电路原理-文献订阅-三峡大学图书馆

“闭合电路的欧姆定律”教学评一体化设计

朱永浩王长江张先燚

安徽师范大学物理与电子信息学院

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超高速短波红外焦平面读出电路研究

吴霄

西安工业大学

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关键词： 短波红外读出电路高行频线阵探测

摘要： 随着短波红外探测技术的不断发展,短波红外探测系统已广泛应用于航空航天遥感、工业检测、医疗成像等多个重要领域。读出电路作为短波红外探测系统中的重要组成部分,直接影响短波红外探测系统的成像质量。超高速读出电路是实现高速探测需求或是对快速移动目标进行实时监测的关键,若读出电路行频过低,红外图像将会出现畸变,无法实现精确探测,因此设计一款超高速短波红外焦平面读出电路具有重要意义。针对超高速带来的读出电路帧周期较短、功耗增加及输出级需强驱动能力等设计难点,本文基于0.18μm 1P6M 3.3V标准CMOS工艺,设计了一款行频达362k Hz的2560×1-10μm超高速短波红外焦平面读出电路。主要研究内容如下: 首先,对超高速短波红外焦平面像元电路进行设计。根据短波红外探测器的光生电流特性,并结合超高速读出时帧周期较短的特点,设计了多档增益可调的电容反馈跨阻放大器(CTIA)型输入级结构,以满足不同背景强度下超高速短波红外焦平面读出电路的探测需求。同时,设计了箝位式相关双采样(CDS)结构,在信号单路传输过程中就可有效抑制噪声,大幅节省了像元面积。为实现信号超高速读出,列缓冲级需具备强驱动能力,但同时开启所有像元的列缓冲级会导致超高功耗,为此,设计通过列移位寄存器控制列缓冲级动态开启,仅在建立和传输像元信号至列总线时开启列缓冲级,显著降低了功耗。其次,对超高速短波红外焦平面读出电路的总线输出缓冲级进行设计。总线输出缓冲级负责将像元信号超高速输出至片外,该电路的读出速率决定了读出电路的行频。总线输出缓冲级由折叠式共源共栅结构和MOS管耦合前馈式AB类输出级级联构成,折叠式共源共栅结构为电路提供高增益和大输出摆幅,MOS管耦合前馈式AB类输出级为电路提供强驱动能力。2560×1读出电路由5个512×1读出电路模块拼接而成,各模块可独立控制并单独工作,每个512×1读出电路模块集成四个总线输出缓冲级,进一步提升了读出电路行频。最后,进行读出电路控制时序设计、版图绘制并对整体电路进行仿真验证。仿真结果表明,读出电路读出速率为52.1MHz,行频为362k Hz,输出电压摆幅为2V,线性度为99.9%,功耗为247.5m W/512pixel,动态范围为74.3d B,达到了预期设计指标。本文设计的读出电路采用模块化拼接并具有高行频等优点,为更大规模、更高速度的读出电路开发提供了参考。

