高带宽压电片变形镜的动力学仿真与优化方法研究

为进一步提高压电波前校正器的响应速度和轻量化程度,对面向高动态形状控制的压电片变形镜的动力学仿真与优化方法进行了研究。首先,基于压电片变形镜的参数化有限元模型,提出了高效、高精度的电-力耦合动力学仿真分析方法。然后,通过正交遍历多维设计参数(光学反射镜与压电陶瓷的材料类型、几何尺寸和固定方式等),探究了不同参数对压电片变形镜动态形状控制性能的影响规律。最后,优化得到具有预期响应带宽和驱动位移性能的压电片变形镜设计方案,并通过制备压电片变形镜的原理样件来验证其性能。实验结果表明,所研制的压电片变形镜的固有频率和镜面驱动位移幅值符合预期,验证了所提出的动力学仿真与优化方法的有效性,这可为高带宽压电片变形镜的高效研制提供科学的理论方法。

一种高增益高带宽的全差分运算放大器设计

为了优化宽带差分放大器的性能表现,笔者设计了一种新颖的电路结构,将该结构融入了套筒式全差分运算放大器的先进理念。具体而言,此设计的首要层级选用了套筒式差分放大器,并巧妙地运用了共源共栅级联配置,旨在显著提高电路的增益与带宽性能。在相位补偿机制的构建上,笔者创新性地采用了电阻电容米勒补偿技术,通过在两个主要级别之间巧妙地引入补偿电容与串联电阻,有效改善了相位裕度,从而有力防止了电路振荡现象的发生。在第二级放大节点,笔者选用了单管放大器结构,以进一步增强电压增益的表现。同时,为了确保输出共模电压的稳定性,笔者在设计中引入了共模反馈(Common Mode Feedback,CMFB)电路。该电路能够通过检测和调节输出共模电压,确保电路在不同操作条件下的稳定运行。这种设计在充分兼顾高增益和稳定性的需求基础上,成功实现了电路性能的全面优化,此外,该电路还采用了180nm单片集成工艺(Bipolar-CMOS-DMOS,BCD工艺),其电源输入电压范围设定为1.6~2.0V,增益高达103.7dB,单位增益带宽达到了94MHZ,相位裕度在约65度,电源抑制比约为97dB,共模抑制比达到了141dB,压摆率达到了约为53V/us的水平。

高带宽低时延5G网络用户加密认证系统设计

为了保证高带宽低时延5G网络用户信息的隐私性与安全性,设计一种用户信息加密认证系统。5G网络用户通过登录模块登录网络后,其信息存于数据库模块内,在控制模块的操控下,加解密模块运用加密器调用DKE-RSA混合加密算法,对用户信息实现加密与解密处理,获得加密密钥。认证模块结合单包认证与多因子认证,认证用户身份。密钥管理模块依据身份认证结果合理分配密钥,完成5G网络用户信息的加密认证。结果显示,该系统可有效加密与解密高带宽低时延5G网络用户信息,且加解密及认证速度较快,安全性较高,可提升网络的抗攻击性能及其用户信息隐私性,避免用户信息泄露风险。

面向高带宽应用的SPN网络中的安全挑战与解决方案

随着高带宽需求的不断增长,软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)领域内的切片分组网(Slicing Packet Network,SPN)网络架构应运而生。这一架构通过独到的设计,为高速数据传输应用提供了所需的弹性与伸缩能力。然而,针对高带宽应用的SPN网络却面临着带宽攻击、数据隐私泄露以及认证与授权管理等问题。文章深入分析这些问题,并提出针对性的解决策略与技术手段。这些解决方案涵盖流量监管、加密防护、隐私保密、身份验证及权力控制等关键领域,并提供一整套安全准则与流量管控技术。

高带宽延时网络中一种协同式拥塞控制协议

提出一种协同工作式的TCP(transmission controlprotocol)拥塞控制改进协议C3P(cooperant congestion control protocol),通过C3P源端检测RTT(roundtri ptime)延时信息和路由器反馈的1bit显式预测信息来判断网络拥塞状态,自适应地调节拥塞窗口.仿真实验表明,C3P协议能够有效地适应这种高带宽延时网络的传输特性,以保证网络获得更优的链路利用率、TCP友好性以及流与流之间的公平性.

