教学课程资源库 更多>>

关键词： 液晶显示器(LCD)   驱动电路   电荷泵   温度检测   新型映射关系  

摘要： 液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)作为一种常见的显示器件,因为其低功耗、轻薄、高对比度等特点,在各种电子设备中得到广泛应用。然而,传统LCD显示器在供电效率、显示范围和信息呈现能力方面存在一定局限性。随着电子设备对显示效果和性能要求的不断提高,对LCD显示器的驱动控制电路提出了更高的要求。本研究针对字符型LCD驱动控制电路进行了深入研究和设计,主要包括两大特点:一是内置电荷泵的可编程电源模块设计,二是新型映射下的扩展显示设计。 首先,针对LCD显示器在不同工作模式下对电源的需求不同的问题,本研究设计了一种内置电荷泵的可编程电源模块。该电路以零温漂基准电路为核心,由低压差线性稳压器电路、电荷泵电路等组成。在温度检测电路与8-bit模数转换器的协同作用下,配合数字模块的设置值得到最终放大系数,并用于LDO模块得到最终的驱动电压。采用0.18μm CMOS工艺流片并对其进行测试,通过仿真得到当电源电压大于1.72 V时,带隙基准电压可稳定在1.23 V;温度为-20～80℃,且变化特性的斜率为±15μV/℃;电荷泵满足在3.3V的输入电压下,输出为19.794V满足6倍的升压范围且效率满足了既定目标。与仿真结果相比,实际电路测量结果存在部分因工艺模型导致的误差,但差值均在±10%的误差许可范围内,可正常实现既定功能,表明了此电路的可行性和实用性。 其次,针对传统LCD显示器在信息呈现能力方面的局限性,本研究提出了一种新型映射下的扩展显示设计,通过修改像素点映射关系,实现了1bit数据对应多个像素点的新型映射关系。横向扩大字体方面,采用移位逻辑进行横向扩展,避免大量的译码逻辑,提高系统可靠性。同时,改进了ROM的地址控制方式,实现了纵向扩大字体的效果。这一创新点的关键技术在于对数字系统中时钟状态的利用,适用于各种规模的LCD驱动器系统,具有良好的可移植性。 本文基于0.18μm的CMOS工艺进行LCD驱动电路设计,使用Verilog,Hspice,Nanosim对电路进行仿真验证,最终给出芯片版图进行流片测试。该驱动电路可驱动100列16行/80列24行点阵型LCD。设计的电路目前已完成流片以及实物测试,均达到预期效果。该设计为LCD显示器的驱动控制电路在供电效率、显示范围和信息呈现能力方面的改进提供了重要的理论和实践支持,具有一定的工程应用前景和推广价值。

关键词： 环氧树脂   固化行为   铝基覆铜板   导热系数   耐热性能   氮化硼  

摘要： 随着电子信息产业的迅猛进步,电子元器件正朝着微型化和集成化的方向发展,这一现象对电路基板的散热性能提出了更高要求。散热问题已成为影响产品性能及使用寿命的关键因素。市面上金属基覆铜板已成为印制电路板材料的首选,其中铝基板因其优异的性能而占据主导地位。铝基板材料的关键技术在于如何提升其绝缘介质层的导热能力,以应对日益增长的散热需求。 本文选择粘度较低的双酚F型环氧树脂（NPEF-170）和热稳定性能较好的联苯型环氧树脂（YX4000）为基体,采用聚氨酯改性环氧树脂（SL3403）作为增韧剂,搭配不同粒径的氧化铝来实现填料的密堆积,并辅以少量的改性氮化硼和纳米氧化锌来进一步提升导热性能,从而研制出应用广泛的高导热高耐热绝缘复合基板,并结合热性能、耐压和剥离等测试方法进行实验分析。 为了获得双酚F型环氧树脂共混体系最优搭配和最佳固化工艺,通过差示扫描量热（DSC）法研究了双酚F型环氧树脂三元共混体系的固化特性。利用Kissinger、Ozawa和Crane等方法计算得到双酚F树脂体系的表观活化能Ea等固化动力学参数。此外,通过Friedman方法验证了环氧树脂体系自催化的固化反应类型,并且借助傅里叶变换红外光谱方法对其固化反应进行分析。 研究NPEF-170、YX4000与SL3403的配比,制备出胶粘剂,通过对胶粘剂的热稳定性、耐热性、玻璃化转变温度等性能,遴选出综合性能最优配方。实验表明:ω（NPEF-170）:ω（YX4000）:ω（SL3403）=2:1:1时综合性能优异,此时热失重5%的温度为381℃,在288℃的锡炉中漂锡时间为1023 s,击穿电压为49 V/μm,玻璃化转变温度为195℃。 通过双氧水共价氧化BN,使得h-BN表面羟基化,再由硅烷偶联剂对BN进行表面改性,以提升其在基体中的分散性。结果表明未经改性的BN的分散效果不佳,整体分散时间仅为2天。相比之下经过表面改性的BN分散性提升较大。通过红外光谱和X射线衍射分析,此改性过程并未引入杂质,证明了表面改性处理的有效性。将改性后的BN引入到EP基体中,制备出BN-560/EP复合材料。与未改性的BN/EP复合材料相比,BN-560/EP复合材料的导热率提升了78.1%。 将改性后的BN和纳米ZnO引入到填料复配体系中,研究对覆铜板性能的影响。实验表明,两者的加入能够提升复合材料的导热系数。当BN-560的添加量为填料体系的10 wt%时复合材料的导热率达到最高值3.16 W/（m·K）。

