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Method of Single Event Effects Radiation Hardened Design for DC-DC Converter Based Load Transient Detection

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Chinese Journal of Electronics 2024年第5期33卷 1154-1164页

作者： zhongjie guo Nan LIU Hu LU Mengli LI Ziyi QIU School of Automation and Information Engineering Xi'an University of Technology

Aiming at the impact of load current change on single-event transient, the essential difference between single-event transient and load transient of DC-DC converter is deeply studied. A hardened circuit based on load transient detection is proposed. The circuit detects the load transient information in time and outputs a control signal to control the single event hardened circuit, thereby realizing the improvement of the transient characteristics of the system under dynamic conditions. Based on the 180 nm bipolar-CMOS-DMOS（BCD） process, the design and physical verification of a boost converter are completed. The experimental results show that the input voltage range is 2.9–4.5 V, the output voltage range is 5.8–7.9 V, and the load current is 0–55 mA. During load transients, the load detection circuit turns off the hardened circuit in time, avoiding system oscillation and widening the dynamic range of the hardening circuit. Under the single-event transient, the output voltage fluctuation of the system does not exceed the maximum ripple voltage, and the single-event transient suppression ability reaches more than 86%, the system can work well with linear energy transfer of about 100 Me V·cm2/mg.

关键词： Voltage fluctuations Fluctuations Radiation hardening (electronics) Energy exchange DC-DC power converters Dynamic range Transient analysis DC-DC converter Analog single-event transient effect Load transient detection Radiation hardened by design TMR

A high consistency ramp circuit design method for negative feedback adaptive adjustment mechanism applied to large area array CMOS image sensors

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Science China(Information Sciences) 2024年

作者： zhongjie guo Lin LI Ruiming XU Suiyang LIU Ningmei YU Yuan YANG Longsheng WU Department of Electronics Xi'an University of Technology School of Microelectronics Xidian University

Generally speaking, the column level ADC provides ramp signals for each column in the way of global ramp [1]. At present, the scale of the high-end image sensor array has reached tens of millions, hundreds of millions or even billions [2]. With the increasing scale of the image sensor array,the parasitic metal routing on the ramp becomes larger and larger [3], and the inconsistency of the ramp becomes more and more obvious. Tens of thousands of comparators work at the same time, and the distortion of the ramp signal of the input stage of the comparator is becoming more and more serious, resulting in the failure of the global ramp.

关键词：

基于自适应校正技术的拼接型像素阵列一致性驱动方法研究

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西北工业大学学报 2024年第2期42卷 353-361页

作者：郭仲杰程新齐许睿明刘绥阳西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

随着拼接工艺在超大阵列CMOS图像传感器中的应用,传统的时钟树同步设计方法已不再适用于像素阵列的双侧驱动电路中,同一行像素阵列的双侧驱动面临直流穿通和坏行的严重问题。基于片上自适应校正思想提出了一种可应用于拼接型像素阵列的... 详细信息

随着拼接工艺在超大阵列CMOS图像传感器中的应用,传统的时钟树同步设计方法已不再适用于像素阵列的双侧驱动电路中,同一行像素阵列的双侧驱动面临直流穿通和坏行的严重问题。基于片上自适应校正思想提出了一种可应用于拼接型像素阵列的一致性驱动方法。该方法根据芯片工作环境的变化进行自适应实时校正,具有结构简单和可靠性高等特点。基于55 nm工艺,采用所提方法在一款12288×12288的150M像素规模、芯片面积高达77 mm×84 mm的超大阵列CMOS图像传感器中进行了实际应用和全面验证。实验结果表明:在500 MHz的主时钟、125 kHz的行时钟下,双侧行驱动的非一致性由17.5 ns减小至2 ns(一个时钟周期)以内,一致性提高了9倍以上,确保了亿级像素规模的超大面阵图像传感器的帧频达到10帧以上。

关键词： CMOS图像传感器超大阵列行驱动一致性

面向超大面阵CMOS图像传感器的全局斜坡一致性校正方法

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电子与信息学报 2024年第7期46卷 2952-2960页

作者：许睿明郭仲杰刘绥阳余宁梅西安理工大学西安710048

针对大面阵CMOS图像传感器(CIS)中存在的斜坡信号不一致性问题,该文提出一种用于CMOS图像传感器的斜坡一致性校正方法。该误差校正方法基于误差存储和电平移位思想,在列级读出电路中引入用于存储各列斜坡不一致性误差的存储电容,根据存... 详细信息

