可逆电路综合与优化的若干研究进展

量子计算是一种新型计算模式,遵循量子力学规律对信息进行处理,其应用涵盖密码学、组合优化和量子模拟等多个领域。量子计算强大算力的发挥有赖于量子算法,而量子算法的运行首先需要编译为量子电路。可逆电路是一类重要的量子电路,可逆电路的综合与优化是量子编译的主要研究内容之一。本文对可逆电路综合与优化中的一些重要工作进行总结,首先介绍线性可逆电路的综合与优化,对CNOT门数量与电路深度两个方面优化的结果进行讨论;然后介绍一般性可逆电路的规模和深度优化,对当前算法所能达到的上下界情况进行了分析总结;最后对可逆电路综合与优化的相关延伸拓展进行探讨。

一种抑制栅极正负向串扰的GaN HEMT无源驱动电路

GaN器件由于其更快的开关速度,比硅器件更容易发生严重的开关振荡,也更容易受到栅源电压振荡的影响。为了抑制GaN基半桥结构中的串扰,提出了一种抑制GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)栅极正负向串扰的无源钳位驱动电路来抑制栅源电压振荡。采用基本无源元件建立自举驱动回路,并增加三极管以构成从驱动电路到GaN HEMT的低阻抗米勒电流路径,抑制正负向串扰。在LTspice软件下进行电路模拟仿真,并搭建实验平台进行实测验证,结果表明栅源电压的最大正向串扰可降至1.2 V,最大负向串扰可降至1.6 V,漏源电流的正向和负向串扰均降至2 A以下,证明该电路对栅源电压以及漏源电流的振荡均有良好的抑制效果。

煤矿氧气检测高精度VCSEL驱动及温控电路设计

为解决当前常用煤矿氧气检测仪器易受交叉气体干扰且功耗大的问题,基于GD32F303RCT6微控制器和ADN8834热电冷却控制器,设计了一种软启动开关电路控制的垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity Surface-emitting Laser,VCSEL)高精度驱动及温控电路。驱动电路中,高频正弦波信号和低频锯齿波信号叠加的二进制数据由微控制器产生,经信号发生电路、电压电流转换电路转化成VCSEL高精度驱动电流信号;温控电路中,设计基于比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)补偿电路和数模转换控制器(Digital to Analog Converter,DAC)目标温度控制电路实现激光器温度自动调节。测试结果表明:驱动电路的电流输出区间为0.680~1.360 mA;锯齿波频率误差小于0.5%,正弦波频率误差小于0.1%;氧气吸收峰扫描精度高达0.07 pm,对应电流扫描精度为0.12μA;温控电路的温度控制精度为±0.012℃。满足了可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)煤矿氧气检测应用需求。

基于MATLAB GUI的交流电路频率特性仿真教学平台设计

为了使学生更加直观地理解交流电路中的频率特性,构建了一种基于MATLAB GUI的交流电路频率特性仿真教学平台。该仿真平台包括RC滤波电路和RLC谐振电路两个模块,其中RC滤波电路能够实现低通滤波、高通滤波和带通滤波电路频率特性的仿真研究,RLC谐振电路能够实现串联谐振和并联谐振电路频率特性的仿真研究。借助该仿真平台,只需手动输入电路元件参数,就能获得各交流电路的幅频和相频特性曲线,最后将源程序封装成.exe文件。该仿真平台操作简单,便于任课教师和学生使用,能够显著地提高课堂教学质量。

海上风电二极管整流方案的多重化整流电路谐波分析

二极管不控整流单元作为海上风电送出系统的整流侧器件是海上风电领域的技术热点。二极管不控整流一般选择多重化整流电路,以12脉波整流电路居多。通过对多重化整流电路中的12脉波整流电路和24脉波整流电路的串联多重联结和并联多重联结分别进行理论分析,研究其交流侧电流和直流侧电压的谐波特性,得出其谐波次数与谐波幅值的计算方法,求出电流谐波总畸变率和电压纹波因数。对比分析12脉波整流电路和24脉波整流电路的特性,探讨将24脉波整流电路应用于二极管不控整流单元的可行性,并基于PSCAD/EMTDC进行了仿真验证。

