用于射频能量收集的低阈值CMOS整流电路设计

基于TSMC 180 nm工艺,设计了一款高效率低阈值整流电路。在传统差分输入交叉耦合整流电路的基础上,提出源极与衬底之间增加双PMOS对称辅助晶体管配合缓冲电容的改进结构,对整流晶体管进行阈值补偿。有效缓解了MOS管的衬底偏置效应,降低了整流电路的开启阈值电压,针对较低输入信号功率,提高了整流电路的功率转换效率(PCE)。同时将低阈值整流电路三级级联以提高输出电压。测试结果显示,在输入信号功率为-14 dBm@915 MHz时,三级级联低阈值整流电路实现了升压功能,能稳定输出1.2 V电压,峰值PCE约为71.32%。相较于传统结构,该低阈值整流电路更适合用于射频能量收集。

基于改进开关可调电容的宽调谐太赫兹频率源设计

针对太赫兹频率源调谐范围窄的问题,基于普通PMOS可变电容设计了一种改进的开关可调电容,实现了电容变化的单调性,并基于该电容结合衬底调谐方式设计了一种宽调谐范围、高输出功率的压控振荡器(Voltage-controlled oscillator, VCO)。将设计的VCO结合二倍频器实现了一种工作在太赫兹频段的,具有较宽调谐范围及较高输出功率的太赫兹频率源。使用40 nm CMOS工艺设计的太赫兹频率源输出频率为146.3~168.5 GHz,调谐范围14.1%,并同时具有最高1.3 dBm的输出功率,其在10 MHz频偏处的相位噪声最优为-105.52 dBc/Hz。

基于CMOS的高响应度太赫兹探测器线阵

本文提出了一种基于CMOS 0.18μm工艺的改进型高响应度太赫兹探测器线阵,各探测像素单元由高增益片上天线、高耦合度差分自混频功率探测电路和集成电压放大器组成。其中,差分探测电路利用源极差分驱动场效应管的交叉耦合电容,将太赫兹差分信号耦合至场效应管的栅极与源极,增强场效应管沟道内自混频太赫兹信号的强度,实现高响应度。其次,该探测器配备高增益片上环形差分天线与集成电压放大器,可有效放大混频后的信号,进而提高系统信噪比,最终达到增强探测器响应度的目的。探测器1×3线阵系统充分利用CMOS工艺多层结构的特点,将电压放大器布置在天线地平面下方,提高了芯片面积的利用率,有效降低了制作成本,整个系统的面积为0.5 mm^(2)。测试结果表明,当场效应管的栅极偏置为0.42 V时,该探测系统对0.3 THz辐射信号的电压响应度(Rv)最大可达到43.8 kV/W,对应的最小噪声等效功率(NEP)为20.5 pW/Hz^(1/2)。动态测试结果显示该探测器可对不同材质的隔挡物进行区分。

基于微波透射法的谷物粉相对介电常数检测装置设计

针对谷物属性的快速测量需求,设计了一种小型化的谷物粉相对介电常数快速检测装置。创新性地提出了一种双外差混频结构,并基于自由空间法建立了微波相移量与谷物粉相对介电常数的关系。通过对米粉、大麦粉和糯米粉在4.5 GHz~11.5 GHz频率范围内进行测量,计算出相对介电常数,采用随机森林算法进行种类鉴别。实验结果表明,相对介电常数平均相对误差不超过3.5%,样品预测正确率为96.7%,检测装置具有良好的可重复性和实用性。

“教赛”一体“射频集成电路”研究生课程实践

针对新时代背景下研究生教育问题,以面向电子信息类相关研究生课程为对象,引入电子竞赛内容作为教学设计及工程实践,以赛促课,探索满足研究生创新能力培养模式要求的“教赛”一体研究生专业课程建设方法。以江苏大学电气信息工程学院开设的“射频集成电路”课程为例,将“研创赛”相关内容有机高效地融入课堂,在掌握理论知识的同时,有效提升研究生自主学习能力和创新实践能力。

基于变压器磁调谐的双模W波段VCO

提出了一种基于变压器的用于无变容管W波段压控振荡器(VCO)的磁调谐技术。通过控制变压器磁调谐线圈所连接MOS管的开关状态,引入了四个重叠的频率子带。所提出的可切换的六线圈变压器采用40 nm CMOS工艺的顶层厚金属设计,实现了较高的输出频率稳定性和谐振腔品质因数。所采用的技术在对相位噪声的不利影响最小的情况下扩展了调谐范围,实现了无变容管W波段VCO的宽调谐范围和低功耗。所设计的双模W波段VCO输出频率为84.2~107.5 GHz,频率调谐范围大于24%,在1 V电源电压下功耗仅6.1 mW,在10 MHz偏移处的相位噪声为-107.203~-97.875 dBc/Hz。