通用处理器的高带宽访存流水线研究

存储器访问速度的发展远远跟不上处理器运算速度的发展,日益严峻的访存速度问题严重制约了处理器速度的进一步发展.降低load-to-use延迟是提高处理器访存性能的关键,在其他条件确定的情况下,增加访存通路的带宽是降低load-to-use延迟的最有效途径,但增加带宽意味着增加访存通路的硬件逻辑复杂度,势必会增加访存通路的功耗.文中的工作立足于分析程序固有的访存特性,探索高带宽访存流水线的设计和优化空间,分析程序访存行为的规律性,并根据这些规律性给出高带宽访存流水线的低复杂度、低延迟、低功耗解决方案.文中的工作大大简化了高带宽访存流水线的设计,降低了关键路径的时延和功耗,被用于指导Godsonx处理器的访存设计.在处理器整体面积增加1.7%的情况下,将访存流水线的带宽提高了一倍,处理器的整体性能平均提高了8.6%.

高带宽低速大转矩永磁同步电动机的优化设计

为了使执行结构在低速条件下获得较快的动态响应,本文设计了一种直驱应用的高带宽、低速、大转矩永磁同步电动机。高带宽要求电动机具有较大的加速度,较低的转动惯量,而空间尺寸的限制使得电动机工作于非线性区,致使电动机容量增大。综合考虑了电动机转动惯量、体积、电动机电容量三者之间的关系,通过循环迭代选取了满足条件内的最优结果,对电动机进行了初步设计。然后,针对大力矩电动机的特点,进一步分析了电动机功率因数低的原因。为了改善电动机性能,本文采用基于时步有限元的改进Taguchi优化算法,合理选取永磁体极弧系数等5个结构参数作为优化变量,电动机功率因数等4个性能指标为优化目标,对电动机进行多变量多目标优化。有限元分析及样机实验结果验证了该方法的有效性。

四极质谱检测中复合放大器的低噪声高带宽设计

四极质谱峰信号是10^-11～10^-6A级的微弱电流，并且快速变化，所以在大动态范围内实现放大器的低噪声和高带宽是设计关键。本文设计了一种开环增益可调整的同相输入复合跨阻抗放大器，并分析了开环增益对信号和噪声的影响。在较低放大倍率时，改变开环增益后放大器会降低自身产生的噪声，实现低噪声；在较高放大倍率时，改变开环增益后放大器能扩展被极高阻值的反馈电阻和寄生电容降低的信号带宽。实验结果表明：与反相输入复合放大器相比，同相输入复合放大器在10^6～10^7V／A放大时能降低5％～30％噪声，在10^8V／A放大时可扩展带宽1．8倍并提高10％～15％质谱峰强度。在10^6～10^8V／A大动态范围内，同相输入复合放大器可降低噪声和扩展带宽，提高了四极质谱峰的信噪比、灵敏度和分辨率。

基于镓基液态金属的高带宽柔性NFC标签天线设计及特性测试

利用镓基液态金属作为柔性导电材料,制备基于NFC的可穿戴柔性标签天线。通过理论、仿真和实验分析,设计的NFC标签天线具有良好的柔性特点和较高的带宽,其在较大拉伸和弯曲变形下的电感变化和谐振偏移程度不大,具有较好的工作稳定性。与传统的NFC天线不同,设计的天线具有较好的柔性和可拉伸性,可以柔和地贴合在人体皮肤表面,利用该天线制备的NFC标签能够在13.56 MHz工作频率下进行无线通信,最大通信距离约为3.36 cm,与人体手腕处皮肤接触后的最大通信距离约为3.12 cm。制备的柔性NFC标签天线以其独特的优点,在信息交换、个人健康数据监测和可穿戴生物传感等领域有着较大的潜在应用。

