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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： 微波无线传能   整流电路   谐波抑制   自适应阻抗匹配   效率优化  

摘要： 微波无线电能传输技术(Microwave Wireless Power Transmission,MWPT)具备传能距离远、传能功率大、受气候影响小的特点,在可穿戴设备、无线传感器网络供电、无人机续航、孤岛供电、空间太阳能电站等领域有广阔的应用前景。微波整流电路能够将微波变换为直流,是微波传能系统的关键环节之一。然而实际应用中,整流电路普遍存在效率偏低问题,且不同场合对整流电路的需求也不同,此外整流电路输出负载变化也会降低整流的效率。因此,微波整流技术仍然有待进一步深入研究,是一个非常有意义的研究课题。 首先,文章综述了微波传能和整流技术的国内外研究现状,分析了国内外整流电路高性能设计方案和宽输出负载下整流电路效率优化方法,确定本文的研究思路。结合微带线传输理论介绍了射频电路的分析方法,对整流电路设计涉及到的史密斯圆图、二端口网络、阻抗匹配理论和谐波抑制理论进行了阐述。给出了几种基础的整流电路拓扑,基于二极管非线性理论分析了高效微波整流机理,为后续整流电路设计和效率优化提供理论支撑。 其次,为了提升小功率整流电路效率,本文提出一种改进谐波控制结构的整流电路,通过引入改进的谐波控制结构实现对整流二极管电压和电流的波形塑型,减少交叠损耗,同时实现对谐波能量的回收,最终达到提升整流电路效率的目的。为了应对高功率应用场合,给出了一种高功率整流电路设计方法,采用对称支路并联结构,能够有效提升整流功率容量,实现了瓦级别整流电路设计。 然后,宽输出负载情况下整流电路出现阻抗失配问题,引入基于Buck-Boost自适应阻抗匹配电路,实现整流电路输出阻抗和输出负载的结构,消除负载变化对整流效率的影响,实现高效稳定的直流输出,宽输出负载情况下整流电流阻抗失配提供了一种解决方案。 最后,搭建实验平台,对所设计小功率整流电路、高功率整流电路、自适应阻抗匹配电路以及高功率整流电路级联自适应阻抗匹配电路进行了实验测试,验证了本文研究工作的有效性。

