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关键词： 惯导系统   I/F转换电路   数字化补偿   二维插值模型  

摘要： 加速度计作为惯导系统的主要测量元件，通常被安装在惯导器件内部以测量其载体运动加速度，由于其输出的是模拟电流信号，因此需要经过I/F转换电路进行模数转换，将电流信号转换成正比例的脉冲信号输出给后级的导航计算机。但在实际使用过程中，I/F转换电路经常会受到工作温度、输入电流等因素的影响，这些因素会导致输出脉冲信号存在较大误差，从而降低了I/F转换电路的精度和稳定性。因此，针对惯性导航系统对I/F转换电路提出的高精度、高稳定性的需求，本论文提出了一种基于二维插值模型补偿的I/F转换电路设计方案，使补偿后的输出脉冲精度及稳定性得到显著提高。　　本论文首先对I/F转换电路的结构类型及工作原理进行了详细分析，比较研究数据补偿算法的方式与拟合误差，确定了以二维插值模型算法为核心的数字化补偿方案，并利用FPGA芯片实现转换电路的逻辑控制与补偿脉冲数据的读取，最终将补偿后的转换脉冲数输出。接下来在确定整体方案流程后完成I/F转换电路的软硬件设计，第一步确定硬件总体设计方案，将电路划分为几个主要功能模块，完成各个模块的电路设计与器件选型，并对PCB电路抗干扰设计进行了详细分析;而在软件设计方面，根据I/F转换电路的补偿需求在MATLAB中完成了监测数据表选择、参数设置、数据补偿算法计算、辅助功能设置以及串口通信模块的程序编写，并通过对补偿前、后实验数据的建模分析对比验证了程序逻辑上的正确性。最后完成I/F转换电路补偿实验测试，通过对实验结果分析发现补偿后I/F转换电路的线性度、对称性等指标达到预期目标，表明论文所设计的数字化补偿方案在一定程度上提高了I/F转换电路的转换精度。

关键词： 非制冷红外焦平面读出电路   数字系统   大面阵   多功能  

摘要： 国内非制冷红外探测技术朝着国际前沿发展,致力于研制大面阵、小像元、高帧频及多功能智能化的探测器,以提升图像分辨率和探测距离等性能,并实现高速目标识别和灵活探测。大面阵小尺寸像元背景下主频过高、功耗激增且版图实现难度更大;高速应用场景下要求实现高帧频,对电路架构提出更高的要求;芯片上集成智能化的多功能导致电路设计更复杂。针对以上问题,本论文基于12μm像元1280×1024面阵的非制冷红外读出电路展开研究,集成了高帧频与低帧频、全面阵与智能开窗、图像镜像等多种可兼容功能模式,研究内容如下: 本论文对大面阵多功能非制冷红外读出电路系统架构展开研究,针对高分辨率和高速目标识别需求,提出读出电路设计指标,包括阵列大小为1280×1024、低帧频下数字电路功耗小于200mW,高帧频下功耗小于300mW等。论文创新性地提出新型双通道列级读出电路和两种四级流水线的方案实现高低帧频切换,有效避免了采用压缩积分时间提高帧频的同时降低图像质量的问题,并进一步扩展电路功能,集成了与帧频可选兼容的可编程开窗及图像镜像以实现灵活探测。通过理论计算采用14通道输出的方案降低时钟主频至80MHz。 根据设计需求,将数字系统划分为片外信号输入模块、中央时序控制模块、多样化探测模块及数字化信号输出模块。设计方案包括数字系统框架、模块原理图、及关键时序设计等,重点生成符合大面阵高低帧频条件的门控时钟以及支持多功能探测的行列选序列,行选脉冲选通模块设计不同模式下的开关时序及移位规则产生行选序列,列选序列产生模块通过算法在不同行产生按照一定整数斜率变化的列选序列,与其他模块配合实现帧频可选、可编程开窗及图像镜像等多种可兼容功能。接着搭建测试平台进行功能验证,仿真结果表明设计合理;逻辑综合结果显示时序已收敛;形式验证表明门级网表与代码设计功能一致。 基于SMIC 0.18μm工艺,本论文从数据准备、布局规划、标准单元摆放、时钟树综合及布线等步骤完成数字版图工作。针对大面阵多功能下的寄存器数量较多的情况,对版图进行合理布局;为了避免大面阵下关键信号走线长导致失真,对代码及版图进行迭代优化。通过静态时序分析和后仿对版图进行双重验证,结果表明网表符合实际应用要求;最后进行功耗预估,低帧频25Hz及高帧频50Hz下数字电路功耗分别为182.8mW和291.1mW。

