基于幅值跟踪法的自动增益控制系统设计

为了实现信号幅值的自适应调整,设计了一种基于幅值跟踪法的信号自动增益控制系统,该系统主要由单片机、增益可控放大器、幅值跟踪电路、按键和LCD等组成。通过实时比较幅值跟踪电路获取的实际幅值和按键设置的期望幅值,系统利用算法动态地调整放大器中反馈电阻的大小,使输出信号幅值始终与期望幅值一致。实验结果表明该系统能实现放大器增益的自动控制,输出幅值误差小于1.5%,响应时间小于0.1秒,可应用于相关的信号处理领域中。

基于可重构硅光滤波器的计算重建片上光谱仪

相比于笨重的台式光谱仪,集成化的芯片级光谱仪可以应用于便携式的健康监测、环境检测等场景.我们设计了一个基于硅光子平台的片上光谱仪.该器件由一个透射光谱可重构的硅光滤波器构成.通过改变滤波器的透射光谱,可以实现对输入光谱的多次且不同的采样.再结合人工神经网络算法,从采样后的信号中重建出入射光谱.可重构的硅光滤波器由互相耦合的马赫曾德干涉仪和微环谐振腔组成.采用集成的热光相移器引入相位变化,能够对滤波器的透射光谱进行重构.通过这种方式,基于单个可重构滤波器可得到包含宽、窄光谱多样特征的响应函数.不需要滤波器阵列,就可以实现对入射光谱的多样化采样,能够显著地减小光谱检测器件的面积.仿真结果表明,所设计的器件在1500—1600 nm波长范围内可以实现连续光谱和稀疏光谱的重建,分辨率约为0.2 nm.该器件在可穿戴光学传感、便携式光谱仪等场景中具有巨大的应用潜力.

基于BOPPPS的混合式电子实验教学实践

为推进“教育+互联网”,国内高校广泛开展了在线课堂教学的新模式。将BOPPPS教学理念引入实验课程的在线教学中,以交流信号幅度判别电路的Multisim设计为例,对传统的电工电子实验课程进行重新设计和调整,以钉钉直播及雨课堂为教学工具,成功实现了该课程的线上混合式教学。实践表明,这种线上实验教学模式具有很好的教学效果,有助于提高学生的自主学习能力和实验操作的顺利进行。

无线智能点餐系统设计

为了解决传统人工点菜形式低效、耗费人工的问题,文章设计一种基于ARM(高级精简指令集计算机)芯片控制与无线通信技术的智能点餐系统,该系统采用LPC2378芯片作为客户端和服务台的主控制器,利用nRF24L01无线模块实现客户端和服务器的信息共享;该系统集成了点餐、餐单信息显示和消费自动统计等功能,可为餐厅调整经营策略、提高盈利能力等提供数据支持。

集成结温在线监测功能的IGBT智能驱动器

结温是表征功率器件寿命的重要参数,对功率器件结温进行监测具有重要意义。基于热敏电参数法,选取对温度敏感的电参量饱和导通压降V_(CE(sat))作为研究对象,在IGBT驱动器中集成高精度结温参数测量电路,使系统可在线监测功率器件结温。同时为了得到更加精准的热-电参量对应关系,通过分段拟合的方式对IGBT模块在工作状态下结温与V_(CE(sat))的关系进行数学建模。在此基础上,还设计了相应的退饱和检测电路和分级驱动电路。经过实验验证,最终解决了传统结温测量方式工程应用性差的问题,提高了参数采集精度,将热敏电参数的结温预测误差控制在±5℃以内。

基于Y系数法的频谱分析仪噪声系数测量

噪声系数是反映射频模块内部噪声的重要指标,射频模块设计及选型都离不开对噪声系数的测量,因此,一般使用噪声系数分析仪进行测试。由于并非每个实验室都配备有相关仪器,因此,相比噪声系数分析仪,频谱分析仪的配备较普遍。本文以Y系数法测量噪声系数的原理,通过软件设计,实现了频谱分析仪可替代噪声系数分析仪,并进行噪声系数测量。

道路平整度检测多源数据高精度同步采集

随着使用年限增加,道路出现了不平整等路面损坏情况,急需一种快速、有效的道路平整度检测设备对道路进行检测。设计了一种道路平整度检测多传感器数据同步采集系统,以FPGA为控制核心,利用GPS输出的NEMA数据和高稳晶振建立高精度的时间基准,采用A/D采样的方式进行同步数据采集。为提高系统的抗干扰能力和数据采样的精度,传感器信号调理电路采用差分放大和抗混叠滤波设计。实验结果表明,该系统完成了多传感器数据高精度同步采集,时间同步精度为微秒级,能够为评价路面平整度提供高精度原始数据,具有数据采样精度高、稳定性好、抗干扰能力强、成本低等优点,已在武汉夕睿光电技术有限公司的道路检测车上得到成功应用。

