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关键词： 低功耗蓝牙技术   电流舵数模转换器   低通滤波器  

摘要： 低功耗蓝牙技术(BLE)作为一种超低功耗、低成本的短距离通信技术已经被广泛地应用在智能设备上。近年来,许多国内外的公司都在无线通信方面进行研究,特别是BLE芯片的研发。本文涉及到的BLE芯片由零中频收发机、电源管理模块以及寄存器控制模块构成。其中,BLE发射机中的模拟基带电路作为数字基带和射频电路的桥梁,具有很大的研究意义。因此,本文主要对BLE发射机的模拟基带电路进行研究与设计。发射机模拟基带电路主要包括一个12bit 48MS/s的分段式电流舵数模转换器和二阶低通滤波器两个模块。DAC的设计包括输入寄存器、译码电路、电流源阵列和偏置电路等,LPF的设计主要包括运算放大器和外部环路中电阻电容的设计。本文对译码电路进行了优化,并采用R-2R电阻对电流源阵列进行了分权处理。设计了一种电流可调节的偏置电路,其中通过寄存器实现了对DAC输出电流的调整。滤波器的电阻电容采用多位控制的阵列结构,通过配置不同的电阻和电容值来修正滤波器的带宽和优值,进而改善总体电路的动态性能。本文的电路设计基于TSMC 65nm工艺实现,后仿真结果表明:在1.5V电源电压下,模拟基带电路整体的功耗为1.58mW,面积为0.2mm,无杂散动态范围为76dB,符合BLE发射机性能的要求。

关键词： 岗赛教三位一体   集成电路版图设计  

摘要： 近年来，集成电路产业正面临着重大机遇与挑战，厦门市已聚集了一系列芯片设计、芯片制造，芯片封装配套产业链公司，对集成电路相关人才需求极大，技师学院作为技能人才的培养摇篮，有责任和义务培养更多集成电路人才。基于此，本文以集成电路版图设计课程教学为例，进行岗赛教三位一体的教学模式探究与实践，将岗位、比赛和教学相结合，提升学生学习热情，提高学习效果，让学生真正将知识和技能内化。

关键词： 数模转换器   数字上变频电路   半带滤波器  

摘要： 数模转换器是数字世界连接模拟世界的桥梁,在通信系统中占据十分重要的地位。随着通信系统的不断发展,要求数模转换器满足高采样率的同时输出高频信号。数字上变频技术具有相位变化稳定、频谱可调等优点,可以很方便的提高基带信号的采样率和频率。它的出现大大缓解了低频低速的基带信号与高频高速的数模转换器之间的矛盾,使通信系统中更高频段的发射系统更加容易实现。 本论文是对采样频率达2.5 GHz的数字上变频电路进行研究和设计。通过优化数字上变频电路中的插值滤波器模块和数控振荡器模块使得整体电路满足高采样率要求。对插值滤波器模块中半带滤波器的传统串行结构和内部乘法器算法提出优化。使用4路相位并行的半带滤波器电路结构替代传统的串行半带滤波器结构,可以在降低半带滤波器内部电路工作频率的同时降低工作功耗。使用改进后的基4BOOTH算法乘法器替换半带滤波器内部传统的直接相乘乘法器,可以提高电路整体的计算速度。对数控振荡器模块的传统电路结构和内部相幅转化算法提出优化。使用4路并行的数控振荡器电路结构替代传统的串行结构,可以在不影响数据输出速率的基础上降低电路内部的功耗。使用优化后的8分圆CORDIC算法替代传统的CORDIC算法,可以提高正余弦结果的计算速度。 数字上变频电路各指标设计完成之后使用Simulink和VCS仿真平台进行联合仿真验证。仿真过程中,向数字上变频电路输入频率为8 MHz、采样频率为156.25 MHz的基带信号,最终得到频率为40 MHz、采样频率为2.5 GHz的输出信号,数字上变频电路逻辑功能正确,输出信号符合预期的高频高采样率要求。基于SMIC工艺库对数字上变频电路进行逻辑综合,综合报告表明电路的总面积为847836.4μm,功耗为2.1 W。

