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关键词： 5G印制电路板   线路互连   通孔电沉积   信号完整性   0-Stub  

摘要： 随着5G技术的快速迭代升级和应用场景的多样化发展,PCB技术已趋向于高频化、高速化、高密度化,这就对PCB制造中的关键技术和工艺提出了严峻挑战。如何降低精细线路的线宽线距,提高布线密度,避免蚀刻过程中的线路侧蚀,并且实现高厚径比通孔互连,避免因封孔、孔无铜等问题,造成电气互连失效或信号传输不稳定是5G高速PCB制造中面临的重要课题。同时,由于5G带宽不断增强,单通道传输速率持续提升,对于高速互连中传输路径的信号损耗与衰减质量提出了更高的要求,因此有必要对影响PCB信号传输的各类因素进行系统研究,并通过技术革新开发出更有利于提升信号传输稳定性的工艺路径。本文以5G高速PCB制造关键技术和信号完整性控制为目的,通过一系列电化学、量子化学以及材料表征等手段对5G高速PCB制造过程中的精细线路制作、通孔电沉积互连、信号完整性控制等方面进行了研究,同时基于国内PCB制造行业现状,提出了建设PCB制造车间智能管理与决策平台。本文的主要研究内容及结果如下: (1)围绕咪唑类衍生物缓蚀剂对5G高速PCB精细线路蚀刻过程的影响展开研究。首先基于量子化学计算和分子动力学模拟研究N,N'-硫羰基二咪唑、N,N'-二咪唑基乙二酰胺和2,5-二(1H-咪唑-1-基)对苯二甲酸三种缓蚀剂的轨道能量、静电势以及铜表面的吸附作用。结果表明,缓蚀剂分子中的苯基、咪唑环和杂原子均能成为活性位点,与铜面形成稳定平行吸附结构,2,5-二(1H-咪唑-1-基)对苯二甲酸分子吸附最为稳定。通过电化学测试进一步研究了三种缓蚀剂的极化作用,能够抑制铜的腐蚀作用。通过SEM表征和精细线路制作表明,缓蚀剂能够有效改善铜面腐蚀程度,提升铜面平整度,有效改善铜线路侧蚀现象,2,5-二(1H-咪唑-1-基)对苯二甲酸能够在线宽/线距为35μm/35μm的线路制作时蚀刻因子达18.07。 (2)以偶氮类染料添加剂对5G高速PCB通孔电沉积铜互连的影响展开研究。首先通过量子化学计算得到三种偶氮类染料的前线轨道及其能量和表面静电势,理论分析表明活性嫩黄3G-P的ΔE值更低且分子表面静电势更高,在电沉积过程中与电极表面的吸附作用更强并通过循环伏安法进一步研究了三种偶氮类染料在电沉积过程中的弱抑制作用。通过哈林槽进行电镀通孔填充实验,结果表明三种偶氮类染料均能够提高镀液的均匀性,有助于通孔电沉积铜,其中,添加剂活性嫩黄3G-P能够使厚径比为10的通孔TP值提升至92.03%。通过XRD进一步表征了三种偶氮类染料对镀层晶体结构的影响,三种添加剂的加入均未影响铜镀层晶型的择优取向,有利于提高镀层的耐腐蚀性和可靠性。SEM和粗糙度测试结果表明,活性嫩黄3G-P能够使镀层铜结晶变得细致均匀,提高镀层表面平整度,降低铜层表面粗糙度。 (3)围绕5G高速PCB信号传输完整性的影响因素展开研究并首次开发出了0-Stub技术,实现了控深残桩Stub长度为0的行业重大技术突破。通过研究低介电PCB基材、信号传输线路、孔等因素对PCB信号传输完整性的影响发现,同等级的材料对信号损耗影响不同,Ultra Low loss基板材料对信号损耗的影响最小,尤其时高频区间。在信号线方面,随着线宽的增大,阻抗值不断下降,损耗随之下降;随着线间距的增大,信号插损影响越低;随着曲线长度的增大,信号插入损耗的影响越小;随着曲线节点数的增多,阻抗逐渐增大。随着PAD尺寸的增大,阻抗和信号插入损耗整体呈现上升趋势;An-ti PAD设计偏大或偏小均会对阻抗及信号插入损耗产生较大影响,An-ti PAD最佳尺寸为0.7 mm或0.8 mm左右。增加泪滴设计对信号插入损耗影响较大,而线宽均匀性对信号插入损耗影响不显著。在孔方面,提升孔壁镀铜均匀性有助于提升信号传输稳定性。Stub不可避免的会对信号传输产生影响,Stub值越短,对于信号传输越有利。通过植入抗镀功能性油墨,在化学铜过程中发生解聚水解形成不连续化学铜镀孔,首次开发出了0-Stub技术,设计了0-Stub技术工艺路线并成功应用于5G高速通讯PCB制作中,有效提升了高频PCB信号传输完整性,彻底解决5G高速通讯PCB信号通孔换层的反射问题。 (4)基于PCB制造行业现状和问题,结合PCB产品的工艺设计、计划排产、生产制造、检验等关键业务环节,梳理了PCB制造车间智能管理与决策平台整体架构,提出了以决策管理层、制造管理层、智能感知层、智能装备层为一体的PCB制造智能管理与决策平台技术路径,并分别从智能装备层、智能感知层、制造管理层、决策管理层角度提出具体实施路径和方案。同时,提出了通过机器人云服务平台预测与健康管理,推动PCB生产的全自动化和无人化,使用Flexsim/Witness等仿真软件实施车间布局、优化设计和流程再造。最后通过三个案例从PCB智能化生产、信息采集和处理、工艺优