关键词： 多层电路   垂直互连   宽带功分器   开关滤波器   外置隔离电阻  

摘要： 当前,微波器件朝着小型化的方向不断发展,功能也在不断增加,对体积也要求越来越小。二维平面已经渐渐不能满足小型化的要求,因此逐渐趋于利用三维空间,把电路集成在一起,在小型化的同时,满足多功能的需求。 本文旨在将多通道宽带接收机中的本振倍频链路进行多层电路化设计,充分利用高度上的空间,将无源的功率分配网络置在内层,将频综、放大、倍频、滤波等器件放在表层,内外层交叉放置,在缩小整体电路体积的同时,还能有效降低干扰,提高整个本振电路的性能。 本文首先分析了单层本振链路的不足之处,针对其体积较大、杂散较多等问题给出了基于多层微波板的多通道本振倍频链路设计方案。为了实现信号在多层电路不同传输层中的传输,本文分析了各传输层的特点,结合多层PCB工艺给出了适合在混合介质中传输的内层传输线形式。随后针不同层间的互连结构进行了电路等效和建模仿真分析,找出了影响其传输性能的主要因素,并充分利用多层PCB工艺的优势,引入类同轴结构,采用通孔代替盲孔,减小插入损耗的同时,还能降低工艺要求和成本。仿真结果表明该垂直互连结构在0～40 GHz频率范围内,回波损耗优于20 d B,插入损耗优于0.5 d B。 随后设计了内层的宽带威尔金森功率分配器,置于内层的威尔金森功率分配器的隔离电阻由于多层PCB工艺的限制,一直是内层功分器设计的一个难点和痛点,为了降低工艺难度和对加工精度的要求,通过垂直互连结构将隔离电阻外置于表层电路,在保持良好功分性能的同时,大大降低了加工难度。仿真结果表明该八路功分网络功分性能良好,在20～40 GHz的工作频率范围内,回波损耗优于20 d B、各端口的插入损耗优于2 d B、幅度/相位一致性良好、各端口之间的隔离度优于20d B。 为了实现本振信号的宽带输出,直接采用了集成VCO的宽带频率综合器,但由于频率综合器内部和倍频链上均有二倍频器,二者的强非线性作用导致最后输出的本振信号中会包含较多的谐波信号,且高低次谐波信号相互交叠,无法通过简单的低通或者高通滤波器滤除。通过对倍频产生的谐波杂散信号的分析,采用基于薄膜工艺的三段开关滤波器组分段滤除各段的倍频杂散信号。仿真结果表明各段滤波器各自的通带内,插入损耗优于1.5 d B,回波损耗优于20 d B,上下边带2GHz外的抑制度均大于35 d B。 最后充分利用多层微波电路的优势,把内层和表层电路进行了集成,并对各单元电路和整个倍频链路进行了测试,测试结果表明整个倍频链路的方案可行,能够满足多通道宽带本振信号的要求。本文深入探讨了基于多层微波电路的层间互连结构、层间电路、隔离电阻外置功分网络等微波结构和电路的设计,为微波电路的多层化设计提供了新的思路和参考。