传感器节点自主供电的环境混合能量收集系统设计

农田复杂环境及大面积监测需求对农业物联网传感器节点的供电提出了极大挑战,而环境能量收集技术则使低功耗农业物联网传感器节点的自供电及免维护成为可能。针对传统能量收集装置中收集的环境能量单一有限、装置体积大、可靠性差的问题,该文提出了一种新型混合环境能量一体化收集系统。该系统定位于环境中普遍而丰富的射频电磁波能量和振动能量,通过射频收集天线和压电陶瓷的有效结合,同时收集2种环境能量,并经整流转换成直流电能。能量收集天线使用普通FR4印刷电路板实现,工作在手机通信频段1.9 GHz(3G频段),测试的回波损耗为-20.5 d B,对电磁波能量收集的最高输出功率可达到38 mW,测得收集到的振动能量最大输出功率可达到25 mW,满足低功耗传感器节点的功率需求。该装置不仅可以有效提高系统供电的可靠性和对环境的适应能力,还大大降低了传统混合系统的尺寸,可为农业物联网快速发展中的传感器节点可靠供电问题提供参考。

一种通用电力谐波分析装置的设计

针对电力部门对电网运行质量进行检测的要求,论述了基于DSP和CPLD的电力谐波测量分析仪的基本原理、硬件实现和软件设计过程,该仪器能实时测量显示多种电力参数并通过Modem实现远程数据传送,具有小巧、灵活、易用等特点。

基于注意力机制与自适应特征融合的群养猪身份识别

针对群养猪攻击过程中身体形变和重叠影响猪身份识别精度的问题,开发一种基于注意力机制和自适应特征融合的深度学习方法以提高猪身份识别精度。录制猪栏中8只猪每天8小时共3天的视频,并筛选含攻击的16830帧作为数据集。首先,采用ResNet50提取猪的卷积神经网络(CNN)特征;然后,采用特征金字塔网络(FPN)在ResNet50中选择3层不同尺度的特征,以优化这些特征的定位和语义信息;接着,采用自注意力机制提高这些特征的区分度,并采用自适应空间特征融合(ASFF)以融合不同尺度的特征;最后,利用卷积和Sigmoid函数相结合的检测器对猪身份进行识别。使用该方法后,猪身份识别的均值平均精度(mAP)达到95.59%,速度达到37.6 f/s。结果表明,该方法能够在攻击场景下有效识别猪身份,有助于将攻击识别从群体级细化为个体级。

基于F2812的数据采集处理系统设计

提出了一种基于F2812的数字信号处理器实现数据采集处理的解决方案。将TMS320F2812 DSP处理器与MAX125 A/D转换芯片相结合,通过CPLD来实现组合逻辑和外设电路的地址译码,设计了系统的硬件结构和软件流程,并编写了DSP数据采集处理程序。该系统被应用在电能质量监测上,实现对三相电压、电流的数据采集和计算处理,最后通过测试得到电网电能质量的各项指标,取得了较好的效果,实用性强,可靠性高,具有很好的应用和发展前景。

基于三导体耦合线的毫米波Marchand balun建模与设计（英文）

提出了一种基于三导体耦合线结构的毫米波Marchand巴伦的新型宽带模型.基于c模和π模理论,对三导体耦合线进行了分析并采用传输线和理想变压器对其建立了模型.通过电磁场仿真提取了模型参数并使用该耦合线模型建立了Marchand巴伦的模型.基于该模型,使用GaAs工艺设计了一种毫米波Marchand巴伦并进行了流片制造,所设计的巴伦工作在15~55 GHz频率范围,测试结果表明该巴伦具有较好的幅值和相位平衡度,同时验证了模型的准确性.

基于μC/OS-Ⅱ的智能电网参数监测仪的设计

根据国家对电能质量监测设备通用要求的最新标准(GB/T19862-2005),以TMS320F2812DSP为核心,移植嵌入式操作系统μC/OS-II,设计了一种智能电网参数监测仪,外扩SD卡以满足大数据量存储的要求,同时扩展了以太网接口实现了高速远程通讯。本文主要介绍了DSP与SD卡及以太网的接口技术,并给出了相应软件的实现方法。

一种新型电容阵列结构线性宽带VCO

针对开关电容阵列结构压控振荡器(VCO)的非线性粗调谐特性,提出了一种新型的电容阵列结构线性宽带VCO。该VCO只有1组MOS电容、4路数字控制信号控制电阻阵列和电流源阵列,得到1组偏置直流电压以进行粗调谐;1路模拟控制电压通过电流叠加的方式叠加在MOS电容的控制电压上,进行精细调谐。电阻阵列控制不同数字控制信号下的调谐增益KVCO,与电流源阵列共同产生直流偏置电压以控制步进频率,可以灵活地精确设置不同数字信号控制下的电容值大小,取得线性的粗调谐特性。仿真结果显示,该VCO的调谐范围为5.00~5.87GHz,步进频率为166 MHz,调谐增益KVCO变化范围为-900^-450MHz/V,不同数字控制信号下的调谐特性几乎相同,比传统二进制电容阵列拥有更好的粗调谐特性。1.8V供电电压下,电路最大消耗4.43mA直流电流。