关键词： 循环神经网络   变体   忆阻器   硬件电路设计   荷电状态估计  

摘要： 近年来,循环神经网络及其变体在深度学习领域得到了广泛的研究和发展,并在动作识别、场景标记、语言处理、情感分析和预测等多个领域展示了广泛的应用前景。然而,目前大多数循环神经网络仍主要依赖于基于冯·诺依曼计算结构的传统软件平台进行实现,在计算速度、内存容量、能耗和编程难度等方面存在诸多限制。同时,目前硬件架构实现的循环神经网络存在高复杂性和功耗、大内存需求、慢并行计算速率以及低灵活性和低可扩展性等问题。因此,如何设计灵活、节能的循环神经网络硬件电路,显得十分迫切和必要。由于第四种基本电路元件忆阻器具有优异的非易失性、超低功耗、纳米级结构和易于集成等特点,将大量忆阻器组织成交叉条阵列,可以实现内存并行计算,而且功耗极低。基于此,本文在“器件-电路-系统”框架下,提出了一种基于忆阻器的循环神经网络硬件电路设计方案,主要的研究内容包括: （1）器件层面:针对忆阻器制备过程中存在的工艺优化、尺寸效应与集成度等技术壁垒问题,以及基于忆阻器的神经形态计算系统对器件本身一致性和稳定性要求较高,本文通过深入研究一种实物忆阻器（Ag/Ti Ox/Ti忆阻器）的电化学特性,明晰了其内部阻值转换的机理并构建了对应的忆阻器数学模型和电路模型。该工作为后续构建具有实物忆阻器特性的通用忆阻器模型提供了参考依据,同时也为忆阻器与神经形态计算系统的深度融合建立了一定的模型基础。 （2）电路层面:针对当前基于忆阻器的循环神经网络电路设计方案存在密集不可配置等问题,本文认识到循环神经网络的多样性使得现有基于忆阻器的方法在通用性和灵活性方面存在不足,进而可能导致额外资源消耗。同时,这些方法缺乏完整的电路描述、前向/后向推理过程的明确定义以及具体的功耗数据。与现有的基于忆阻器设计的循环神经网络电路不同,本文提出了一种基于权值调整电路和非线性激活函数电路的灵活方案,它能以更小的功耗实现循环神经网络及其变体。 （3）系统层面:为验证所提出的基于忆阻器的循环神经网络电路的正确性和有效性,本文将设计的循环神经网络电路用于锂离子电池的荷电状态估计。同时,该方法能够有效解决目前基于数据驱动的锂离子电池荷电状态估计方法存在的高计算负担、高延迟且无法在实际车辆运行过程中进行实时估计等难题。这项工作有望整合神经形态电子学和电池管理系统,进一步推动智能城市中电动汽车的发展。

