一种基于冗余位结构CDAC的12 bit SAR ADC

提出一种基于非二进制冗余位结构CDAC的12 bit全差分逐次逼近型模拟数字转换器(SAR ADC)。传统SAR ADC中CDAC的单位电容数量随位数指数增长,且采用全差分结构的电容数量是单端结构的两倍,导致CDAC建立时间过长。为此,设计一种加入冗余位的分段式电容阵列,减少单位电容数量,提高CDAC建立速度。动态比较器的比较速度快,会导致数字码误判,通过加入冗余位弥补比较器对数字码误判的缺陷;采用底板采样技术,避免沟道电荷注入和时钟馈通,提高采样精度;采用SMIC 130 nm CMOS工艺。在电源电压1.2 V、20 MS/s采样率下,对1024点FFT仿真。结果显示:当输入频率(9.824 MHz)接近奈奎斯特频率时,该ADC的整体信噪失真比(SNDR)达到72.42 dB,有效位数(ENOB)达到11.73 bit;无杂散动态范围(SFDR)达到88.4 dBc,功耗为1.29 mW。

一种基于2 bit阶梯波时间调制的高精度幅度调控方法

本文介绍了一种基于2 bit阶梯波时间调制(step-wave time-modulation,SWTM)的高精度幅度调控方法。首先建立了2 bit SWTM理论模型,分析了阶梯波形对射频信号时间调制的幅度调控精度影响;然后设计了2 bit SWTM电路,进行了高精度幅度调控实验。测试结果表明,在40 MHz信号带宽下,该2 bit SWTM电路实现了0~31.75 dB衰减动态范围的7 bit幅度调控,误差范围小于±(0.1+0.8%AS)dB,均方根误差为0.07 dB。

Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极电化学氧化去除水中BIT

1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)是一种新型广谱工业杀菌剂,因其强杀菌能力而难以直接通过传统生化法处理,电化学氧化是一种有效的预处理方法。通过实验对比不同典型阳极对BIT去除率的影响;以锑镍共掺杂钛基二氧化锡电极(Ti/SnO_(2)-Sb-Ni)为阳极电化学氧化BIT,考察BIT电化学氧化过程中不同初始BIT浓度、初始pH、电流密度和硫酸钠浓度等操作参数对BIT去除率的影响,结合紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析,探究BIT降解过程中的结构变化。结果表明:相较于商业电极,Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极可高效电化学氧化BIT及其产物,消除其生物毒性;Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极电化学氧化BIT过程中,最佳电流密度为15 mA/cm^(2),pH和初始硫酸钠浓度对BIT降解影响较小,最佳BIT初始浓度15 mg/L,BIT降解过程中杂环先被破坏,苯环再被破坏。

一种11bit流水线高速模数转换器

为解决流水线模数转换器(ADC)在连续工作时功耗高、电容器匹配度有限以及运算放大器大摆幅输出信号下线性度下降的问题,基于0.5μm BCD工艺,设计了一款11 bit流水线高速ADC。提出了无采样保持放大器、幅度减半和多位量化相结合的设计方法,使ADC在大摆幅信号下有足够的线性度来处理信号,同时使电容数模转换器(DAC)的匹配精度满足ADC分辨率的要求,极大地降低了对电容阵列几何参数的匹配精度要求,具有较低的功耗。采用Cadence Virtuoso设计版图,测试结果表明,芯片的微分非线性(DNL)在-0.5~+0.5 LSB范围内,有效位数(ENOB)为10.61 bit,功耗为97 mW,获得了较好的性能。

一种具有纹波消除技术的10 bit SAR ADC

逐次逼近寄存器模数转换器(SAR ADC)在逐次逼近的过程中,电容的切换会使参考电压上出现参考纹波噪声,该噪声会影响比较器的判定,进而输出错误的比较结果。针对该问题,基于CMOS 0.5μm工艺,设计了一种具有纹波消除技术的10 bit SAR ADC。通过增加纹波至比较器输入端的额外路径,将参考纹波满摆幅输入至比较器中;同时设计了消除数模转换器(DAC)模块,对参考纹波进行采样和输入,通过反转纹波噪声的极性,消除参考纹波对ADC输出的影响。该设计将信噪比(SNR)提高到56.75 dB,将有效位数(ENOB)提升到9.14 bit,将积分非线性(INL)从-1~5 LSB降低到-0.2~0.3 LSB,将微分非线性(DNL)从-3~4 LSB降低到-0.5~0.5 LSB。