同轴脉冲形成线振动环境适应性优化设计

以带有悬臂结构的同轴脉冲形成线为研究对象,开展提高振动环境适应性的优化设计。首先,通过实际工况分析及仿真计算,确定形成线内筒的盲孔螺钉可采用的防松措施有:使用施必劳螺纹并涂抹防松胶;优化螺钉数量。其次,通过仿真分析和绝缘试验,优化尾端绝缘子材料,提高悬臂支撑的中内筒连接刚度。最后,开展振动试验考核,优化后的形成线等效件可以通过长时间的振动考核,相比优化前的振动环境适应性有很大提高,验证了优化设计的有效性。该研究结果对同类型脉冲功率源的振动环境适应性设计具有参考意义。

神光装置辐照腔体系统电磁脉冲的数值模拟

应用三维MC程序和PIC程序,对神光装置辐照下腔体内系统电磁脉冲(SGEMP)模型进行了耦合模拟。在半高宽为2.9 ns、平均能量为10.3 keV的轫致谱X射线点源辐照下,圆柱腔内电场最大值高达2 MV/m,以轴向电场为主;磁场最大值约为0.8×10^(-3)T,以角向磁场为主,电磁场最大值都集中在发射面附近,以脉冲直流场为主,交流辐射场幅度较小,约在kV/m量级。考察了注量对SGEMP效应的影响,注量越高,电场沿轴向变化越快,交流辐射场占比越大。

电动汽车驱动电机与负载模拟系统建模及电弧故障仿真研究

电弧故障是引发电动汽车电气火灾的重要原因之一。电动汽车行驶工况复杂,电机及其驱动系统电压高、电流大,且其电弧故障随机性强、隐蔽性高导致真车故障实验难以开展,因此提出一种借助小功率电机与负载系统模拟故障的方法,以便快速开展大量实验,研究电弧故障特性。首先,在电动汽车负载转矩计算和等效缩放的基础上搭建了模拟实验平台,采集三相永磁同步电机线路串联电弧故障电流。其次,运用MATLAB软件构建空间矢量脉宽调制控制的电动汽车驱动电机与负载模拟系统,引入Cassie电弧故障模型并进行改进,对电动汽车三相永磁同步电机线路串联电弧故障展开仿真分析。最后,采用基于平肩宽度占比和小波包分解能量占比的特征提取方法,将仿真数据与实测数据进行比较并定量评价。结果表明,所提出的高斯电弧故障复合模型的相对平均误差最小,仅为7.6%。所构建的仿真系统可有效模拟实际线路的电弧故障,对电动汽车电气火灾的防控具有重要意义。

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L_(2)灵敏度最小化的数字滤波器状态空间实现稀疏化方法

为解决传统数字滤波器在有限精度实现时因有限字长(Finite Word Length,FWL)效应导致滤波器性能下降的问题,提出一种L_(2)灵敏度最小化的数字滤波器状态空间实现稀疏化方法.推导前向差分算子数字滤波器结构传输函数及其等效状态空间实现,根据可控及可观格莱姆矩阵得到基于相似变换矩阵的L_(2)灵敏度表达式,并进行稀疏化校准,将L_(2)灵敏度最小化问题转换为凸函数求最值问题,求导得到L_(2)灵敏度最小化表达式,代回即得前向差分算子数字滤波器的稀疏化状态空间实现.仿真结果表明,所提方法设计的数字滤波器具有更好的抗FWL效应.

连续波输出功率111.27 mW的G波段四端口平衡式倍频器

利用新颖的四端口平衡式二倍频原型,开发了215~230 GHz频段的肖特基变容管倍频器,并具备更加优秀的变频效率和功率容量。同时,所提出的倍频架构能够实现奇次谐波和四次谐波的本征抑制,并且其中采用的二极管管结数量相对于传统平衡倍频结构提升了两倍。因此,这种四端口倍频电路可以实现更好的转换效率和双倍的功率处理能力。在室温下,当输入功率为196~340 mW时,该倍频器具有约39.5%的峰值转换效率(@218 GHz),即使在较高的频率下,该倍频器也被证明是高功率太赫兹波信号产生的理想解决方案。

基于在线自组织增量学习的非侵入式负荷识别方法

随着电子技术智能化的发展,对实现电器负荷使用情况的精准识别在智慧用电领域将有广泛的用户需求。为了实现对电器设备的实时在线精确监测,本文提出了一种基于在线自组织增量学习(SOINN)的非侵入式负荷识别方法。该方法包含负荷特征提取、负荷特征分类及电器识别2个步骤。在负荷特征提取步骤中,提出了包含奇次谐波、均值、方差、3阶矩、4阶矩、电流有效值、功率谱峰值、功率谱谷值在内的共12维特征的特征提取方案。在负荷特征分类及电器识别步骤中,提出了结合SVM的SOINN的负荷特征分类及电器识别方法,以克服传统的SOINN算法不能实现电器类型识别功能的缺陷。通过C++语言将所提方法中的功能算法编写成微处理器系统的可执行功能模块,将功能模块移植部署在SoCFPGA的HPS端运行,实现了FPGA和HPS之间的协同高速数据通信。选取了8种常规家用电器作为负荷识别对象,搭建了基于SoCFPGA的硬件实验平台,进行了最优负荷特征选取,并采用本文方法对单电器与多电器的在线负荷进行了识别。实验结果:选取12维特征为本文方法的最优特征组合;本文方法的单电器与多电器的识别率均在95%以上。本文提出的负荷识别方法能够有效、准确地识别单电器与多电器;系统可实施性强,灵活性高,具有在线学习的优越性与实际应用的切实可行性。

