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GM-APD阵列高精度像素读出电路设计

红外与激光工程 2017年第1期46卷 138-145页

作者：赵佳姮赵毅强叶茂夏显召周国清天津市成像与感知微电子技术重点实验室(天津大学) 天津300072 桂林理工大学广西空间信息与测绘重点实验室广西桂林541004

提出并设计了一种适用于激光3D成像的盖革模式雪崩光电二极管(Geiger-mode avalanche photodiode,GM-APD)阵列像素读出电路。基于飞行时间(time-of-flight,TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(active quenching circui... 详细信息

提出并设计了一种适用于激光3D成像的盖革模式雪崩光电二极管(Geiger-mode avalanche photodiode,GM-APD)阵列像素读出电路。基于飞行时间(time-of-flight,TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(active quenching circuit,AQC)和时间数字转换器(time-to-digital converter,TDC)。所采用的TDC是粗细结合的两段式计数方式,成功实现了时钟频率和时间分辨率间的折中。基于内插技术,由粗计数的线性反馈移位寄存器和细计数的延时线型TDC共同实现了高达18-bit的动态范围。同时两者的时钟频率分别降低至250 MHz和500 MHz,分别是常规设计频率的1/20和1/10,大大降低了设计和应用难度。电路采用SMIC 0.18μm工艺设计,后仿结果显示达到了200 ps的高精度时间分辨率,对应的距离分辨率为3 cm,完全能够满足3 km激光3D成像中的测距要求。像素电路版图面积小于50×95μm2,总功耗为0.89 m W,具有小面积和低功耗的优势。

关键词：读出电路盖革模式雪崩光电二极管延时线型TDC 激光3D成像

面向LiDAR应用的APD单片前端读出电路设计

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红外与激光工程 2019年第A1期48卷 27-32页

作者：丁春楠叶茂夏显召谢绍禹李尧赵毅强天津大学微电子学院成像与感知微电子技术重点实验室天津300072 天津津航技术物理研究所天津300308

针对基于雪崩光电二极管(avalanche photodiode,APD)的激光雷达(light laser detection and ranging,LiDAR)应用需求,设计并实现了一款具有高集成度的模拟前端读出电路芯片。该芯片集成了高增益宽带跨阻放大器(transimpedance amplifier... 详细信息

针对基于雪崩光电二极管(avalanche photodiode,APD)的激光雷达(light laser detection and ranging,LiDAR)应用需求,设计并实现了一款具有高集成度的模拟前端读出电路芯片。该芯片集成了高增益宽带跨阻放大器(transimpedance amplifier,TIA)、固定增益电压放大器、高速实时比较器以及低压差分信号(low voltage differential signaling,LVDS)接口电路等。高增益宽带跨阻放大器采用电阻反馈式结构,电压信号以伪差分信号的形式输出,抗干扰能力较强。固定增益电压放大器采用电阻反馈同相放大器结构。比较器利用未经补偿的开环放大器实现。读出电路采用LVDS输出,实现了与后端FPGA的互连,进一步提高了系统集成度。该芯片采用chrt 0.18μm工艺设计,面积约为0.9 mm×1.9 mm。在3.3 V供电电压下,测试结果显示跨阻增益为83.6 d BΩ,带宽为120 MHz,整体链路能对脉宽为5 ns的脉冲作出有效响应,LVDS输出电压符合FPGA接口要求。

关键词：激光雷达 APD 跨阻放大器伪差分 LVDS

混合磨料对LED用蓝宝石衬底CMP质量的影响

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功能材料 2012年第B8期43卷 84-86页

作者：于江勇刘玉岭牛新环李英的夏显召河北工业大学微电子研究所天津300130

分析了混合磨料在蓝宝石衬底化学机械抛光(CMP)过程中的作用机理,并对比了SiO2水溶胶磨料和SiO2与Al2O3混合磨料对蓝宝石衬底去除速率的影响。研究表明,在主磨料SiO2水溶胶中加入浓度为20mL/L同粒径纳米级的Al2O3可以使CMP过程中的化学... 详细信息

分析了混合磨料在蓝宝石衬底化学机械抛光(CMP)过程中的作用机理,并对比了SiO2水溶胶磨料和SiO2与Al2O3混合磨料对蓝宝石衬底去除速率的影响。研究表明,在主磨料SiO2水溶胶中加入浓度为20mL/L同粒径纳米级的Al2O3可以使CMP过程中的化学作用与机械作用达到相互平衡,使抛光去除速率得到明显提高。在距抛光终点5～10min通过调整工艺参数与抛光液配比,使表面粗糙度由2.32nm降至0.236nm。