采用1-bit压缩感知的信号识别网络黑盒对抗攻击方法

在无线信号识别的神经网络对抗样本研究中,针对目标网络结构参数与数据集均未知,且查询无法获取识别置信度或识别结果的黑盒攻击场景,提出一种采用1-bit压缩感知的对抗样本生成方法。假设攻击者能够通过查询获取某一批信号样本在待攻击模型下的识别准确率。首先,将模型准确率的梯度视为待感知的稀疏变量,并利用一批样本准确率高于或低于另一批的信息(用1或-1表示)构建1-bit压缩感知模型。其次,通过多次查询并估计梯度,结合0范数约束,使用梯度下降法迭代优化信号扰动,从而生成有效的对抗样本。最后,使用对抗样本攻击目标网络以降低识别准确率。实验结果表明,该方法在公开信号调制识别数据集上能够将识别准确率从79.02%降低至65.39%。相比于现有其他方法,该方法进一步拓展了黑盒攻击的限制条件。

基于HR-BIT神经网络的图像变化检测

针对现有的遥感图像变化检测方法准确率不高的问题,通过对HRNet网络结构进行优化,提出HR-BIT网络模型。该模型在特征提取的过程中融合多尺度特征信息,提高检测精度。引入连通和邻域的概念,通过对分类结果阈值处理消除孔洞,提高模型的准确率。在LEVIR-CD数据集上的实验结果表明,该模型有效地提高了图像变化检测的准确性。

接枝BIT的有机硅基丙烯酸防污树脂的制备和性能研究

将有机硅材料和防污剂共聚接枝到丙烯酸树脂中,制备了一种接枝BIT(1,2-苯并异噻唑啉-3-酮)的、具有协同防污机制的有机硅基丙烯酸防污树脂。通过红外光谱、凝胶渗透色谱对树脂的结构和相对分子质量进行测定,并对树脂分别进行了接触角、静态海水浸泡质量损失、抑藻性能测试以及实海挂板实验。结果表明:树脂表面接触角随着有机硅含量的增加而增加;在海水中,接枝到树脂上的BIT-W可以缓慢稳定地释放,其质量损失曲线近似呈线性变化,平均质量损失在0.03~0.09 mg之间;树脂对旋链角毛藻和小球藻均具有良好的抑制作用,调整BIT-W含量使得树脂对2种藻类的抑制率分别达到了70.8%和82.7%。此研究中的防污树脂合成方法简单、原料成本低廉,同时引入防污剂和有机硅基材料,赋予防污树脂在静态水和动态水中良好的防污性能。

导航接收机BIT虚警原因及解决方案

导航接收机在实际应用中,多次发生接收机BIT虚警现象,分析认为是BIT硬件电路中的自检信号产生电路故障导致。结合接收机BIT原理对故障进行了详细分析,并通过仿真实验验证了故障定位的准确性和机理分析的正确性,最后给出了详细解决方案并在实际应用中得到验证。

基于BIT的公路机电设备运行管控方法

针对目前公路机电设备故障检测不到位、故障定位不准确、故障诱因判定困难等问题,结合公路机电设备智能化运维管养需求,参考复杂机电系统的测试性理论框架,研究基于BIT(Built-in Test)的公路机电设备运行管控方法。该方法通过分析当前公路机电系统及设备的系统测试性的适用范围,梳理机电设备常见故障表征,建立故障状态评估模型,拟定了基于BIT的设备故障检测的具体步骤,为公路机电设备故障位置及故障诱因评估建立了理论基础,可支撑公路机电设备实现智能化故障诊断,实现设备智能化的运行管控,提高公路机电系统整体效益。

