High Performance Bilinear Differential Preamplifier for BESⅢ Time-of-Flight System

A time-of-flight (TOF) detector has been used in the BESIII experiment to provide charged particle identification. In this paper, we present a novel high performance differential amplifier, which has been designed for amplifying the signals from the detectors. The preamplifier can amplify differential signals, which can help to eliminate the common mode pickup, and increase the signal-to-noise ratio (SNR). Bilinear gain is one of the features of this preamplifier, which greatly increases the dynamic range and avoids the dead time of the preamplifier. In order to describe the bilinear gain, a 4-parameter function is developed. And this 4-parameter function can also be used in the calibration of the time walk caused by the amplitude due to the bilinear gain. The preamplifier has a gain about 10V/V with a small signal and about 1.0V/V with a large signal. The rise time of the preamp is less than 2 ns.

便携式车载高增益DC-DC变换器大信号稳定控制策略:基于扰动观测器的反步技术

充电效率低和可用里程短等问题严重阻碍了电动汽车的进一步发展。由于前级电动汽车输出电压较低,需采用便携式高增益DC-DC变换器实现电动汽车间快速能量交互。该文以交错并联双升压变换器为研究对象,采用基于扰动观测器的反步控制算法,提高变换器抵抗内外干扰的能力。扰动观测器对系统寄生参数进行等效估计,提高了系统抵抗内部参数扰动的鲁棒性;同时实时估计输出功率和输入电压,减少使用传感器以降低系统成本。利用扰动观测器的输出,进一步设计了反步控制器,以严格保证系统大信号意义上的稳定性。此外,文中采用相电流平衡补偿器,解决了六通道之间的均流问题,减少热损失并提高了设备的使用寿命。最后,仿真和实验结果验证了提出控制器的有效性。

基于反相积分峰值检测法的高频信号AGC系统

针对现有非射频自动增益控制系统难以处理高频信号的问题,提出了一种反相积分峰值检测方法,并基于此方法设计了高频信号自动增益控制系统。反相积分峰值检测法是针对低频MCU设计的高频信号峰值检测方法,可以实现宽频带上的高精度峰值检测。系统由反相积分峰值检测模块对输出信号进行峰值检测,由MCU控制模块根据峰值检测结果调控可变增益放大模块的增益,实现自动增益控制。实验结果表明:该自动增益控制系统最高工作带宽可达200 MHz,相对误差在0.7%以内,相较现有基于非射频峰值检测法的自动增益控制系统,最高工作带宽在控制精度更高的前提下提升到2倍以上。

准谐振改进型SEPIC变换器建模与分析

凭借高电压增益及低电压应力的特点,改进型SEPIC变换器广泛地应用于光伏、不间断电源等领域。同时由于其具有良好的软开关特性,可应用于高频场合,以提升功率密度。为了拓宽负载变化范围,改善动态响应,其数学模型的建立至关重要。采用广义状态空间平均法,对基于开关电感的准谐振改进型SEPIC变换器进行建模,建立其对应的小信号模型,并得到系统输出的传递函数。使用K-factor的方法设计补偿器,优化系统的动态性能,设计恒流输出的数字控制实现方法,并通过实验进行了验证。

一种伪随机开关动作的自稳零运算放大器

设计实现了一种低失调、高增益的轨到轨运算放大器(运放),整体电路主要包含带隙基准、环形振荡器、伪随机信号发生器、主运放以及调零辅助运放。采用时间交织结构的自稳零技术降低了运放的输入失调电压,通过主运放与辅助运放增益相叠加的方式获得高增益。为了改善自稳零运放开关动作所引起的互调失真现象,设计了一种伪随机信号发生器,用于控制自稳零运放的开关动作,以一种非固定周期的伪随机时序信号代替传统的周期性时序信号,避免了由MOS开关管周期性动作引入的二次谐波甚至多次谐波,改善了运放的调零效果,消除了输出信号中的互调失真。基于0.5μm CMOS工艺完成了整体电路的设计与流片,电路仿真与芯片实测数据均达到较好效果。在电源电压5 V,环境温度25℃条件下,实测输入失调电压为0.6μV,输入偏置电流小于10 pA,开环增益为140.8 dB,共模抑制比为138.4 dB,电源抑制比为142.9 dB,该电路可用于高精度信号采集和调理。

低噪声高增益锁相放大的微弱信号检测系统

设计了基于低噪声高增益发大技术、锁相放大技术和高速高精度采集技术相结合的微弱信号检测系统,该系统采用ARM和FPGA为控制核心,由程控放大模块对待测信号进行宽带滤波和高增益放大,通过双锁相放大器将信号分解成2个正交分量,由24位模数转换器进行高速率采集,实现微弱信号的高精度检测,并通过网口与上位机实时通信和波形显示。测试表明,该系统可将被测信号放大10~8×10~6倍,输入短路噪声低至2nV·Hz^(-1/2),最大可调带宽为10kHz,时间常数3~30 ms,采样速率为52.734kHz,成功检测到239.60nV随时间衰减的核磁共振信号,可用于电子类专业本科实验教学。