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。

基于两级均衡电路的电池组智能均衡方法

为解决传统均衡电拓扑均衡效率较低的问题,文中提出了一种两级均衡拓扑结构。该均衡拓扑将电池组分为组内与组间两种形式,组内采用Buck-Boost均衡电路,组间采用可重构均衡电路,组内与组间可同时均衡,提高了均衡效率。以SOC(State of Charge)作为均衡变量,组内均衡算法采用基于SOC的模糊逻辑控制策略,减少均衡时间,提高均衡效率。使用MATLAB/Simulink软件对电路拓扑建模仿真,并与传统Buck-Boost电路进行对比。仿真结果表明,在充放电状态下,相较于传统Buck-Boost电路,所提算法及均衡拓扑使均衡时间减少了约28%,表明该均衡电路及算法具有良好的性能。

一种支持SoC数字电路老化及寿命的评估方法

使用Spice可靠性仿真技术和高温稳态寿命(HTOL)实验相结合的方法,研究不同的MOSFET器件组成的环振电路在持续翻转状态下,不同应力时间和应力电压对其寿命退化的影响。依据仿真结果和Power-Law模型建立数字电路的寿命预测理论模型。通过HTOL实验验证模型的准确性。结果表明,随着时间的增加,器件的寿命退化率逐渐增加,且随着时间的推移,寿命的变化率越来越小。随着应力电压的增加,器件的寿命退化率更快趋向于稳定。器件退化符合R-D模型,仿真结果与试验结果高度,进一步证实了本模型对SoC数字电路寿命预测的准确性。通过这种组合仿真和实验的方法,可以更加准确地评估数字电路的寿命,为芯片制造过程中的可靠性设计提供参考。

基于RC元件的几种常见电路形式分析

本文主要针对日常雷达检修中信号电路波形易失真的现状,介绍了3种常用RC电路形式在雷达中的具体运用,分析了造成波形失真的主要诱因,列举了几种由电容器或电阻器损坏或参数变化导致的故障现象,给出了不同现象下应重点排查的方向,可为快速、高效解决此类电路故障提供参考。

基于Crowbar与Buck电路对双馈风力发电机LVRT的研究

在双馈风力发电系统中,当电网电压跌落较严重时,传统的改变励磁的控制策略或仅在转子侧引入撬棒(Crowbar)保护电路,已不能满足电压跌落时低压穿越(LVRT)的要求,论文在直流侧引入了卸荷(Buck)保护电路协同转子侧主动式Crowbar保护电路工作,更有助于跌落电压的恢复,大大提高了并网电压低压穿越的能力。首先对双馈风力发电机(DFIG)建立数学模型并进行暂态特性分析,推导相关故障电压电流表达式,然后对Crowbar保护电路和Buck保护电路阻值进行整定。通过仿真分析验证了组合保护电路的可行性与优越性。

物联网射频感知识别电路设计研究

针对现有感知识别电路在实际运行中存在灵敏度低、功耗大的问题,开展物联网射频感知识别电路设计研究。为实现电路的通信传输,合理选择射频感知识别电路通信协议。结合物联网技术,实现感知识别信息采集。采用阈值补偿的方法,对物联网射频电路前端进行设计。利用流水线工艺,实现电路数字低功耗设计。通过实例证明,新的电路在实际运行时灵敏度更高,且静态功耗和动态功耗均能够控制在理想范围内,应用效果较好。

远距离交流转辙机道岔控制电路轨旁设置方案研究

针对三相交流转辙机道岔控制电缆间分布式电容值随道岔控制距离变长而增大,电容累积导致道岔表示电路室外X1断线,引发表示继电器无法落下故障的问题,通过分析得出线缆传输距离是影响电缆间分布式电容值的主要因素,提出将远距离交流转辙机道岔控制电路移设于轨旁控制箱的方案,以达到缩短道岔控制电缆长度,消除道岔表示电路受电缆间分布电容耦合作用带来不利影响的目的,确保道岔控制电路的正确性和准确性。该方案一方面相较于设置独立线路所,可大大降低建设成本;另一方面,道岔控制电路维持现有五线制道岔控制原理,轨旁控制箱技术条件和安装方式参考成熟的远程地面电子单元等室外控制设备,符合安全适应、先进成熟、经济合理的信号设计原则。研究结果表明,该方案可在工程中优先采用。

Multisim 14.0在电子设计课程中的应用研究——以数字时钟电路为例

为提高电子设计课程的教学效果,帮助学生依照电路原理进行虚拟实验,以数字时钟设计教学为例,研究在电子设计课程中应用Multisim14.0进行电路设计、仿真、修改、元器件封装及PCB制作。实践结果表明,在电子设计课程中应用Multisim 14.0可以夯实学生的理论知识,提高学生的实践能力,提升电子设计课程的教学效果。