孕镶金刚石钻头磨损研究现状与发展趋势

孕镶金刚石钻头广泛应用于各种硬岩钻进,尤其是深部硬岩钻探钻井的工程实践活动中,其碎岩机制表现为金属胎体包裹的金刚石出刃后压入、刻划和破碎岩石。金刚石钻头的磨损形式反映了孔底钻头-岩石的相互作用过程,以及磨粒(包括岩屑、胎体碎屑和金刚石碎屑等)在孔底的存在状态,它决定了金刚石钻头的钻进效率和使用寿命。目前关于孕镶金刚石钻头磨损理论、方法的研究大部分属于定性判断,且常局限于区域特殊情况,无法形成统一或可借鉴的实用指导体系。以地质钻探领域的孕镶金刚石钻头磨损相关研究文献为主,讨论了孕镶金刚石钻头磨损的研究现状。首先结合地质钻探工业实践和行业规程归纳了钻头的非正常磨损类型,然后从磨损图像、钻进信号2个方面介绍了钻头磨损评价方法,从钻头整体、金刚石和金属胎体3个方面梳理了钻头钻进过程磨损机理与影响因素,另外列举了主流的钻头磨损性能调控方法,介绍了磨损分析方程的研究进展,并探讨了机器学习方法如何辅助钻头磨损研究。孕镶金刚石钻头在深部硬岩钻探中有极大的潜力,而其磨损性能是决定其最终使用效果的关键。为此,对人工智能方法辅助数据分析、微观尺度计算模拟、增材制造和材料处理改性等研究方向进行了分析展望,探索先进的金刚石钻头的磨损监测分析和调控方法,以期满足地质深部钻探和地外星系钻探等远程监控钻进的需求。

具有独立缓冲结构的PDC—牙轮复合钻头研制

油气勘探开发过程中,难钻地层钻井效率低、钻头寿命短是影响深井、超深井钻井周期和成本的瓶颈问题。钻头工作过程中切削结构轮流与井壁接触而产生的多边形效应是导致钻头不稳定工作、切削齿冲击失效的主要因素。为提高钻头工作稳定性,提出了具有独立缓冲结构的PDC—牙轮复合钻头新结构,并针对四川盆地茅口组Ø311.2 mm井段常规PDC钻头冲击失效严重的问题,设计了3+3+3型(3个主刀翼、3个牙轮以及3个独立缓冲刀翼)的独立缓冲结构复合钻头,开展了全尺寸钻头室内钻进对比实验,并在川渝页岩气区块茅口组—栖霞组地层进行了实钻应用。研究结果表明:①独立缓冲结构复合钻头在常规复合钻头的牙轮切削结构和固定切削结构之间的空隙部位增设独立缓冲刀翼,有效缓解了多边形效应,对PDC齿形成很好的缓冲保护,同时分担了过大的钻压,限制了切削齿吃入深度,进而防止了钻头产生粘滑振动;②独立缓冲结构复合钻头钻压和扭矩波动小,扭矩为PDC钻头的1/5;③独立缓冲结构复合钻头取得了单只钻头进尺170 m的记录,比邻井同层位单只PDC钻头最高进尺提高了73.5%。结论认为,独立缓冲刀翼对提高钻头的稳定性起到了关键作用,不仅提高了钻头寿命,而且有效提高了复杂难钻地层及复杂结构井的综合钻井时效,有效降低了油气勘探开发成本。

