基于惠更斯等效原理的高速高密度PCB分级建模方法

当带宽达到20 GHz以上时(波长从15 mm到无穷小),高速高密度电子系统的内部电路电磁环境变得十分复杂,越来越难以建模和分析预测,进一步当带宽达到40 GHz以上时,电路电磁环境问题将变得更加尖锐.为在设计阶段能够对电磁作用过程、作用效应进行预测评估及控制,需要精确的建模方法和针对大尺度问题的快速计算技术,尤其是超大带宽超高速混合电路和集成电路.本文提出了基于混合电路环境电磁计算基础理论的跨尺度处理技术,通过惠更斯等效原理和电磁奇异性几何结构的电磁收敛降速机理的利用,解决了多维交叉多尺度电路电磁环境场路融合的高效率高精度建模技术挑战;利用惠更斯等效原理和基尔霍夫积分方程,在区域边界面上定义了惠更斯端口,提出了对于任意复杂印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)同时垂直方向和水平方向区域分解的一般方法,实现了任意PCB结构的分级分类处理和模块化封装,提高了高速高密度电子系统分析的灵活度;提出了基于几何结构电磁学多重本地本征展开的技术途径,发展了基于模式和区域分解分割的快速并行处理技术,通过电磁锐变区域本征描述及场分布的本征基函数表征,实现了高精度和高计算速度兼得,减少了复杂电子系统的计算时间和设计时间.统计数据表明,本文提出的方法在0~40 GHz大带宽频率范围内频偏误差为3.7%、幅度偏差为±3 dB.本文提出的PCB分级建模分析方法可以应用于高端电子通信系统设计,提升我国宽带高速数模系统的高效电路设计和环境电磁调控能力,缩短产品研发周期.

基于FastICA-LDA的光伏并网逆变器故障诊断

为了实现逆变器开路故障诊断,提出了一种新的诊断方法。该方法采用快速独立成分分析算法判定逆变器是否发生单管开路故障,如果发生单管开路故障,计算旋转电流Id频域下的特征值,将这些特征值作为线性判别分析模型的输入值,最后由LDA模型输出逆变器工作状态编号,从而实现单管开路定位。经过MATLAB仿真验证表明,所提方法对光伏并网逆变器故障的诊断效果较好。

端接复杂电路传输线网络的电磁耦合时域并行计算方法

针对端接复杂电路传输线(TL)网络的电磁耦合问题,仍缺乏高效的场路协同仿真技术。该文将传输线方程与时域有限差分(FDTD)方法、诺顿定理和置换定理以及NGSPICE软件相结合,并引入消息传递接口(MPI)并行技术,提出一种高效的时域混合并行算法(FDTDTL-NGSPICE)。首先,根据诺顿定理和置换定理,将传输线网络分解为传输线子系统和复杂电路子系统,并构建对应的等效电路模型。然后,使用FDTDTL并行算法计算传输线子系统沿线各点的电压和电流,并获取对应诺顿等效电路的电流源和等效导纳大小。最后,使用NGSPICE对复杂电路子系统进行传导干扰分析,获得复杂电路各元件上的瞬态响应,并将端口电压反馈给传输线子系统作为边界,实现传输线网络电磁耦合的场线路联合协同仿真。通过对3类典型场景的计算实例,分别使用时域混合并行算法和电磁仿真软件CST电缆工作室(CS)进行数值模拟并对比,验证所提算法的置信度。

一种高精度流水线ADC系统设计与建模方法

针对传统模数转换器(analog to digital convertor,ADC)设计复杂度高、仿真迭代时间长的问题,提出了一种高精度ADC系统设计与建模方法。该方法以10 bit 50 MHz流水线ADC为例,首先选取分离采样架构,进行电路的s域变换理论分析;其次对电路中各种非理想噪声的表达式进行精确推导,根据系统中的运放功耗指标进行参数优化;最后分别在MATLAB和Cadence软件中建立模型,进行100点蒙特卡洛仿真。仿真结果表明,在TSMC 180 nm工艺失配下,该流水线ADC有效位数达到9.70 bit,无杂散动态范围维持在76 dB附近,微分非线性在0.3 LSB以内,积分非线性在0.5 LSB以内,核心功耗在8 mW,该分析方法在保证流水线ADC优异性能的同时,大幅提高了设计效率。

基于FPGA的功能域隔离电路设计

静态随机存储器(Static Random Access Memory, SRAM)型现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)广泛应用于航空航天系统中,但是高空中FPGA易受高能粒子影响造成配置出错,互联资源上发生的单点错误可能导致跨域故障,使芯片内多个模块同时失效。跨域故障可能导致电路中的工作模块与检错模块同时故障,使设备中存在不能被检测到的隐蔽故障。针对上述问题,提出在芯片上将不同功能的模块相互隔离,并通过约束实现模块间可信通信的故障隔离方法,将故障限定在单一模块内,防止多个模块同时失效,提高电路的容错能力。通过故障注入评估隔离设计前后的航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet, AFDX)电路的各类故障发生率。实验结果证明隔离设计可以与电路原有的检错容错机制结合,将隐蔽故障的发生率降为原来的3%。