针对大面阵CMOS图像传感器(CIS)中存在的斜坡信号不一致性问题,该文提出一种用于CMOS图像传感器的斜坡一致性校正方法。该误差校正方法基于误差存储和电平移位思想,在列级读出电路中引入用于存储各列斜坡不一致性误差的存储电容,根据存储的斜坡不一致性误差对各列的斜坡信号进行电平移位,确保斜坡信号的一致性。该文基于55 nm 1P4M CMOS工艺对提出的斜坡一致性校正方法完成了详细电路设计和全面仿真验证。在斜坡信号电压范围为1.4 V,斜坡信号斜率为71.908 V/ms,像素面阵规模为8 192(H)×8 192(V),单个像素尺寸为10μm的设计条件下,该文提出的校正方法将斜坡不一致性误差从7.89 mV降低至36.8μV。斜坡信号的微分非线性(DNL)为+0.001 3/–0.004 LSB,积分非线性(INL)为+0.045/–0.02 LSB,列级固定模式噪声(CFPN)从1.9%降低到0.01%。该文提出的斜坡一致性校正方法在保证斜坡信号高线性度,不显著增加芯片面积和不引入额外功耗的基础上,斜坡不一致性误差降低了99.53%,为高精度CMOS图像传感器的设计提供了一定的理论支撑。

关键词： CMOS图像传感器列级固定模式噪声斜坡产生电路斜坡一致性校正方法

An Improved Global Shutter Pixel with Extended Output Range and Linearity of Compensation for CMOS Image Sensor

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Chinese Journal of Electronics 2021年第1期30卷 102-108页

作者： guo zhongjie YU Ningmei WU Longsheng School of Automation and Information Engineering Xi'an University of Technology Xi'an Microelectronic Technology Institute

An improved global shutter pixel structure with extended output range and linearity of compensation is proposed for CMOS image sensor. The potential switching of the sample and hold capacitor bottom plate outside the array is used to solve the problem of the serious swing limitation, which will attenuate the dynamic range of the image sensor. The non-linear problem caused by the substrate bias effect in the output process of the pixel source follower is solved by using the mirror FD point negative feedback self-establishment technology outside the array. The approach proposed in this paper has been verified in a global shutter CMOS image sensor with a scale of 1024×1024 pixels. The test results show that the output range is expanded from 0.95 V to 2 V, and the error introduced by the nonlinearity is sharply reduced from280 mV to 0.3 mV. Most importantly, the output range expansion circuit does not increase the additional pixel area and the power consumption. The power consumption of linearity correction circuit is only 23.1μW, accounting for less than 0.01% of the whole chip power consumption.

关键词： CMOS image sensor Pixel Global shutter Output range Linearity

Research on Column FPN and Black Level Calibration in Large Array CMOS Image Sensor

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Chinese Journal of Electronics 2021年第2期30卷 268-274页

作者： guo zhongjie YU Ningmei WU Longsheng School of Automation and Information Engineering Xi'an University of Technology Xi'an Microelectronic Technology Institute

A technical investigation, research and implementation is presented to correct column fixed pattern noise and black level in large array Complementary metal oxide semiconductor(CMOS) image sensor. Through making a comparison among reported solution, and give large array CMOS image sensor design and considerations,according to our previous analysis on non-ideal factor and error source of piecewise Digital to analog converter(DAC) in multi-channels, an improving accurate piecewise DAC with adaptive switch technique is developed. The research theory has verified by a high dynamic range and low column Fixed pattern noise(FPN) CMOS image sensor prototype chip, which consisting of 8320×8320 pixel array was designed and fabricated in 55 nm CMOS 1P4M standard process. The chip active area is 48 mm×48 mm with a pixel size of 5.7μm×5.7μm. The measured results achieved a high intrinsic dynamic range of 75 d B, a low FPN and black level of 0.06%, a low photo response non-uniformity of 1.5% respectively, and an excellent raw sample image taken by the prototype sensor.

关键词： Image detectors, convertors, and intensifiers CMOS integrated circuits Image sensors CMOS image sensor Column FPN Readout chain DAC

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大球盖菇液体菌种繁育工艺研究

福建农业学报 2024年第6期39卷 680-688页

作者：曾志恒戴建清陈文智曾辉郭仲杰蔡志欣福建省农业科学院食用菌研究所/特色食用菌繁育与栽培国家地方联合工程研究中心福建福州350014

【目的】优化大球盖菇液体菌种培养基,探究液体培养过程中的生长规律,确立液体菌种繁育栽培种工艺参数。【方法】以大球盖菇8号为试验菌株,以菌丝体生物量为评价指标,采用单因素和正交试验L9(34)优化液体菌种培养基。测定液体菌种菌丝... 详细信息

