面向物联网（IOT）、工业、通信等应用的模拟及数模混合芯片设计

 

01 赛题简介

1.1）本命题方向为面向物联网（IOT）、工业、通信等应用的模拟及数模混合芯片设计，特别聚焦于应用广泛的高性能数据转换器（ADC/DAC）芯片设计。要求参赛者从以下2个题目中任选一个完成，电路设计时不限定具体工艺，但在评价设计时，会综合考虑参赛者所选工艺对设计的影响。

1.2）需要提交的材料

1. 设计报告：

包括（1）PPT形式的答辩报告（团队介绍、项目心得体会、项目研发情况、技术创新点、后续工作），（2）Word形式的设计报告，报告模板参见《竞赛设计报告模板-模拟赛道》。

2. 设计数据：

包括（1）线路图，代码，网表和版图GDS文件（如果有）；（2）仿真验证采用的test bench。

02 赛题内容（二选一）

赛题1：用于IOT传感器的可编程增益放大器设计

在IOT应用中，需要大量传感器用于感知环境并且获取信息。其中桥式压力传感器、热电堆传感器等部分传感器具有较大的输出阻抗和较小的输出电压，因此要求连接传感器的后端电路具有较大的输入阻抗和较强的放大能力，并且具有优秀的噪声性能。本命题要求针对这部分传感器设计一款可编程增益放大器,放大器驱动采样电容5pF,等效采样频率为64KHZ的双采样电路，如下：

• PGA增益：1~128

• PGA 工作电流：<50uA

• PGA增益误差：<1%

• PGA增益误差温度漂移：<2ppm/°C

• PGA输入失调误差: <10uV

• PGA输入失调误差温度漂移：<10nV/°C

• PGA输入平均电流：<2nA@tt corner

• PGA输入平均电流温度漂移：<50pA/°C

• PGA输入等效噪声：Input noise density<50nV/√Hz@gain=128 up to 5KHz

• PGA输入输出范围：Rail-to-Rail

• PGA工作温度:-40~85°C

注：失调误差的评估考虑运放的失调以及PGA各器件的失配等，通过蒙特卡洛仿真进行验证

赛题2：高精度ADC芯片设计

设计一个可用于工业、医疗领域的的高精度ADC，主要设计指标如下：

• 信号采样速率10MSPS，信号带宽5MHz

• 芯片工作温度：-40℃~85℃

• 运行功耗不高于50mW

• 输入信号为1KHz时信噪失真比（SNDR）不低于90dB

• 无杂散动态范围（SFDR）不低于100dB

• DNL≤±0.5LSB

• INL≤30ppm of FSR

• 根据仿真结果计算电路的FOM（Figure of Merit）值，根据FOM值判断ADC性能。SNDR需要在输入信号为1KHz和输入信号为5MHz两种条件下进行仿真，并且计算出对应的低频和高频两个FOM值。

Fs为奈奎斯特采样率（Hz），P为功耗（W）。

审核编辑：刘清