恶劣气候背景下基于CNN的毫米波近程测距技术研究

提出了一种在恶劣气候环境下提升毫米波近程测距抗干扰能力的方法。针对传统近程测距中所使用的对称性三角波线性调频多普勒体制对回波相位一致性要求较高,“能量积累”等传统抗干扰方法在强降雨等恶劣气象下无法对杂波进行有效抑制等问题,提出了基于卷积神经网络的信号处理模型,建立了恶劣气候环境下的近程测距智能化抗干扰处理架构,给出了在极低信杂比环境下雨雪杂波的普适性抑制方法。经过抗干扰处理后的测距信号信杂比提升6 dB以上,显著提升了恶劣气候背景下近程测距的精度。

面内传播方向对SAW滤波器性能的影响研究

为了满足窄带声表面波滤波器对品质因数Q值和带外抑制日益增长的需求,提出了一种窄带滤波器设计方法。在基于新型POI结构谐振器的基础上,通过旋转谐振器达到改变波传播角度的目的,并利用二维全模型得到准确的实验数据,与原结构谐振器分别代入滤波器设计中进行比较。实验结果表明,该方法在一定程度上能够有效地增加带外抑制,对过渡带抑制能力有2~4 dB的提升,且具有设计简便,占用空间小等优点。

基于COM-MBVD混合模型的多模态声学响应研究与仿真

耦合模(COM)模型广泛应用于声表面波(SAW)滤波器设计中,传统的单模COM模型不能拟合到远端的高阶水平剪切波、西沙瓦波等杂散模态。从单模COM模型出发,结合类似于MBVD等效电路的谐振支路,实现COM-MBVD模型拟合多模态声学响应。并基于此模型搭建8阶梯形结构电路进行优化仿真。最终设计出中心频率为1 590 MHz,通带插入损耗小于1.6 dB,带内波动为1 dB,带宽为80 MHz(相对带宽为5%)的声表面波(SAW)滤波器。实际测试数据与仿真数据相符,验证了该设计方法的可行性。

SAW滤波器功率容量研究

为了提高声表面波(SAW)滤波器的使用寿命和设计效率,有必要研究谐振单元对滤波器功率耐受力的影响。首先通过FEM有限元软件搭建由Al电极、42°Y-X LiTaO_(3)压电材料薄膜和SiO_(2)/Poly-Si/Si衬底构成的谐振器模型,并分析IDT、声孔径、半周期对其阻抗的影响。同时,提出了一种谐振器功率测试方法,该方法可以计算出谐振器的各个频点下加载功率随输入功率的变化。为了验证功率测试方法的可靠性,对采用3030C封装的B41(2515~2675 MHz)滤波器进行功率测试,结果显示在输入功率为23 dBm时,滤波器被烧毁,与仿真数据一致。最后结合电容公式和仿真数据证实了谐振器的面积变化会改变滤波器的电容比,进而影响滤波器的散热,因此可以通过改变SAW滤波器各支路串并联结构以及各谐振器叉指对数、孔径、半周期,来提高滤波器功率耐受性。

宽带滤波器传输线法去嵌的研究

为准确获取谐振器材料参数,采用开路短路法、集总参数法、传输线法三种方法分别对谐振器进行去嵌,并分析去嵌对滤波器产生的影响。其中传输线法去嵌无需流片,仿真即可得出谐振器测试结构的寄生参数。采用传输线法对串联、并联谐振去嵌,并运用去嵌后的谐振器材料参数搭建滤波器,滤波器采用九阶π型电路拓扑结构,其带宽为160 MHz,阻带抑制为-25 dB。证实谐振器的测试结构对宽带声表面波滤波器带宽、阻带和零点造成影响,使得去嵌后的滤波器左侧零点向低频偏移,低频抑制上升,高频抑制下降,通带插入损耗增加。

氧分压对a-Ga_(2)O_(3)基日盲紫外光电探测器性能的影响研究

非晶氧化镓(a-Ga_(2)O_(3))基日盲紫外光电探测器的性能与a-Ga_(2)O_(3)薄膜内的氧空位有关,氧空位的浓度制约着探测器的响应度和响应速度。为了在探测器的响应度和响应速度之间达到平衡,本文通过微调射频磁控溅射过程中的氧分压,调控薄膜内的氧空位浓度,并在此基础上成功制备金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal,MSM)型日盲紫外探测器。研究结果显示,通过掺入氧气能减少薄膜内的氧空位,改善薄膜的致密度。适当条件的氧分压可以使探测器在维持良好响应度的前提下,同时拥有较快的响应速度,在两种互相制约的特性上达到了平衡。特别地,在3%氧分压条件下制备得到的日盲探测器在254 nm、80μW/cm^(2)的紫外光照射下具有2.6 A/W的响应度以及2.2 s/0.96 s的快速响应速度。