关键词： 光学相控阵   驱动电路   电流源   FPGA   多路输出  

摘要： 随着科学技术的飞速发展，人类社会正在快速进入自动化、智能化的时代。各式各样的智能系统逐步融入到我们的生活中，为我们的生活提供了极大的便利，而许多智能系统都离不开相应的探测设备。激光雷达作为雷达技术中的一种，相比传统雷达具有更高的探测精度以及抗干扰性，在智能机器人、地图建模、无人驾驶等领域均有广阔的应用，因此其相关技术的研究具有非常大的社会以及经济价值。　　作为一种新型光束指向控制技术，光学相控阵技术OPA（OpticalPhasedArray）已经成为固态激光雷达研究的热点内容。基于热光效应的光波导相控阵是通过控制加载在光波导下介质的电流或电压产生的热量，来改变波导的实时温度，从而改变波导的折射率，最终使得波导的发射光束产生相位的改变，以此来实现光束扫描。因此设计出相应的高精度、可控输出的相位驱动电路，是光学相控阵中非常关键的一部分。　　本文研究的恒流源驱动电路是用于基于热光效应的光学相控阵，通过控制加载在波导介质间的电流来控制介质的温度从而达到控制波导折射率的目的，最终实现光束的扫描。　　由于传统的恒流源电路通常存在电路结构复杂、成本高等缺点，无法满足高精度、多路数输出以及数字化控制的要求。为了满足光学相控阵相位驱动的需求，本文设计并实现了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)以及采用闭环反馈调节原理的128通道恒流源驱动电路，用于光学相控阵相控单元的驱动控制。整个电路主要由FPGA控制模块、DAC数据转换模块、ADC数据采集模块、ADG模拟开关模块以及采样电阻组成。测试时，在上位机上设置相应通道的输出电流值，FPGA控制模块接收调控参数并且控制DAC模块进行输出。同时ADC模块对输出进行采集，在FPGA内对采集的数据进行反馈调节，最终实现128通道的可控恒流输出。电流的调控范围为0~15mA，调控的步长为0.05mA，调控的精度可达0.02mA。　　最后对系统输出电流的稳定度以及精确度进行了相应的测试，并且对测试的结果进行了分析。系统的性能测试数据表明：本文设计的光学相控阵相位驱动电路具有输出精度高、稳定性好等优点，可满足对光学相控阵相位驱动的要求。并且在对误差来源进行分析的基础上指出了系统在输出性能以及结构上进一步优化的方向。

关键词： 集成化   接收机   基片集成波导   滤波器   扇形枝节  

摘要： 近年来,随着国家对于无线通信的重视与人们对通信的高质量需求,微波毫米波以其具有其他波段的无线电波无法比拟的优点,得到了广泛的应用。随着现代微波通信的快速发展,高集成度和低成本的微波组件正逐渐成为现代电子对抗的重点研究对象。接收机作为电子对抗装备的重要部分,对于其性能和尺寸的指标确定也越来越苛刻。本文以实现高集成度,基于基片集成波导和多芯片微组装(MCM)技术实现了一款E波段高集成度接收组件。 基于微波毫米波电路国内外研究现状的充分调研,制定该接收组件的设计指标。然后对E波段集成化接收组件电路的设计指标进行细化,对其系统方案进行详细设计,分别对射频、本振及中频链路的增益分配,并利用ADS等仿真软件对于整机链路的增益和噪声系数等系数进行预仿真计算。为了实现高集成度,分别设计了三款平面滤波器用于通道滤波处理。基于匹配性能优良的扇形枝节等效成电容的特性,设计一款高滚降特性的椭圆低通滤波器,它在6 GHz频点处阻带抑制能够达到32 d B;基于薄膜工艺设计了一款陶瓷基底的Ku频段的小型化交指微带滤波器,通带内插损低于2.3 d B,回波损耗优于18 d B;利用基片集成波导取代常规的金属矩形波导滤波器,设计腔体折叠的E波段基片集成波导带通滤波器,通带内插损低于3.6 d B,回波损耗优于16.5 d B。 结合上述分析,对接收组件电路结构进行一体化设计,包括CAD版图、电源板以及整机腔体的模型分析设计,采用微组装工艺对接收机进行互连装配,不包含连接器的接收机尺寸为80 mm×30 mm×10 mm。经性能测试,测得通带范围内系统增益约为71 d B,平坦度约为3.18 d B,噪声系数约为5.62 d B,输出P1d B压缩点为13.13 dBm～13.63 dBm之间,杂散和谐波抑制均能满足指标要求。

