 王续霏 杜永超 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期1-7,共7页

提出一种SOI基的新型隧穿场效应晶体管(TFET)探测器结构,将光电二极管与TFET结合,实现光信号的探测放大.光电二极管的正极与TFET的栅极互连,感光后光电二极管的光生电势调控TFET的沟道势垒,控制TFET的输出电流,实现光信号到电流信号的转... 提出一种SOI基的新型隧穿场效应晶体管(TFET)探测器结构,将光电二极管与TFET结合,实现光信号的探测放大.光电二极管的正极与TFET的栅极互连,感光后光电二极管的光生电势调控TFET的沟道势垒,控制TFET的输出电流,实现光信号到电流信号的转化.陡峭的亚阈值摆幅能有效放大输出电流,提高TFET探测器的响应度.应用SILVACO完成探测器结构和性能的模拟仿真.光电二极管的光生电势通过较薄的BOX区形成了TFET的底部栅压,增强了对沟道势垒的控制能力,增大了输出电流,结果表明,探测器对弱光具有较高的响应度,当入射光强小于10 mW/cm^2时,响应度可超过10^4 A/W.此外,通过调整光电二极管的反偏电压、在源区与沟道间插入n^+口袋等方法可显著提高探测器的输出电流和响应度. 展开更多

关键词 光电探测器 绝缘体上硅 隧穿场效应晶体管 响应度 弱光探测

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高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

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作者 谢生 王雪飞 +4 位作者 兰馗博 毛陆虹 董威锋 丛佳 孙邵凡 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期788-792,共5页

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进... 针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm^2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域. 展开更多

关键词 光电探测器 响应度 弱光探测 CMOS 工艺

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用于高精度图像传感器的锁相环

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作者 李嘉文 徐江涛 聂凯明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期410-414,442,共6页

为了提高图像传感器的探测精度,给像素中的传输管提供高精度时钟信号,设计了一款可编程式电荷泵锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)模块。该模块使用分频器以输出可调控频率的时钟,增加了复用性;在电荷泵中加入单位增益放大器以消除毛刺,增... 为了提高图像传感器的探测精度,给像素中的传输管提供高精度时钟信号,设计了一款可编程式电荷泵锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)模块。该模块使用分频器以输出可调控频率的时钟,增加了复用性;在电荷泵中加入单位增益放大器以消除毛刺,增大了锁相环精度;同时给出了针对整个模块的相位噪声分析。仿真结果表明,当输出200 MHz时钟时,信号的时钟抖动为28 ps,电路工作在1.5 V电压下的功耗<2 mW。该模块已用于一款高精度图像传感器中,在0.11μm CMOS工艺下进行了流片,测试结果表明其可以实现50 MHz到200 MHz的高精度时钟输出,满足了芯片对于时钟的需求。 展开更多

关键词 ToF图像传感器 锁相环模块 电荷泵 低噪声

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极端温度下功率SiGe HBTs辐照特性研究

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作者 胡开龙 魏印龙 秦国轩 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期75-81,共7页

为研究不同发射极面积的SiGe HBTs在极端温度下的辐照特性,本文系统地表征了质子辐照前后功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBTs)在不同温下的辐照特性;揭示发射极面积与功率SiGe HBTs的辐照损伤相关性;对功率SiGe HBTs器件进行建模研究,... 为研究不同发射极面积的SiGe HBTs在极端温度下的辐照特性,本文系统地表征了质子辐照前后功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBTs)在不同温下的辐照特性;揭示发射极面积与功率SiGe HBTs的辐照损伤相关性;对功率SiGe HBTs器件进行建模研究,提取辐照影响器件内部的主要参数;表征了不同条件下辐照前后电子密度变化量(Δedensity)、载流子复合率变化量(ΔSRH recombination)以及载流子迁移率变化量(Δemobility),对辐照影响功率SiGe HBTs的内部物理机制进行系统的分析。研究结果表明,功率SiGe HBTs的发射极面积与质子辐照损伤成正比,性能退化严重;在极端温度下,具有更好的抗质子辐照能力;在抗辐照领域和空间应用等领域有巨大的潜力。 展开更多

关键词 高功率硅锗异质结双极晶体管 质子辐照 极端温度 器件建模 机制分析

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