关键词： 电磁仿真   网格生成   四边形网格   混合网格   狭长路径状金属  

摘要： 射频电磁仿真技术在现代无线通信领域扮演着重要角色,网格生成是射频电磁仿真的重要前处理步骤。尽管射频集成电路领域的传统三角形网格生成技术已经成熟,但在面对工业级电磁仿真的高复杂度和精确度需求时显现不足。特别是在高密度网格设计中,使用电磁计算效率低下的传统网格将导致仿真时间增长,开发成本增加,影响产品迭代速度。对此,本文提出一种射频集成电路四边形网格生成算法,以及一种面向狭长路径状金属区域的混合网格生成算法。同时,本文研究了一套射频集成电路仿真系统,将提出的算法集成到该仿真系统中。本文的主要工作包含如下三点: (1)提出了一种射频集成电路的四边形网格生成算法。本算法旨在提高电磁仿真效率,将电磁仿真的传统三角形网格替换为四边形网格,显著减少了网格单元的数量。本算法首先提取出目标模型的问题域,随后在问题域上使用网格投影策略进行区域划分,得到子问题域。在子问题域上使用基于标架场的四边形网格生成方法,得到子问题域上的四边形网格。接着,拼接各子问题域网格,得到完整的射频集成电路网格。最终,实验结果表明,本算法在网格数量和电磁仿真时间这两个关键评价指标上表现卓越,均优于基线方法。同时,在网格质量评价指标上,本算法展现出高质量网格生成能力。证明了本算法的有效性和可靠性。 (2)提出了一种面向狭长路径状金属区域的混合网格生成算法。本算法旨在提高电磁仿真效率,针对狭长路径状金属区域设计网格生成方案,减少网格单元数量,提升网格单元质量。本算法的主要步骤包括:问题域预处理、问题域分解、问题域后处理以及混合网格生成。问题域预处理负责解构问题域边界;问题域分解负责从问题域内识别并切割出矩形模块;问题域后处理负责解决子问题域的边界对齐问题;算法最后,在各子问题域内生成网格,得到完整的射频集成电路混合网格。实验结果最终验证了本算法在处理狭长路径状金属区域时的有效性,其在关键评价指标上的表现超越了基线方法,确立了本算法的优越性。 (3)研究了一套射频集成电路仿真系统,将本文提出的算法集成到该系统中。该系统采用B/S架构模式,使用物理机脚本实现服务自动部署。重点针对该系统中的网格生成模块展开研究,分析网格生成的各类需求,研究网格生成模块的架构设计,解决算法集成面临的各项挑战。本文提出的两种算法功能被集成到该系统中,使用合理的模块复用技术,能够在不牺牲模块独立性的前提下,有效整合新旧算法模块,提升系统的灵活性。同时,该系统精确定义了算法功能的调用条件,并引入对算法功能的运行测试机制,从根本上保证了系统的鲁棒性。 综上所述,本文提出了一种面向射频集成电路的四边形网格生成算法,以及一种面向狭长路径状金属区域的混合网格生成算法,这两种算法均以提高电磁仿真计算速度为目标。为了推进算法功能落地,本文研究了一套射频集成电路仿真系统,将本文提出的算法模块集成到该系统中,功能集成后的系统能正常支持射频集成电路的工业级仿真。

关键词： IGBT   光耦隔离   栅极驱动电路   故障保护及反馈功能  

摘要： 随着新能源产业的快速发展,现代电力电子技术对高效能、高功率密度及快速可调开关器件的需求日益增强,其中,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率半导体设备的核心组成部分,在诸如变频器、电动汽车动力系统、高速铁路牵引控制以及风力发电等高压大电流应用场景中得到了广泛应用。IGBT能否稳定运作和正常运行,关键在于其驱动电路性能的优劣。国外对于IGBT及其栅极驱动芯片的研发起步较早,目前已有大量较为成熟的产品投入市场;然而,国内相关产业尚处于初级阶段,因此,研发一款性能卓越的IGBT栅极驱动芯片在当前显得尤为重要。 本文首先阐述了 IGBT器件的构造与工作机理,并明确了 IGBT栅极驱动芯片设计的关键要求,涵盖了预期性能指标、隔离设计需求以及保护设计要求等多个方面。接下来,文章详细介绍了本研究设计的栅极驱动芯片的整体框架结构,并结合光耦合器隔离传输方式完成了输入侧LED驱动芯片与输出侧光敏栅极驱动芯片的设计工作。其中,输入侧电路采用了新型TTL结构,集成了信号传输、故障反馈和外部置位功能;而输出侧电路则包含了光信号接收与处理模块、欠压锁定模块、退饱和保护模块、逻辑控制模块以及输出驱动模块等核心部分;最终完成两款芯片的版图设计,并通过仿真验证了各项功能和性能指标。 本研究分别基于40V亚微米双极型工艺与0.35μm高压BCD工艺对输入侧LED驱动芯片和输出侧光敏栅极驱动芯片进行设计,并通过高低温、工艺角以及寄生参数等仿真确保了设计的有效性。输入侧芯片使用5V电源供电,输出侧芯片采用30V电源供电,两者之间通过光耦合器实现电气隔离。仿真实验结果显示,导通传输延时为294.6ns,关断传输延时为113.6ns,欠压保护阈值设定为11.08V,恢复阈值为12.31V,退饱和阈值设定为7V,软关断延时为2.03μs,所有参数均满足预设的设计标准。经过实际流片测试,芯片成功实现了相应的功能,并基本达到了设计的各项性能指标要求。