关键词： 多值逻辑   忆阻器   三值忆阻器模型   三值忆阻逻辑运算单元   三值忆阻施密特触发电路  

摘要： 随着集成电路规模的不断壮大,电路散热、静态功耗、光掩模技术等带来的问题逐渐显现,等比例缩小和摩尔定律已经接近物理极限,集成电路技术在速度、功耗、集成度、可靠性等方面受到了一系列基本物理工艺技术问题的限制。为了克服这些挑战,可以通过全新的信息处理技术,例如多值逻辑,以及研究新型器件,例如忆阻器,本文将忆阻器与多值逻辑相结合,以三值逻辑为例,研究了多值忆阻电路的设计。不仅能解决当前集成电路中面临的一些问题,也是下一代集成电路发展的趋势之一。本文首先提出了理想型三值忆阻器的数学模型,根据该数学模型构建了理想型三值忆阻器模型的电路,并对频率、电压、阈值和忆导特性等性能指标进行了分析和优化改进,最后搭建了硬件电路进行实验验证,硬件电路的运行结果与软件仿真结果一致,其工作频率范围广,可在1Hz-2k Hz范围内实现三值特性,具有阈值和忆导值可控等功能,比现有的三值忆阻电路性能更加突出。接着分别基于三值格代数系统和三值模代数系统,对三值忆阻数字逻辑单元进行了设计,实现了三值忆阻文字逻辑单元、三值忆阻与或非逻辑单元、三值忆阻多功能逻辑单元、三值忆阻模三加逻辑单元和三值忆阻模三乘逻辑单元的电路结构。以三值文字运算为核心,设计了三值忆阻数值比较器、三值忆阻半加器和三值忆阻全加器,所设计的三值忆阻加法器电路具有普适性。最后在多值忆阻触发器电路中进行了探讨,设计了三值忆阻施密特触发电路,并将其应用到波形变换,脉冲鉴幅等方面。以上研究丰富了忆阻数字电路在多值逻辑领域的应用,同时多值忆阻逻辑电路的设计具有一定的创新性,为解决集成电路面临的问题提供了新的思路。

