在高分辨率模/数转换器(ADC)设计中,由于工艺变化导致的电容失配对精度有很大影响,业内为了解决这一问题提出了许多补偿方法,但通常需要添加额外的电路或外部控制器,增大了硅片面积和操作复杂度。本文分析并确定了电容失配、输出偏差和总谐波失真(THD)在电容型数/模转换器(DAC)中的关系,并推导出THD在特定失配条件下的分布情况,可用于评估ADC在电容失配下的性能边界。在此基础上,本文提出了一种采用动态元素匹配(DEM)技术的新型补偿方法,并以最小的硬件成本在循环型流水线ADC中实现,流片测试结果证实了理论的有效性并展示了DEM算法的鲁棒性,这项工作对于高精度ADC设计的性能评估具有重要参考意义。
提出了一种用于射频能量收集(RFEH)的新型F类倍压整流电路。在该结构中,采用两种不同的谐波终端网络来抑制倍压二极管的谐波,并重塑电流波形和电压波形,从而显著提高传统倍压整流电路的功率转换效率(PCE)。为了验证该结构的可行性,制作了一个实物并进行实际测量。在输入功率为13 dBm和负载为1 600 Ω的条件下,测量到的PCE峰值为76.5%。此外,PCE高于50%的输入功率范围为1.8~15.5 dBm。
面对航天领域的嵌入式开发板在应用中存在硬件开发制约软件开发、硬件资源紧张、测试不充分等问题,为某型飞控软件依赖的硬件平台引入虚拟化方案。首先,编写AArch64指令测试集验证QEMU动态翻译可信性,并通过调试、追踪、更改、编译QEMU源码成功挂载Flash,在此基础上,构建虚拟网络打通数据传输链路,新建虚拟外设并通过重构设备驱动、重定向内核驱动确保外设可用,最终获得自定义虚拟机。其次,新建设备模拟器、调整模型机网络通信模式,联调虚拟机、模拟器、模型机确保数据传输正常,从而顺利搭建虚拟平台。接着,设计支持虚拟平台可视化搭建、源码远程调试、目标码覆盖率统计等功能的集成开发环境,提升虚拟平台便捷性和可靠性。最后,观测到某型飞控软件在真实平台和虚拟平台中仿真结果一致,验证了虚拟平台真实可用。
针对传统去雾算法的不足,且还需要满足去雾系统的实时性要求,提出了一种改进后去雾算法并结合FPGA进行设计。首先,采用高斯低通滤波器保留图像低频信息;其次,结合暗通道先验理论求取有雾图像的粗糙透射率图并对其进行双边滤波获取细化透射率图;最后,通过雾天成像模型进行计算得到去雾后的图像。同时,结合FPGA对改进后的算法进行优化设计。实验结果表明,改进后的去雾算法相较于其他去雾算法,对含有高亮区域图像的去雾效果有明显增强。在FPGA平台上进行视频图像去雾处理时,速度可以达到60 f/s,能够满足实时性要求。
超大规模集成电路制造工艺的飞速发展以及集成度的持续提高使得芯片时序收敛的难题日益凸显,时序作为数字芯片物理设计中的核心指标之一,其重要性不言而喻。在集成电路设计中,缓冲器的添加旨在优化扇出和降低互连线延迟,进而改善时序性能。然而,由于EDA工具在预测标准单元位置方面的局限性,自动插入缓冲器的方法可能存在不合理性。本文针对一款ASIC芯片的布局布线设计进行了深入探讨,采用Innovus作为设计工具,在布局阶段通过一种针对缓冲器插入的方法进行优化,实验结果表明,这一方法显著改善了布局布线后的设计结果,加速了时序的收敛过程。
基于FPGA硬件平台的激光线扫描相机采集投射至被测物体表面的线状激光光束图像后,通过中心点法提取出激光线二维像素坐标,重构被测物体平行光轴端面轮廓空间坐标。针对该系统因设备和环境等因素造成的激光线图像非连续问题,本文提出一种基于FPGA的拉格朗日插值算法设计,完成了不连续激光线像素坐标曲线拟合。该算法包含浮点数的加、减、乘、除、比较、顺序循环控制等子模块,充分利用FPGA并行处理能力实现对图像算法的加速处理,相较于线性插值法其拟合精度更高。实验结果表明,该模块运算时间为7.945 μs,运算速度是8核64位计算机的76倍,保证了系统的实时性,且实现了高精度的拟合,增强了系统的稳定性。