关键词： 液态金属   柔性电路   柔性应变传感器   人体健康信号监测   人机交互  

摘要： 回顾历史,电子技术的初期主要依赖于刚性基板上的电路,这些电路虽然功能强大,但因其硬质特性,很难与人体曲线完美匹配,从而限制了其在可穿戴设备中的应用。随着科技的日新月异,柔性可穿戴电子技术的发展引人注目,在这一领域中,柔性电路与柔性传感器作为这一领域的重要分支,不再局限于传统的硬质基板,而是采用了柔韧性好、延展性强的材料,从而实现了与人体更为自然、舒适的交互。柔性电路的出现,不仅解决了传统电路无法弯曲折叠的问题,还为其在医疗健康、运动追踪、姿势识别等领域的应用提供了可能。而柔性传感器相比于传统传感器,由于其柔软、可弯曲的特性,能够适应人体的各种动作和姿态,可以提供更为准确、实时的数据反馈,与此同时,柔性传感器能够更好地适应非平整的皮肤和衣物表面,使得其不仅不会限制人体的自由活动,还能提供更加舒适的佩戴感受。不论是柔性电路还是柔性传感器的制备,通常需要在柔性基底上构建导电线路,但是目前导电线路材料的选择通常使用金、银、铜等金属材料、碳纳米管等无机材料和导电聚合物材料,这三种材料在柔性电子领域具有非常广泛的应用,但也存在一些缺点。因此,开发具有优异导电性和拉伸性的新材料非常重要,室温液态金属是一种新兴的功能材料,具有非常高的导电性和优越的形变能力,可以弥补之前材料的缺点,然而液态金属由于其较高的表面张力和表面氧化层的存在,传统的印刷方式很难实现对其进行图案化处理。为了解决以上问题,本文提出了一种使用液态金属制备柔性导电线路的方法,并且探索了该方法制备的柔性电路和传感器在医疗健康、人机交互等相关领域的应用价值。主要研究工作如下: 1.利用数控激光加工技术的灵活性和纹身贴纸的超薄贴合性,不仅实现了液态金属图案化,而且将液态金属导电线路贴附到了人体皮肤上。使用扫描电子显微镜不仅对涂覆有液态金属的纹身贴纸的截面进行了表征和测量,证明了衬底材料的超薄特性,也对液态金属在该衬底上的分布情况进行了表征,体现出液态金属在衬底的良好润湿性。 2.设计并且制备了三种类型的液态金属柔性电路器件,分别为皮肤LED灯阵列器件、皮肤测温器件、皮肤加热器件。在柔性衬底上成功制备出LED灯电路,在拉伸弯曲条件下,LED灯的亮度稳定,之后将LED灯电路转移到手掌、手腕等人体部位的皮肤上,即使在人体运动时,LED灯电路也可以正常工作。将硬性的温度传感器芯片与设计好的液态金属线路集成在一起,实现对皮肤表面温度的实时监测,制备了皮肤加热器件,该器件在接入外部电源后,可以迅速升温,产生热量,并且在弯曲时也可以维持加热效果。此外,对液态金属柔性电路器件的磁性可修复性和可回收性的方法进行了展示,这些特性使得电路在损坏后能够方便地进行修复,有利于环境保护和可持续发展。 3.制备了液态金属应变传感器和电极贴片,并对其在医疗健康领域和人机交互领域的相关应用进行了探索。成功制备了液态金属应变传感器,并应用于人体关节运动的精确测量。使用液态金属电极贴片,贴在手腕脉搏处,测量心电信号波形,所获得的结果与商业电极测量结果一致。使用贴合在手臂肌肉上的液态金属电极贴片对肌肉电信号进行了采集和分析,并且利用采集到的肌电信号成功地控制了机械臂,实现了人机交互的功能。