基于GaAs E/D PHEMT工艺的Ku波段双通道幅相控制多功能芯片

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、衰减和放大等电路拓扑结构,以获得良好的幅相特性;采用紧凑布局、双通道对称的版图设计,以实现小尺寸和高性能。测试结果表明,+5 V电压下,接收通道增益大于3 dB,1 dB压缩点输出功率大于8 dBm;发射通道增益大于1 dB,1 dB压缩点输出功率大于2 dBm;64态移相均方根误差小于2.5°,16态衰减均方根误差小于0.3 dB,芯片尺寸为3.90 mm×2.25 mm。该多功能芯片可实现对射频信号幅度和相位的高精度控制,可广泛应用于微波收发模块。

基于大动态范围放大的无增益调节超声放大电路设计

针对大型复合构件状态动态变化过程和多谱成像检测的需求,提出了一种无增益调节的宽带大动态范围超声放大电路的设计方法,设计了一种带宽为10 kHz~1.25 MHz,增益大于120 dB的无增益调节的超声信号放大电路。该电路采用多级放大器对信号进行分级放大,分割门限控制和信号状态识别与记录,最后通过数据合成实现了超声发射信号、回波信号全信号大动态、宽频带范围超声的放大。仿真实验表明,该电路可满足大型复合构件状态变化中信号的放大和多谱成像检测需求,其电路设计方法也可应用于其他如冲击波测试、声学测量等领域。

一种L波段300W GaN脉冲功率模块

随着第三代半导体GaN器件技术的不断发展,GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在电子系统中逐步得到了广泛应用。研制了一款小型化L波段300 W GaN脉冲功率模块。研发了满足高压脉冲工作条件的GaN HEMT芯片,采用负载牵引技术进行了器件大信号阻抗参数提取,并以此为基础设计了小型化匹配网络进行阻抗变换。基于高压驱动芯片和开关器件芯片设计了小型化高压脉冲调制电路。测试结果表明,在工作频率990~1130 MHz、工作电压50 V、脉冲宽度100μs、占空比10%下,功率模块脉冲输出功率大于300 W,功率附加效率大于53%,功率增益大于38 dB。功率模块尺寸为30 mm×30 mm×8 mm。

应用脉冲回波的避雷线断线检测系统研究

为高效率、低成本地检测风力发电机组桨叶避雷线断线位置,设计基于脉冲回波的避雷线断线检测系统。该系统以单端行波法为原理,由信号发生模块,传感器模块,信号采集模块、控制器模块四部分构成。信号发生模块负责产生行波脉冲信号,传感器模块负责采集回波信号,信号采集模块负责将采集到的回波信号处理转化送给控制模块,控制模块负责分析回波信号,判断故障类型和故障点位置。该文对各个模块的电路和性能参数进行设计,搭建整体的检测系统。经实验验证,该系统可以精准的实现断线判断,并获得断线位置,测量误差精确到0.5 m以内。

3.8 MV快前沿电磁脉冲模拟器脉冲驱动源研制

为满足强电磁脉冲试验的需求,研制了一台输出电压可达3.8 MV的全气体绝缘快前沿脉冲驱动源。该脉冲源采用二级脉冲压缩技术路线,由Marx发生器、中储电容、中储开关、陡化电容及陡化开关等组件构成。内部各组件均采用模块化、紧凑型设计思路,并整体放置在一个层层嵌套的腔体中,各层之间充有不同压力的SF_(6)气体。整机具有输出电压高、结构紧凑、重量轻及便于移动等优点。测试结果表明,在驱动75Ω倒立圆锥天线负载时,初级源最大输出电压大于3.8 MV,负载处输出电场波形的脉冲前沿小于2 ns。通过开关导通时刻的调节,在天线处生成的辐射场波形满足IEC 61000-4-25标准中关于电磁脉冲试验波形的规定,因此可将其作为电磁脉冲模拟器的脉冲驱动源,开展系统级电磁脉冲试验,用于电磁脉冲效应及加固防护技术研究等工作。

新工科背景下电子技术课程教学改革研究——评《数字电子技术基础》

新工科是相对于传统工科而言的一种理念和学科方向它是针对新兴产业的发展需求,特别是在信息技术、大数据、AI技术、人工智能等新兴科技高速发展、传统产业升级的背景下,对工科进行的创新和改革。新工科的特点是适应新兴产业、跨学科融合、强调创新能力、注重产学合作。发展新工科教育是适应企业产业升级和转型的需求,培养学生的创新能力和综合素质,促进学科交叉和融合,推动科学技术进步,增强国家在新兴产业领域的竞争力,以推动整个国家经济发展。电子技术是新工科发展的前沿领地,它是信息技术、人工智能、大数据技术的基础,为信息的处理、传输和存储提供了硬件支持。因此,在新工科背景下,对电子技术课程教学进行改革也摆在了教育系统的面前。