一个互补的金属氧化物半导体光电子模拟前端预放大器,具有交叉合的活性负载,用于短距离LiDAR

科学领域:

• 电气工程 电气工程
• 光电学是指光电子产品.
• 集成电路设计 集成电路设计

背景情况:

• 短距离LiDAR系统需要高性能模拟前端 (AFE) 电路.
• 传统的跨阻抗放大器 (TIA) 在常态噪声排斥和带宽限制方面面临着挑战.
• 在芯片上的雪崩光二极管 (APD) 对于LiDAR信号检测至关重要.

研究的目的:

• 介绍一个新的CMOS光电子AFE预放大器用于短距离LiDAR.
• 为了增强常态噪声排斥,并实现宽带宽.
• 集成芯片上的APD与交叉合的活性负载,以提高性能.

主要方法:

• 一个空间调节的P+/N-well在芯片上的APD的设计.
• 实现一个带有交叉合活性负载的差异输入阶段.
• 包括芯片上的模拟APD,以改善常态噪声排斥.
• 利用交叉合的活性负载的诱导行为来扩展带宽.

主要成果:

• 实现了63.5 dB的动态范围 (1 μApp1.5 mApp输入电流回收).
• 证明了67.8dBΩ的传 impedance 增益和1.6GHz的带宽 (对于490 fF APD电容).
• 显示了6.83 pA/√Hz的噪声电流光谱密度和85 dB的电源排斥比.
• 从单个1.8V电源中报告了32.4mW的功耗消耗.

结论:

• 拟议的AFE预放大器为短距离LiDAR应用提供了卓越的性能.
• 交叉合的活性负荷和模拟APD的集成显著改善了噪声排斥和带宽.
• 该设计适用于紧的低功耗LiDAR系统,因为其芯片面积小,功耗低.