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摘要： 数字集成电路是现代电子设备的核心组成部分，其稳定性和可靠性对设备的整体性能具有重要影响。基于此，本文探讨了数字集成电路失效的核心机理和表征，总结了技术分析在预防、缓解数字集成电路失效现象等方面的作用，以期为相关领域的研究者及工程师提供有价值的参考。

关键词： 随钻电磁波电阻率测井   仪器天线结构   电子电路设计   泥浆侵入数值模拟   三相流  

摘要： 随钻电磁波电阻率测井技术在水平井和大斜度井钻探过程中发挥着“眼睛”的作用,解决了油田勘探开发成本高的问题,极大的推动了钻井技术的发展,同时也为储层解释评价提供新的技术手段。当今随钻电磁波电阻率测井仪器的关键技术包括三维全息天线结构、高精度高保真电路系统和信号数据处理方法。 本文从电磁波电阻率仪器的响应理论基础出发,探索三维电磁波电阻率仪器的天线和源距与测量系统的关系,充分利用不同的天线与源距,组合出不同的分量实现地层界面探测,各向异性识别,地层评价与地质导向的能力。从三维电磁波电阻率仪器的主要功能出发,设计了随钻电磁波电阻率电路系统的总体框图。 根据随钻电磁波电阻率仪器测量系统的功能需求,按照电路系统的总体框图,设计DDS信号发生电路、DSP系统及外围电路、发射板SPI接口电路、接收板SCI接口电路等。在发射驱动板电子电路设计中,采用了MCU控制技术和三通道功率放大方案,通过桥式推挽电源电路技术,实现了随钻电磁波电阻率仪器信号功率放大的特殊需求。在信号接收板电路设计中,采用了高速ADC采样技术,通过滤波放大和FPGA信号处理,实现了信号采集的高分辨率和高保真,确保了仪器的方位测量功能。 根据泥浆侵入储层原理,由达西定律和质量守恒定律推演三相泥浆渗流基本方程,进而推导出泥浆侵入时的压力与三相饱和度微分方程。应用有限差分方法编写出泥浆侵入三相渗流的数值模拟程序;开发了自适应时间步长算法,解决了泥浆突涌时侵入算法的不适应性;开发了表皮效应算法,解决了泥浆颗粒进入地层影响绝对渗透率的问题。对数值模拟结果进行了系统的分析,研究了不同控制参数对泥浆侵入过程的影响。结果表明,随着孔隙度的增加,侵入的径向深度减小,侵入环带范围也减少。当储层压力保持恒定时,在不同的压力差条件下,较大的井眼压力会导致径向侵入深度的加深和侵入环带范围的增大。

关键词： 时间数字转换器   高精度   全数字   编码电路   自动校准  

摘要： 时间数字转换技术在测量、通信、医疗和科学研究等领域应用广泛。随着科技对时间精度和数字化的需求不断增加,传统时间数字转换器面临计时精度低、计时速度慢的缺陷。因此,本文提出了一种全数字的高精度时间数字转换器,旨在满足高精度和高速计时的要求。 本文采用一种粗细结合方式实现高精度全数字化时数转换器设计。由于粗计数电路或存在±1个计数误差。为尽可能避免误差,本文采用一种带有检查位的粗计数设计,完美校正了传统直接计数法带来的量化误差。针对高精度高速计时需求,本文采用了全数字化延迟链技术,实现了最低有效位优于30ps的转换器设计,在保证精度的同时,提高了测量速度。由于外界环境干扰,温度计转二进制码的编码电路存在“冒泡”现象,本文设计了一种“计一”解码电路,这在编码精度和编码速度方面都有提高。为补偿工艺、温度、电压对时间数字转换器精度的影响,本文设计了一种全数字化自动校准的电路,采用逐位校准的方法,校准后积分非线性和微分非线性降低了50%。 在本研究的最后部分,通过后期仿真,本文成功验证了该全数字时间数字转换器的核心性能参数,包括150MHz的计数能力、15ps的精度水平,以及微分非线性和积分非线性分别在[-0.14,0.094]LSB和[-0.1447,0.2555]LSB的范围内。作为一项创新的时间测量与转换技术,全数字高精度时间数字转换器在理论研究和实际应用领域均展现出其重要价值。本项研究的成果为设计和改进全数字时间数字转换器提供了宝贵的参考,对于促进数字时代技术的进步有着积极的影响。