万米深井上部大尺寸井眼钻柱动力学特性研究

油气勘探已向更深、更复杂的超深层的万米勘探新领域推进,但上部大尺寸井眼给万米深井的钻井提出了巨大挑战:岩石硬和返速低导致钻速慢,大尺寸井眼内剧烈振动导致钻具裂纹多发,钻压小则钻速慢,钻压稍大则下部振动快速加剧从而导致大尺寸钻具使用寿命远低于预期。为此,在对比研究了深地川科1井(以下简称SDCK-1井)和毗邻8000 m超深井上部井段钻柱振动问题基础上,基于全井钻柱系统动力学模型和数值仿真方法,针对性研究了大尺寸井眼中的钻柱动力学特性。研究结果表明:①井眼尺寸越大,钻头和下部钻具的振动越剧烈,SDCK-1井二开大尺寸井眼与邻井中等尺寸井眼相比(井深500 m处),其钻头及下部钻具振动强度均值分别增加了48.0%和41.5%,比SDCK-1井三开中等尺寸3000 m井深的钻头及下部钻具振动强度均值分别高了29.0%和2.9%;②相同井眼尺寸和岩石特性情况下,下部钻具组合比钻柱整体长度对钻头振动的影响更大,优化下部钻具组合能够明显改善钻头振动,保护钻头,同时还可以提高钻头破岩能量利用效率实现钻井提速;③在大尺寸井眼中钻头破岩激励向上传播,横向振动衰减慢于轴向振动衰减,大尺寸钻头扭矩更大且钻压和扭矩波动更加明显,因此从保护下部钻具的角度出发,大尺寸井眼钻具组合对抑制横振更加有效;④大尺寸井眼中下部钻具弯矩和弯矩波动更大,现场频繁出现的钻具裂纹除受控于整体振动强度较大以外,交变弯矩是裂纹发生的重要原因。结论认为,该研究成果揭示了超深井大尺寸井眼中钻柱的动力学特性,指出了应着重控制横振和交变弯矩,该认识可以为超深井上部大尺寸井眼钻井提供技术指导。

电传飞控计算机子系统BIT设计研究

飞控计算机子系统是飞行控制系统的计算和控制核心,影响着飞行安全。采用BIT进行故障检测和定位可以显著提高飞控系统安全性。现阶段的BIT设计研究中,系统级偏向于顶层功能要求的论述,计算设备的BIT研究偏重于通用计算机的软硬件论述,飞控系统向计算机子系统的需求传递和可追溯性不强,也缺乏基于系统工程的飞控计算机子系统BIT设计流程研究。通过对飞控计算机子系统架构的分析得出其通用的组成模块。以此为基础开展BIT设计研究,分析了BIT的分类及特点,提出了BIT设计的通用需求,设计了基于系统工程的飞控计算机子系统BIT设计流程,重点从飞控系统功能需求出发详细论述了飞控计算机子系统BIT的初始化、工作模态转换、测试项目、执行时序及与飞控系统功能高关联度的BIT项目测试的设计方法原理,分析了故障预测及健康管理的设计方法和减少虚警的措施。采用该设计流程和详细设计原理方法的飞控计算机子系统BIT设计通过了地面综合试验的验证。

降低井底岩石抗钻能力的钻速提高方法研究及钻头设计

为解决深部地层岩石硬度大、研磨性强、地应力高及可钻性差导致的钻头破岩效率低、钻井速度慢的问题,在分析现有提速技术的基础上,提出了释放地层应力、降低井底岩石抗钻能力的钻井提速新思路,基于该思路设计了井底应力诱导卸荷钻头、聚能攻击卸荷井底应力钻头、差压式钻头、中心差压式钻头、诱导卸荷与磨料射流联合作用钻头、阶梯式钻头和自激轴冲与诱导卸荷耦合破岩钻头等7种新式钻头。通过室内试验、现场试验,验证了其中2种钻头的提速效果:中心差压式钻头在室内试验中提速30.01%,现场试验最高提速318.11%;诱导卸荷与磨料射流联合作用钻头在室内试验中钻进石灰岩和红砂岩时分别提速59.0%和336.0%。该方法的提出及钻头的研制,为解决深部难钻地层的提速问题提供了新途径。

基于bit-map算法的DMA数据流仲裁器设计

针对集成电路产业快速发展所需要的复杂通信要求,设计了一种基于bit-map算法的DMA数据流仲裁器。DMA数据流仲裁器由通道优先级bit-map映射模块、通道请求生成模块、通道请求仲裁模块、通道授权标志生成模块和外设请求应答模块组成。在完成逻辑设计后,通过UVM验证方法学对电路的各个功能进行验证。验证结果表明,本设计仅使用一个32位bit-map映射寄存器将8条通道的32种优先级配置映射到对应有效位,便可实现对8条通道DMA请求的仲裁,无需配置优先级比较电路,不会因逐级比较产生优先级配置相互干扰的问题,且在后期生成实际电路的过程中可以减小电路面积、降低电路功耗。