GSM-R核心网改造综合技术研究与应用

目前中国铁路行业无线通信系统主要采用GSM-R移动通信系统,该系统主要为无线接入网和核心网两部分。其中核心网部分主要负责该无线网络系统的核心数据交换和处理,其可靠性和安全性至关重要。该文对探讨核心网改造过程中核心网设备组网模式、割接业务系统内容、测试及保护模式进行研究,通过研究提高既有线路割接效率,减少施工过程中对既有设备的影响,降低行车安全风险,为今后同类型的施工提供宝贵的经验。

双馈风机故障穿越短路电流计算方法

双馈风电场故障穿越短路电流控制策略和保护电路比较复杂,导致现有短路计算过程繁琐、短路电流计算精确度不足,对当地电网的安全运行产生了较大影响。为了应对这一挑战,提出一种短路电流统一计算方法,以实现双馈风机故障穿越期间输出短路电流的精确数学解析计算。所提出的方法主要包括:1)充分考虑故障穿越期间的不同内部保护电路和控制策略,并建立全过程统一状态空间模型,故障穿越全过程包括撬棒保护阶段、去磁控制阶段和无功电流补偿阶段;2)建立基于定子电压和定子磁链的统一状态空间模型和定子输出短路电流计算方法;3)基于时频时域的拉普拉斯变换揭示了定子侧和网侧变流器的故障电流贡献机制,并将其表示为统一的短路电流表达式。大量测试结果验证了所提出方法的正确性和有效性。

660 MW汽轮发电机转子绕组匝间短路隐患的诊断分析及改造方法

某电厂660M W汽轮发电机在检修时发现转子匝间绝缘劣化迹象。结合相关试验数据和运行记录,判断该转子存在匝间短路隐患。同时根据制造厂家建议和机组深度调峰的需求,对该发电机转子进行灵活性改造。

评估旋转拼板避免玻纤效应的试验

高速印制电路板(PCB)如何避免设计和制造端的玻纤效应已有较多的解决方案。在设计已经固定时,在制造阶段旋转拼板是一种较常见的方案,多数拼板旋转角度参考行业内建议的5°~15°,但这种方法对物料成本、制造成本及时间成本有极大的浪费。生产实践中,建议剪裁实际产品的高速通道作为测试条,通过时域反射计(TDR)测试差分对内传输时延差(skew)和2根单线的阻抗差异对差分对的对称性进行统计分析,得到合适的生产拼板旋转角度。最后利用向量网络分析仪(VNA),对不同旋转角度差分对频域性能进行测试,并验证TDR测试结论。整个试验方案节省了大量的测试成本和物料成本,可为在高速PCB的加工制造中避免玻纤效应提供参考。

分数阶RL_(α)C_(β)电路的多变量域综合方法研究

电路的无源综合方法对电气设备的建模具有重要的应用。针对RL_(α)C_(β)分数阶元件电路的无源综合问题,文中介绍了其多变量域的综合方法。通过变量代换将频域形式的电路策动点阻抗函数转换到多变量域;进一步推导了其多变量域的Foster综合方法以及Cauer综合方法,并给出与综合方法相对应的电路模型。通过实例的仿真与分析,验证了所提出的综合方法理论的可行性,克服了以往综合方法使用多口变压器的缺点,对于电气设备的分数阶电路建模具有重要的应用价值。

冲激响应时域测量电路设计与应用

由单位冲激响应可利用卷积积分的概念求解动态系统对任意激励的零状态响应。基于卷积积分的概念和性质,提出一种系统冲激响应的时域分析方法,利用非冲激激励下的零状态响应来计算系统的单位冲激响应。以一阶、二阶电路的单位冲激响应测量为例,设计测量电路,通过Multisim软件仿真和实际电路测试检验了这种方法的有效性。所提冲激响应测量方法实现了从时域直接对单位冲激响应的测量,概念简单,物理含义明确,且电路实现简单、成本低。

New Log-Domain First-Order Multifunction Filter Using MOSFETs in Weak Inversion

A new current-mode first-order log-domain multifunction filter is presented in this paper. This filter has single input and provides three outputs (low-pass, high-pass and all-pass) using a first-order low-pass filter and five of current mirrors as building blocks. The proposed filter employs only MOSFETs and a grounded capacitor. The first-order filters are used in audio and video applications extensively. The MOSFETs of the core section are operated in weak inversion thereby making the circuit suitable for low-voltage, low-power applications. The SPICE simulations have shown good performance of the proposed filter.