关键词： 电子电路实验   实验仪器   FPGA   LabVIEW  

摘要： 实验课程作为工科专业必不可少的教学内容,其需要大量的动手实践经历。而在一些特殊情况下,实验课程无法按时开展,学生仅能通过简单的仿真类实验来代替硬件电路实验。仿真实验虽然在一些方面能够代替实际的电路实验,但并不能使学生很好的理解和分析实验电路。此外,传统的实验仪器较为分散,不易于整理且部分院校存在实验室资源分配不均匀的问题。 针对上述问题,本文基于FPGA硬件平台和LabVIEW软件平台设计了一种涵盖电子电路实验仪器与硬件实验电路两个部分的电子电路实验平台,能够使得学生在PC端操作实际的实验电路板完成实验。本文的主要工作具体如下: 1.电子电路实验仪器部分基于FPGA、外围功能电路及LabVIEW软件进行设计。实验仪器部分设计了可远程调节信号类型、频率、幅值的信号发生器,可采集实验数据并在上位机中显示的示波器以及可通过上位机显示的电压测量功能模块。外围功能电路中设计了电压转换电路、以太网PHY芯片电路、ADC信号输出及DAC数据采集电路。在LabVIEW软件中设计了实验仪器的操作及显示界面,极大的简化了操作流程。与传统实验仪器相比,本文设计的实验仪器集成度较高,操作简单。 2.电子电路硬件实验部分由数字电路和模拟电路实验两种类型的实验组成。在数电实验中,设计了3-8译码器、JK触发器两种基础的数字电路实验;在模电实验中,设计单管放大实验电路及利用集成芯片uA741设计的运算实验电路。为了实现实验电路中关键阻值的更改和实验电路的切换,分别使用了数字变阻器和开关器件。上位机能够调节硬件电路的输入信号和电路参数,选择实验内容并显示实验结果。 设计的实验平台经过测试,基本可以满足电子电路实验的需求。与传统的实验方法相比,本文的实验平台设计集成度高、操作简单且得到的实验结果与传统实验方式得到的结果基本一致。

关键词： 相控阵接收机   波束赋形   零点调谐   干扰消除   阻塞抑制  

摘要： 在5G通信迅速发展的当下,信号传输速率不断提高,高频毫米波相控阵已然成为研究热点。然而在如今复杂的电磁环境下,一些功率过高的干扰信号会导致接收机系统的非线性问题。目前,在一些对接收功率要求不高的系统中普遍运用的技术是窗函数法,这种方法以牺牲主瓣增益为代价来实现降低副瓣电平的作用;而对于高功率的干扰信号往往采用暴力衰减方式,这会导致功率资源的浪费。 为了提供一种解决上述问题的思路,本文提出了一种应用于毫米波相控阵接收机的“方向图零点调谐技术”（BPNS）。此技术实现了可控的带内高功率干扰信号的消除功能,以保护混频器及后级电路免于异常饱和的情况。同时,系统中还添加了波束追踪模块,可以同时识别干扰信号和有用信号的来波方向。BPNS技术解决了传统相控阵波束赋形方法由于依赖大量幅度控制电路（可变增益放大器、衰减器等）而引起的功耗大幅提升与主瓣增益下降的问题。并且,这项技术拥有良好的可扩展性,不会引起后级电路特殊的指标需求与复杂的版图设计。尤其是在大规模阵列的应用当中,只需在通道间添加适量的“干扰消除”（BE）电路即可实现零点调谐的功能。 为了证实BPNS技术的可行性与提供具体的设计思路,本文基于65nm CMOS工艺设计了一款4通道相控阵接收机系统。芯片集成了2通道链路,在片外实现了4通道的阵列搭建。芯片面积为1.7×3.0 mm2,单通道峰值增益为10.7d B,其3d B带宽为8.3GHz,覆盖了22.4GHz到30.7GHz。此系统运用了一种低误差移相器,实现了小于0.38d B和0.65°的均方根幅度与相位误差。接收链路输入1d B压缩点和噪声系数分别为-8.4～-7.5d Bm和5.1～6.5d B。信号频率为28GHz且输入功率为-13d Bm时,64QAM调制下系统的EVM为-34.25d B,256QAM调制下EVM为-34.19d B,数据速率达3.2Gb/s。在空口测试条件下,开启BE电路,可达30.2～39.0d B的阻塞信号抑制度,并且主瓣增益几乎不变。此外,本文还测试了此技术的宽波束抑制能力,测试表明,在连续20°的范围内可实现高于20d B的抑制效果。