CNN-AE在超奈奎斯特无线光通信端到端系统中的性能

符号间干扰的存在使超奈奎斯特(faster-than-Nyquist, FTN)速率无线光通信系统的性能受到严重影响,针对此问题,提出了一种基于卷积神经网络自编码器的端到端通信系统来消除符号间干扰的影响并完成信号的恢复。针对超奈奎斯特信号非正交的特性,采用交替训练算法分别训练发射机和接收机权重,解决监督训练中模型输入输出数据尺寸不匹配的问题。在此基础上,分析了该系统在Gamma-Gamma大气信道中的误码率(bit error rate, BER)性能。仿真结果证明,与采用最大似然估计的传统系统相比,该系统的误码率性能在各种条件因素影响下都有不同程度的提高。当加速因子在Mazo限内时,该系统可以消除FTN成型和湍流信道带来的复杂混合码间干扰,其误码性能几乎与正交传输系统相等。

孕镶金刚石钻头磨损机理研究

孕镶金刚石钻头通过钻头胎体的持续磨损实现金刚石的自锐和高效破岩。因此,研究金刚石钻头磨损的影响因素及其影响程度和影响机理,对孕镶金刚石钻头的设计和使用非常重要。本次研究探讨了岩石物理力学性质、钻头胎体性能和钻进工艺参数等因素对孕镶金刚石钻头磨损过程和磨损机理的影响。分析表明,对钻头磨损最为显著的影响因素是岩石中的硬质颗粒导致的磨粒磨损,其次是钻头胎体与岩粉之间的粘着磨损,以及冲洗液中岩粉颗粒导致的冲蚀磨损。在此基础上,以不同硬度的钻头胎体摩擦磨损试验结果为例,探讨了钻头胎体性能及其内部硬质点对钻头磨损的影响机理。该研究成果可为科学设计与合理使用孕镶金刚石钻头提供依据。

8 bit灰度图像分层信息量研究

灰度图像按比特位从高到低可以分为8 bit。其中,高比特平面包含大量有视觉意义的数据,而低比特平面只含有少量有视觉意义的数据。这个特性在图像识别和压缩等领域有重要的应用。对此,应用信息论的方法证明其中原因。首先,用直方图数据说明低比特平面灰度直方图的分布比高比特平面平滑,从而说明视觉信息与熵值有关;其次,从数学上严谨地证明,同一图像比特平面从高到低,其熵值单调递增,从而证明比特平面包含的视觉信息是单调递减的;最后,通过实验对不同图像的比特平面进行熵值计算,得到的结果与之前的证明完全一致。

PDC钻头数字化选型技术及软件开发

钻井过程中产生大量与地层、钻头相关的工程数据,利用大数据分析技术优选钻头能用于指导钻头的选型、设计和使用,可使钻头的选用从依赖厂家和经验,转向依据科学的结构特征分析和大数据优选。通过开展PDC钻头结构特征数字化方法研究,建立基于统计数据分析的钻头结构特征推荐与选型技术,形成以数据提取与效能分析、钻头结构特征数字化,以及钻头结构特征重构选型3项内容为核心的基本步骤和分析策略,在此基础上建立了一套PDC钻头数字化选型技术和配套软件。较常规钻头进尺与钻速对比分析选型方法,该技术重点考虑了结构特征对钻头使用效能的影响,体现了实钻工程数据对钻头选型的指导作用。应用该技术与软件开展了准噶尔盆地某区块PDC钻头选型,并进行实钻验证。应用结果表明,选用的钻头钻进中钻速和进尺显著提升,缩短了钻井周期。研究技术与成果有利于提升钻井服务技术水平,可为油气田数字化、智能化发展奠定基础。