基于双波段LiTaO_(3)热释电探测器的目标温度识别研究

针对热释电红外探测器在温度识别领域的难题,本文设计了一种基于长/中波双波段钽酸锂(LiTaO_(3))热释电多元探测器,建立了基于机器学习算法的目标温度识别模型。分析了不同黑体温度下的两波段辐射量与双波段比值的变化趋势,测试了双波段比值与黑体温度的关系以及分析了双波段比值在仿真与实测中的误差,研究了基于热释电数据的决策树、随机森林算法的最优参数选择以及所搭建的模型识别准确率。研究结果表明:基于该探测器构建的温度识别系统的识别准确率最高可大于90%,为基于热释电的目标温度识别提供了一种新的技术路径,拓宽了热释电红外探测器的应用范围。

功率集成电路TID加固环栅器件研究现状综述

总结了标准工艺下功率集成电路中总剂量辐射(TID)加固环栅MOS器件与环栅功率器件的研究现状,归纳了不同结构形态的环栅器件的性能优劣,推荐8字形环栅MOS器件、华夫饼功率器件及回字形LDMOS器件结构用于功率集成电路的TID加固设计。同时,阐述了现有环栅MOS器件等效W/L的建模情况,提出保角变换是环栅MOS器件等效W/L精确建模的重要方法,最后还给出了环栅器件建库的基本流程。

基于混合气体活化的硅基钽酸锂晶圆键合研究

集成在硅基衬底上的钽酸锂薄膜在新型声学器件上具有重要应用,等离子体活化键合是其主要的集成方式,相关研究报道众多但仍缺乏对等离子体活化工艺的深入研究。本文研究了LT和Si衬底晶圆在不同活化气氛、频率和时间下的亲水性接触角变化情况,探索了一套可以显著提高键合强度的活化参数。研究结果发现,对晶圆表面采用N_(2)加O_(2)混合活化60 s后,LT和Si衬底晶圆亲水性接触角达到最小值,分别为4.244°和3.859°。键合后用SEM扫描了样片的横截面,发现键合质量良好。最后对比了用O_(2)、N_(2)和Ar活化60 s,以及N_(2)加O_(2)混合活化60 s后键合片的键合强度,发现混合气体活化后键合强度最大,达到了9.05 MPa。

不同波形电压刺激下单晶LiNbO_(3)薄膜忆阻器的电阻可塑性研究

随着人工智能在物联网中的应用,对于传感器端的高性能神经网络边缘计算需求日益迫切。忆阻器被认为是传感器端神经网络边缘计算应用中最具潜力的核心器件。由于传感器的输出信号具有不同的电压波形,故设计了不同的脉冲方案模拟不同的传感信号,基于单晶LiNbO_(3)薄膜忆阻器,研究了不同波形的电压刺激(方波、正弦波、三角波)对电阻可塑性的变化范围、线性度等的影响规律。在保持电压幅值和积分面积相同的情况下,研究了在三种不同波形电压刺激下的增强和抑制过程。在增强过程中,方波刺激下的电导变化幅度最大,在幅值为6 V的电压刺激下可达72 nS,正弦波次之,三角波最小(在幅值为6 V的电压刺激下仅为42 nS);而三角波刺激下的线性度最高,正弦波次之,方波的最低。测试分析可知这些差异主要是由三种波形超过特定阈值的积分面积不同所引起的。而在抑制过程中均观察到了电导突变现象,研究中通过幅值渐变的脉冲序列对电导突变进行了抑制。

器件与电路参数对SET波形影响仿真研究

利用Sentaurus TCAD仿真软件,建立并校准了MOSFET仿真模型。分析了NMOS器件在重离子轰击下产生的SET波形。结果表明,轰击位置在漏极且入射角呈120°时,器件具有最大的峰值电流。通过建立MIX、TCAD、SPICE三种反相器模型并施加重离子轰击,研究了不同模拟方式下电路响应对SET波形的影响,指出了采用双指数电流源在SPICE电路中模拟的不准确性。采用MIX模型探究了器件结构及电路环境对SET波形的影响。结果表明,LET能量、栅极长度、轨电压和负载电容都会对SET波形脉宽及平台电流大小产生显著影响,说明了建立SET模拟波形时须综合考虑这些因素。