一种可用于轨道角动量的受激布里渊放大的光子晶体光纤放大器

为了实现高纯度轨道角动量模式的传输和放大,本文提出了一种可用于轨道角动量的受激布里渊放大的光子晶体光纤放大器并对其结构进行了设计.利用有限元法在C波段内对该光子晶体光纤放大器的传输性能进行了系统分析,研究结果表明,该光子晶体光纤放大器可支持66种轨道角动量模式的高纯度传输和放大,其传输的轨道角动量模式的纯度均高于99.4%.通过对不同拓扑荷数的轨道角动量模式的布里渊增益谱进行系统的分析,发现均具有较高的布里渊增益系数(>7×10^(-9)m/W),与现有的性能最优的OAM放大器相比提高了4—5个数量级,实现了较高的信号增益.该光子晶体光纤放大器的综合性能显著优于现有基于受激布里渊放大的光纤放大器和掺杂稀土离子的光纤放大器,这使其能够稳定、准确地对OAM模式进行同步放大和长距离传输,为轨道角动量模式激光系统的设计提供了一种可能.

嵌入式时栅传感器高精度激励设计

介绍了嵌入式时栅传感器的基本原理,分析了两相激励信号不一致性主要是幅值不等和相位不正交对传感器测量精度的影响。基于DDS原理结合反馈控制设计了高精度的激励信号模块,采用反馈电路控制可程控放大电路调理两相信号幅值,实现了激励信号的幅值相等,基于闭环反馈控制直接修改数字激励信号实现了信号的相位正交。实验研究结果表明,采用这种闭环控制的方法,传感器短周期测角误差从±65″降低到±16″左右,常值误差基本消除,传感器精度大幅度提高。

微电流信号的高带宽调理技术及应用

为实现对电流型快响应探测器微弱信号的高速探测和处理,给出了一种微电流信号的高带宽调理方法.分析了几种PIN光电探测器输出信号的频带和幅度特征;以脉宽50ns、电流范围20n A^0.1m A的微电流信号为设计目标,给出了微电流信号的调理方法和设计分析,设计并实现了针对该目标信号的高带宽调理电路;进行了性能对比测试实验,通过与光电倍增管PMT9215B进行输出响应对比,结果表明该调理电路对脉宽40ns的脉冲信号响应良好,响应波形的上升沿和半高宽约10ns,调理电路的信号带宽约35MHz,信号调理的带宽和幅度达到了量化采样要求,验证了该方法的正确性和可行性;应用该调理电路进行了4×32 PIN二维阵列光电探测系统的设计实现,系统动态范围约56d B,时间响应特性良好.

高频宽增益小信号放大器的设计及在医用超声功率计中的应用

介绍供医用超声功率计用的两种高频、宽增益的小信号放大器,并比较了它们彼此的优缺点。

一种双色激光接收放大电路设计

为了实现对双色激光探测器的光电信号转换和处理,设计一种高增益光学接收电路。采用前置放大器和主放大器两部分放大电路,使用多级放大器级联,通过优化各级放大器的放大倍数和级间匹配,实现高增益放大,并转换为差分信号,实现与后级模数转换器件的匹配。通过对接收电路的测试表明,可以有效输出稳定的高增益高信噪比双色信号,实现前放100倍、主放56 dB的放大和差分信号输出。

带选频滤波功能的程控高增益音频放大器

为了对传感器产生的微弱信号同时进行选频滤波和大增益放大,研制了一种带选频滤波功能的程控高增益音频放大器.该系统主要包括控制中心(单片机12LE5A60S2)、放大器模块(VCA810和两级固定放大)和选频滤波模块(LTC1068和FPGA).测试结果表明:该系统的增益在80 dB～120 dB范围内可按1 dB步长调整,选频带通滤波器的中心频率在200Hz～3.1 KHz范围内可按1Hz步进,且通频带宽度不大于100Hz.

燃料电池发电系统中高增益直流变换器控制回路的设计

燃料电池输出电压具有低等级和宽范围变化的特性。为满足直流负载或后级逆变器的需求,设计一种具有较高电压等级且稳定的高增益直流变换器是关键。文章分析单管高增益二次型Boost变换器的主电路拓扑结构、工作原理及稳态性能,通过对其小信号建模及频域特性分析可知:被控制对象的开环传递函数中含有2个谐振尖峰,系统稳定性差,需在控制回路中加入相应的补偿网络。为此,设计了控制回路的补偿网络并对控制回路参数进行选取。仿真和实验结果表明:输出电压都能稳定在期望值50 V;仿真输出电压纹波为2%,实验输出电压纹波为2.5%。同时由实验结果还知,满载时变换器工作效率最高达到90%。仿真和实验结果验证了变换器设计的正确性和可行性。

