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集成电路应用 2025年第2期 22-26页

作者：黄佳晖谢亮湘潭大学物理与光电工程学院微光电与系统集成湖南省工程实验室

阐述一种12位20 MS/s逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）的设计。该设计整体电路为全差分结构，提高了电路的抗干扰能力。同时，优化栅压自举开关的结构，提高了SAR ADC的精度，并采用异步逻辑和一种低漏电的动态逻辑单元，在降低电路功... 详细信息

阐述一种12位20 MS/s逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）的设计。该设计整体电路为全差分结构，提高了电路的抗干扰能力。同时，优化栅压自举开关的结构，提高了SAR ADC的精度，并采用异步逻辑和一种低漏电的动态逻辑单元，在降低电路功耗的同时，提高了SAR ADC转换速率。最后基于180nm BCD工艺，使用Spectre工具进行仿真验证，该模数转换器的有效位数为11.26 bits，信噪比为70.62 dB，功耗为1.34 mW。

关键词：电路设计模数转换器逐次逼近栅压自举开关异步动态逻辑

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高性能单光子雪崩二极管在180 nm CMOS工艺中的设计与实现（英文）

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红外与毫米波学报 2018年第1期37卷 30-34,128页

作者：金湘亮曹灿杨红姣湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 湖南省微光电与系统集成实验室湖南湘潭411105

为了实现大阵列电路集成,文中设计和实现了一种能与主动淬火电路集成的宽光谱范围和快速的单光子雪崩二极管(SPAD)芯片.一个精确的单光子雪崩二极管电路模型模拟了其在盖革模式下的静态和动态行为.该有源区直径为8μm的单光子雪崩二极... 详细信息

为了实现大阵列电路集成,文中设计和实现了一种能与主动淬火电路集成的宽光谱范围和快速的单光子雪崩二极管(SPAD)芯片.一个精确的单光子雪崩二极管电路模型模拟了其在盖革模式下的静态和动态行为.该有源区直径为8μm的单光子雪崩二极管器件是基于上海宏利GSMC 180 nm CMOS图像传感器(CIS)技术实现的.由于采用有效的器件结构,其击穿电压是15.2 V,淬灭时间是7.9 ns.此外,该器件实现了宽的光谱灵敏度,其在低过电压下的光子探测概率(PDP)从470 nm到680 nm光波长段最高可达15.7%.并且它在室温下的暗计数率相当低.

关键词：单光子雪崩二极管光子探测概率模型盖革模式 CMOS图像传感器技术

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p-well/DNW单光子雪崩二极管保护环的最小化设计（英文）

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红外与毫米波学报 2018年第5期37卷 527-532页

作者：杨红姣金湘亮湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 湖南省微光电与系统集成实验室湖南湘潭411105

为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0. 18μm CMOS图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well) SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件.测试结果表明,保护环尺寸减小到0. 4μm仍然能有效防止器件发生过早边... 详细信息

为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0. 18μm CMOS图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well) SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件.测试结果表明,保护环尺寸减小到0. 4μm仍然能有效防止器件发生过早边缘击穿(PEB),且保护环尺寸对p-well/DNW SPAD器件的暗计数率(DCR)和光子探测概率(PDP)影响较小.直径为20μm的SPAD器件,温度为25℃时暗计数率为638 Hz,且波长为530 nm时峰值光子探测概率为16%,具有低的暗计数率特性和宽的光谱响应特性.

关键词：单光子雪崩二极管(SPAD) 保护环边缘击穿(PEB) 暗计数率(DCR) 光子探测概率(PDP)

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一种新型低暗计数率单光子雪崩二极管的设计与分析（英文）

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红外与毫米波学报 2016年第4期35卷 394-397页

作者：杨佳金湘亮杨红姣汤丽珍刘维辉湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 湖南省微光电与系统集成实验室湖南湘潭411105

基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确... 详细信息

基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确保其工作在盖格模式.测试结果表明在室温环境下,直径为8μm的SPAD器件,雪崩击穿电压为14.2 V,当过调电压设置为2 V时,暗计数率为260 Hz,具有低的暗计数率特性.