关键词：蓝宝石衬底化学机械抛光混合磨料去除速率

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纳米级三氧化二铝对碱性钨抛光液的影响

微纳电子技术 2013年第1期50卷 64-68页

作者：夏显召刘玉岭王娟魏文浩河北工业大学微电子技术与材料研究所天津300130

研究了纳米级三氧化二铝颗粒的加入对以二氧化硅为磨料的碱性钨抛光液的影响。首先用单一因素法分析了三氧化二铝与二氧化硅质量比对原有碱性钨抛光液的去除速率的影响,以及氧化剂体积分数和pH值对抛光液去除速率的影响,取最优值,然后... 详细信息

研究了纳米级三氧化二铝颗粒的加入对以二氧化硅为磨料的碱性钨抛光液的影响。首先用单一因素法分析了三氧化二铝与二氧化硅质量比对原有碱性钨抛光液的去除速率的影响,以及氧化剂体积分数和pH值对抛光液去除速率的影响,取最优值,然后对添加三氧化二铝抛光液抛光后晶圆表面粗糙度进行了测试分析。实验结果显示在三氧化二铝与二氧化硅质量比为1∶2,二氧化硅水溶胶与去离子水体积比为1∶1,氧化剂体积分数为2%,pH值为9时,去除速率达到175 nm/min,较原有碱性钨抛光液提高约1倍,表面粗糙度为2.24 nm,能满足实际生产要求。

关键词：纳米碱性三氧化二铝钨抛光液化学机械抛光(CMP)

SiO_2/CeO_2混合磨料对硅CMP效果影响

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半导体技术 2013年第1期38卷 51-54页

作者：李英的刘玉岭孙鸣夏显召于江勇杨昊鹍河北工业大学微电子研究所天津300130

以获得高去除速率和低表面粗糙度为目标,建立了基于纳米氧化铈-硅溶胶复配混合磨料新模式。采用小粒径、低分散度的30 nm氧化铈-硅溶胶复配混合作为磨料,利用氧化铈对硅片表面化学反应产物硅酸胺盐的强络合作用,加快了硅衬底表面化学反... 详细信息

以获得高去除速率和低表面粗糙度为目标,建立了基于纳米氧化铈-硅溶胶复配混合磨料新模式。采用小粒径、低分散度的30 nm氧化铈-硅溶胶复配混合作为磨料,利用氧化铈对硅片表面化学反应产物硅酸胺盐的强络合作用,加快了硅衬底表面化学反应进程。分析了复合磨料抛光的机理,通过Aglient 5600LS原子力显微镜,测试了抛光前后的厚度及抛光后的硅片表面微粗糙度。实验结果表明,复合磨料抛光后硅片表面在10μm×10μm范围内粗糙度方均根值0.361 nm,表面微粗糙度降低16%以上,去除率为1 680 nm/min,硅CMP速率提高8%以上,实现了高去除速率、低表面粗糙度的硅单晶抛光。

关键词：纳米氧化铈化学机械抛光硅衬底去除速率粗糙度

基于多阶段相关功耗分析的SM4-XTS侧信道分析方法

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电子与信息学报 2024年第11期46卷 4161-4169页

作者：赵毅强闫明凯张启智高雅夏显召郭阳王耀华何家骥天津大学微电子学院天津300072 天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072 中汽研科技有限公司深圳518118 国防科技大学计算机学院长沙410073

带密文挪用的XEX可调分组密码(XTS)被广泛应用于存储加密中,随着大数据计算与新型侧信道分析方法的提出与应用,XTS加密模式的安全性成为一个值得关注的问题。近年来,已有部分研究针对XTS模式进行了侧信道的分析研究,通过确定部分密钥与... 详细信息

带密文挪用的XEX可调分组密码(XTS)被广泛应用于存储加密中,随着大数据计算与新型侧信道分析方法的提出与应用,XTS加密模式的安全性成为一个值得关注的问题。近年来,已有部分研究针对XTS模式进行了侧信道的分析研究,通过确定部分密钥与调整值tweak,进而缩小密钥检索范围,但并没有实现对XTS模式系统的分析。该文提出一种针对SM4-XTS电路的侧信道分析技术,通过结合传统的相关功耗分析(CPA)与多阶段融合的CPA技术,解决了针对调整值模乘迭代导致的二进制数移位问题,从而实现调整值与密钥的精确提取。为了验证这种分析技术的有效性,在FPGA上实现了SM4-XTS加密模块来模拟实际情况中的加密存储器。实验结果表明,在10000条功耗曲线下,该技术可以成功提取目标加密电路的部分调整值与密钥。