关键词： 非制冷红外焦平面   数字控制电路   低功耗设计   非均匀校正   半定制设计  

摘要： 焦平面读出电路（Readout Integrated Circuit,ROIC）,作为非制冷红外探测器的关键组件,是当代红外技术领域的研究重点之一,当前的非制冷红外探测器读出电路正在逐步向高速度、高集成度和数字化方向发展,而读出电路中的数字电路正是满足功能、实现要求的关键所在。 本论文针对对18行×18列的非制冷红外焦平面阵列进行像元数据读取,采用半定制化设计,对读出电路的数字控制电路进行设计,主要研究内容如下: （1）根据18行×18列的焦平面阵列参数与模拟电路参数需求,对读出数字电路进行研究,基于行级扫描,列级读出的工作状态,设计为五个模块:同步接口、命令编译模块、时序产生模块、寄存器读写操作模块、寄存器映射表,实现对模拟电路的数控与像元数据的读取等功能,并基于台积电0.18μm（TSMC 18）工艺库实现了电路的物理设计。 （2）实现与模拟电路协同进行读出工作,重点设计了两个接口:SDIO接口与ITU接口,接口的主时钟频率为54 MHz,与外部接口的同步时钟周期为27MHz。其中SDIO为三线制,ITU为八线制,读出电路通过以上两个接口与外界进行通信,实现对像元数据（14-bit）的读取、SRAM数据（6-bit）的读取与覆写等功能。 （3）设计了参数配置功能:通过读写寄存器命令对电路进行参数配置,进而控制电路工作,例如:控制行周期、接口的同步时钟、计数器计数方式（格雷码或二进制）等。 （4）设计了日志记录,对读出电路的工作状态进行记录,并提供了高级错误命令的识别功能,例如对帧起始或写SRAM命令帧中接收读写寄存器命令等会引起严重故障的错误操作的检测以及记录。 本设计与模拟电路部分组成了完整的系统级芯片（System on Chip,SOC）,实现了非制冷红外焦平面读出电路的全部功能。芯片面积为0.286 mm2,在54MHz的工作频率下,其功耗为37.14 mW,满足了设计要求,可以与模拟电路相适配,为非制冷红外焦平面读出数字电路奠定了良好的基础。

摘要： 近年来，以SiC、GaN、金刚石、Ga2O3为代表的宽禁带半导体在功率、射频器件方面展示出重要的研究价值，并在5G通信、汽车电子、快速充电等方面展现出了广阔的应用前景。抓住研发宽禁带功率半导体的战略机遇期，解决宽禁带半导体材料、器件、电路与系统集成中的关键技术瓶颈，具有极为重要的科学意义与实际价值。为进一步促进宽禁带半导体材料、器件、电路与系统集成等领域的新理论、新技术、新方法的创新研究，促进全国宽禁带半导体行业的相互交流、学习借鉴，《太赫兹科学与电子信息学报》计划推出“宽禁带半导体材料、器件、电路与系统集成“专题栏目，现特向广大专家学者征集符合该专题方向的原创性研究论文及综述，旨在集中反映该领域最新的研究成果及研究进展。