关键词： 黄河源区   生态系统服务功能   InVEST模型   生态安全格局   土地利用/覆被变化  

摘要： 黄河源区作为黄河流域的发源地和生态屏障区,对其生态安全格局进行研究具有重要意义。本文采用动态度、转移矩阵和PLUS模型,分析黄河源区土地利用时空变化情况。通过景观指数,分析土地利用景观格局变化情况。选用InVEST模型,量化黄河源区的水源涵养、碳固定、土壤保持和生境维持四种生态系统服务功能。采用Slope趋势模型、地理探测器模型分析四种功能的时空变化、权衡与协同关系和演变机制。依据“生态源地识别-阻力面构建-生态廊道提取”的生态安全格局构建逻辑范式,基于生态系统服务功能重要性和生物适宜性选取生态源地;通过层次分析和空间加权叠加分析,构建综合生态阻力面;结合电路理论提取和识别生态廊道与生态节点。最后综合土地利用景观格局、生态系统服务功能和生态连通要素形成生态安全格局,并制定相应的生态保护策略。本文得出的主要研究结论如下: （1）黄河源区土地利用结构以草地为主导,其次为林地和未利用地。2000至2020年间,林地逐渐减少,未利用地逐渐增加,至2020年,未利用地面积超过林地面积,分别为3425.77km2和2854.68km2。研究期内黄河源区土地利用变化剧烈,综合动态度为49%,以草地向未利用地转移为主。通过对2040年土地利用的模拟分析显示,预计未来20年的土地利用变化趋势将趋于稳定,与过去相比,变化幅度将有所减小。研究期内斑块密度和景观形状指数有所下降,表明黄河源区整体景观异质性增强,起主导作用的景观类型控制逐渐加强;聚集度、景观分离度指数、香农多样性指数、香农均匀度指数有所上升,表明黄河源区整体景观发展特征为集中、规则、多样、丰度。空间异质性分析显示高聚集度、规则斑块集中在玛多县、达日县、泽库县、玛曲县、曲麻莱县、称多县,而低聚集度、复杂斑块集中在玛沁县、同德县和班玛县的交界处。 （2）黄河源区的水源涵养功能空间特征表现为由西向东逐渐增加,高值集中在东南部的久治县、阿坝县、红原县。碳固定功能空间特征表现为中间高四周低、高低相间,高值集中在玛沁县东部。土壤保持功能空间特征表现为强弱分布集中,高值集中在中南部的久治县和玛曲县。生境维持功能空间特征表现为西部强东部弱,低值集中在玛沁县、贵南县和共和县。水源涵养功能和土壤保持功能研究期内变化趋势呈显著的空间异质性,西部稳定,东部增加。四种生态系统服务功能关系主要为强权衡和强协同,分别占47.26%和34.02%。强权衡集中在西部,以生境维持功能为主导;强协同集中在中部和东部,形成综合的生态服务区。生境维持功能,主要受距离一级道路的距离驱动,解释力超20%;水源涵养功能主要受年均降水量驱动,解释力超90%;土壤保持功能,主要受坡度驱动,解释力超55%;碳固定功能受坡度驱动较大,解释力为2.9%。因子交互作用分析显示,碳固定功能、水源涵养功能、生境维持功能、土壤保持功能中分别有19种、12种、23种、8种因子交互作用为非线性增强。 （3）本研究最终得到60个生态源地,总面积为12564.89km2。西部源地集中连通;中部源地分散;东部源地破碎。综合阻力面高值集中在玛沁县的阿尼玛卿雪山周围,低值集中在若尔盖县、玛曲县。采用Linkage Mapper工具识别出132条潜在生态廊道,总长度约为5951km。其中,一级生态廊道32条,集中在东部;二级生态廊道74条,分布广泛;三级生态廊道26条,集中在中部。黄河源区共132个生态夹点、151个生态障碍点和43个生态薄弱点。生态夹点集中在达日县、久治县、玛沁县;生态障碍点集中在玛沁县、兴海县、达日县、久治县;生态薄弱点集中在玛曲县和久治县。最终在黄河源区构建出“四核心、六区域、两枢纽、四短廊、一环线”的生态空间优化布局模式。