有机添加剂协同调控印制电路板通/盲孔电镀铜效果的研究

肖龙辉

电子科技大学

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关键词： 通/盲孔电镀电镀添加剂硫唑嘌呤脉冲电镀

摘要： 印制电路板（Printed Circuit Board,PCB）因传输信号的高频化和高速化需要突破既有层数与孔密度上限。通/盲孔电镀工艺中孔内外铜层厚度的均匀性与填充度直接影响信号完整性及可靠性,而孔径的缩小和深度的增加提高了工艺难度。本文通过优化电镀添加剂与组合脉冲波形参数,针对性提升通/盲孔电镀质量,为高频高速PCB制造提供技术支撑。本文的研究内容与结果如下: 含氮杂环整平剂在通/盲孔电镀中的应用:研究了以硫唑嘌呤（Azathioprine,Aza）为整平剂的电镀添加剂体系,通过与6-巯基嘌呤（Mercaptopurine,Merc）及1-甲基-4-硝基咪唑（1-Methyl-4-nitro-1H-imidazole,IMI）的系统对比,采用分子动力学模拟、量子化学计算、电化学测试与表面形貌表征等方法,研究三种分子在通/盲孔电镀过程中的电化学性能和吸附性能。分子动力学模拟和量子化学计算表明,Aza和Merc可吸附于Cu（111）面（吸附能分别为-136.64、-100.26kcal/mol）,其中Aza吸附能力最强,其咪唑环为关键吸附位点。电镀实验证实,含Aza的镀液体系可实现通孔均匀电镀和盲孔超级填充,以1.5 A/dm2的电流密度对孔径150μm、厚径比10:1的通孔电镀60 min,均镀能力（Throwing Power,TP）可达106%;以1.5 A/dm2的电流密度对孔径125μm、孔深100μm的盲孔孔进行电镀填充60 min,最小盲孔填充凹陷度为4.31μm;该体系能显著细化晶粒并降低面粗糙度,最小面粗糙度为0.034μm,诱导Cu（111）晶面择优生长,获得性能优异的镀层。添加剂浓度对脉冲电镀通孔效果的影响:研究了脉冲电镀中加速剂、抑制剂以及Cl-的浓度变化对不同孔径的电镀通孔（孔径0.3 mm、0.2 mm和0.15 mm）孔内不同位置铜层厚度的影响规律。基于均匀设计法建立了抑制剂、加速剂及Cl-浓度的铜厚预测回归模型,验证显示模型具备统计学可靠性;在0.3mm与0.2mm孔径电镀过程中,三类添加剂对孔口到孔中心处的电镀铜层厚度呈现相似影响规律,表明两种孔径内部的物理场分布具有相似特征。当孔径降低至0.15 mm,抑制剂对电镀铜层厚度的调控作用显著降低,而加速剂的作用权重大大提高。高厚径比通孔电镀脉冲波形优化:研究了应用于厚径比34.2:1的通孔电镀的多阶段组合脉冲波形参数优化。固定正向电流密度为1.34 A/dm2,并基于正交试验设计对两个相邻阶段的脉冲参数（脉冲频率和反向电流密度大小）进行主次排序和筛选,优化后的波形参数为:第二阶段脉冲频率为4.33 Hz、反向电流密度的大小为-4.29 A/dm2,第三阶段脉冲频率为7.94 Hz、反向电流密度的大小为-2.95A/dm2。最终同时实现了密集孔（最大TP为100.8%）和稀疏孔（最大TP为94.9%）的均匀电镀。

微电子电路中的低功耗设计技术分析

李坤泽

天津大学

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随钻可控源中子密度测井仪数据处理方法研究与主控电路设计

陈伟琦

电子科技大学

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关键词： 随钻测量可控源能谱采集主控电路

摘要： 随钻可控源中子密度测井仪是一种采用可控中子源的密度测井仪,仪器内部主控电路发出步采集时序,激发脉冲中子发生器产生14MeV高能中子,并驱动伽马采集电路采集多阶段能谱为密度计算提供数据基础。本文基于仪器原理样机中的伽马采集电路,为其设计出高性能FPGA能谱采集系统,并完成主控电路设计。在能谱采集系统设计上,本文基于脉冲面积分析法实现伽马脉冲信号的能量提取,相比传统幅值分析法具有更高的抗噪性。采用反馈式轻量级基线恢复模块实现较好的基线恢复效果,相比于传统平均值计算法,有效减少系统死区时间和资源占用。针对脉冲信号在全温度下的宽度变化特性,采用基于动态步长调节的脉宽压缩算法,在不改变信号能量的条件下统一全温度下的脉冲信号宽度,提升脉冲堆积甄别的准确性。使用乘法因子和移位的方式实现脉冲信号的能量映射,无需使用除法器。设计乒乓操作逻辑,可实现能谱的不间断缓存,显著提升系统带宽。最终,该能谱采集系统能实现333K脉冲速率下脉冲漏计率不超过1%,最大非线性误差1.38%的实际性能。在主控电路的设计上,出于仪器环境监测目的,在硬件上集成了多传感器设计,能实时监测仪器骨架温度和加速度。具备电源管理模块,为仪器内电路提供上下电控制与流压监测,有效防止电源异常引起的故障传播。在测井功能上,本文为仪器制定了一套同步采集时序,该时序以100ms为小周期,循环若干次构成一个测井周期,在每个小周期的前段时序内,能周期性激发脉冲中子发生器爆发中子,每次持续时间10us。时序整体由时间槽bin驱动,将时序划分为5个采集阶段,控制伽马采集电路采集非弹伽马能谱、俘获伽马能谱和本底伽马能谱。并最终为主控电路FPGA实现同步采集时序发射模块,具有可实时配置和高精度的特点,时序的最小可变分辨率可达100ns,可灵活适应不同场景,为样机的后期研发提供便利。

