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关键词： 多相时钟产生   延迟锁相环   相位精度   时钟抖动  

摘要： 高速通信、人工智能及超宽带系统的快速发展对高速电路芯片提出了新的技术挑战,作为时间交织型模数转换器、高速串行/解串系统、时钟数据恢复电路以及数字相位转换器等高速电路芯片的关键部件,多相时钟发生器(Multiphase clock generator,MPCG)需要同时满足三个维度的严苛要求:GHz级以上的单相时钟频率、优异的相位噪声和级间相位误差性能。然而,传统基于PLL或DLL的MPCG方案在这三大关键指标上存在固有局限,难以满足新一代高速系统的需求,本文针对上述技术挑战设计并实现了一款高速高精度16相时钟产生电路。 本文首先对MPCG的核心指标及其对系统性能的影响进行了分析,同时介绍了目前主流的高速MPCG原理及优缺点,并研究了高精度和低抖动的实现技术。 其次构建了本论文设计的MPCG系统架构——采取接收高性能时钟配合以正交延迟锁相环粗调时钟相位,再由注入锁定环形振荡器细调时钟相位的技术方案,突破了传统时钟产生器无法兼顾噪声、精度和功耗的困境,实现了低抖动精确相差的多相时钟。论文对核心环路正交延迟锁相环的全面的建模验证:分析了各模块原理并完成其小信号模型建立。构建了环路的Simulink模型,从行为级验证了其可行性。建立了相位噪声传递模型,分析了相位误差和抖动噪声产生的来源,通过将模型数据与仿真器数据进行对比印证了相噪性能及模型正确性,并通过环路参数设计,优化了相位噪声指标。 最后,本文完成了模块的电路和版图设计及性能验证,并通过基于波形失真矫正、开环占空比校正电路的高性能时钟接收电路保证了多相时钟源的低时钟抖动和低占空比错误,同时设计了温度补偿电路、工艺角度补偿电路、宽频带调谐压控振荡器等保证了PVT下电路的优秀性能和宽频带调谐的应用需求。在对各模块进行了性能验证后对整体MPCG系统性能进行了仿真验证。 本文基于FinFET工艺设计实现了一个16相时钟产生电路,工作频率覆盖5GHz～10GHz,并绘制了版图,完成了寄生参数提取及后仿真。当工作频率为8GHz时,输出时钟在1k Hz～4GHz积分下的均方根抖动小于100fs、级间相位误差<±0.31°(±107.6fs@8GHz),功耗<65mW。

关键词： 光电二极管   开环增益   TINA SPICE   反馈因子   环路增益   相位裕度  

摘要： 为整体提升光电二极管放大电路性能，在理论研究基础上，结合软件仿真和实验测试对设计方案加以优化。首先从系统传递函数角度出发，揭示引发电路振荡的原因，即开环增益和反馈因子之间特定幅度和相位关系。在此基础上，利用TINA SPICE交流和瞬态仿真功能，以图解方式直观阐明振荡条件，并给出用于相位补偿的反馈电容取值不同时所测得的环路增益波特图，以及系统频率响应、阶跃响应和脉冲响应。对比上述仿真结果，讨论反馈电容对系统稳定性和带宽的影响，并进一步考虑稳定性和带宽，计算出补偿电容的理想取值。针对因电容过小而在应用中难以实现的问题，提出以T型阻容网络等效小电容的策略，并通过仿真加以验证。最后，对系统相位裕度和带宽进行了实验测试。结果表明，当补偿电容为5 pF时，相位裕度约为68.4°，过冲优于8%，未见振铃现象。

关键词： 1+X证书制度   汽车电路分析   课程体系优化   教学模式创新  

摘要： 本文在1+X证书制度的背景下，对汽车电路分析课程体系优化与教学模式创新进行了探讨，分析了当前课程体系存在的问题，如与行业需求脱节、教学方法单一等，提出了课程体系重构与模块化设计、创新教学方法与手段、加强师资队伍建设以及提升实训条件与资源等优化路径，以提升教学质量和人才培养标准，增强学生的实践能力和职业素养。

关键词： 铁路运输   轨道电路   故障诊断   故障预测   健康管理   智能运维   物联网   数据分析  

摘要： 随着铁路运输的快速发展，轨道电路的安全性和可靠性对于保障列车运行安全至关重要。文章设计了一套轨道电路在线监测与故障诊断系统，从系统底层硬件监测到上层软件系统架构，通过实时数据监测、故障诊断、故障预测和健康管理，致力于提升铁路运输的安全性和可靠性。同时，详细介绍了数据采集、传输、展示，故障诊断算法、故障预测算法和健康管理策略等内容，有效地提升轨道电路的智能化运维水平，为铁路运输的安全运营提供有力的技术支持和安全保障。

