摘要 — 近几年,人们系统地研究了低温互补金属氧化物半导体 (cryo-CMOS) 电路的开发,以实现操纵量子比特 (qubit) 状态所需的控制电子器件。可扩展性是量子计算从理论到实际应用发展的关键术语,CMOS 技术已被证明是实现令人垂涎的可扩展下一代量子计算机 (QC) 的有希望的候选技术。用于统一模拟和数字域的混合信号块在量子比特控制/读出系统的高效功能中起着关键作用,因此人们对其高性能电路实现的兴趣日益浓厚。这一项目的关键挑战是在低温下实现高效的低温操作,即接近 4 K 左右的量子比特,同时将功率要求保持在较低水平。本文概述并比较了迄今为止文献中提出的用于量子计算应用的低温 CMOS 数模转换器 (DAC) 和模数转换器 (ADC) 电路实现。还讨论了今后开发功能可扩展量子计算机所需的挑战和战略步骤。
I. 引言 高速有线收发器已经采用了四级脉冲幅度调制 (PAM4) 通信,以实现更高的带宽 (BW) 效率 [1]–[4]。尽管 PAM4 信令比不归零 (NRZ) 数据具有更长的符号周期,但它仍然带来了许多电路设计挑战,尤其是在接收器 (RX) 中。因此,典型的 RX 选择前端模数转换器 (ADC) 和大量数字域中的信号处理 [1]–[4]。如第 II 部分所述,这种基于 ADC 的解决方案面临着自身的问题。另一种可能性是“模拟”PAM4 RX,其中三个主要功能,即线性均衡、时钟和数据恢复 (CDR) 以及判决反馈均衡器 (DFE),都在模拟域中实现。受此方法可能降低功耗和复杂性的启发,本文讨论了 CDR 电路。在这种情况下,连续时间线性均衡器 (CTLE) 和 DFE 可补偿通道缺陷,为 CDR 提供适度开放的视野。我们建议
这项工作介绍了利用石墨烯纳米色带效果晶体管(GNRFET)的两,三位和四位模数转换器(ADC)的设计和仿真。该设计中使用的GNRFET设备的通道长度为16 nm,并以0.7 V的电源电压操作。高级设计系统(ADS)用作仿真平台。为了实现紧凑而有效的设计,实施了当前的镜像拓扑来偏置。根据功耗评估了每种ADC配置。在0.7 V电源电压内,设计表现出全范围线性输入特征。这些结果表明,这种ADC设计特别适合在高速纳米电机力学系统(NEM),内存单元和高级计算体系结构中应用。标准晶体管逻辑(STI)的延迟平均降低百分比分别为12%,ADC设计的平均百分比分别为32%。此外,功率优化的三元逻辑电路往往更快地运行。
ADC:模数转换器 AHRS:姿态航向参考系统 CAN(总线):控制器局域网 DHCP:动态主机配置协议 DVL:多普勒速度计 EKF:扩展卡尔曼滤波器 EEPROM:电可擦可编程只读存储器 FIR:有限脉冲响应(滤波器) FTP:文件传输协议 FS:全量程 FOG:光纤陀螺仪 GNSS:全球导航卫星系统 GPS:全球定位系统 IIR:无限脉冲响应(滤波器) IMU:惯性测量单元 INS:惯性导航系统 IP:互联网协议 LBL:长基线 MAC(地址):媒体访问控制 MEMS:微机电系统 NED:东北向下(坐标框架) NA:不适用 NMEA(NMEA 0183):国家海洋电子协会(标准化通信协议) PPS:每秒脉冲(信号) RAM:随机存取存储器 RMA:返回商品授权 RMS:均方根 RTCM:海事无线电技术委员会(协议) RTK:实时运动学 SI:国际单位制 TBD:待定义 TCP:传输控制协议 UDP:用户数据报协议 UTC:协调世界时 USBL:超短基线 VRE:振动校正误差 WGS84:世界大地测量系统 1984 WMM:世界磁模型
大多数无线局域网标准(如 IEEE 802.11 a/b/g [1–3])都不符合低成本设计目标,因为这些标准对误码率 (BER)、范围和数据速率都有很高的要求。为了满足低成本要求,需要制定一个性能约束较低的标准,以满足工业和商业、家庭自动化、个人电脑 (PC) 外围设备、消费电子产品、个人保健以及玩具和游戏等成本敏感型应用的需求。为此,IEEE 最近批准了 802.15.4 标准,可在 868/915 MHz 和 2.4 GHz 下运行 [4]。本文介绍了 868/915 MHz ZigBee 收发器的自上而下系统设计和仿真,并推导出一组符合 IEEE 802.15.4 物理 (PHY) 层标准要求的系统级无线电规范。系统级无线电规范包括系统噪声系数、灵敏度、本振相位噪声、信道整形和选择滤波器的阶数、互调特性、模数转换器和数模转换器 (ADC/DAC) 的位分辨率、信道抑制性能和频谱整形。本文还讨论了采用 0.18 µ m 互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术实现单芯片低功耗低成本 ZigBee 收发器的电路拓扑。
