基于粗细量化并行与TDC混合的CMOS图像传感器列级ADC设计方法

针对传统单斜式模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)和串行两步式ADC在面向大面阵CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器读出过程中的速度瓶颈问题,本文提出了一种用于高速CMOS图像传感器的全并行ADC设计方法.该方法基于时间共享和时间压缩思想,将细量化时间提前到粗量化时间段内,解决了传统方法的时间冗余问题;同时采用插入式时间差值TDC(Time-to-Digital Converter),实现了全局低频时钟下的快速转换机制.本文基于55-nm 1P4M CMOS工艺对所提方法完成了详细电路设计和全面测试验证,在模拟电压3.3 V,数字电压1.2 V,时钟频率250 MHz,输入电压1.2~2.7 V的情况下,将行时间压缩至825 ns,ADC的微分非线性和积分非线性分别为+0.6/-0.6LSB和+1.6/-1.2LSB,信噪失真比(Signal-to-Noise-and-DistortionRatio,SNDR)为68.271 dB,有效位数(Effective Numbers Of Bits,ENOB)达到11.0489 bit,列不一致性低于0.05%.相比现有的先进ADC,本文提出的方法在保证低功耗、高精度的同时,ADC转换速率提高了87.1%以上,为高速高精度CMOS图像传感器的读出与量化提供了一定的理论支撑.

面向FPGA-TDL-TDC的延迟时间逐位校准网络

时间数字转换器(TDC)是一种将信号脉冲之间时间间隔的连续模拟量转换为离散数字量的设备。基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)内部进位链资源实现抽头延迟链-时间数字转换器(TDL-TDC)的方法被广泛应用,但TDL-TDC中每个延迟单元的延迟时间数值受运行温度变化的影响较大,目前使用码密度测试、线性补偿或高阶泰勒函数拟合等的TDC校准方法不能很好地拟合复杂温度变化情况下长延迟链中各单元延迟时间的变化趋势。为继续满足TDC工作精度要求,提出了一种基于多层感知机(MLP)的神经网络校准方案,以延迟链中128个延迟单元的延迟时间数据和相应温度数据作为训练样本建立4层MLP。工作时通过反馈当前运行温度信息,可以独立给出每个延迟单元的延迟时间数值,以用于计算待测脉冲之间的时间间隔。实验验证了校准网络对温度变化的补偿作用,该网络可以移植于不同的FPGA芯片。测量得到校准网络的准确率为91%,实现TDC分辨率为34 ps。

一种FPGA⁃TDC防气泡误差编码器设计

在设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的时间数字转换器(TDC)时,时钟偏斜等因素产生的气泡误差会造成抽头延迟链(TDL)中的延迟单元失效,导致TDC的分辨率变差。提出了一种防气泡误差编码器,通过统计抽头延迟链中发生变化的抽头个数,该编码器使抽头延迟链跳变顺序按照时间顺序映射,从而消除气泡误差的影响。利用Xilinx Virtex UltraScale+FPGA对该防气泡误差编码器的有效性进行验证,使用该编码器后,基于双端采样法的抽头延迟链TDC分辨率由3.18 ps提升至1.76 ps。实验结果表明,所提出的防气泡误差编码器能够解决气泡误差导致的延迟单元失效的问题,避免分辨率的损失。

任务转换的脑功能偏侧化效应:基于tDCS和TMS技术的研究

任务转换是执行功能的重要成分之一,指从一个认知任务转换到另一个认知任务的过程。在对任务转换的脑机制研究中,脑功能的偏侧化效应是一项重要内容,近年来,研究者通过经颅直流电刺激和经颅磁刺激等技术对DLPFC脑区、IFJ脑区等脑区的偏侧化效应进行了研究。虽然研究尚处于起步阶段,且存在一定争议,但得到较一致的结论是:第一,这些脑区的左侧优势较突出,在任务转换过程中发挥自上而下的适应性调节等核心功能;第二,在左侧功能优势的基础上,这些脑区的右侧也发挥抑制控制等功能,两侧形成高效的分工合作,形成生理性平衡。目前,部分研究结果已经应用于针对抑郁症患者和脑卒中患者等特殊人群的认知功能障碍治疗中。未来应进一步提高对tDCS和TMS技术的运用水平,逐渐从传统技术向高精度技术跨越,并引入其他神经调控方法,结合脑成像技术开展实证研究。在此基础上,注重对差异性结果的分析和解释,实现对任务转换脑功能偏侧化理论的拓展与整合。

超声波液体测温的TDC方法研究

超声波测温采用超声波传播时间作为测量信息,时间测量的误差对测温系统性能有显著影响。针对上述问题,设计了基于时间数字转换器(TDC)方法的超声波水温测量系统。根据传播时间和温度的关系,系统利用FPGA和高精度时间测量芯片TDC-GP22的硬件电路,结合软件程序算法有效降低时间测量误差的影响,并通过合理设计驱动电路和信号处理电路,使得超声波传播时间测量的分辨率能够达到1.0×10-10s,进而系统能够实现温度测量的分辨率达到0.001℃。通过实验证明,该系统具有分辨率高、可重复性高等优点。