关键词： 弱信号   PMF-FFT   互相关干扰   片上系统   捕获策略  

摘要： 在全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)中,卫星发出的信号在空间传输后由于受到多种干扰和噪声的影响,导致到达接收机的信号变得十分微弱。在此背景下,提升接收机的性能,尤其是增强弱信号的捕获能力,已经成为导航学科研究的前沿课题。本文在GNSS捕获原理的基础上,基于部分匹配滤波器和快速傅里叶变换(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform,PMF-FFT)相结合的捕获算法改善了强信号对弱信号的互相关干扰问题,以片上系统(System on Chip,SoC)的形式实现了弱信号捕获电路控制算法,进一步提高了对弱信号的捕获能力,具体研究内容如下。 (1)通过分析比较常用的时域串行、并行频率、频域并行码相位与PMF-FFT四种捕获算法,得出PMF-FFT捕获算法较其他三种有捕获时间短、速度快且硬件易实现的优势,从而确定了以PMF-FFT为基础的弱信号捕获算法。此外弱信号捕获的处理方式通常是利用相干积分与非相干积分来提高信号增益,但是在积分时间和积分次数达到一定限度后信号增益提升不明显,所以在其基础上重点研究了强弱信号间的互相关干扰对弱信号捕获的影响。对子空间投影法和消去法两种互相关干扰抑制方法进行了比较,考虑消去法原理简单、不涉及向量运算和硬件易实现的优势,最终使用消去法抑制强弱信号间的互相关干扰。 (2)针对基于PMF-FFT的弱信号捕获算法进行数学建模与仿真,通过设定载噪比为45 dB×Hz的强信号和25 dB×Hz的弱信号,仿真分析强信号对弱信号的互相关干扰影响。结果表明,未使用互相关干扰抑制算法,经10 ms相干积分后捕获结果不理想,弱信号的自相关峰已经被强弱信号的互相关峰淹没。同样在10 ms的相干积分仿真环境下,使用互相关干扰抑制算法,此时弱信号的自相关峰处于一个相对较高的水平,弱信号能够被正确的捕获。因此在仿真分析的基础上,结合SoC灵活性高,易于集成,低功耗等优势,给出构建弱信号捕获SoC的总体设计方案,以SoC软硬件结合的方式实现基于PMF-FFT与互相关干扰抑制的弱信号捕获电路控制算法。 (3)硬件电路部分,依据高级高性能总线(Advanced High performance Bus,AHB)协议标准实现了ARM核与捕获电路TopLevel层的通信接口,并为数据预处理单元进行寄存器的定义与地址分配,然后基于PMF-FFT捕获算法实现了互相关干扰抑制算法的关键电路,其包括强信号的重构、匹配滤波器和FFT单元,并仿真验证其时序与功能均满足设计要求。软件部分,利用C语言设计实现了算法流程中的函数体,划分了GPS信号捕获策略的结构,依次完成报告捕获状态、更新搜索策略、执行搜索策略完整的弱信号捕获流程,实现了软硬件的动态交互。在软硬件协同验证阶段,使用ARM与FPGA平台进行联合调试,利用STR4500仿真器输出载噪比为45 dB×Hz的强信号和27 dB×Hz的弱信号进行算法实测,结果表明使用互相关抑制算法可以正确的捕获到载噪比为27 dB×Hz的弱信号,从而表明本文实现的弱信号捕获电路控制算法提高了对弱信号的捕获能力。