关键词： 神经形态计算   离子栅晶体管器件   1T1R阵列   存内计算   异或加密  

摘要： 高算力与低功耗是复杂深度学习任务中的关键指标,传统冯·诺依曼架构的存算分离计算模式,会在数据传输过程中消耗大量能量,因此研究低功耗、高算力的新型计算系统成为迫切需要。受神经科学的启发,用来模拟生物神经系统计算与学习机制的神经形态计算模型备受关注。离子栅晶体管与忆阻器作为新型的电子器件,具有功耗低、能够模拟神经元和突触功能等特点,近年来被广泛用于神经形态计算任务。目前对于神经形态器件的材料体系与制备方面的研究较为成熟,然而,当神经形态计算系统应用到实际场景中时其可靠性和稳定性仍存在挑战,需要进一步的研究和改进。因此,本文拟从神经形态计算硬件系统方面着手,分别提出以离子栅晶体管器件为核心的声源定位系统,以及基于1T1R(One Transistor One Re RAM)阵列的存内计算系统与存内计算加密系统。采用从分立器件到器件集成的设计方法实现低能耗、高精度、高可靠性的神经形态计算。其主要内容如下: 一、利用离子栅晶体管器件的短时程特性搭建声源定位硬件系统,实现生物听觉仿生功能。采用耳间时间差(Interaural Time Difference,ITD)的声源定位方法建立声音传播近似模型。根据近似模型对声源定位硬件系统进行搭建,通过离子栅晶体管器件的短时程特性建立时间查找表(Look-Up Table,LUT),完成器件沟道电流值与衰减时间的关系映射。对声源定位硬件系统进行测试,在15°的角度间隔下系统计算结果最小误差为2.55°。为提高硬件系统定位精度,提出静态与动态定位方法并进行评估,统计各角度下的平均误差,其中最小平均误差分别为0.258°与0.17°。对硬件系统能耗进行评估,该系统单次定位工作的总能耗为1.09 m J,实验结果证明了该硬件系统具备低能耗、高精度等优势。 二、基于1T1R阵列测试平台搭建存内计算硬件系统,实现存算一体化。在FPGA硬件开发板上进行存内计算行为级建模,使用块随机存储器(Block RAM,BRAM)模拟1T1R阵列中权重存储方式。通过该行为级模型实现单通道图片卷积计算,准确度相对于软件计算结果几乎无损失。将存内计算行为级模型作为设计标准完成以1T1R阵列为核心的存内计算系统搭建,使用该硬件系统成功实现图片卷积与边缘检测图像处理任务。经过误差分析,该硬件系统的计算结果相对于软件计算结果存在极小的损失,在图片卷积任务中的计算错误率小于0.09076%,边缘检测任务中的计算错误率为0%。该工作构建了一套全硬件实现的存内计算系统,以较高的准确度完成计算任务,为高能效、高精度的神经形态计算系统打下基础。 三、针对存内计算硬件系统的安全问题,提出一套完备的加密方案。将1T1R阵列中器件阻态分布的差异性作为熵源,进行物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions,PUF)的生成,芯片间与芯片内汉明距离(Hamming Distance,HD)的统计证明了PUF响应的唯一性与稳定性。将PUF响应作为密钥采用异或加密方案实现输入数据自加密,在存内计算硬件系统的基础上完成了存内计算加密系统架构设计。使用该存内计算加密系统进行边缘检测任务,当输入密钥中仅存在1比特错误时会导致计算结果的准确度降低到0.056%以下。对该硬件系统容错机制进行分析,随比特错误率(Bit Error Rate,BER)的增加,图片卷积结果平均误差从851增加到6328,且不同BER下准确度均接近于0%,表明该系统对于输入密钥中出现错误的容忍度极低。将异或加密方案应用在Fashion MNIST图像分类任务中,6.25%的BER导致模型推理精度下降了73.4%,表明该工作所提出的加密方案可有效防止存内计算硬件系统的盗用,提高数据的安全性与系统的可靠性,在硬件安全问题上具有巨大潜力。

关键词： 税收优惠   财政补贴   集成电路企业   高质量发展  

摘要： 科技强则国家强,科技兴则民族兴。集成电路企业作为战略性新兴企业,在经济社会发展中占据着越来越重要的地位,成为助力我国科技强国建设的中坚力量。但是,我国集成电路企业相较于发达国家还是有很大的差距,存在过度依赖进口、技术人才缺口大等问题。十九大报告中提出,我国经济已进入高质量发展阶段,创新是保持经济高质量发展的内生动力,集成电路企业作为应用创新的主体之一,必须有所作为。政府为了提高集成电路企业的高质量发展水平,出台了一系列的税收优惠和财政补贴政策,但这两种政策在实施过程中会出现一些问题,主要是由于我们缺乏对两种政策促进作用的比较分析,使得在现实中没有根据两种政策的实施情况采用不同的策略。因此,本文将集成电路企业高质量发展中的税收优惠与财政补贴政策进行比较分析,既能对现有理论进行补充,又能促使两种政策在现实中发挥更大的作用。 本文参考国内外已有文献,在理论方面,阐述了外部性理论、信息不对称理论和内生增长理论,分析税收优惠和财政补贴促进集成电路企业高质量发展的作用机理并进行比较。在现实方面,本文探究了集成电路企业的发展现状,梳理了我国目前支持集成电路企业高质量发展的税收优惠与财政补贴政策并加以比较。在实证方面,以集成电路企业2014-2022年的数据为研究样本,用LP法测算集成电路企业的高质量发展水平,运用双向固定效应模型进行分组回归和机制分析,并进行稳健性分析和异质性检验,研究税收优惠与财政补贴在促进作用、作用机制和企业所有权性质方面所表现出的差异性。 本文运用比较分析法、文献分析法和实证分析法,以集成电路企业上市公司为研究对象,研究发现:一是税收优惠和财政补贴都能对集成电路企业的高质量发展起到显著的促进作用,但是财政补贴促进集成电路企业高质量发展的作用大于税收优惠;二是税收优惠能够通过缓解融资约束,对集成电路企业的高质量发展起激励作用,而财政补贴则通过提高研发投入,对集成电路企业的高质量发展起促进作用;三是对不同所有权性质的企业而言,税收优惠对国有和非国有企业的高质量发展都起到明显的促进作用,财政补贴虽然能够显著的提升非国有企业的高质量发展,但是与国有企业的高质量发展的关系并不显著。基于此,本文提出以下政策建议:基于异质性发挥税收优惠和财政补贴的协同作用;充分发挥税收优惠对融资约束的缓解作用;充分发挥财政补贴对研发投入的激励作用;完善对税收优惠和财政补贴的监督机制;完善人才培养的税收优惠和财政补贴政策。