关键词： 集成电路封装载板   铜电沉积   空洞   蟹脚   数值模拟  

摘要： 本文主要围绕集成电路封装载板的铜互连技术展开研究。采用正交试验、单因素试验、对照试验、数值模拟仿真等方法研究了影响集成电路封装载板X型通孔填孔产生空洞的因素、影响集成电路封装载板盲孔填孔产生的“蟹脚”长度的因素以及集成电路封装载板电镀图形结构电沉积均匀性问题;提出了一种可以改善通孔填孔空洞现象的互连模型,建立了有悬铜的集成电路封装载板盲孔电沉积填孔仿真模型,提出了一种可以有效改善图形结构电沉积均匀性的新型边框结构。具体研究内容如下: （1）采用正交试验法研究了CO2激光成孔参数对电镀填孔空洞的影响。其中最主要的影响因素为光罩尺寸,次要因素为基准能量、脉冲次数、脉冲宽度;通过单因素试验总结出了集成电路封装载板的X型通孔铜电沉积可以满足空洞指标要求的工艺参数:五水合硫酸铜浓度为250 g/L、硫酸浓度为40 g/L、氯离子浓度为60 mg/L,气流量为2.0 L/min,使用2.0 A/dm2电流密度的恒流直流电镀5 min后断电流1 min,再使用1.3 A/dm2电流密度的恒流直流电镀55 min;根据数值模拟仿真结果,所设计的新型互连结构具有更好的电镀填孔空洞表现。 （2）采用对照试验法研究了影响集成电路封装载板盲孔电沉积铜填充“蟹脚”长度的因素。影响程度从大到小排序结果为:微蚀溶液>二次除胶渣溶液>化学清洗溶液>除胶渣溶液>等离子体处理;使用开窗法可以有效避免孔口突出的悬铜产生,实现无空洞的盲孔填铜,提升集成电路封装载板的互连质量;改善工艺参数后的集成电路封装载板产品“蟹脚”长度满足生产的质量要求,并通过了可靠性测试。 （3）在恒流直流的电流密度为1.35 A/dm2、电镀时间90 min的施镀条件下对集成电路封装载板产品进行整板铜电沉积,纯铜边框的产品铜层厚度极差为9.0μm,方差数值为9.90,新型边框的产品铜层厚度极差为5.7μm,方差数值为3.20,试验结果与仿真结果吻合,新型边框对集成电路封装载板整板电镀的图形结构电沉积均匀性改善明显,有利于提高集成电路封装载板的质量和可靠性。

关键词： CMOS图像传感器   相关多重采样   列级模数转换器   自适应控制单元   电路设计  

摘要： CMOS图像传感器在安防监控、机器视觉和医疗成像等领域都有着广泛的应用，其中绝大多数场景都有着高图像质量的需求。弱光下，像素和模拟读出电路的随机噪声极大影响了图像传感器的成像质量。为改善这一问题，读出电路设计中常引入相关多重采样技术来降低随机噪声的影响。然而，像素信号的转化时间会随着采样次数的增加而增加，并且相关多重采样技术对强光下的大摆幅像素信号不会起到有效降噪效果。因此，传统相关多重采样技术严重影响了像素信号的读出速度并且造成功耗浪费的情况。对此，本文对CMOS图像传感器的读出电路进行了改善，既降低了读出电路的噪声水平，也缩短了信号的读出时间。　　本文首先对CMOS图像传感器中的各种噪声进行了分析，并分别介绍了传统相关双采样技术和相关多重采样技术的工作原理。针对传统技术的缺点，本文设计了一种基于12位两步式ADC的低噪声读出电路。综合考虑ADC的速度和面积，该两步式ADC由4位SARADC和8位SSADC组成，并仅在SSADC细量化期间引入相关多重采样技术，相比采用单一SSADC,本文两步式ADC能大大缩短像素信号的量化时间。此外，本文设计的ADC中包含一个自适应控制单元，能根据对像素信号进行粗量化后所得到的最高位结果来判断光照强弱，从而选通最适合的斜坡信号数量接入列级ADC中，对像素信号进行细量化:对于弱光下的像素输出信号，进行4次重复采样操作，以减小弱光下的随机噪声影响;而对于强光下的像素信号，仅进行单次采样操作，并在剩余周期时间内关闭可编程增益放大器和比较器，避免功耗浪费。　　本文采用55nmCMOS工艺对提出的CMOS图像传感器读出电路进行了设计、仿真和版图绘制。其中SAR/SSADC的量化周期为25μs,DNL和INL分别为+0.75/-0.75LSB和+2/-4.4LSB,ENOB、SFDR和SNDR分别为11.02bit、75.86dB和68.08dB。在可编程增益放大器增益为8且多重采样次数为4的情况下，本文读出电路的输入参考噪声为86.8μVrms。仿真结果表明，相比采用传统相关多重采样技术的读出电路，本文提出的低噪声读出电路结构能大大提升像素信号的读出速度，并在弱光下具有良好的降噪效果。