高精度电动车电池信号检测系统设计

针对电动车在各复杂工况下满足电池信号高精度、实时、可靠检测的要求,在分析当前电池系统信号检测的基础上,设计开发了基于程控增益调理电路、多通道同步采样电路和车用单片机S9S08DV16F1MLC的信号检测系统。首先给出了系统总体设计方案,然后设计了硬件电路和软件程序,最后通过实际电气测试证实其具有较高的精度及可靠性,完全满足要求。

局部放电检测高增益柔性馈电立体螺旋天线的设计与应用

局部放电(partial discharge,PD)检测天线在检测方向上应保持高增益,以改善灵敏度和信噪比。由于适配的功分网络截面积大,因此高增益立体螺旋天线尚未运用于局部放电检测领域。以单臂螺旋天线和四臂螺旋天线作为研究对象,通过仿真确定天线优化区间,并以带宽、增益作为目标,基于粒子群优化算法优化结构参数,以提高检测灵敏度,保持定向高增益;设计适配的柔性功分馈电网络,以减小天线体积、提高信噪比;通过局放测试检验设计的高增益立体螺旋天线的性能,并与商用平面等角螺旋天线比较。研究结果表明:优化后的单臂螺旋天线具有多频段检测特点,结构简单,占用空间小;通过柔性功分网络加载的四臂螺旋天线在0.5~2.0GHz频段的增益均>5.0 dB,主谐振点1.02 GHz处的增益达到了6.37 dB,整体横截面直径缩小至60 mm,测试信噪比优于平面等角螺旋天线。与传统局放检测天线相比,设计的高增益柔性馈电立体螺旋天线能在特高频范围的低频段保持高增益,并在各谐振频率保持轴向检测特性。

基于MEMS MIC的心音检测装置的设计和实现

该文阐述了如何研制出一种基于高增益MEMS MIC的数字化心音信号检测装置,其能够对人体心音进行准确的采集和存储。根据前人采用传统听诊器采集心音的方法,该系统对传统听诊器进行改进,设计出配备MEMS麦克风传感器的复合探头。MEMS麦克风传感器将声压信号转化为电压信号,并对采集到的信号进行放大、Σ△转换、抽取和滤波等处理。通过蓝牙将心音信号上传到PC端,对其进行经验模态分解(EMD)重构信号,再借助独立成分分析(ICA)方法进行盲源分离,最后通过自相关分析计算心率。文末对该系统的性能进行了初步的对比分析,并验证了所采心音信号的准确性。

低频低噪声高增益放大器

本文是对低频低噪声高增益放大器的设计与制作,本设计包括前置放大电源、信号源,控制指示及输出保护电路,电路设计比较全面,设计制作装置较好地满足了题目要求。

高增益隔离DC/DC变换器的研究

针对直流操作电源中单体电池低压输入、高压输出及均流隔离的要求,提出了高增益隔离DC/DC变换器。采用了交错并联Boost和移相全桥ZVS级联拓扑结构,阐述了变换器的工作原理,分析了变换器的控制策略,设计了2台600 W的样机。实验结果表明,该变换器具有电路结构简单、升压比高、性能良好、控制简单等优点,对变换器的设计具有一定的借鉴意义。

一种用于生物信号采集的CMOS全差分前置跨阻放大器设计

针对生物信号微弱、变化范围大等特点设计了一种用于检测微弱电流的全差分跨阻放大器(TIA)电路结构。不同于传统电路的单端输入,该结构采用高增益的全差分两级放大器实现小信号输入及轨到轨输出。基于CSMC 0.18μm CMOS工艺,采用1.8V电源电压对设计的电路进行了仿真,仿真结果表明:TIA输入电流动态范围为100nA^10μA,最大跨阻增益达到104.38dBΩ,-3dB带宽为4MHz,等效输入噪声电流为1.26pA/Hz。对电路进行跨阻动态特性仿真表明,在输入电流为100nA时,输出电压的动态摆幅达到3.24mV,功耗仅为250μW,总谐波失真(THD)为-49.93dB。所设计的高增益、低功耗、宽输入动态范围TIA适用于生物医疗中极微小生物信号的采集,可作为模块电路集成在便携设备中。

基于高频信号注入法的电流测量增益误差补偿

针对永磁同步电动机相电流采样增益误差引起的电流测量精度降低的问题,采用了一种周期性注入高频电压补偿电流增益误差的方法。高频电流响应中的正相序分量和负相序分量用于平衡和补偿相电流测量增益误差。这种方法可以用于电动机的初步调试或者起动阶段,也可以周期性的用于电动机常规运行阶段。仿真结果表明,这种补偿算法可以有效的消除相电流测量增益误差,抑制误差所引起的转矩和转速脉动,提高交流调速系统的稳态和动态性能。