关键词： 电磁兼容   传输线   高功率脉冲   无人机   电磁干扰  

摘要： 在传统的电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,即EMC)设计中,电路设计师往往采用经验法则对电子产品进行设计,在产品生产后才对它进行电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,即EMC)测试,导致了设计时间和成本的增加。本文主要以四翼无人机电路板为例,由于无人机技术的广泛应用及其应用范围的迅速扩大,无人机在正常工作过程中,由于外界复杂的电磁环境,很容易造成无人机无法工作,如在信号传输,视频时刻显示等,造成无法接收正确的指令,从而造成无人机损坏,坠毁等,在复杂电磁环境中的稳定性和可靠性已经成为了当前研究和工程实践的一个关键挑战。针对这一问题,本研究深入分析了无人机在遭遇高功率脉冲环境时的电磁兼容表现,并通过理论探讨与仿真实验的结合,旨在对无人机的电磁兼容性能进行全面的评估和进一步的优化。本文主要包括三个部分的研究内容,采用理论分析、辅以软件模拟来验证无人机电磁兼容建模和仿真过程。以下是详细的研究工作和结果: (1)在无外界干扰的理想环境下,我们以STM32F103T8U6芯片为基础,运用电磁兼容理论以及电磁辐射机理,借用Cadence、Ansys SIwave等仿真软件,对无人机的电路板进行了深入的仿真分析。 (2)本文深入分析了高功率脉冲的复杂性。首先,推进了深入研究,以便更好地理解脉冲扰动与PCB板的相互作用机理,加深对该问题的认识。在此基础上,利用传输线模型解析,开展高功率脉冲环境下的电磁研究。为高功率脉冲环境下无人机电磁兼容性能的精确模拟与预测奠定基础。 (3)最后,通过理论和实验两种方法的结合,研究了高功率脉冲对无人机系统耦合电流的电磁干扰特性的影响。在此基础上,分别研究了各种信号对无人机电路板性能的影响,仿真波形,并归纳出相应的规律。目的是增强无人机在复杂的高功率脉冲环境下的抗干扰性,以及提升其在实际的生活使用中的相对稳定性。