关键词： 掘进机   振动俘能   无线传感   能量回收   变间距梁   辅助供电  

摘要： 生产活动中对自然能量的采集利用是减少能源损耗的重要手段,能量回收在井下煤矿产业的采掘过程同样具有发展意义。为推动掘进机智能化的发展,无线传感器件的使用是其基础保障,针对目前掘进机所使用的有线传感设备供电难、复杂工况下更换电源困难等缺点。本研究立足于井下掘进设备工作振动强烈等环境特点,对掘进机截割部的振动信号进行采集和分析,提出一种变间距梁压电振动俘能结构及其接口电路,改善已有俘能装置在掘进环境中俘能效果较差、难以适应复杂工况等缺点。以理论与仿真作为基础,并开展实验验证,探究不同结构参数下对俘能器输出特性的影响,与多种接口电路对比,优化出更适应掘进机工况的能量采集电路,提高俘能器采集效果和减少能量损耗。通过对俘能结构和接口电路阵列安装进行应用实验,实际论证所提出的变间距梁压电振动俘能器对掘进机无线传感节点供电的可能性。 首先,本文对掘进机截割部振动信号进行分析得到低频情况20Hz以下掘进机截割部具有较大的振动激励,接着对变间距梁结构进行理论分析,验证其发电特性和振动方式,建立压电耦合模型,从理论层面理解振动能转化为电能的过程。 其次,为了探究变间距梁压电振动俘能结构的发电性能,选取四种不同结构参数作为分析因素,设计正交实验,利用COMSOL软件进行仿真分析,得到俘能器结构最优尺寸参数,在此结构尺寸下探究外界因素对结构输出性能的影响。为了将俘能结构采集输出的交变电流转化为直流电并对无线传感设备供能,在现有接口电路的基础上进行改进,结合掘进机工况,提出一种并联三极管开关电路,通过仿真探究该电路的输出特性。 最后,搭建压电振动实验台,制作所设计的俘能结构和能量回收电路实物。通过实验验证俘能结构在低频下的高输出特性和能量回收电路的低损耗特点,探究主梁厚度、梁间距和中间质量块重量对俘能器发电性能的影响。为增大俘能器采集效率,根据掘进机截割臂空间利用率设计阵列式俘能器,探究俘能结构阵列方式,选用磁石构成中间质量块,得到两两单体俘能结构以中间质量块为竖直轴线进行安装可以相互排斥增大输出、拓宽频带,通过仿真分析对并联三极管开关接口电路同样阵列设计,进行阵列实验。最终得到俘能器在13Hz下具有5.6m W的输出效果,且在多个频率下保持有效输出。对阵列俘能结构和接口电路进行应用实验探究,得出本文所设计变间距梁压电振动俘能器达到了为低功耗无线传感节点的供电需求。 图[99]表[14]参[80]

摘要： 申请号:202410085539.5【申请日】2024.01.22【公开号】CN117606517A【公开日】2024.02.27【分类号】G01C25/00;B81B7/00【申请人】河北美泰电子科技有限公司【发明人】张家昱;杨拥军;任臣【摘要】本发明涉及惯性传感器集成电路标定技术领域，尤其涉及一种用于惯性传感器标定的电路、惯性传感器封装及标定方法，本发明用于惯性传感器标定的电路主要为数据累加模块的累加器和相应的计数器、数据比较电路、系数进行调整操作的逻辑，以及存储多个系数计算结果的寄存器、数据选择器和相关控制电路等，硬件资源投入少。

摘要： 《集成电路与嵌入式系统》是由北京航空航天大学主办的综合性学术期刊,聚焦集成电路领域的关键问题,致力于为行业内的专家学者提供交流和分享的平台,为高层次人才自主培养提供重要支撑,促进产学研的深度融合,共同推动我国集成电路产业的稳步发展。征稿范围《集成电路与嵌入式系统》主要刊载与集成电路和嵌入式系统相关的综述和学术论文,

关键词： 电磁耦合式功率传输   整流器   无线充电   隔离电源   延时补偿   导通损耗   功率转换效率  

摘要： 电磁耦合式功率传输技术因其高效率、低损耗以及灵活便捷的优势,成为了现代科技领域不可或缺的能量传输方式,尤其在智能移动终端设备、植入式生物医疗设备、光伏储能以及汽车电子等领域展现出巨大的应用潜力,近些年来成为研究的热点。整流器作为功率传输技术中承前启后的关键模块,将从功率传输链路耦合得到的未调节的交流电信号高效可靠地转换为直流电信号,以满足电池充电或为后续电路供电的需求。高性能的整流器能够显著提升功率传输系统的整体效率和可靠性。然而,传统整流器存在工作频率低、功率转换效率低、成本高以及集成度低等问题。因此,为了实现轻薄化和长续航的应用需求,本研究聚焦于无线充电和隔离电源两种电磁耦合式功率传输系统中的整流器电路设计。 本文系统地研究了整流器架构的功率损耗特性及性能优势,并通过电路设计和流片验证了肖特基二极管整流电路在效率提升方面的局限性。同时,针对不同的实际应用场景,分析了不同整流器架构的适用性和所面临的设计难点。为了克服这些设计挑战,本文提出了创新性的解决方案: 首先,本文针对电磁耦合式无线充电系统中的有源整流器,提出了一种基于单个反相器架构的导通时间控制方法,通过采用四个晶体管替代了具有较大静态电流的比较器,在有效补偿有源整流器延时的同时降低了补偿电路的功耗。本文所设计的40.68 MHz高速高效率有源整流器基于0.18 μm CMOS工艺流片,输入交流信号的电压幅度为1.2 V至1.8 V,负载电阻范围为200Ω至1 kΩ。仿真和测试结果显示,整流器在整个工作输入范围内的功率转换效率始终保持在87%以上。其中,在1.2 V的输入电压幅值下,该整流器的功率转换效率最高可达93.3%。 其次,本文针对电磁耦合式隔离电源系统,提出了一种高频(100 MHz)CMOS无源整流器的新型拓扑架构,通过采用5 V-MOS和1.8 V-MOS堆叠的方式来替代传统架构中的高压管,减少反向漏电流的大小,降低CMOS无源整流器的导通损耗。 此外,本文还在隔离电源系统的接收端设计了一个模式选择器,利用堆叠晶体管来调节整流器的工作状态。该隔离电源系统的输入范围为4 V至5.5 V,输出电压为5 V,输出功率范围为0.1 W至1.2 W,发射端和接收端芯片均采用180 nm BCD工艺制备。测试结果表明,在输出功率为0.8 W时,隔离电源系统的峰值功率转换效率达到63.3%。本文所设计的整流器架构和模式选择器在降低整流器自身损耗的同时,显著提升了隔离电源系统的整体效率。本论文通过探索新的有源整流器控制方案和无源整流器拓扑架构,降低了整流器的功率损耗,提高了电磁耦合式功率传输系统的功率转换效率和集成度。