微电流信号的高带宽调理技术及应用

为实现对电流型快响应探测器微弱信号的高速探测和处理,给出了一种微电流信号的高带宽调理方法.分析了几种PIN光电探测器输出信号的频带和幅度特征;以脉宽50ns、电流范围20n A^0.1m A的微电流信号为设计目标,给出了微电流信号的调理方法和设计分析,设计并实现了针对该目标信号的高带宽调理电路;进行了性能对比测试实验,通过与光电倍增管PMT9215B进行输出响应对比,结果表明该调理电路对脉宽40ns的脉冲信号响应良好,响应波形的上升沿和半高宽约10ns,调理电路的信号带宽约35MHz,信号调理的带宽和幅度达到了量化采样要求,验证了该方法的正确性和可行性;应用该调理电路进行了4×32 PIN二维阵列光电探测系统的设计实现,系统动态范围约56d B,时间响应特性良好.

一种大动态高带宽模块化的信号调理电路设计

设计了一种超高速数据采集系统前端模拟信号调理电路(signal conditioning circuit,SCC),将探测器的输出信号转换为数据采集系统可处理的信号,实现信号过压保护、幅度的粗细调节、阻抗匹配、偏置电压调节、共模电压产生、单端转差分及抗混叠滤波等功能。性能测试结果表明,本文设计的模拟信号调理电路线性动态范围大(±10 V)、带宽高(500 MHz)、性能稳定及结构简单,已成功应用到脉冲辐射场4 GHz采样率的超高速数据采集系统中。

高带宽远程内存结构中的预取研究

高速电路和光互联技术的发展极大地提高了网络的速度与带宽。因而,突破高性能计算机 CPU与内存紧耦合的传统结构成为可能,CPU与内存的耦合不再受距离的限制,这必将引起体系结构的变革。文[1]提出 DSAG结构——CPU与内存在空间上分离,每个CPU节点上仅留少量内存,将海量内存放在远程统一管理作为内存服务器,CPU节点和内存服务器之间通过高速网络互连。这种新的体系结构带来了更好的共享性和可扩展性,但同时也对我们解决CPU和内存之间的不平衡性问题带来了挑战。为了降低DSAG这种远程内存结构增加的访存时延,我们考虑到CPU正常访存没有充分利用网络的高带宽,因此可以利用剩余的网络带宽来进行远程内存数据的预取。本论文在应用程序执行时记录本地(相对于远程内存)不命中的地址信息,以页对齐分析其中存在的页框流(Page Frame Stream)的统计特征,并提出可基于页框流的预取机制可降低访存延迟、提升系统性能的观点。最后我们采用模拟的方法验证了观点的可行性与正确性,进一步提出了三种预取策略,比较并分析影响预取效果的因素。

面向高带宽I/O的片上网络优化

在高性能处理器中,I/O带宽需求不断增加,一方面高速接口的通道数目不断增加,另一方面接口传输速率也在逐渐提升。高性能处理器的片上网络必须能够匹配各种高速I/O的带宽需求,且必须保证DMA请求能够正确完成。然而各种高速接口协议与片上网络协议在通信机制上存在较大的差别,可能导致死锁等现象的产生。首先对匹配高性能I/O的片上网络存在的问题进行分析,然后提出一种高带宽I/O设计方法及死锁解决方法。采用解死锁方法的片上网络增强了I/O系统的鲁棒性,同时可以减少片上网络设计及运行时的各种限制,提升I/O性能。最后,将所提出的优化方法应用到高性能服务器处理器芯片中,并进行评测,针对16通道PCIe 4.0接口,双向读写带宽分别达到30 GB/s,在一些特殊场景出现死锁以后,片上网络能自动检测死锁并解除死锁。