采用高性能DSP+FPGA架构可满足嵌入式图像处理系统对大数据量、复杂算法的实时处理需求,传统的DSP+FPGA架构使用并行外部存储器接口作为数据传输接口,走线条数较多,布线难度大,故障点多。采用高速串行总线可解决以上问题,本文提出一种基于高速串行总线的DSP+FPGA架构图像处理系统,采用PCIe总线作为DSP与FPGA之间的图像数据传输通道,SRIO总线作为DSP与DSP之间的数据传输通道,SGMII总线作为DSP与PHY芯片的数据传输通道。高速串行总线使得数据传输率更高,布线更容易,减小了电磁干扰,提高了抗干扰能力。本文设计的系统已在实际场所中部署并稳定运行,验证了设计的可行性和系统的可靠性。
腹膜透析机是将透析液灌入患者的腹腔,利用腹膜完成透析,随后再把液体引出腹腔的过程所使用的医疗器械。为了保证腹膜透析机质量稳定可靠,避免危害患者的生命安全,本项目对腹膜透析机的压力、温度、流量和容量这几个关键参数进行溯源方法研究,保障核心参数量值的可测量性,并研制一套智能化腹膜透析机检测装置,实现大数据平台下腹膜透析机自动校准系统的搭建。
针对分布式光伏电站分布广泛、缺乏集中化管理等问题,设计了一种基于LoRa和NB-IoT的分布式光伏电站监测系统。该系统通过无线终端节点采集分布式光伏电站的温湿度、光照强度、电压、电流等数据,再通过LoRa无线通信技术进行组网,将采集的数据汇聚到网关后依靠NB-IoT无线技术上传至OneNET云平台,用户端调取云平台数据对分布式光伏电站进行监测。实验结果表明,该系统成本低、组网灵活,能够长时间稳定运行,可满足电站监测需求。
分析了一款航天器用高密度封装产品在宇航环境随机振动下的失效现象,并根据该产品的结构模型、应用条件建立了有限元仿真模型,仿真试验结果与失效分析的结果表明,该器件断键合丝在振动载荷作用下,分两步发生疲劳损伤与瞬间断裂,引起器件失效。根据该分析结果建立不同长度的键合丝模型,在航天器随机振动条件下的情况进行仿真,给出了航天器用高密度封装器件键合丝的长度控制要求。
在应用风洞试验对某结构模型进行动态测试时,需要用数据记录仪对多次试验过程的状态信息进行存储记录以及回读分析。数据记录仪的接口为LVDS接口,为了方便在地面阶段用上位机对记录仪进行指令下发以及回读测试,设计了一款LVDS转以太网的测试工装。此装置采用FPGA作为主控芯片,以8B/10B编解码的方式对LVDS线路的信号进行传输稳定性处理,通过以太网接口与上位机进行通信。记录仪的数据经LVDS传输至FPGA中的RAM,采用双RAM缓存提高传输效率,随后将RAM中的数据封装为以太网UDP/IP帧格式,在UDP协议的基础之上通过双RAM交替缓存实现指令-数据的“握手”操作,并使用CRC校验以及数据重传的方式降低传输过程中的误码率,最后通过物理层芯片发送至上位机。经验证,LVDS+FPGA+以太网的数据传输是可行的,具有良好的稳定性和可靠性,可应用于实际工程。
针对煤矿井下便携式定位标签放在腰间在紧急情况不便于求救、不具备液晶显示逃生路线信息、振动时不易被感知等问题,设计并实现了基于本质安全型的高精度定位手表。手表电池输出采用3级保护,实现更高防爆安全等级,利用心率监测传感器实时采集入井作业人员心率状态,监测身体健康状况,手表采用UWB定位技术与巷道基站实时测距,定位精度由米级提高至厘米级,并能够通过UWB通信网络实现手表与地面调度室双向通信,紧急情况下一键井下求救,瓦斯超限时能够接收地面下发的撤离信息,液晶显示逃生路线信息,同时手表发出声音、光、振动多功能报警提示等,为矿工井下安全作业提供更有力的保障。
