随着电子封装技术不断向高密度、高集成度方向发展,FC-CCGA封装因其优越的电热性能和I/O密度,在宇航等高可靠性领域应用日益广泛。而该类封装在服役期间需承受发射阶段的振动载荷和在轨阶段的温度循环载荷,其核心连接部件易因应力累积引发热疲劳失效,直接威胁封装器件的可靠性与使用寿命。基于Anand模型,构建了涵盖芯片凸点、焊柱、环氧胶及PCB板的电装三维模型,系统研究了FC-CCGA封装器件焊柱和凸点的振动可靠性和热疲劳可靠性。研究中开展了电装模型加固前后冲击响应谱分析,通过模拟关键焊柱和凸点在温度循环载荷下的应力-应变响应,分析了焊柱和凸点中的塑性应变分布与演变规律,并基于Coffin-Manson模型预测了焊柱和凸点的热疲劳寿命。对板级封装后的器件进行了温度循环试验,并观察了不同循环次数下焊柱的外观形貌变化,试验结果与仿真预测相符,研究结果为高可靠性应用场景下焊柱结构的优化设计与寿命评估提供了理论依据与方法支撑。
为实现EtherCAT从站控制器(ESC)的自主可控并提升其通信可靠性,设计了一种基于FPGA的冗余通信接口。该设计采用模块化架构,创新性地集成了链路冗余处理、多路数据帧转发、EtherCAT帧解析及可配置时序补偿等硬件功能模块,实现了双链路冗余备份与错误数据帧的实时检测与隔离。系统支持数据帧自动转发,通过硬件并行处理机制实现微秒级延迟。FPGA测试结果表明,该接口在单路物理链路故障时仍可正常通信,且硬件资源消耗少,有效提升了ESC通信的容错能力与实时性,为高可靠性工业通信芯片的自主研发提供了关键技术支撑。
CPLD器件的严格使用场景对其提出了高可靠性测试要求,针对上位机测试CPLD器件过程烦琐、测试效率低等问题,提出了一种基于逻辑分析仪的CPLD配置向量生成方法。该方法以国产CPLD为例,利用逻辑分析仪实时采集JTAG下载配置数据,通过协议解码和对解码后的配置数据深入分析和总结,基于SVF标准语句格式编写生成了配置向量,完成了配置向量转码和ATE在线配置测试验证。测试结果有效证明了生成配置向量的正确性和该生成方法的可行性,对后续CPLD器件使用ATE自动化量产测试具有重要指导意义。
为满足无人平台对合成孔径雷达(SAR)系统小型化、国产化的要求,基于异构集成系统级封装(SiP)技术,研制了一款集成FPGA、DSP、DDR3及LDO的高速成像微系统。通过开展电、热、力仿真,验证了系统在信号完整性、散热性能与结构可靠性方面的设计有效性。电学仿真表明,DDR3-1600MT/s与5 GT/s SerDes关键信号的插损、回损与串扰均满足设计要求,热仿真确认加载冷板条件下芯片结温可控,力学分析显示封装在温度循环与振动冲击载荷下产生的应力低于材料极限强度。成像实验结果表明,实测数据与MATLAB仿真结果高度一致,峰值旁瓣比等关键指标达到预期,验证了该系统在无人平台轻量化、高性能信息处理中的实用价值。
针对视频编码中离散余弦变换(DCT)在处理非平稳残差信号时性能下降的问题,提出一种基于可逆结构扰动的频域变换优化方法。该方法在不改变标准DCT变换基本身的前提下,通过一组可逆的行循环移位操作对预测残差进行预处理,调整其空间统计分布,使其更接近DCT的最优工作区间,从而提高变换编码效率。算法通过编码单元(CU)宽高动态计算偏移量,采用率失真优化机制自适应选择最优扰动模式(含无扰动模式),以极低开销将模式标识写入码流;在解码端通过对应逆扰动实现残差无损重建。基于JCT-VC标准Class B进行了三组全高清测试序列实验,结果表明,所提方法在混合各类CU尺寸与预测模式的整体测试中,可实现约1.91%的码率降低,尤其在帧间预测模式及大尺寸CU上优势显著。其中,ParkScene序列4096像素CU上取得2.80%的码率降低,算法增益随CU面积呈现“两端高、中间低”的U型特征。该方法在保持与标准DCT相近计算复杂度的同时有效提升了压缩性能,为视频编码变换模块的硬件友好性优化提供了新思路。