关键词： 超声成像   低噪声放大器   模数转换器   非二进制编码   校正算法  

摘要： 近年来心脑血管疾病逐渐呈现出高发的态势。随着经济社会的发展和物质生活水平的改善,心脑血管疾病的防治形势日益严峻,严重威胁着人民的生命健康和生活质量。传统的超声成像技术在快速和精确的疾病诊疗方面越来越力不从心,人们亟需更加便捷高效的成像方式。利用颈动脉超声波成像技术,来进行心脑血管相关疾病的预防和治疗,是一种相对比较便捷和准确的手段。这种超声成像方式不需要进入体内,可以在体外通过近距离贴片的方式实现对颈动脉的成像,具备广阔的应用前景,也成为国内外相关研究的重要课题。 本文基于130nmBCD工艺,设计了一款专门用于颈动脉超声成像系统的接收电路。此电路的主要结构包括模拟前端放大器和模数转换器电路这两个模块,其中模拟前端电路又包括低噪声放大器和时间增益补偿放大器两个子模块电路。 颈动脉超声作用距离较短,因此超声波的传播衰减并不明显,而是主要表现为反射衰减,因此模拟前端电路的主要作用是对这部分衰减的动态范围进行补偿,以便于后级模数转换器电路对回波信号进行离散和量化。模拟前端电路中,利用推挽式放大器和电容式反馈设计低噪声放大器;而时间增益补偿放大器则通过AB类输出级和线性跨导环实现大摆幅输出。为了满足不同场景的需求,模拟前端电路还通过可调电容和可调电阻来实现增益的逐级调节。整体电路实现了0～36dB的逐级可调增益和低至5.98n V/sqrt(Hz)的等效输入噪声,以及接近轨对轨的输出信号摆幅。 在设计模数转换器电路时,本文在低功耗和小面积设计方面进行了深入的分析和研究,以使得电路整体更加适用于人体应用的场景。本文设计了一种采用高位二进制权重阵列和低位C2C桥接式混合结构的电容阵列,降低了电容阵列的整体面积。利用3位桥接电容来实现低4位C2C电容和高6位二进制电容的组合,并在低位电容部分通过插入冗余电容来引入冗余量,结合校正算法对电容阵列失配进行校正。整体电路在10位的转换精度和20MS/s的速度下,实现了不超过±0.4LSB的微分非线性,以及9.8位以上的有效位和79dB以上的无杂散动态范围。 在完成版图设计之后,电路的整体尺寸为240μm×200μm。后仿结果表明,在输入信号频率为5MHz左右,采样率为20MSPS,且模拟前端电路开启不同增益的情况下,电路的等效输入积分噪声电压小于15μV。整体实现了超过9位的有效位,高于60dB的无杂散动态范围,以及小于2.5mW的功耗大小。均满足设计要求。

摘要： 一、产业背景集成电路作为电子信息产业的基石，是国民经济的重要支柱产业。2023年，中国集成电路产业规模已突破12000亿元。深圳作为世界知名的集成电路产业基地，汇聚了华为海思、中芯国际、华星光电等集成电路领军企业，是集成电路人才的聚集地。集成电路产业的高速发展，为本专业办学提供了坚实的产业支撑与发展环境。

关键词： RC张弛振荡器   锁频环   工艺修调   温度补偿  

摘要： 模拟器件集成化带来的成本优势驱使着越来越多的模拟器件向着高集成度的方向发展。与标准CMOS工艺兼容的特点使得RC张弛振荡器渐渐成为一种颇具潜力的基准时钟源。而经典RC张弛振荡器在频率精度和稳定性方面的不足限制了它在某些中高精度场合的应用。本文提出了一种基于锁频环的高精度RC张弛振荡器,通过优化设计可以获得较好的频率精度和温度稳定性。本文的主要工作如下: 本文采用锁频环架构,通过构建反馈环路消除了比较器有限带宽引入的延时、RS触发器引入的延时。在积分器中,通过斩波技术削弱了积分器的失调电压,优化了失调电压引入的误差。在开关电容电阻与积分器之间,通过加入低通滤波器抑制了纹波、滤除了高频噪声。同时,在带隙基准参考源与积分器之间进行了对称设计,以消除低通滤波器引入的误差。通过设计桥接电容阵列,实现了低成本的工艺修调。通过不同温度系数电阻串联的方式,实现了RC张弛振荡器的温度补偿。通过将电阻扩展为可调节的电阻阵列,使得RC张弛振荡器的温度特性可通过外部数字资源进行进一步校准。除此之外,低频应用的子模块采用了可靠的低功耗设计,从而降低了整体功耗。 本文采用180nm标准CMOS工艺,通过Matlab、Virtuoso、Calibre等平台,完成了RC张弛振荡器的模型建立、电路设计、版图绘制等工作。仿真结果显示:在不同工艺、电压、温度（Process,Voltage,Temperature,PVT）条件下,RC张弛振荡器的输出频率为40 MHz±0.475%,占空比为50%±2.91%,最大温度系数为29.91 ppm/℃,最大电压系数为3500 ppm/V,平均功耗小于122μW,启动时间小于98μs,版图面积小于510×210μm2。本文RC张弛振荡器具有高精度、低功耗的特点。