【目的】优化大球盖菇液体菌种培养基,探究液体培养过程中的生长规律,确立液体菌种繁育栽培种工艺参数。【方法】以大球盖菇8号为试验菌株,以菌丝体生物量为评价指标,采用单因素和正交试验L9(34)优化液体菌种培养基。测定液体菌种菌丝体生物量,还原糖和氨基氮含量,羧甲基纤维素酶、淀粉酶、酸性蛋白酶、漆酶胞外酶酶活生理生化指标,确立优化配方的液体菌种最优培养时间。以平均满袋时间为指标,确立液体菌种扩繁栽培种接种量、培养基配方颗粒度和碳氮比。【结果】优化得到大球盖菇液体菌种最优配方为葡萄糖20 g·L^(-1)、小麦粉30 g·L^(-1)、酵母粉0.75 g·L^(-1)、磷酸二氢钾1.00 g·L^(-1)、硫酸镁0.50 g·L^(-1)、起始p H 5。培养第8天时,大球盖菇菌丝体生物量最大,为1.66 g·hm L^(-1);液体培养过程中还原糖含量由12.23 mg·m L^(-1)降至1.38 mg·m L^(-1),氨基氮含量由0.09mg·m L^(-1)降至0.06 mg·m L^(-1);羧甲基纤维素酶和淀粉酶酶活在第4天最高,酶活分别为6.49、5.16 U,酸性蛋白酶酶活在第2天最高,酶活为1.80 U,漆酶酶活在第6天最大,酶活为1.63 U。液体菌种扩繁栽培种生产工艺参数:接种量为15 m L,菌包培养基配方颗粒度的粗细木屑比为7∶3,碳氮比为50∶1。【结论】大球盖菇液体菌种活性与上述指标具有一定的相关性,结合发酵液生理生化指标,判定第7天的液体菌种活力最高。利用大球盖菇液体菌种扩繁栽培种,平均满袋时间为23.7 d,缩短生长周期2.7 d。本研究建立配套的制种工艺,为大球盖菇栽培种工厂化生产技术奠定基础。

关键词：大球盖菇液体菌种培养基优化应用

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一种宽输入瞬态增强LDO设计

西安邮电大学学报 2024年第1期29卷 41-52页

作者：汪西虎康敏安郭仲杰杨靳郭世骁西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

当应用于恶劣的电子电路环境中时,汽车电子中电源管理类芯片可能发生瞬态高压和线路的动态变化。为了拓宽输入范围和改善瞬态响应性能,提出了一种宽输入瞬态增强低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator, LDO)设计。采用预稳压电路将输... 详细信息

当应用于恶劣的电子电路环境中时,汽车电子中电源管理类芯片可能发生瞬态高压和线路的动态变化。为了拓宽输入范围和改善瞬态响应性能,提出了一种宽输入瞬态增强低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator, LDO)设计。采用预稳压电路将输入高电压转化为低压电源,为电路内部模块供电来实现宽输入。主环路使用双调整管设计方式,通过添加快速响应通路的方式加快环路对输出电压变化的响应速度,结合快速放电电路以实现快速瞬态响应。应用米勒调零补偿和零点补偿方法以保证不同带载条件下环路的稳定性。仿真结果表明,设计LDO电路输入电压的范围为3~40 V,预稳压电路可以将输入的高电压降压至2.8 V;LDO输出电压典型值为5 V,最大可带载150 mA;当负载电流发生150 mA的跳变时,输出的上冲电压和下冲电压分别为40.32 mV和55.77 mV。与已有的相关设计相比,所提设计实现了较宽的输入范围,同时具有较好的瞬态响应性能。

关键词：低压差线性稳压器汽车电子宽输入范围快速瞬态响应米勒调零补偿零点补偿

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一种超宽共模输入范围的CAN FD接收器

西安邮电大学学报 2024年第2期29卷 53-63页

作者：汪西虎秦鹏郭仲杰孙洋张格凡西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

针对在负压干扰条件下,控制器局域网(Control Area Network,CAN)总线接收器存在工作异常以及传输延时较大的问题,设计了一种超宽共模输入范围的可变速率的CAN(CAN with Flexible Data rate,CAN FD)接收器。该设计通过电平移位与共射级... 详细信息

针对在负压干扰条件下,控制器局域网(Control Area Network,CAN)总线接收器存在工作异常以及传输延时较大的问题,设计了一种超宽共模输入范围的可变速率的CAN(CAN with Flexible Data rate,CAN FD)接收器。该设计通过电平移位与共射级相结合的方式,以减少总线信号对输入级静态工作点影响,拓展接收器的负压输入范围;采用电阻分压的方式衰减总线信号电平,以减轻输入级差分对管的耐压负担;引入低温漂电压,以产生高精度的翻转阈值;在输出级模块增添限幅晶体管,以限制接收器输出摆幅,提升传输速度。芯片采用0.18μm 60 V双极、互补、双扩散金属氧化物半导体工艺进行电路设计。仿真结果表明,在5 V电源电压条件下,设计接收器的共模输入范围为-60~60 V,阈值电压为0.71 V,迟滞门限为120 mV,温漂为0.057 mV/℃,平均传输延时小于55 ns。与相关设计相比,设计的接收器具有较宽的共模输入范围,传输延时较小,符合CAN协议规范。

关键词： CAN接收器共模输入范围接收器阈值电压高速传输负压干扰