针对跨场景的目标跟踪问题,提出了基于场景变换的目标稳定跟踪算法。通过在KCF算法中增加特征模块和目标增强模块突显目标轮廓和细节信息,并引入U-Net神经网络实现场景边界的准确检测,通过判定策略中的更新和重补实现目标的稳定跟踪。因算法无法满足实时性要求,引入Atlas 300I边缘计算模块实现算法加速,平衡了算法复杂度与目标跟踪效果的矛盾关系,在有效提升跟踪性能的同时,保证了实时跟踪的工程要求。实验结果表明,本文算法能够很好地解决目标跨场景跟踪漂移的问题,为后续研究提供了思路。
针对工业领域对高效率、低功耗的嵌入式三维测量系统的迫切需求,设计了一种基于半周期条纹二值编码算法架构的FPGA三维测量系统。首先,通过相机控制模块采集结构光图像,并对图像进行缓存和滤波预处理。然后,利用FPGA并行运算的优势实现了包裹相位、相位展开和三维重建等关键算法模块的硬件加速。最后,通过千兆以太网模块将重建结果传输至上位机进行可视化显示,构建了完整的嵌入式三维测量流程。实验结果表明,所提系统在处理单组720×540分辨率的图像单次重建速度为4 ms,系统功耗为1.687 W,对标准小球测量的拟合误差为0.053 2 mm,该系统在保持低功耗的同时具有良好的鲁棒性与实用性,为嵌入式三维测量系统实现提供了可行的解决方案。
为解决8K LCoS驱动中高清多媒体接口串行输入与LCoS四分区并行输出的数据流转换问题,满足超高清显示高性能驱动需求,对基于DDR4 SDRAM的帧缓存模块进行研究,主要创新点如下:其一,针对8K四分区LCoS驱动场景搭建AXI总线与FDMA IP核协同的DDR控制架构,对DDR内存分区域灵活读/写实现四区域独立并行读/写,解决了HDMI串行输入与LCoS四分区并行输出的数据流转换问题;其二,提出基于地址映射的图像翻转实现方案,通过灵活的地址控制实现垂直翻转,无需额外逻辑模块,简化设计;其三,通过异步FIFO与同步信号模块设计,解决多时钟域数据稳定传递问题,时序偏差≤1时钟周期,可稳定缓存分辨率为7 680×4 320的数据,支持≥3帧预存,实现8K分辨率数据的稳定缓存与高效分发。上述创新点共同保障了8K高分辨率数据传输的稳定性与高效性,为高分辨率多分区显示驱动的帧缓存设计提供了可复用的技术框架。
在国产自主化加速推进与AI算力需求爆发的双重背景下,存储底层盘控核心技术国产化依然不足。针对这一问题,设计并实现了一套基于国产软硬件生态的串行高级技术附件SATA标准网络附加存储NAS系统,其核心硬件架构采用复旦微FPGA与龙芯3A3500处理器,软件层面依托银河麒麟操作系统。其中,FPGA实现了PCIe与SATA协议的桥接转换,主要包括PCIe高速数据交互、主机总线适配器HBA逻辑与SATA协议处理等核心功能。在此基础上,进一步结合独立磁盘冗余阵列RAID存储技术,设计并实现了集卷组管理与多协议文件共享于一体的NAS存储管理系统,为存储国产化提供了一种可行的技术路径和落地方案。
针对传统超声波风速风向仪工作在雨雪天气、强风天气、易积灰尘环境以及长期使用等情况造成的超声波换能器发射的声波强度降低和接收信号的灵敏度降低,从而引起的风速和风向测量精度低、稳定性差等问题,设计了一种基于信号增益自适应调节的超声波风速风向仪。电气硬件部分主要设计了超声波信号发射的驱动电路和接收电路、可编程信号增益放大调节电路、滤波电路、A/D采集电路以及MCU控制电路等。软件部分主要采用时差法、环鸣法、互相关法和基于二分搜索法的信号增益自适应调节控制算法完成风速和风向的计算。实验结果表明,设计的超声波风速风向仪在恶劣环境下测量的风速和风向数据具有较高的准确度和稳定性,风速在0~15 m/s范围时误差为±0.5 m/s,风速在15~40 m/s范围时误差不超过±3%,风速在0~40 m/s范围时风向绝对误差小于3°。
针对便携式质谱仪的研制需求,设计了一种小型化离子阱射频电源,主要包括幅度控制电路、频率调制电路、功率放大电路、射频采样反馈电路及谐振线圈等。该射频电源可以在谐振频率1 MHz左右实现峰峰值3.5 kV的射频高压输出。使用该射频电源的质谱仪,质量范围可以达到15~620 amu,分辨率为0.7 amu,质量长时稳定性优于0.2 amu。该射频电源结构简单、体积小,射频电压输出稳定,适用于便携式质谱仪,具有较高的应用价值。