基于磁性传感器的低失调温度补偿接口电路设计

面向磁性传感器在物联网(IoT)技术中的广泛应用,该文基于180 nm CMOS工艺设计了一种具有低失调电压,低温度漂移特性的霍尔传感器接口电路。针对霍尔传感器灵敏度的温度漂移特性,该文设计了一种感温电路并与查表法相结合,调节可编程增益放大器(PGA)的增益有效地降低了霍尔传感器的温度系数(TC)。在此基础上,通过在信号主通路中使用相关双采样(CDS)技术,极大程度上消除了霍尔传感器的失调电压。仿真结果表明,在–40°C~125°C温度范围内,霍尔传感器的TC从966.4 ppm/°C减小到了58.1 ppm/°C。信号主通路的流片结果表明,霍尔传感器的失调电压从25 mV左右减小到了4 mV左右,霍尔传感器的非线性误差为0.50%。芯片的总面积为0.69 mm^(2)。

具有片上电感的改进型梯形声表面波滤波器

针对小体积声表面波(SAW)滤波器性能受封装影响较大的问题,提出了一种新型SAW梯形滤波器电路拓扑结构。通过分析滤波器高频受封装影响造成的远端抑制上翘的现象,从电路结构出发,改变版图设计,实现了片上电感。采用传统梯形滤波器结构和利用纵向耦合双模谐振器型滤波器(DMS)特殊接地结构相结合的电路拓扑结构,有助于提高带外抑制和设计灵活性。在标准的42°Y-X钽酸锂(LiTaO_(3))基板上制作滤波器,通过仿真分析得到中心频率2580 MHz、带宽50 MHz、插入损耗小于2.5 dB的高阶梯形射频SAW滤波器的最优拓扑结构。测试结果表明,通过改变电路拓扑结构关键参数和引入新的传输零点,可改善在高频段内的带外抑制特性。

电磁寄生参数对SAW滤波器性能的影响

设计了B41频段的声表面波(SAW)滤波器,利用三维电磁场仿真工具HFSS建立表面贴装器件(SMD)封装和芯片级(CSP)封装模型,对比两种封装的声-电磁联合仿真结果得出,在滤波器电路拓扑结构中,当2条不同并联支路连接在一起时,由于SMD封装键合引线的电磁寄生参数影响,滤波器在高频处的带外抑制会出现“上翘”。建立不同键合线数量、直径及长度的SMD封装模型,并仿真计算S参数。对比仿真结果可知,随着键合线直径的增大和长度的减小,其等效电感逐渐变小,即键合线的电磁寄生参数逐渐减小,对SAW滤波器性能的影响逐渐减弱,高频处的带外抑制性能得到优化。结果表明,CSP封装植球倒扣的电磁寄生参数更小,声-电磁联合仿真的结果更优,与实测结果吻合较好。

基于SAW滤波器的电磁寄生提取

针对封装管壳和版图电磁寄生参数导致射频声表面波(SAW)滤波器通带变窄及驻波增大等问题,提出一种能快速提取封装管壳和版图中电磁寄生效应的方法,精准模拟了封装和版图对滤波器性能的影响。首先利用有限元法(FEM)电磁仿真软件提取封装管壳的电磁寄生参数,再使用电路仿真软件将所设计出的滤波器结合所提取的封装寄生参数和滤波器版图直接进行联合仿真,此方法不需将版图在FEM软件中再次进行电磁仿真,可提高时间利用率。此方法在中心频率为1 268 MHz、通带插入损耗小于1 dB、带内驻波小于1.6、带内波动为0.5 dB、带宽为24 MHz(相对带宽为1.8%)的SAW滤波器上进行了验证,结果表明仿真结果与实测值吻合度较高。该设计中所用的SAW谐振器均经过去嵌操作,能更精准地模拟实测滤波器的结果。