关键词：单光子雪崩二极管(SPAD) 边缘击穿(PEB) 互补金属氧化物半导体(CMOS)

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一种10位160 kS/s的循环型模数转换器

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微电子学 2018年第4期48卷 437-442页

作者：唐雨晴曾华林谢亮金湘亮湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 微光电与系统集成湖南省工程实验室湖南湘潭411105

提出了一种应用于图像传感器的10位160kS/s的循环型模数转换器(ADC)。采用1.5位的流水线ADC结构,经过10次循环后,得到10位数字码输出。采用输入端自级联结构的两级运算放大器,提高了运放的增益。采用运放共享技术,实现单转双电路与ADC... 详细信息

提出了一种应用于图像传感器的10位160kS/s的循环型模数转换器(ADC)。采用1.5位的流水线ADC结构,经过10次循环后,得到10位数字码输出。采用输入端自级联结构的两级运算放大器,提高了运放的增益。采用运放共享技术,实现单转双电路与ADC运放共享,降低了面积和功耗,实现了电平平移。基于0.13μm CMOS工艺,在3.3V电源电压和160kHz采样速率下对ADC进行仿真。后仿真结果表明,该ADC的有效位数为9.45位,SNR为59.1dB,SFDR为61.26dB,DNL为±0.625LSB,INL为±1.5LSB。

关键词：循环型模数转换器自级联结构运放共享技术

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一种带斩波的双采样Σ-Δ调制器

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微电子学 2017年第4期47卷 445-450页

作者：田也陆序长谢亮金湘亮湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 微光电与系统集成湖南省工程实验室湖南湘潭411105

设计了一种适用于过高磁场抗扰度的电容式隔离型全差分Σ-Δ调制器。它采用单环2阶1位量化的前馈积分器结构,运用斩波技术降低低频噪声和直流失调。与传统的全差分结构相比,该调制器的每级积分器均采用4个采样电容,在一个时钟周期内能... 详细信息

设计了一种适用于过高磁场抗扰度的电容式隔离型全差分Σ-Δ调制器。它采用单环2阶1位量化的前馈积分器结构,运用斩波技术降低低频噪声和直流失调。与传统的全差分结构相比,该调制器的每级积分器均采用4个采样电容,在一个时钟周期内能实现两次采样与积分,所需的外部时钟频率仅为传统积分器的一半,降低了运放的压摆率及单位增益带宽的设计要求,实现了低功耗。基于CSMC 0.35μm CMOS工艺,在5 V电源电压、10 MHz采样频率和256过采样率的条件下进行电路仿真。后仿真结果表明,调制器的SNDR为100.7 d B,THD为-104.9 d B,ENOB可达16.78位,总功耗仅为0.4 m A。

关键词： Σ-Δ调制器双采样前馈积分器斩波技术

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一种低功耗可变抽取倍数滤波器组的设计

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微电子学与计算机 2014年第8期31卷 151-154页

作者：王龙生谢亮金湘亮湘潭大学材料与光电物理学院湖南湘潭411105 微光电与系统集成湖南省工程实验室湖南湘潭411105

提出一种以较少的功耗与面积实现可变抽取速率的数字抽取滤波器组.该抽取滤波器组以梳状滤波器、补偿滤波器和半带滤波器三种滤波器级联的形式实现,为减少其功耗和面积,并提出了改进梳状滤波器的结构和电路实现形式以降低滤波器组的功... 详细信息

提出一种以较少的功耗与面积实现可变抽取速率的数字抽取滤波器组.该抽取滤波器组以梳状滤波器、补偿滤波器和半带滤波器三种滤波器级联的形式实现,为减少其功耗和面积,并提出了改进梳状滤波器的结构和电路实现形式以降低滤波器组的功耗和面积,经验证,采用非递归、多相分解的梳状滤波器结构比传统的Hogenaur梳状滤波器结构节省功耗21%,节省面积5%.当变换抽取速率时,可关闭冗余抽取电路的工作,从而进一步节省功耗.