GSS:针对高带宽时延积网络的温和慢启动方法

高带宽时延积的网络往往拥有很大慢启动阈值。在"慢启动"后期,TCP的指数增长策略往往使"拥塞窗口"在一个往返时延(RTT)后增大很多。这容易导致网络拥塞,对数据传输量较小的应用(如http业务)尤其有害。本文提出了一种温和的慢启动策略GSS。当拥塞窗口较小时,以接近指数的方式增长;随着窗口的变大,逐渐放缓增长速度,最终平滑过渡到"拥塞避免"阶段。NS2仿真结果显示,GSS相对原始的慢启动拥有较高的瓶颈利用率、较小的队列长度和丢包率。

长距离高带宽环境下UDT协议的分析与应用

UDT是一种面向长距离高带宽网络的UDP改进型传输协议。首先探讨了UDT协议自身的特点,然后通过与当前几种主要的TCP和UDP改进型协议的对比,以及对网络实际的测量,提出UDT协议在大数据量传输方面更为适合,最后分析了UDT协议目前应用的状况,并在此基础上提出了以后的研究和应用方向。

一种双通道高带宽视频放大器的设计与实现

设计了一种内置75Ω阻抗匹配器的双通道高带宽视频放大电路。该电路频谱特性宽,在6.5MHz频带内有稳定的增益,单通道放大增益为6dB,每个通道都有箝位功能,电路的两个通道可以串联成增益为12dB的单通道。电路根据国内工艺线而设计,性能已达到国外产品性能水平,制造时所需的掩模版数目比国外产品少,成本低。电路在SIM-BCD的2.0μm 18V Bipolar工艺线上流片,样片经用户测试符合设计要求,可以产业化。

高带宽延时网络下拥塞控制协议比较与分析

随着网络技术的飞速发展和接入性能的不断提高,如今全世界的互联主干网络呈现出一种高带宽高延时(HighBandwidth-Delay Product Networks)的网络特性.在这种网络特性下,传统网络中的TCP拥塞控制协议已经开始显现出不适应性,如带宽利用率低下、流量抖动频繁等问题.近些年来,各国学者均提出一些适应这种网络环境变化的拥塞控制协议,基于这些协议中窗口调节机制所采用的反馈信息,本文将其划分为三类:基于丢包反馈的协议、基于路径延时反馈的协议和基于显式反馈的协议,并分析了这些协议的优缺点.在总结了高带宽延时网络下拥塞控制协议研究成果的基础上,进一步分析了网络中的传输延时RTT、瓶颈路由器缓存和路由器队列管理算法对现有拥塞控制协议的影响,并通过NS2对各协议在高带宽延时网络下的性能进行了一次全面的比较和评价.最后文章在总结前人工作的基础上,指出了高带宽延时网络下拥塞控制协议性能优化的研究方向.

精确定位的高带宽新型音圈电机驱动器研究

为了在极高磁道密度(TPI)的硬盘中快速寻道定位、读取数据,研发了一种新型高带宽驱动器组件.该新型高带宽驱动器的音圈电机(VCM)具有独特的音圈结构和磁极(体)排列.在电磁设计中,应用三维有限元分析法(FEA)对一些关键电磁参数及主要结构尺寸进行了优化;预测了系统的动态性能.分析表明,新型音圈电机驱动器产生的电磁力形成了纯力矩,降低了轴承和轴上的反作用力,与传统驱动器相比,更好地抑制了影响伺服带宽的横向准刚性体震动模式(QR模式),使驱动系统能在高TPI下快速跟踪和精确定位.实验测试了系统的频率响应特性,与理论设计符合得较好.

高带宽USB2.0接口的设计

为了满足系统对实时性和高带宽的要求,介绍了高带宽USB2.0接口的设计方案,提出了采用EZ-USB FX2系列USB芯片的具体实现方法,并进一步探讨了系统的固件程序、Windows2000系统下的设备驱动程序和应用软件的开发。

弱电网下基于高带宽并网逆变器的并网系统鲁棒性提升技术研究

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多逆变器并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的3条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。分析高带宽逆变器模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,搭建一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中去,通过实验验证所提高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,为提高分布式发电系统的稳定性提供一种新思路。