基于Multisim的集成运算放大电路仿真实验研究

模拟电子技术课程是高职电子信息类专业的专业基础课,集成运算放大器是该课程的重要内容。随着课程教学改革逐渐向多模态教学转变,通过线下理论讲解、线上微课视频、线下实体实验和线上仿真实验等多种教学模式和多种教学方法混合教学,从视觉、听觉、触觉和学习认知规律各方面提高学生的学习兴趣,提供全方位、多元化的学习体验。利用Multisim仿真软件对集成运算放大器的典型应用电路进行了仿真实验设计,通过仿真实验能够提高动手实操能力和理论指导实践的能力,从而提高教学效果和教学质量。

基于先进工艺的低功耗模拟集成电路设计

阐述先进工艺的低功耗模拟集成电路设计,探讨模拟集成电路的基础知识,低功耗设计原理以及先进工艺技术的应用,分析一个高效、精密的模拟电路设计案例。

基于Proteus仿真软件的双电压源电路分析研究

电工电子技术是一门专业基础课,由于该课程理论性过强,对职业技术学院的学生,学习有困难。要怎样破解难题,提高学习效率呢?本文用学生身边常见的双电压源为例,通过Proteus电路仿真软件,以不同的方法进行仿真分析,加强知识理解,让学生从做中学、学中做。

关于几处信号联锁电路问题的探讨

文章通过典型案例深入探讨和分析在特殊场景下影响运输安全的几处联锁电路设计问题。该类问题主要包括:容许信号点灯电路在特殊情况下导致的货物列车停车问题、反向进站信号机设置并置通过信号机的正线出站发码电路在特殊情况下存在列车闯红灯问题以及机务段结合电路中的调车复示点灯电路在信号关闭后出现的闪白灯问题。进一步描述此类特殊场景下的电路动作时序,分别提出上述电路设计中存在缺陷的关键点,并针对该关键点依次给出电路的修改建议:一是修改容许信号点灯电路,以确保通过信号红灯断丝时轨道电路的发码通道不被切断;二是修改FMJ自闭电路,以确保在一离去占用时轨道电路的发码通道保持畅通;三是增加调车复示点灯电路对无岔区段的下一道岔区段的检查条件,以解决DXJ缓放过程中沟通白灯回路问题,从而为今后相关联锁电路的设计和改进提供参考与借鉴。

含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路动力学分析与实验研究

物理忆阻器具有不对称的紧磁滞回线,为了更加简便地模拟物理忆阻器的不对称紧磁滞曲线,本文提出了一种含有偏置电压源的分数阶二极管桥忆阻器模型,其具有可连续调控磁滞回线的能力.首先,结合分数阶微积分理论,建立了含有偏置电压源的二极管桥忆阻器的分数阶模型,并对其电气特性进行分析.其次,将其与Jerk混沌电路相融合,建立了含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路模型,研究了偏置电压对其系统动态行为的影响.再次,在PSpice中搭建了分数阶的等效电路模型,并对其进行电路仿真验证,实验结果与数值仿真基本一致.最后,在Lab VIEW中完成了电路实验,验证了理论分析的正确性与可行性.结果表明,含有偏置电压源的分数阶忆阻器,可以通过调控偏置电压源的电压,连续获得不对称紧磁滞回线.随着偏置电源电压的改变,非齐次分数阶忆阻混沌系统由于对称性的破环,表现出由倍周期分岔进入混沌的行为.

一种无桥高增益单级LED驱动电路及其混合控制策略

中小功率的LED驱动电源中,传统两级LED驱动电源存在体积大、成本高以及传统Boost PFC电路在低压输入时导通损耗大等问题。为此提出一种由无桥二次型Boost PFC电路和DC-DC LLC电路集成的无桥高增益单级LED驱动电路,实现了高电压增益、功率开关器件软开关、一套控制电路和高电路转换效率。针对单级电路在电网输入电压变化引起直流母线电压变动范围大等问题,设计一种适用于所提电路的APWM-PFM混合控制策略,并对混合控制原理和控制过程进行详细分析。最后设计一台200 W的实验样机,在输入电压80~120 Vrms范围内,占空比最大为0.5,最大电压增益为6.7,直流母线电压基于网侧特性和LLC电路特性设计在700 V以内,样机的功率因数值均高于0.990,THD均低于15%。在满载条件下,110 Vrms输入时,样机效率为93.20%,相比于传统无桥PFC,电压增益提高了2.21倍,实现了高电压增益和软开关,有效提升了在低压输入条件下的电路转换效率。仿真和实验结果验证了所提出电路和控制方法的有效性。

天文应用红外焦平面读出电路研究

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^(-1)·s^(-1)。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。