共形相控阵天线系统的电路-电磁特性协同仿真优化方法研究与设计

王桢翔

电子科技大学

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关键词： 共形相控阵天线阻抗匹配方向图可靠性场路协同仿真优化平台

摘要： 共形相控阵天线是我国近年来在军事、民用等领域的重点研究对象,虽然其具有不受限于形状、结构集成难度小等优点,但是其模型复杂,使得天线电磁仿真消耗的时间大大增加。为此,本文提出了一种基于电路-电磁特性的协同仿真优化方法,该方法能够快速获取天线的匹配性能和辐射性能,在确保结果可靠的同时,缩短仿真时间并优化天线的反射系数和增益性能。本文的主要工作内容如下: 1.研究了基于等效电路模型的天线匹配性能快速仿真方法。设计并构建了天线子阵的等效电路模型,并将其仿真结果与电磁仿真结果进行对比,结果表明,该方法在计算反射系数与输入阻抗方面与电磁仿真的结果高度一致,同时仿真效率提升了44.6%。在此基础上,进一步建立了天线整阵的等效电路模型,并与电磁仿真结果进行了对比验证,结果显示两者在反射系数、传输系数以及输入阻抗方面均具有良好的一致性,且仿真速度提升了68.8%。基于此方法,通过阵元间距与等效模型参数之间的映射,实现了阵列天线匹配性能的快速仿真。 2.研究了基于子阵合成方向图的天线辐射性能快速仿真方法。通过方向图合成算法能够根据子阵方向图结果推导出整阵方向图,为确定最适合用于整阵方向图合成的子阵模型,研究了三种天线子阵的电磁建模仿真方法。结果表明,扩展邻域耦合模型的子阵电磁建模仿真方法最佳,计算得到的方向图结果与整阵结果的误差为8.24%,且仿真速度提升了41.7%。同时,设计了参数化的移相器馈电网络为子阵模型提供幅度和相位,实现了天线辐射性能的快速仿真。 3.针对共形相控阵天线开发了一种集成遗传算法的场路协同仿真优化平台,融合了匹配性能与辐射性能的快速仿真方法,实现了电磁与电路模型的自动仿真、数据交互及性能指标的联合优化。将平台应用于8×8天线阵列,优化后天线的反射系数提升至-20.81 d B,增益达25.54 d Bi,分别提升了2.32 d B与1.46 d B。与HFSS优化结果相比,反射系数和增益的误差分别仅为0.07 d B和0.01 d B,验证了平台的可靠性。此外比较了不同规模天线阵列在平台与HFSS中的仿真时间,结果表明,当天线规模增至8×8时平台仿真耗时显著低于HFSS,且天线规模越大平台的优势越明显,验证了平台的高效性。