CTC/TDCS调度命令内容安全卡控技术研究

针对调度员在CTC/TDCS系统发布调度命令时常见的错发、漏发等问题,研究调度命令安全卡控过程及方法。依据调度命令模板库和业务关键词库,归纳调度命令业务类型识别策略;基于正则表达式识别、基础数据匹配、关键词辅助定位算法,实现调度命令文本信息的有效提取;通过设计标准基础数据拓扑结构与逻辑校核算法,计算线路业务信息的准确性,评判调度命令业务数据的有效性以及业务传达操作的规范性。经验证,调度命令内容安全卡控技术能够有效识别业务信息,并辅助调度员进行二次校核,不仅提高了调度命令的准确性,也有效降低了调度员的劳动强度,满足铁路运输调度的实际应用需求。

基于国密算法的TDCS/CTC系统通信加密技术应用方案研究

为确保我国铁路列车调度指挥系统(TDCS)与调度集中系统(CTC)中业务数据的安全,研究基于国密算法的通信加密传输方案。以安全认证网关为核心,通过路由技术将业务流量导向安全认证网关,实现TDCS/CTC系统各层级间的数据传输加密。在冗余能力方面,当任意节点的安全认证网关故障时,路由技术会将流量切换至下一优先级路由,保障业务的连续性。通过仿真试验对方案的加密有效性、故障倒切能力、承压能力3方面开展验证测试,测试结果满足业务要求。该方案在不影响TDCS/CTC系统原有冗余能力的同时,保证了业务数据传输过程中的安全性,有效填补了我国TDCS/CTC系统数据传输加密防护方面的空白。

基于时差法和TDC-GP2的超声波流量测量方法

时差法超声波流量计是通过测量超声波在流体中的顺逆流传播时间差值而计算出流量值的,故传播时间差值的高精度测量是流量测量系统的关键。为了提高时间测量的精度,文中选用了TDC-GP2高精度时间测量芯片。该文详细介绍了基于TDC-GP2芯片的时差法超声波流量测量原理以及相应硬件测量电路的具体实现方法。经实验验证,用本方法测量流量其测量精度和分辨率均较高,有望推广应用。

TDC-GP21在超声波热量表中的应用

介绍了基于增强型高精度时间数字转换芯片TDC-GP21的超声波热量表的具体设计方案。流量测量采用超声波时差法原理,利用MSP430F4152单片机控制TDC-GP21进行超声波传播时间和流体温度差的测量,提高了系统的测量精度,大幅降低了系统的功耗和成本。通过流量标定,系统测量结果可达热量表行业标准2级表要求。

基于TDC-GP2的超声波热量表

介绍了基于高精度时间测量芯片TDC-GP2的超声波式热量表的具体设计。讨论了热量计量、流量测量、温度测量原理和热量表的设计方法。热量表中热水流量采用超声波时差法原理进行测量,超声波换能器为V型安装方式,有效地解决了管道堵塞问题。利用微控制器的休眠模式和超声波处理电路间隔供电等方法,大幅降低了仪表系统的功耗。

基于TDC-GP22高精度低功耗超声波热量表的设计

基于新型的高速时间数字转换芯片TDC-GP22,利用时差法测量原理,设计了一款高精度低功耗的超声波热量表。为提高测量精度,采用W反射式超声波热量表基表实现流量的测量;为实现低功耗,采用MSP430系列单片机作为主控芯片,实现对外围电路的控制及数据处理。TDC-GP22的测量单元主要完成超声波传输时间和进、出口温度的测量。在A类环境下对多组热量表的测试结果表明:该热量表准确度高,流量误差能控制在1%以内,静态工作电流≤9μA,性能稳定,具有广阔的应用前景。

基于TDC-GP2的激光测距飞行时间测量系统

在激光盘煤测量系统中,激光飞行时间的测量是影响整个系统精度的关键因素。文章基于高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2设计了一种用于激光盘煤测量系统中的激光飞行时间间隔测量系统,介绍了TDC-GP2激光测距原理,给出了系统硬件及软件设计。试验结果表明,该系统结构简单、测量精度高,具有较高的可行性。

基于Otsu准则的TDCS自适应判决门限算法

提出了一种基于Otsu准则的TDCS自适应门限选择方案,该方法首先对信道感知的频谱幅值进行灰度映射,然后利用Otsu准则将频谱灰度分为背景噪声和干扰2类,同时确定出最佳的分类阈值作为TDCS剔除干扰的判决门限。该方法能够根据对信道的感知结果动态地搜索最佳判决门限,具有很强的自适应能力。仿真结果表明:文中所提方法在信道背景噪声变化时表现出比传统方法优异的性能,尤其是当背景噪声升高到一定程度时,传统固定门限值方法的通信系统将不能正常工作,而文中所提方法还具有良好的通信性能。