关键词： 三相无刷直流电机   高压电平位移电路   半桥栅极驱动电路   保护电路  

摘要： 近年来,直流电机以其低噪声、高效率、大转矩等特点广泛应用于智能家电、新能源汽车乃至航空航天等各个领域,三相无刷直流电机更是成为其中的主流产品。为了更好满足工业领域上对电机轻量化、高效化、智能化的需求,电机驱动芯片设计成为了当下的研究热点。 本文基于0.18μm BCD工艺,设计了一款三相无刷直流电机的驱动芯片。该芯片的工作电压范围为8～60 V,栅驱输出级具有0.7 A的拉电流能力和1 A的灌电流能力。三相电机驱动芯片的关键技术在于高压栅极驱动,为此: (1)本文设计了一种具有辅助上拉支路的高压电平位移电路,解决了传统交叉耦合型高压电平位移电路上拉缓慢的问题,经仿真验证上拉延时仅为5.9 ns,加快了低压输入信号向高压驱动信号的转换速度。 (2)本文在传统自举式栅极驱动基础上加入涓流充电技术,在功率上管开启时利用电荷泵为自举电容补充电荷,保证了芯片能够在100%占空比运行,消除了传统自举式栅极驱动技术中对输入信号占空比的约束。 (3)采用外接电阻来调整功率管死区,支持70 ns至400 ns的死区时间选择,可根据对驱动的响应速度和功耗要求灵活配置。 此外该芯片集成了过温、过流、欠压等保护电路,提高芯片运行时的可靠性和安全性;同时,为了减小子模块的功耗和电源应力,该芯片还设计了带隙基准、低压稳压器等片内电源,为不同需求的子模块提供电源轨,保证子模块能够在高压输入电源波动时平稳工作。 本文首先对电机驱动技术的发展趋势、研究意义做出了阐述,对三相无刷直流电机的基本工作原理和半桥栅极驱动技术进行了介绍。接着确定了驱动芯片的整体框架和性能指标,并对各个子模块进行了设计原理阐述和模块仿真分析。最后,对芯片进行了整体仿真分析,经仿真分析,芯片各项指标均满足设计指标,符合电路设计要求。

关键词： 数字电路   非标准化考核   教学改革   课程评价  

摘要： 非标准化考核是对课程考核模式的新探索，对培养学生的辩证思维能力、树立理论联系实际的科学观点，以及提高学生分析问题和解决问题的能力有着重要作用。本文针对《数字电路》课程教学进行了非标准化考核模式的探索与实践，建立“以学生为中心”的教学理念，设计了线上线下混合式全过程的考核评价机制。在考核过程中加强了学生课前预习、课上掌握和课后巩固三个环节的实施情况。从实施的效果看，非标准化考核的实施为《数字电路》课程教学提供了更加合理的课程评价体系。非标准化考核的实施增强了学生的系统观、工程观和创新习惯，培养了学生的敬业精神和团队意识。