空间微重力环境巴西曲霉作用下印制电路板失效行为与机制

刘倩倩

北京科技大学

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关键词： 微生物腐蚀印制电路板空间微重力涂层失效

摘要： 在载人航天器电子系统中,霉菌的生长对PCB的安全使用构成了极大的威胁。然而,当前针对空间微重力环境影响霉菌腐蚀的研究方法有很大局限性,无法为空间站中长期服役的PCB霉菌损伤失效评价起到指导作用。因此,开展空间在轨环境的霉菌腐蚀试验,探明实际空间微重力环境中腐蚀性霉菌的生命活动变化及其对PCB失效机理的影响,对于保障空间站电子设备安全服役、延长在轨使用寿命,具有重要的意义。针对以上问题,本文以环境中常见的腐蚀性霉菌***为研究对象,通过开展空间在轨环境和地面正常重力环境下的天地对照霉菌腐蚀试验,结合二维回转器模拟微重力的研究,探究空间微重力环境对***生命活动特性以及PCB腐蚀失效行为的影响,并建立空间微重力环境中***生命活动变化与PCB聚氨酯涂层失效行为的内在关联性。最后根据研究结果阐明空间微重力环境中***生命活动对PCB聚氨酯涂层的腐蚀机理。论文的主要结果概括如下: 首先系统地研究了地面正常重力环境中***作用下PCB的失效行为。霉菌腐蚀试验90天后,***在PCB聚氨酯涂层表面形成了生物膜。在***生物膜的作用下,PCB聚氨酯涂层体系发生了表面侵蚀、化学键的断裂及结构完整性的破坏,并且涂层/基底界面腐蚀严重。红外光谱分析表明,PCB聚氨酯涂层中的酯键受到水解酶和有机酸的协同降解作用,导致裂缝和孔隙出现。小分子有机酸可以通过裂缝和孔隙,随着水分扩散到聚合物分子链之间,并与树脂网络中的酯基团发生酸性水解反应,从而导致聚氨酯涂层内部由均匀完整转变为膨胀的多孔结构。因此,地面正常重力环境中***分泌的代谢物是导致涂层/基底界面腐蚀并引发PCB聚氨酯涂层失效的关键因素。为了探究真实空间微重力环境中***作用下PCB的失效行为,首次将空间在轨试验技术应用于霉菌作用下PCB的腐蚀失效研究,建立了空间在轨环境和地面正常重力环境下的天地对照霉菌腐蚀试验方法。在空间微重力环境中,***形成的生物膜不仅能够通过水解酶和有机酸的协同水解作用对PCB聚氨酯涂层表面造成严重侵蚀,还能通过物理侵入的方式对涂层内部造成机械破坏。不同于地面正常重力环境,菌丝物理侵入这种作用方式对涂层造成的物理损伤并不规则,部分区域甚至出现了分层。虽然该破坏模式与重力条件无关,但是空间微重力环境中PCB聚氨酯涂层的失效机制因此而发生了改变。由于***菌丝对PCB聚氨酯涂层的侵入方式及其对涂层腐蚀失效过程可能的影响还未知,通过在模拟微重力环境中进行霉菌腐蚀试验,探究由菌丝物理入侵引发的PCB聚氨酯涂层失效行为和机制。研究结果表明,***生物膜对聚氨酯涂层造成了双重破坏:一方面,生物膜通过分泌水解酶和有机酸,导致涂层表面出现孔隙和裂纹;另一方面,菌丝尖端施加的机械压力能够穿透涂层,在涂层内部形成生长通道。这两种破坏模式与空间微重力环境中的发现一致。在模拟微重力环境中,***菌丝可在涂层内部形成多个从表面通往涂层/基底界面的穿透通道。此时,***菌丝穿透涂层并建立快速传质通道成为影响PCB聚氨酯涂层失效过程的关键因素。基于天地对照试验样品表面的生物样本,进一步探究空间微重力环境对***生命活动的影响规律,阐明空间微重力环境中***生命活动对PCB聚氨酯涂层的腐蚀机理。研究结果表明,与地面正常重力环境相比,空间微重力环境中聚氨酯涂层表面形成的生物膜结构更复杂,其中的多糖含量更高,孢子、菌丝之间的粘附更紧密。对胞外代谢物的定量分析表明,***的草酸积累在空间微重力环境中的浓度最高达6.4mmol/L,约为地面正常重力环境中浓度的6倍。证实了空间微重力环境对***活性、草酸代谢物分泌以及生物膜的完整(成熟)性有促进作用。相比与地面正常重力环境,空间微重力环境中形成的生物膜更有利于***对聚氨酯涂层的物理侵入作用。

集成电路技术在电离辐射探测中的应用

李兴隆

中国原子能科学研究院

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