关键词： FPGA   读出电子学   SerDes   TLK2711  

摘要： 塑料闪烁体探测器具有耐辐照、性能稳定、机械强度好等优势,是国内外大型空间粒子探测器中常用的探测器之一。为了提升塑闪探测器在空间探测中的功能和性能,其前端读出电子学(Front-End Electronics,FEE)不仅需实现电荷读出,还需具备将探测通道的粒子击中(Hit)信号甄别检出、事件处理时间压缩到1.0ms以内和高速串行数据传输。粒子击中信号甄别检出功能可用于多系统时参与触发判选,同时可以提高塑闪探测器系统的独立工作能力;事件处理时间压缩到1.0ms以内是为了提高探测效率,减少数据丢失;研究高速串行数据传输能力可提升读出电子学工作效率。 基于上述需求本文设计了一款塑闪探测器前端读出电路,采用了专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)实现自触发功能以及探测器读出与刻度功能,为提升数据传输能力选取了具有抗辐照特性的SerDes数据传输方案,通过提升模数转换速率进而降低系统死时间。前端读出电路以现场可编程门阵列FPGA(Field-Programmable Gate Array)为控制单元核心,VATA160、AD9243为电荷测量核心部件,TLK2711为SerDes数据传输物理层芯片。 该前端读出电路目前已完成仿真验证与电子学性能验证,测试结果表明,对于探测器模拟信号的读出功能、电荷刻度功能、自触发阈值配置已实现;系统死时间为0.57ms,符合设计指标要求;利用TLK2711芯片设计的数据传输模块速率可达到2.5Gbps,远高于需求标准。该前端读出电路的研制为未来塑闪探测器系统的升级迭代提供了技术验证与积累,保证后续工作顺利展开。

关键词： 高功率微波   集成电路   HPM效应   半导体器件  

摘要： 高功率微波(High Power Microwave,HPM)产生的强电磁脉冲可以大规模破坏电子设备和系统,而无人机内部密集分布有众多MOSFET集成电路等电子器件,高功率微波的出现对无人机的生存能力构成了极大威胁。高功率微波通过电子系统的天线、线缆或者孔缝耦合进入系统内部。本文聚焦于无人机系统内集成电路的HPM耦合效应,建立了线缆耦合模型、孔缝耦合模型、电调板耦合模型与MOSFET耦合模型,研究了线缆耦合效应、孔缝耦合效应、电调板的耦合效应与MOSFET晶体管的损伤机制。现将主要研究成果总结归纳如下: 第一部分研究了无人机系统级的高功率微波效应,分析了高功率微波对无人机系统中电调板的耦合路径,通过无人机内部集成电路的连接情况,重点研究了HPM的线缆耦合与孔缝耦合,使用CST软件建立高功率微波对无人机内部中的部分线缆与舱室孔缝的耦合仿真模型,通过仿真分析,揭示了无人机线缆与孔缝的高功率微波效应的电磁耦合规律。 第二部分研究了无人机板级的高功率微波效应,通过无人机系统级的高功率微波效应研究,进一步识别了耦合至下一仿真层级的HPM源特性,通过板级的多物理场耦合仿真,研究了电调板的电磁热损伤及其耦合特性。分析结果表明,PCB板面的温度上升不显著,器件级的损伤是导致集成电路甚至整个电子系统失效的根本原因。 第三部分研究了无人机器件级的高功率微波效应,建立了MOSFET在HPM环境下的电热多物理场耦合仿真模型,分析了不同HPM注入条件(10V至15V)下的器件响应规律。仿真结果揭示了漏极注入HPM时,热量在漏区PN结附近迅速积累,并可能导致器件在达到硅材料的熔点(约1410℃)时开始熔毁,揭示了MOSFET器件的损伤机理。 综上所述,本文对无人机系统级、板级、器件级高功率微波耦合进行了全面的研究,通过仿真分析的手段揭示了高功率微波环境下的耦合效应和损伤机理,为无人机的防护加固和反制提供理论基础。