关键词： SM4-XTS 侧信道分析分组密码相关功耗分析

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软件定义主动屏蔽层生成及防护技术研究

电子学报 2022年第6期50卷 1381-1388页

作者：赵毅强高雅马浩诚张启智叶茂夏显召何家骥天津大学微电子学院天津300072 中国汽车技术研究中心天津300000

由于安全芯片信息泄露事件的频发,提高安全芯片的防护能力刻不容缓.本文提出了一种软件定义主动屏蔽层生成及防护系统构建的方法,无需具有安全背景知识即可在短时间内生成高熵值的顶层金属布线防护网络,有效遮蔽芯片加密模块等关键组件... 详细信息

由于安全芯片信息泄露事件的频发,提高安全芯片的防护能力刻不容缓.本文提出了一种软件定义主动屏蔽层生成及防护系统构建的方法,无需具有安全背景知识即可在短时间内生成高熵值的顶层金属布线防护网络,有效遮蔽芯片加密模块等关键组件,同时满足合规的相关要求.本文所提出的方法可由软件定义布线的类型、线宽、线间距等参数,能够适用于不同的工艺节点,且相关技术已经在华虹130 nm的工艺下进行了仿真验证,实现了主动屏蔽层与2种屏蔽层完整性检测电路的结合,验证了屏蔽层对聚焦离子束和微探针攻击的检测效果,实现了对侵入式物理攻击的有效感知与防护.

关键词：集成电路安全主动屏蔽层哈密顿结构检测电路抗物理攻击

75 ps精度GM-APD阵列像素读出电路设计(英文)

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南开大学学报（自然科学版） 2018年第2期51卷 57-64页

作者：赵佳姮赵毅强叶茂夏显召周国清天津大学电子信息工程学院天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072 桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林400045

提出了1种用于激光3D成像的中等规模盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)阵列的像素读出电路.根据时间飞行(TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(AQC)和时间数字转换器(TDC).所采用的TDC是两段式粗细结合的架构,成功实现了... 详细信息

提出了1种用于激光3D成像的中等规模盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)阵列的像素读出电路.根据时间飞行(TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(AQC)和时间数字转换器(TDC).所采用的TDC是两段式粗细结合的架构,成功实现了时钟频率和时间分辨率的折中.基于内插技术,动态范围提高到了19 bit,而时钟频率降低为预计的1/5,显著降低了设计和应用的难度.采用延时线技术实现的4 bit细TDC将精度提高到75 ps.电路采用SMIC 0.18μm工艺设计.后仿结果显示达到了75 ps的高精度时间分辨率,对应3 km测距范围内的距离分辨率为1.125 cm.另外,总功耗为1.08 m W,且电路面积小于95×95μm^2.

关键词：激光3D成像读出电路雪崩光电二极管(APD) 延迟线时间数字转换器(TDC)

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大动态范围激光雷达回波信号饱和处理算法

光子学报 2018年第12期47卷 151-157页

作者：朱世贤赵毅强(导师) 叶茂李杰夏显召谢绍禹周国清赵毅强天津大学微电子学院天津300072 天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072

对激光雷达距离探测中的回波信号建模,提出一种窗宽自适应形心修正算法,根据窗宽与饱和度的关系建立窗宽自适应模型以获取形心,并采用中位数修正,实现高精度饱和波形时刻提取.利用Matlab进行仿真分析,结果表明当信噪比为10dB时,窗宽自... 详细信息

对激光雷达距离探测中的回波信号建模,提出一种窗宽自适应形心修正算法,根据窗宽与饱和度的关系建立窗宽自适应模型以获取形心,并采用中位数修正,实现高精度饱和波形时刻提取.利用Matlab进行仿真分析,结果表明当信噪比为10dB时,窗宽自适应形心修正算法精度为0.3ns,相比于传统形心算法提高92%,可有效解决形心漂移问题.利用板级系统实测波形验证算法,并针对实测波形的微小畸变修正该算法,结果表明在饱和波形下该算法时间精度可达0.5ns,可实现7.5cm的测距精度,有效增大测距动态范围,降低系统复杂度.

关键词：激光雷达距离测量形心算法饱和回波窗宽自适应时刻提取