一种新的TDCS基函数生成方法及性能分析

针对变换域通信系统基函数生成过程中硬判决门限难以精确设置且判决复杂度高的问题,提出了一种功率谱翻转的基函数生成方法。该方法在对电磁环境采样估计的基础上,利用环境谱翻转来构造基函数幅度谱,省去了传统门限值设置和判决的步骤,从而大大降低了通信系统的运算复杂度;另外,由于没有完全舍弃被干扰的频段,与传统的"0"、"1"硬判决相比,该方法生成的基函数频率组成更加丰富而具有更好的相关特性。仿真结果表明:功率反转的基函数生成方法可以降低系统的运算复杂度,同时提高基函数的相关性能,为TDCS的深入研究提供了新的思路。

基于TDC的无人机数据链抗干扰技术研究

针对目前无人机数据链系统中传统扩频等技术在抗干扰性能上的局限,研究了基于变换域通信(TDC)的无人机数据链抗干扰技术。在研究变换域通信基本原理的基础上,结合无人机数据链的特点,给出了基于TDC的无人机数据链系统发射机和接收机模型,并通过仿真与常规直扩系统在窄带干扰中的误码率性能比较,结果表明基于TDC的数据链系统抗窄带干扰性能明显优于常规直扩系统。研究表明变换域通信技术应用于无人机数据链可有效提高数据链抗干扰能力。

利用TDC-GP2优化脉冲激光测距系统性能

系统温度稳定性和脉冲飞行时间测量精度是影响脉冲激光测距系统整体性能的两大要素,利用ACAM公司生产的新一代高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2可以在获得双通道、单通道65 ps高测时分辨率的同时,利用其自身高精度低功耗温度测量单元代替传统的温度传感器分立元件作为温控电路部分信号采集电路。在简化系统电路结构的同时优化了系统性能.在介绍TDC-GP2的主要功能和特性的基础上,利用其优良特性设计了一种小型高精度脉冲激光测距系统.

一种改进型网络时间协议在TDCS/CTC系统的应用研究

由于列车运行速度较高,短时间内列车跨线跨区行驶,铁路信号设备时间统一显得尤为重要,而现有的铁路时间同步方法无法满足目前对于同步精度的要求。为了解决上述问题,采用网络时间协议NTP进行铁路TDCS/CTC系统的时间同步,但网络发生拥挤时,会影响同步精度。为了更精确地同步系统时间,保证行车安全,并使列车在速度进一步提高时,仍能满足时间同步的精度要求,本文提出一种改进型NTP协议,对协议的算法进行仿真分析。仿真结果表明该算法能够有效提高时间同步精度。

基于信号特征空间的TDCS干扰分类识别

针对变换域通信系统中干扰信号的分类识别问题,提出了一种基于信号特征空间的支持向量机(signal feature space-support vector machine,SF-SVM)干扰分类算法。首先,基于干扰信号模型和信号空间理论对干扰信号进行特征提取,并建立信号特征空间,进而针对二分类和多分类问题提出了SF-SVM分类算法,设计了干扰信号的多分类识别器。仿真结果表明,与干扰信号的传统分类算法相比,SF-SVM不仅提高了分类精度,而且缩短了训练时间;设计的多分类识别器在信噪比达到8dB时,对6种干扰信号识别性能及对变换域通信系统性能都有所提升。

基于FPGA进位链TDC延时模型的建立与性能测试

引入飞行时间信息,可以提高正电子断层显像仪(Positron Emission Tomography,PET)系统的性能。电子学时间数字转换(TDC,Time-to-Digital Convertor)设计是其中一项关键技术。论文针对进位链(Carry Chain)TDC设计,建立了TDC的延时模型,推导了进位链TDC的延时公式。基于模型,通过调整关键信号的参数,比较了调整前后的TDC性能,在EP2C20Q240C8N芯片上实现和提升了进位链TDC的性能,最小测量间隔为69ps,测量误差小于2LSB,能够满足TOF测量时间精度的要求,并验证了模型公式的正确性。对TDC的测试方法选用高精度同轴电缆进行间接测量,解决了在缺乏ps级高精度测试设备情况下的时间精度测试问题。

基于TDC-GPX2的精密时间间隔测量仪设计

为满足科学研究和工程应用中对多通道、高精度时间间隔测量的需求,基于TDC-GPX2时间数字转换芯片设计了一款四通道精密时间间隔测量仪,根据功能控制模块的设置,仪器可实现对不同通道输入信号时间间隔的高精度测量。详细论述了系统的测量原理,硬件组成和软件设计,并搭建实验平台对仪器的性能进行测试与分析。实验结果表明:设计的时间间隔测量仪测量精度优于20 ps,并具有良好的准确性,接入5 MHz的时钟参考其量程可达3.34 s,基本满足大多数时间频率应用领域对测量设备的性能需求。