关键词： 研发投入   创新技术绩效   创新财务绩效   创新社会绩效  

摘要： 美国商务部工业与安全局于2019年5月颁布了“实体清单”等法令,对我国集成电路芯片制造业实行核心技术“卡脖子”限制。2020年下半年全球出现“缺芯潮”现象,对我国汽车和消费电子等众多行业的发展带来了巨大冲击,使得我国越来越重视集成电路芯片制造业的自主发展。李强总理在2024年政府工作报告中指出,推进关键核心技术攻关,要激励企业加大研发投入,加快前沿技术研发。“十四五”国家信息规划将集成电路行业列为“战略性前沿技术”,并指出要完成信息领域核心技术的突破,需要加快集成电路关键技术攻关。中芯国际作为我国集成电路芯片制造行业的龙头企业,掌握着国内芯片先进制程工艺,是我国集成电路芯片制造业的代表企业。因此,本文以中芯国际为案例研究对象。通过对企业创新绩效相关情况的研究,探索其在研发创新活动中阻碍创新绩效提高的因素,提出针对性的改良意见,以期为中芯国际及该行业相关企业研发创新活动的改进提供参考借鉴。 论文首先应用文献研究法对研发投入、创新绩效和两者的关系进行文献综述,以经济效益理论、资源基础理论以及牛鞭效应理论等理论为理论基础,然后结合国内外该行业创新研发情况和政策着力方向,选择紫光国微、华润微、士兰微、台积电作为对比公司,从创新财务绩效、创新技术绩效、创新社会绩效三个维度着手,运用案例研究法和比较分析法对中芯国际创新绩效相关情况与行业先进企业进行对比研究,梳理出中芯国际在创新绩效中的问题:(1)企业毛利率大幅下跌;(2)存货周转率持续下降;(3)偿债能力减弱;(4)高端产品研发不足。结合中芯国际2018年-2022年来生产经营情况及研发创新活动,对以上问题产生的原因进行深入研究;最后,针对上述问题提出了以下对策:(1)适当调整资本结构及优化产能利用率;(2)优化库存管理及降低存货占用;(3)加强财务风险管控化提升企业竞争力;(4)加强研发投入强度及优化研发投入结构。 论文研究认为在各项政策大力鼓励下,集成电路芯片制造业得到了迅速发展。中芯国际在先进工艺制程和市场占领度方面都取得一定的进展,但与全球芯片行业巨头台积电相比还存在很大的差距,对此,中芯国际应通过持续加强研发投入力度、优化企业内部资源配置等措施来提高创新绩效。本文的研究紧贴国家创新发展战略,可为高新技术企业在创新绩效的提升方面提供一定借鉴和参考,但研究中也存在一些不足之处:由于芯片制造业本身具有专业技术性强、技术更新迭代速度快的特点,所以本论文未涉及对研发创新投入方向的研究;论文只研究了中芯国际2018-2022年之间的相关数据,并未为其他年份的相关数据进行展开研究,这使得研究中的数据分析不够全面。

关键词： 车站数字化轨道电路   数字控制单元   测试系统  

摘要： 车站数字化轨道电路是基于国内普速铁路25 Hz轨道电路叠加ZPW-2000电码化和高铁一体化ZPW-2000轨道电路运用的实际情况，通过系统集约化、结构小型化、设备数字化，研制的新型轨道电路装备。其中数字控制单元负责实现原2000A轨道电路中发送器和接收器的功能。此新型设备完成研发时，须有对应的测试方法测试设备的功能指标。找到正确可操作的测试方法，对实现数字控制单元批量调试、生产尤为重要。