关键词： 互补金属氧化物半导体   功率放大器   功率合成   射频收发机   雷达系统  

摘要： 随着半导体技术的不断革新,基于硅基工艺的生命体征检测雷达系统逐步实现高性能与高集成的双重突破,推动着非接触式生命体征检测技术在医疗监护、消费电子等应用领域延伸。然而,在日益复杂的实际应用场景中,目标的多样性、环境的多变性以及人体运动伪影等因素挑战着雷达系统的可靠性与检测精度,对雷达系统的射频收发前端电路的带宽、发射功率、接收灵敏度与抗干扰性提出了更高的要求。本文聚焦于硅基微波/毫米波生命体征检测雷达,针对其关键电路与系统展开研究与设计,主要的创新成果如下: 1)提出基于变压器耦合谐振腔(TCR)的宽带功率匹配与传输的设计方法。该方法以TCR与功率放大器(PA)有源核之间的相互作用机理作为核心,采用跨阻零纹波等定量公式与阻抗匹配的定性约束,协同实现PA宽带功率匹配与功率传输的效果,解决功率性能与工作带宽的折衷问题。以该方法作为先验知识,结合非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),提出基于知识辅助式NSGA-Ⅱ算法的宽带多级PA优化方法,在TCR设计上相较于传统NSGA-Ⅱ算法提高了近4倍的效率。以此方法设计并实现了一款宽带PA芯片,在1.2 V的测试条件下,PA线性功率增益3dB带宽为9.48～15.5 GHz(48.2%的相对带宽),峰值增益达到19.5 dB。在大信号下,PA的饱和输出功率为15.7 dBm,且对应的1dB带宽覆盖8.5～14.5 GHz(52.2%的相对带宽),最高功率附加效率(PAE)为27%。相比于已有的硅基宽带PA,本工作具有最佳的带宽综合性能。 2)提出基于电压均衡与馈网调谐的宽带全平衡功率合成网络,有效地降低功率合成PA各路通道的阻抗与功率波动,进而提高功率合成效率。提出基于环形分布式中和电容的PA有源核阵列,实现紧凑式布局与功率性能的提升,降低大尺寸晶体管射频长走线所引入的损耗。设计并实现了一款V波段全平衡四通道功率合成PA芯片,后仿结果显示,在1.1 V供电下,PA线性功率增益的3dB带宽覆盖47.0～69.3 GHz(相对带宽38.3%),且在58 GHz达到17.7 dB的峰值。在大信号仿真条件下,PA的1dB压缩点与Psat在60 GHz处分别实现19.1 dBm和23.6 dBm,峰值PAE达到24.6%。本工作相比于其它工作具有最高的饱和功率密度与峰值PAE性能。 3)提出背向去耦本振巴伦,通过奇数匝差分线圈结构与平衡去耦路径提升巴伦的共模抑制比,并进一步与多相滤波器协同设计,减小雷达接收机正交信号的幅相误差,保证中频解调的准确性。采用跨导增强与磁屏蔽技术设计低噪声放大器,通过与后续的电压型无源混频器和斩波跨阻放大器级联设计实现高接收灵敏度。提出一种基于键合线串联谐振的双陷波滤波器,对接收机带外特定频点处的无线干扰进行有效抑制。基于上述设计实现了一款X波段雷达正交接收机芯片,后仿结果表明,雷达接收机的正交信号幅相误差在1 Hz处分别为0.27 dB和0.35°。在5米探测距离的接收功率门限下,中频解调信噪比在0.1～100 Hz频段内均高于27 dB,且在15 dB的解调门限下,接收机灵敏度达到-110 dBm。在带外2.4 GHz和5.8 GHz处,分别实现70dBc和48dBc的干扰抑制比。 4)提出折叠式紧凑型的雷达本振分配网络,以及自偏置本振缓冲级电路,实现紧凑式布局、良好的收发隔离以及本振链路幅相平衡性。集成高灵敏度正交接收机与基于变压器耦合谐振腔的功率放大器,设计并实现了一款X波段高灵敏度低成本双体制雷达收发机芯片。采用锁相环分频比切换的方式获得精确频移键控(FSK)信号,并通过FSK与多普勒连续波雷达的双体制时分复用,为高精度的距离测量与低成本生命体征解调奠定系统基础。测试结果表明,芯片支持5 kHz FSK调频速率,中频正交幅相误差分别小于0.3 dB和2°,接收机灵敏度为-105 dBm,支持12米的最大无模糊探测距离。

关键词： 轨道电路   四端口网络   故障诊断   AdaBoost算法   逻辑推理  

摘要： 目前，25 Hz相敏轨道电路的故障排查主要依赖人工，无法实现快速精准的故障定位，为此，开展基于逻辑推理和集成学习的25 Hz相敏轨道电路的故障诊断研究。根据轨道电路的工作原理，搭建轨道电路模型，并通过信号传输内在逻辑推理分析，建立常见故障模式下的电压信号监测方案；采用AdaBoost集成学习算法构建故障诊断模型，并通过在轨道电路模型中注入故障，构建对应的故障模型以获取故障数据集；最后在实际电路环境中模拟故障并验证故障诊断模型的性能。验证结果表明，该模型能够比通用模型更准确地诊断轨道电路故障。