基于嵌入式系统的农村电网质量监测技术研究

根据国家对电能质量监测设备通用要求的最新标准(GB/T 19862-2005),设计了一种新型电能质量监测仪,外扩SD卡以满足大数据量存储的要求,同时扩展了以太网接口实现了高速远程通讯,并移植了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ。可以远程实时监测电网的电压、电流、功率因数及谐波等参数,并可在本地至少存储1年的数据,为农村电网的信息化和数字化方向发展提供了一个新途径。

基于随机森林算法的谷物粉分类及硬件加速

针对传统谷物粉种类检测速度较慢的问题,基于ZYNQ平台实现随机森林算法辅助微波无损检测技术对谷物粉种类进行高效准确识别。通过对随机森林模型硬件实现的分析研究,提出了一种改进模型参数结构,有效节省了硬件存储资源的消耗。为了缩短算法预测时间并降低系统功耗,在硬件实现时引入提前终止识别机制,在保证准确率不变的前提下避免不必要的决策树预测过程。针对Zedboard开发板,设计一种模型参数存储方案,充分利用片上资源保证系统正常工作。实验结果表明,与传统CPU实现随机森林算法相比,该方案在ZYNQ上运行的实测时间缩短约54.2%,同时没有引起识别精度的损失。

基于40nm CMOS工艺的高效率功率放大器设计

针对硅基毫米波功率放大器存在的饱和输出功率较低、增益不足和效率不高的问题,基于TSMC 40nm CMOS工艺,设计了一款工作在28GHz的高效率和高增益连续F类功率放大器。提出的功率放大器由驱动级和功率级组成。针对功率级设计了一款基于变压器的谐波控制网络来实现功率合成和谐波控制,有效地提高了功率放大器的饱和输出功率和功率附加效率。采用PMOS管电容抵消功率级的栅源电容,进一步提高线性度和增益。电路后仿真结果表明,设计的功率放大器在饱和输出功率为20.5dBm处的峰值功率附加效率54%,1dB压缩点为19dBm,功率增益为27dB,在24GHz~32GHz频率处的功率附加效率大于40%。

基于CMOS工艺的150 GHz正交外差探测器电路设计

传统太赫兹探测器仅能获取信号幅值信息,为此提出一种正交外差混频结构,可同时获得信号的幅值、相位和极化信息,有效提升探测器的灵敏度和信息量。该探测器基于40 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,在传统吉尔伯特双平衡混频结构的开关级与跨导级之间串联电感,输出级联cascode中频放大器,进一步提高探测器响应电压。经过仿真优化,该探测器在-50 dBm射频功率,0 dBm本振功率条件下,1 GHz中频信号的电压响应度为1100 kV/W,噪声等效功率为26.8 fW/Hz 1/2,输出波形显示了良好的正交性。同时,设计了一个1∶8层叠式功分器用于分配本振功率,在150 GHz频率处,该功分器的插入损耗约为5 dB,四路差分输出信号的幅值差为0.8~1.2 dB,相位差为0.4°~1.7°。

利用在系统可编程技术实现自动打铃机控制器

对于数字系统的设计 ,在系统编程技术是一种新技术。它具有设计灵活多变 ,使用效率高等许多优点。本文给出了一个数字系统实例 -数字式自动打铃机的完整性设计过程 ,主要包括结构设计、逻辑设计、仿真和硬件测试。通过与传统的设计方法比较 。

一种多功能ISP下载电路的设计

该电路使用一片GAL16V8作为控制模块,成功实现了Lattice,Altera和Xilinx三大公司ISP器件的不同下载电路的混合使用,同时具有成本低、体积小、使用方便等优点。

一种300 GHz CMOS高增益谐波混频器

基于TSMC 65 nm CMOS工艺,设计了一种工作在300 GHz的高增益、3阶谐波混频器。在谐波混频器中,提出将射频电感与接收天线设计为一体的新思路,不仅避免了二者之间的匹配,还减小了芯片尺寸。该谐波混频器包括片上天线、混频模块、IF放大器等。仿真结果表明,片上环形天线的谐振频率点在300 GHz附近,射频电感在300 GHz附近为21.9 pH,混频模块的转换增益为-5.4 dB,IF放大器的电压增益为23.5 dB,谐波混频器的最大转换增益为14.9 dB。当谐波混频器的转换增益大于0 dB时,输出频率带宽为0.05~12.47 GHz。