面向可穿戴式医疗的对数域滤波器设计

阐述集成电路是实现可穿戴式医疗仪器重要部件的关键技术。对数域电路由于其功耗低、动态范围大,可以用于可穿戴式医疗仪器中,处理低频生理信号。

基于振动和电流信号多域特征联合的高压断路器储能状态辨识方法

为实现高压断路器的储能状态辨识,提出了一种基于伴随振动和电流信号多域特征提取的储能状态辨识方法。对振动信号进行倒频谱分析提取频域周期分量特征来体现电机周期性转动轨迹的基频和高频特性;采用相空间重构理论经关联积分法获取相空间域关联维数与Kolmogorov熵,定量评估储能过程随机运动的复杂程度;计算电机电流持续时间、起始电流值及偏度时域特征,与振动信号特征构建多域联合特征向量;通过支持向量机算法实现断路器储能状态辨识。实验结果表明,基于振动和电流信号多域联合特征的辨识算法准确率达到97%,有效地提高了断路器储能典型工况的识别准确率。

基于FastICA-SVM的光伏并网逆变器故障诊断

为解决电力电子器件在发生开路故障时,光伏并网发电系统中的逆变器虽能工作,但存在故障隐患的问题,提出一种基于快速独立成分分析(Fast Independent Component Analysis,FastICA)算法和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相结合的故障诊断方法。首先,采用FastICA对三相电流进行独立成分分离,当得到正弦半波和近似正弦波两个独立成分时,判定逆变器发生单管开路故障;其次,求取旋转电流I_(d)时的频域特征值,将其作为SVM模型的输入值;最后,以不同内积核函数构建SVM,将提取的特征值作为SVM的输入值,逆变器工作状态编码作为SVM的预测输出值,以此进行SVM模型训练。实验结果表明:FastICA能够实现逆变器单管开路故障判定;由二次内积核函数构建的SVM模型故障定位准确率最高,可达97%以上,证明了所提方法的有效性。

基于端口频域特性的水轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断

包含抽蓄发电机在内的大型水轮发电机转子为具有多匝长绕组的显极式转子,传统的基于交流阻抗测量的绕组匝间短路故障诊断方法存在灵敏性和便捷性等方面的不足。基于多导体传输线理论建立了显极式转子绕组的端口频域特性模型,通过仿真分析提出了故障判别和定位方法。最后通过真机转子的故障模拟和测试对诊断方法的有效性进行了验证。仿真和试验结果表明,所提方法能够在无需断开磁极间电气连接的测量条件下实现绕组匝间短路故障的诊断和定位。

数字控制DC-DC变换器改进离散迭代建模和稳定性分析

离散迭代模型是一种能精确描述数字控制变换器特性的工具,然而传统的离散模型通常计算复杂而且不够直观,不利于控制器的设计。该文对离散迭代模型进行合理近似,推导出数字控制DC-DC变换器在前沿和后沿调制下的二阶全局等效电路模型,解决了传统模型直观性和精确性之间的矛盾。该模型可以反映具有不同脉冲宽度调制方法的DC-DC变换器的稳态和动态行为。在等效电路的基础上,分析了数字控制的特性,推导出了z域传递函数,从而得到了不同调制方式下控制-输出的频率响应,并且分析了两种调制方式对系统稳定性的影响。此外,等效电路模型可以准确地跟踪详细开关电路的工作波形,并且对系统参数变化时系统的稳定边界做出精确预测。最后,搭建了DC-DC变换器的样机,验证了模型和理论分析的有效性。

基于随机森林二分类器的模块化多电平换流器子模块开路故障检测方法

随着模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)应用领域的日益扩展,其子模块的开路故障引起了更多关注。为了诊断子模块开路故障,该文提出一种基于机器学习(machinelearning,ML)的故障检测和定位策略。根据开路故障特性,文中选择子模块电容器电压作为故障检测的关键指标,然后引入一种从电压数据中提取时域特征的方法,以构造用于有监督学习分类器的样本。在对随机森林的分类器进行样本训练后,检测策略实时电压数据的特征量判断每个子模块的工作状态。所提出的策略可快速准确地定位故障子模块,而无需添加额外的传感器或构建电路的数学模型。最后,通过三相MMC实验平台验证所提出的开路故障检测策略的有效性。

基于Autoformer AI架构的SD-OTN专线流量预测模型

根据政企SD-OTN专线流量时间周期分布相似的特点,在业内首次采用流量序列时频域特征结合训练的Autoformer AI架构对流量序列进行预测,以获得更高预测准确性,并首次应用于某省联通的生产实践中,通过对流量趋势的精准预测,提前做好流量越限和丢包预警,有效降低SD-OTN的投诉量,可为SD-OTN客户提供付费的临时调速和周期性调速方案等增值业务功能。

高峰值电压长寿命超宽带时域信号源

设计了一款基于雪崩晶体管和Marx电路的超宽带(UWB)时域信号源,其具有较高的峰值电压、较快的上升沿、较窄的半脉宽、较高的重频、较长的寿命等特点。通过8路功率合成的方法,在电路成本较低的前提下,改善了输出电压饱和的问题,提高了信号源的输出电压。通过晶体管并联技术,在高峰值电压输出的情况下,提高了信号源的寿命。最终信号源实现了峰值电压10 kV,上升沿183 ps,半脉宽750 ps。在重频为20 kHz下,可以连续工作超过45 min。该信号源可用于对目标的探测、干扰、攻击和物质处理等领域。