关键词： 功能性神经元   光电管   忆阻器   耦合同步   链状神经元网络  

摘要： 神经元是神经系统中处理信号的基本单元,能够感知各种外部刺激并产生不同模式的放电活动。在外界刺激电流的作用下,离子扩散和跨膜运输改变了细胞膜内的感应电磁场强度,进而影响细胞膜电位和放电节律,实现信息的编码。信息传递过程必然伴随着能量的交换与流动,进而调控神经网络的放电行为和生物功能的实现。从这一特性出发,可以使用非线性电路模拟神经元的电活动行为。从物理角度看,神经元感知外界信号并传递信息的过程即是能量接收与能量交互的过程,因此,利用不同的电路元件构造不同的功能性神经元电路可以再现神经元功能的多样性。不同功能的神经元在模拟放电模式时需要使用不同的功能性元件,从物理角度看,神经元的感知过程是将外部不同信号转换成电信号进行传输的过程,也是神经元能量与外部环境能量交互的过程。神经元之间的能量传递主要通过突触来完成,根据突触类型的不同,能量的传输方式也呈现多样性。本文探究了蔡氏混沌电路在热敏电阻和忆阻器两种非线性元件调控下的动力学行为,场耦合对同步稳定性的影响以及两个热敏忆阻蔡电路的能量平衡特征;探究了光敏忆阻FHN神经元在混合突触耦合下的动力学行为及噪声对神经元同步的调控作用;以及忆阻型突触对神经元网络群体电活动行为的影响。 具体研究内容和结果包括: 热敏忆阻蔡氏电路的动力学和场耦合下的非线性电路能量平衡。构建了热敏忆阻功能性蔡氏电路,并使用电容器连接两个功能性蔡氏电路以模拟电场耦合对同步的影响。研究了在热辐射和光照条件下,该耦合系统的动力学行为及能量平衡。将忆阻器和热敏电阻嵌入到蔡氏电路中构建热敏忆阻蔡氏电路,并基于基尔霍夫定律得到电路的电流-电压方程和场能量方程,通过标度变换得到电路的动力学方程和哈密顿能量函数,并用亥姆霍兹定理对哈密顿能量进行了验证。使用电容器连接两个电路系统实现电场耦合,耦合通道的开关状态由两系统间的能量差控制。当两系统间的能量差较大时,耦合通道打开;当能量差小于阈值时,耦合通道关闭。采用四阶龙格-库塔算法对系统的动力学方程进行求解,计算结果表明:忆阻器初始值的改变能够调控系统的运动状态和能量,实现混沌态与周期态之间的模式转换。在场耦合系统中,适当的耦合强度可以实现两功能性蔡电路的完全同步和能量平衡。 噪声对光敏神经元电活动的调控,混合突触耦合可以实现神经元的能量平衡。在FHN神经元电路中嵌入光电管构造光敏FHN神经元电路,引入磁场噪声研究了外界磁场对该系统能量调控的影响,结果表明外磁场涨落对应的噪声可以促进神经元从混沌态向周期态的跃迁。利用电容器和电感线圈构建混合突触耦合光敏神经元,并考虑神经元间能量差对耦合通道强度的调控作用。结果表明,两个初始能量不同的神经元在混合突触作用下实现了完全同步和能量平衡。对两个神经元施加不同的外界光照时,两神经元无法实现完全同步,但可以实现相位锁定。 忆阻型突触对两个神经元及神经元网络同步控制的影响。用忆阻突触耦合两个神经元,并考虑两神经元之间的能量差对突触强度的自适应调控作用。结果表明,忆阻突触耦合两个初始值不同的神经元,实现了完全同步和能量平衡。对两个神经元外加不同的磁场激励时,两个耦合神经元无法实现完全同步。进一步研究了由100个神经元构成的链状神经元网络,这些神经元通过忆阻突触耦合,研究神经元群体电活动行为表明,具有不同初始值的尖峰放电与簇放电的链状神经元网络能够实现完全同步和能量平衡;而处于混沌状态的神经元则无法实现能量平衡。对整个链状神经元网络施加噪声,混沌状态的神经元网络无法实现完全同步;在较小强度的噪声激励下,尖峰放电和簇放电的神经元网络实现了部分同步,进一步增大噪声强度后,神经元网络的同步被破坏。 非线性电路同步是研究非线性动力学系统中的同步现象,它涉及到复杂系统的行为和动态特性。这种研究有助于深入理解自然界和社会中的复杂现象,如生物系统中的神经网络同步、社会群体行为的同步等。随着科学技术的不断进步,非线性电路同步的研究将继续深化。未来的研究可能会集中在以下几个方面:探索新的同步现象和机制。开发更有效的同步控制策略和技术。将同步理论应用于更广泛的工程和科学领域。利用先进的计算工具和实验技术,提高研究的精度和效率。研究非线性电路同步在量子系统和生物系统中的行为和应用。