关键词： MOSFET驱动   平面无芯变压器   隔离   振荡电路   阻抗匹配  

摘要： 功率MOSFET(金属-氧化物场效应晶体管)器件凭借开关速度快、无电弧、高输入阻抗、低导通内阻、高可靠性等优势成为目前电力电子领域的常用开关器件。与之配套的驱动电路也成为热点,受到广泛的讨论与研究。在航空及航天等领域中,多电与全电化成为一种主要研究趋势,其电控系统对电路的设计提出了更高的要求。对MOSFET的驱动电路来说,高频化、高效率、小型化、集成化、轻量化、国产化是发展的主要趋势,主要取决于隔离驱动的方式。传统的MOSFET驱动电路因其驱动方式不同,或存在效率低,或重量和体积大,或频率低和集成度低,或电磁兼容性不足等问题,某些方面不满足发展趋势。为此,文章结合已有的平面无芯变压器并对其进行优化,提出并设计了一种基于优化平面无芯变压器的栅极隔离驱动电路。 设计的电路由单片机供电并控制驱动,工作在25-30MHz频率,整流后输出10V-15V的驱动电压,实现对MOSFET的有效开通和关断。论文首先通过分析MOSFET的原理及特性,介绍隔离方式,提出隔离驱动电路的设计要求。根据设计要求进行正弦波振荡电路、优化平面无芯变压器、整流电路、栅极驱动电路等子模块的分析和设计,并对关键的电路子模块进行仿真,验证理论和设计的正确性,从而指导实物样品的制备。 电路设计采用平面无芯变压器作为谐振电感和隔离升压方式,研究了平面无芯变压器的优化方式,提出优化平面无芯变压器的两种方法。方法一是通过调整平面无芯变压器的几何参数,使平面无芯变压器的最优工作频率与实际工作频率一致,实现器件特性优化。方法二是通过在平面无芯变压器输出端与负载之间加入阻抗匹配网络,减小输出能量在负载上的反射,提高耦合效率,达到优化目的。方法二是方法一的进一步优化方法,合理利用两种优化方法可在保证平面无芯变压器效率的同时进行小型化和高频化设计,达到对已有平面无芯变压器进行优化的目的。 最后进行了实物电路样品的制备,样品大小为7mm-8mm。对关键的电路子模块进行波形测试,对测试结果进行分析可得:关键的电路子模块波形基本达到仿真的指标,不同几何参数的平面无芯变压器样品测试结果与仿真得出的变化趋势基本一致,阻抗匹配网络可有效提升平面无芯变压器样品的效率。最后将各个电路子模块连接为整体电路,对MOSFET作驱动测试,得到开通时间为57μs,关断时间为430μs。实验结果表明,与传统平面无芯变压器驱动电路相比,设计的基于优化平面无芯变压器的栅极隔离驱动电路提高了效率和工作频率,并且体积小,重量轻,集成度高,在一定程度上弥补了传统驱动电路的不足。

摘要： 摘要：论文主题：电子学、电信技术、电力工程、计算机技术、自动化控制、仪器仪表、材料学、电光学、智能制造、智能建筑、智能汽车、能源管理、工业经济、科学管理、教学实践。栏目：市场分析、研究与设计、工艺与制造、创新应用。投稿邮箱：appic@***，微信：17717632153。《集成电路应用》杂志国内统一连续出版物号：CN31-1325/TN；国际标准连续出版物号：ISSN1674-2583。1984年创刊，国家级中文学术期刊。国家新闻出版广电总局第一批核定中国科学技术A类学术期刊，中国集成电路学科仅有的国家核定学术期刊，上海市集成电路行业协会SICA会刊。2018年中国科技期刊扩展影响因子0.532。2020年中国知网公布的本刊复合影响因子0.527。