倾斜结构对LiTaO_(3)-POI多层结构的SAW谐振器性能的影响

旨在探究倾斜结构在LiTaO_(3)-POI多层结构上对SAW谐振器横向模态杂散的影响。通过有限元方法(FEM),构建两种单端口谐振器模型,半周期P为0.98μm和1.42μm,孔径均为40P。然后对一系列倾斜角度(0°,2.5°,5°,7.5°,10°,12.5°,15°,17.5°,20°)进行了仿真分析,并完成版图绘制和流片测试。研究结果表明,实测数据与仿真结果之间具有高度一致性。在相同的半周期条件下,随着倾斜角度的增加,SAW谐振器对横向模态杂散抑制能力在一定范围内先增强后减弱。机电耦合系数随之逐渐减小,阻抗比的变化规律是先增大后降低,特别是在倾斜角度为2.5°和5°时,阻抗比达到最大值。这些规律揭示了倾斜结构对LiTaO_(3)-POI多层结构SAW谐振器横向模态杂散具有显著的抑制作用,为SAW滤波器的设计和制造提供了重要的理论依据和实践指导。研究结果表明,适当的倾斜角度能够有效优化SAW谐振器的性能,对于高性能射频滤波器的研制具有重要意义。

一种高PSRR低压差线性稳压器电路

通过对低压差线性稳压器(LDO)的电源抑制比(PSRR)进行理论分析得出,功率管栅极电压与LDO输入电压的小信号比值越接近1,PSRR就越高。基于此理论,在传统LDO的基础上增加了1种新结构,将二极管连接形式的MOS管与共源共栅结构串联,使功率管栅极电压与LDO输入电压的小信号比值接近1。随后,对该结构进行了理论分析,分析结果表明相比其他的PSRR提升技术,具有该结构的LDO其PSRR不会随着负载电流的增加而发生较大变化。LDO改进前和改进后PSRR的绝对值分别为65 dB和76 dB;改进后的结构在不同的负载电流下均具有较高的PSRR。相比体驱动前馈以及增加电荷泵将电源回路与LDO主体电路隔离等PSRR提升技术,该方法仅在传统LDO上增加了3个MOS管,减小了电路的功耗和面积。

内嵌NPN结构的高维持电压可控硅器件

针对传统可控硅(SCR)器件触发电压高、维持电压低、闩锁风险大等问题,提出了一种内嵌NPN结构的高维持电压SCR器件。维持电压由传统器件的1.2 V增大到10.3 V。与传统结构相比,该新型SCR结构体内存在2条电流路径,通过嵌入的NPN电流路径延缓了器件中寄生PNP管的开启过程,抑制了SCR结构里NPN管与PNP管的正反馈过程,使得SCR电流路径在电流较大时才能完全开启,从而达到提高维持电压的目的。基于半导体器件仿真软件,模拟了器件在直流下的电学特性,分析其工作机理并讨论了关键器件参数对其电学特性的影响。

一种人工智能无线射孔器的交互控制系统设计

作为信息传输和信息处理的平台,交互控制系统扮演着十分重要的角色,广泛应用于自动化控制等相关领域。现如今的油气开发仍旧通过人工进行射孔器的深度判别和射孔控制,存在深度判断有误、效率低等问题。嵌入式人工智能的兴起,为射孔技术的发展提供新的方向,同时也对数据的处理、传输、存储等提出新的要求。针对这些问题,基于STM32嵌入式平台和PyQt5设计开发一套应用于人工智能无线射孔器的交互控制系统,以高效的状态机控制决策实现人工智能无线射孔器的功能控制和调试,上位机通过921600波特率实现与嵌入式平台的数据通信,同时实现板载Flash闪存的读写控制,以及接箍信号识别标记,经试验结果论证,该交互控制系统满足设计要求。

一种基于STM32的嵌入式无线射孔控制系统

目前油井下页岩气勘测仍依靠传统磁性定位仪,绞车电缆连接方式作业,所采集到的井下CCL信号较不稳定,具有识别接箍信号困难的问题。为解决这一难题,设计开发一套应用于油井页岩气勘测的无线射孔系统,该套系统基于ARM Cortex M架构的微处理器STM32H735IGT6,搭建外围硬件电路实现指定功能,模拟前端板采集井下CCL信号后分别经过两级放大器,实现信号衰减和平级放大的功能,并将信号输出至无线射孔控制系统。主时钟频率为400 MHz,通用定时器每毫秒驱动16位ADC采样模拟前端信号,结合“乒乓缓存”、DMA+SPI高速缓存的方式将采样数据存储到外设FLASH芯片,并基于python设计一套上位机串口控制程序,实现对无线射孔系统的控制,包括数据处理、控制采样、射孔参数导入等功能。实际模拟测试结果表明,采样接箍信号并控制存储满足设计要求。