摘要 —本文介绍了一种生物启发的事件驱动神经形态传感系统 (NSS),该系统能够执行片上特征提取和“发送增量”脉冲传输,针对外周神经记录应用。所提出的 NSS 采用基于事件的采样,通过利用神经电图 (ENG) 信号的稀疏性质,实现 > 125 × 的数据压缩比,同时在重建后保持 4% 的低归一化均方根误差 (NRMSE)。所提出的 NSS 由三个子电路组成。采用具有背景偏移校准的无时钟电平交叉 (LC) 模数转换器 (ADC) 来降低数据速率,同时保持高信号量化噪声比 (SQNR)。完全合成的脉冲神经网络 (SNN) 提取复合动作电位 (CAP) 信号的时间特征,功耗仅为 13 µW。事件驱动的脉冲式体通道通信 (Pulse-BCC) 采用序列化地址事件表示 (AER) 编码方案,可最大限度地降低传输能量和尺寸。原型采用 40 纳米 CMOS 制造,占用 0.32 平方毫米的有效面积,在特征提取和全功率传输中分别消耗 28.2 和 50 µW 的功率
TI MSP430™ 系列超低功耗 MCU 由多种设备组成,这些设备具有针对各种应用的不同外设集。该架构结合了五种低功耗模式。该设备具有强大的 16 位精简指令集计算 (RISC) CPU、16 位寄存器和常数生成器,有助于实现最大代码效率。数控振荡器 (DCO) 允许设备在不到 5 µs 的时间内从低功耗模式唤醒到活动模式。 MSP430F51x2 系列是微控制器配置,具有两个 16 位高分辨率定时器、两个通用串行通信接口 (USCI) USCI_A0 和 USCI_B0、一个 32 位硬件乘法器、一个高性能 10 位 200 ksps 模数转换器 (ADC)、一个片上比较器、一个三通道直接存储器访问 (DMA)、5V 容限 I/O 和最多 29 个 I/O 引脚。定时器事件控制模块将不同的定时器模块相互连接,并将外部信号路由到定时器模块。该器件能够以高达 25 MHz 的系统频率工作。该器件的工作温度为 –40°C 至 85°C。
3 月 3 日星期日下午 5:30 – 7:00 303 室 ELEMENTS SRL 适用于电生理学和纳米孔应用的便携式经济高效的低噪声放大器 超便携式且经济高效的放大器技术现已成为现实,任何电生理学研究实验室都可以使用,这要归功于 Elements 基于微电子的定制微芯片 (ASIC) 设计,它使用标准和低成本的 CMOS 工艺。Elements 提供一种一体化固态解决方案来测量皮安 (10-12 pA) 范围内的电流,带宽高达数百 kHz,具有非常低的噪声记录、通过内部模数转换器实现信号数字化、信号发生器、数字数据处理和 USB 供电等特点,所有这些都包含在一个微小的外形中(即 42x18x78 毫米)或大约一台傻瓜数码相机的大小!在本次演讲中,我们将展示我们最新的电生理学产品、世界上最小的集成膜片钳放大器,以及使用一次性玻璃纳米孔芯片进行蛋白质检测的便携式纳米孔试剂盒。活动期间将展示以下两个用例:
概述 MXB7846 是一款行业标准的 4 线触摸屏控制器。它包含一个 12 位采样模数转换器 (ADC),带有同步串行接口和低导通电阻开关,用于驱动电阻式触摸屏。MXB7846 使用内部 +2.5V 参考或外部参考。MXB7846 可以进行绝对或比例测量。此外,该设备还具有片上温度传感器、电池监控通道,并且无需外部组件即可执行触摸压力测量。MXB7846 有一个辅助 ADC 输入。所有模拟输入均完全受 ESD 保护,无需外部 TransZorb™ 设备。MXB7846 保证在与外部参考一起使用时,电源电压低至 +2.375V 或与内部参考一起使用时,电源电压低至 +2.7V。在关机模式下,典型功耗降低至 0.5µW 以下,而在 125ksps 吞吐量和 +2.7V 电源下,典型功耗为 650µW。低功耗操作使 MXB7846 成为电池供电系统的理想选择,例如带有电阻式触摸屏的个人数字助理和其他便携式设备。MXB7846 采用 16 引脚 QSOP 和 TSSOP 封装,并保证在 -40°C 至 +85°C 的温度范围内工作。
现代仪器系统和数据采集系统需要低到中等分辨率、中速的模数转换器 (ADC)。由于这些系统大多是便携式的,因此 ADC 规范对功率和面积参数有严格的要求。尽管传统的逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 因结构简单、模拟模块少而在这些应用中很受欢迎,但它们占用的芯片面积很大。传统 SAR ADC 采用二进制加权电容电荷再分配数模转换器 (DAC) [1,2]。传统电容电荷再分配 DAC 的两个主要限制是转换速度和庞大的电容阵列。较大的 MSB 电容限制了转换速度。这种架构中使用的 DAC 电容阵列变得非常笨重。文献中提出了一些新方法来提高 SAR ADC 的速度 [3,4]。此外,还提出了一些用于 SAR ADC 的面积效率高的 DAC 架构 [5-7]。其中一些 ADC 在性能系数 (FOM) 方面优于其他 ADC,但由于所用 DAC 架构的类型,面积效率 (AE) 参数会降低。[8、9] 中的 SAR ADC 将分辨率可变性融入传统电荷再分配 ADC,以适应需要不同分辨率的多种信号,适用于生物医学信号采集系统等应用。