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微电子学 2020年第1期50卷 101-105页

作者：刘全旺张波甄少伟薛卫东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 凹凸电子(成都)有限公司成都610041

采用0.18μm BCD工艺,设计了一种高精度电流检测电路。分析了失调电压对电流采样精度的影响,采用斩波差动差分放大器和交叉采样电路,得到好的共模电平设置。采用分时采样的方法,利用逐次逼近模数转换器对电流检测结果进行采样。利用数... 详细信息

采用0.18μm BCD工艺,设计了一种高精度电流检测电路。分析了失调电压对电流采样精度的影响,采用斩波差动差分放大器和交叉采样电路,得到好的共模电平设置。采用分时采样的方法,利用逐次逼近模数转换器对电流检测结果进行采样。利用数字电路,对ADC采样结果进行求和并取平均值操作,大幅度消除了失调电压的影响,得到较高的精度。该电流检测电路可用于锂电池保护监测芯片。室温下,输入信号幅度在-10~10 mV范围时,检测误差小于30μV,输入信号幅度在-170~70 mV范围时,检测误差小于70μV。

关键词：差动差分放大器逐次逼近模数转换器交叉采样模拟集成电路

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CMOS MEMS加速度计研究及低噪声检测电路集成设计

CMOS MEMS加速度计研究及低噪声检测电路集成设计

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作者：梁亮西安电子科技大学

学位级别：硕士

MEMS电容式加速度计具有功耗低、体积小、可靠性高等优势,类型主要有:体硅加速度计,表面多晶硅加速度计和CMOS MEMS加速度计等。其中CMOS MEMS加速度计因具有其易于实现单片集成、易于降低加工成本和互连寄生参数等优势,成为最具市场前... 详细信息

MEMS电容式加速度计具有功耗低、体积小、可靠性高等优势,类型主要有:体硅加速度计,表面多晶硅加速度计和CMOS MEMS加速度计等。其中CMOS MEMS加速度计因具有其易于实现单片集成、易于降低加工成本和互连寄生参数等优势,成为最具市场前景的加速度计产品。但是CMOS MEMS加速度计存在电容灵敏度低、结构失调、性能参数漂移等问题,这使其检测系统设计成为巨大的挑战。本文设计了一款能检测10-4-10-3fF量级电容变化的低噪声开环结构检测电路。首先,建立了用于系统仿真的CMOS MEMS加速度计的行为级模型。之后,通过分析检测端存在的主要噪声源,提出了检测端电容匹配设计来实现噪声最小化。本文设计的检测电路采用连续时间电压模式电容检测电路结构,运用斩波稳定技术降低器件噪声、消除电路失调。检测电路的核心是一个两级三输入差动差分放大器(DDA),其中第一级作为缓冲级,用于实现噪声优化;第二级是主增益级,用于提供增益和带宽。该放大器通过两个辅助输入端来实现直流/交流失调补偿。为了稳定DDA放大器在开环结构下输入端的直流偏置,本文设计中将一周期性重置电路连接到检测电路检测端。最后,本文采用华润上华0.5um CMOS数模混合工艺,完成了电容灵敏度仅为0.1fF×4/g的CMU CMOS MEMS加速度计开环检测电路设计,并结合加速度计行为级模型对检测系统进行了仿真。仿真结果显示在调制信号幅值为0.1v时,系统能检测10-3fF量级的电容,相应的总检测灵敏度为205mV/g,分辨率为0.01g,有效检量程为0-10g,总误差低于5.5%,在0-6g误差小于1%。通过改变调制信号的幅值,可以调整该检测系统的分辨率。当调制信号幅值为1V时,系统能检测10-4fF量级的电容变化,总检测灵敏度为2.05V/g,分辨率为1mg,有效检量程为0-1g,分辨率达到商用加速度计的要求。

关键词： CMOS MEMS加速度计噪声最小化斩波稳定差动差分放大器

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基于心电信号采集模块的高性能仪表放大器的研究与设计

基于心电信号采集模块的高性能仪表放大器的研究与设计

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作者：谢雪勤福州大学

学位级别：硕士

随着生物技术和微电子技术的发展与结合,便携式远程心电信号监测与预警系统应运而生,有效地解决了心血管疾病的“不及时”问题。在便携式远程心电信号监测与预警的系统中,能否准确地采集有效的心电生理信号是至关重要的,直接影响着整个... 详细信息

随着生物技术和微电子技术的发展与结合,便携式远程心电信号监测与预警系统应运而生,有效地解决了心血管疾病的“不及时”问题。在便携式远程心电信号监测与预警的系统中,能否准确地采集有效的心电生理信号是至关重要的,直接影响着整个系统的分析结果,所以,系统对其前端采集模块电路的性能有着极高的要求。加之,心电信号是容易受噪声干扰的微弱信号,因此,高性能的仪表放大器是采集模块电路中不可或缺的关键电路。仪表放大器需要具备高增益的性能,并且实现可调增益的设置,以便于将微弱信号放大到合适并且稳定的电压范围,有利于后续电路进行分析与处理。同时,低频的心电信号容易受周围的共模信号影响,为保证信号的有效性,仪表放大器必须具备较高的共模抑制比。针对以上问题,本文提出了基于电容耦合型架构的可调增益仪表放大器,主要由差动差分放大器与可变增益放大器组成。本文主要的工作内容是针对心电信号的特征,设定电路性能指标,并采用差动差分放大器搭配斩波调制器作为前级放大器,有效降低噪声并达到较高的共模抑制比。在后级放大电路中,采用以数字控制电路为反馈环路的可变增益放大器,实现高增益且自动调节的目的。并通过Cadence软件实现电路的搭建与仿真,然后进行版图设计,实现流片,最后制定芯片的测试方案,以备进行芯片的测试工作。本文主要的创新之处有:(1)在可变增益放大器中,反馈环路采用数字控制电路,利用数模结合的方式,不仅实现自动精确调节增益,更是大大减小芯片面积;(2)在前级放大电路中,差动差分放大器的闭环回路采用伪电阻作为反馈电阻,具有带通滤波效果,有效抑制斩波技术引入的高频纹波,电路简单,且降噪效果好。本文选用SMIC0.18μmCMOS工艺,实现电路的设计、搭建、仿真及版图,并进行流片。电路实现较低的功耗,其共模抑制比为113.8dB,增益实现可调增益,分别放大46dB、54dB与60dB。芯片的工作电压是1.8V,核心面积为678μm×598μm。

关键词：心电采集仪表放大器可变增益差动差分放大器斩波

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