关键词： 非制冷红外探测器   读出电路   图像处理电路   输出缓冲电路   带隙基准电路  

摘要： 非制冷红外探测器因能够探测到红外辐射的存在而广泛应用在军用、民用领域,如工业生产、农业监控、保护环境、医学观察等方面。随着微电子技术的进步,人类对图像质量有了更高要求,图像处理电路作为非制冷红外探测器的重要组成部分,其各方面性能的完善程度决定着探测器能否快速输出高稳定性、高分辨率的图像。所以本论文在TSMC 65nm CMOS工艺下对非制冷红外探测器图像处理电路进行了以下主要研究: 1.设计了一款新型偏置电路,在原有像元电路的基础上,分别在明像元和盲像元电路中各添加一组电流镜,利用电流镜的镜像原理,将盲像元支路电流和明像元支路电流共同作用到镜像支路上,通过电流镜放大输出电流,既减小了偏压的影响,又增大了信号电流随明像元电阻变化的线性度,使得电路的线性率从24.4n A/kΩ增大到32.2n A/kΩ。 2.设计了一个采用三级运放的输出缓冲电路,三级运放依次采用的是折叠共源共栅结构、PMOS源跟随器、反相AB类输出结构,并在保证功耗的前提下加入了转换速率增强电路。缓冲电路输入级采用轨对轨结构,可保证电路满足输入电压的大摆幅输出;输出采用AB类结构,可以有效减小电路失真。此新型电路结构在驱动50p F大负载电容和100kΩ大负载电阻的条件下,开环增益达到135d B,相位裕度达到70deg,单位增益带宽达21MHz,转换速率为86.7/-82.8Vμs。 3.设计了一种应用于非制冷红外探测器的无运放基准电压源电路,其在核心电路中采用自偏置共源共栅结构,并加入了一组与核心电路和基准电压组成的反馈电路和一组二阶补偿电路,以改善较高的温度系数和较低的电源抑制能力。此电路温度系数在工作电压3.3V、环境温度为-40℃～120℃条件下达到2.48ppm/℃,比常见共源共栅带隙电路减少了49.5%,低频下电源抑制比约为96.6d B,提高了71%。 4.本论文采用TSMC 65nm CMOS工艺,设计出了12μm×12μm像元和阵列规模为640×480的非制冷红外探测器图像处理电路,该电路包括积分电路、采样/保持电路、输出缓冲电路、寄存器以及基准电压源电路,根据图像处理电路在非制冷红外探测器中的功能要求对各部分电路和整体电路进行设计和仿真。

关键词： 金纳米颗粒   DNA电路编程   时间顺序组装   催化发夹组装   催化活性   生物传感   生物医学  

摘要： 动态控制合成纳米粒子 (NPs) 组装成的小簇，称为胶体分子(CMs)，是一种有前途的调节 NPs 的催化功能的策略，金纳米颗粒(AuNPs) 作为一种经典的合成纳米材料，具有葡萄糖氧化酶或过氧化物酶样活性，在生物传感、抗菌和肿瘤治疗等方面具有很高的应用价值。为了实现 NPs 自组装成高度有序的CMs, 通常使用DNA、聚合物配体或小分子对AuNP进行功能化。其中，DNA序列由于其可编程，可预测以及DNA之间相互作用的高度特异性，用DNA编程NPs的组合来调控 NPs 催化活性已经引起了人们的强烈兴趣，并取得了显著的进展。而 NPs 催化活性的时间依赖性合成后调控仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们开发了高精度和时间依赖性的 DNA 电路编程胶体分子 (CMs)，用于调节 AuNPs 的过氧化物酶样活性。通过将动态效应器组装到含有聚腺嘌呤 (polyA) 的单链 DNA (ssDNA) 编码器编码的规定价数的 AuNP 中，所构造的响应刺激组装模块可用于通过外部DNA 刺激触发的催化发夹组装 (CHA) 电路来组装具有二聚体、线型和网状结构的 CMs。本研究还证明了 AuNPs 的过氧化物酶样催化活性不仅可以通过使用含有 ployA 的 ssDNA 阻断其表面催化位点来精确调控，而且可以通过 CHA 编程的粒子间相互作用来抑制。利用这一有趣的现象，我们可以通过简单地改变 DNA 刺激的浓度来调节CHA 编程 CMs 系统的催化功能。我们设计的 DNA 电路编程的胶体分子，通过其粒子间相互作用为 AuNP 催化功能的合成后调控提供了一种独特的时间可控方式，这种系统具有构建智能纳米材料的潜力，以此扩大其在生物传感和生物医学领域的应用。

摘要： 随着智能手机、平板电脑等消费电子的飞速发展，消费者对声音效果的需求越来越高，除了要求声音足够大，还要求更高的音质，因此需要一种高性能的电路系统对声音信号进行处理。本文设计了一种基于TDA2030A的有源二分频音频放大电路，该电路主要由前置放大电路、分频电路以及功率放大电路组成，可对100Hz～20kHz的音频信号进行处理，满足了音频设备的需求。