关键词：低功耗抽取滤波器组多速率 CIC 非递归

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MEMS麦克风中新型电荷泵的设计

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微电子学 2016年第3期46卷 344-347页

作者：覃仕成谢亮金湘亮湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 微光电与系统集成湖南省工程实验室湖南湘潭411105

设计了一款应用于MEMS麦克风的电荷泵电路。在动态的电荷传输开关型电荷泵中,增加了时钟电平倍增电路和负反馈电路,使得电荷泵在工艺偏差、温度以及电源电压变化时能够输出稳定的高压。电路基于0.3μm CMOS工艺实现,Spectre仿真结果表明... 详细信息

设计了一款应用于MEMS麦克风的电荷泵电路。在动态的电荷传输开关型电荷泵中,增加了时钟电平倍增电路和负反馈电路,使得电荷泵在工艺偏差、温度以及电源电压变化时能够输出稳定的高压。电路基于0.3μm CMOS工艺实现,Spectre仿真结果表明,在1.6-3.6V电源电压范围及所有工艺角下,电荷泵能够输出偏差在±5%以内的14V高压,与相同条件下的传统静态电荷传输型电荷泵相比,升压单元减少了33%,有效提高了效率,节省了面积。

关键词： MEMS麦克风偏置电路电荷泵稳定高压

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应用于SAR ADC的高能效电容开关转换方案

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微电子学 2018年第4期48卷 467-470页

作者：曾华林唐雨晴谢亮金湘亮湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 微光电与系统集成湖南省工程实验室湖南湘潭411105

针对逐次逼近型模数转换器,提出了一种新型高能效的电容开关转换方案。在前3个比较周期内,该新型电容开关不消耗转换功耗。从第4个比较周期开始,采用了拆分电容技术、单边双电平转换技术,使得一侧的电容只在2个参考电压Vcm与地之间进行... 详细信息

针对逐次逼近型模数转换器,提出了一种新型高能效的电容开关转换方案。在前3个比较周期内,该新型电容开关不消耗转换功耗。从第4个比较周期开始,采用了拆分电容技术、单边双电平转换技术,使得一侧的电容只在2个参考电压Vcm与地之间进行切换,进一步节省了功耗。仿真结果表明,与传统电容阵列相比,该新型电容开关的转换功耗降低了99.23%,总电容面积减小了75%。微分非线性为0.162LSB,积分非线性为0.163LSB。

关键词：逐次逼近型模数转换器高能效转换方案

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一种高分频下数字IC的低功耗逻辑综合方案

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微电子学 2018年第5期48卷 605-609页

作者：刘慧君汪杰谢亮金湘亮湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 微光电与系统集成湖南省工程实验室湖南湘潭411105

针对时钟分频系数较大的情况下,传统电路实现分频需要大量的寄存器,导致芯片功耗和面积增加的问题,提出了一种异步分频与门控时钟技术相结合的低功耗逻辑综合方案。基于HHGrace 0.11μm ULL工艺,通过采用所提出的方案和使用Design Compi... 详细信息

针对时钟分频系数较大的情况下,传统电路实现分频需要大量的寄存器,导致芯片功耗和面积增加的问题,提出了一种异步分频与门控时钟技术相结合的低功耗逻辑综合方案。基于HHGrace 0.11μm ULL工艺,通过采用所提出的方案和使用Design Compiler工具,完成了高精度Σ-ΔADC芯片中数字集成电路的逻辑综合。结果表明,使用该方案得到的数字IC的功耗为132.627μW。与传统方案相比,功耗降低了38.88%,面积缩小了2.7%。与门控时钟综合方案相比,功耗降低了25.43%。

关键词：低功耗异步分频时钟门控

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