集成电路测试新工科人才产教融合培养模式探索与实践

集成电路测试是集成电路设计制造产业中的重要环节。针对目前国内集成电路测试行业专门技术人才紧缺的现实需求,合肥工业大学联合国内外集成电路产业知名企业,从课程教学内容与教学方法、实验平台建设与实验设计、创新能力培养与学科竞赛等环节入手,在仪器类专业探索现阶段适合于集成电路测试新工科人才培养的校企合作办学模式。近年来,在集成电路测试课程体系完善、实验平台建设、实践环节培养等方面均取得较好的成果,为新工科人才产教融合培养提供实践经验和参考案例。

实物在环实时仿真教学法研究

新工科背景下,为培养学生创新实践能力,建设国家级一流本科课程,提出了一种新型的适用于电子技术基础课程的教学方法——实物在环实时仿真教学法,应用于北航数字电子技术基础课程。通过口袋仪器和实际硬件进行数字电路设计,可解决虚拟仿真的真实性问题,培养学生解决复杂工程问题的能力;通过虚拟仪器展示波形,使知识难点可视化,有助于学生更快、更深刻理解。实践表明,这种方法取得了良好的教学效果,提高了教学质量。通过该教学方法学生获得了更丰富的学习体验,培养了创新实践能力。

节点仪器采集电路低功耗设计技术探讨

近年来,随着高精度勘探技术的逐步规模化应用,无论单个项目投入设备数量,还是应用项目比例,节点仪器都呈现出增长的趋势。本文在介绍节点仪器产品现状的基础上,分析了其采集电路组成及工作功耗的主要影响因素。最后,从关键器件选型、硬件电路、固件低功耗优化设计等方面阐述了节点仪器采集电路的低功耗设计思路,并给出具体的验证实例,以期为今后体积小、重量轻、续航时间长、综合技术性能更优的节点仪器研发、制造提供参考。

ZPW-2000移频信号检测实验仪的设计与实现

依据周期测频法设计了以FPGA为核心器件的ZPW-2000移频信号检测实验仪。该实验仪采用8个计数器实现移频信息的检测,其中,边频检测采用2个计数器分别检测计数信号上下跳沿,通过选择2组计数值中较大值,使计数误差降低至0-1个计数信号周期,在200 MHz计数信号下,边频检测误差可控制在0.07 Hz以内;低频检测采用6个异步计数器,分别实现移频信号中低频成分的获取及低频频率的检测计算,低频频率计数器通过设置前N个状态进行低频计数,第N+1个状态进行计数值锁存分析的方式,有效降低了低频获取引起的误差。分析发现,当N≥10时,最大误差可降至0.029 Hz以下。实验仪实测证明,边频、低频检测误差均能满足铁道标准TB/T 3532—2018中移频信号上下边频误差±0.15 Hz、低频误差±0.03 Hz的要求;检测实验仪能准确解算出基于FPGA的ZPW-2000移频信号发码实验仪移频信息,解决了ZPW-2000系列轨道电路移频信号教学及实验任务必须采用铁路专用设备的限制,结合发码实验仪可为学生更直观地展示轨道电路发码与检测过程,使学生更加深入地了解移频轨道的电路原理。

Modeling analysis and optimization design of the thermostatical control system of laser instrument of the semiconductor

Influence produced by the heat effect at work of the laser instrument crystal of the semiconductor, the text designs a kind of temperature control system to the crystal of the laser instrument, using the thought and method of the classical control theory to analyze this temperature control system, and establishes mathematics model. According to mathematics model the text demonstrated the system at S field and time- area, and proposed optimizing basis to the total mark of proportion and differential parameter to con- troller PID, thus proposed a kind of temperature control scheme. And the thermostatically system is simulated by MATLAB.

A novel wide-range precision instrument for measuring three-dimensional surface topography

We developed a measuring instrument that had wide range, high precision, small measuring touch force. The instrument for three-dimensional (3D) surface topography measurement was composed of a high precision displacement sensor based on the Michelson interference principle, a 3D platform based on vertical scanning, a measuring and control circuit, and an industrial control computer. It was a closed loop control system, which changed the traditional moving stylus scanning style into a moving platform scanning style. When the workpiece was measured, the lever of the displacement sensor returned to the balanced position in every sample interval according to the zero offset of the displacement sensor. The non-linear error caused by the rotation of the lever was, therefore, very small even if the measuring range was wide. The instrument can measure the roughness and the profile size of a curved surface.

双通道气压止血仪的研制

在创伤救护和外科手术中,止血仪作为最常用的手术工具可以有效减少术中出血和保持清晰的手术视野,提升手术效率。针对现有止血仪气压采集精度低、操作繁琐以及工作不稳定等问题,设计并研制了一款以NUC029LAN芯片作为核心控制器的双通道气压止血仪。利用该芯片对电磁脉冲的抗干扰特性以及移动平均算法降低噪声干扰,优化了设备的抗干扰能力和测量精度。对静态压力显示误差进行检定及误差数据分析,研究结果表明,该设备的静态压力显示误差均小于5 mmHg。同时,在操作系统上进行优化,设置参数独立的双通道止血环套,使设备在操作过程中更加灵活、便捷高效。

星载高动态范围差分吸收成像光谱仪成像电路设计及实现

星载差分吸收成像光谱仪通常运行于太阳同步轨道,探测地表反射光的光谱并根据特征气体的谱线吸收强度测量区域内某些痕量气体浓度。第一代星载差分吸收光谱仪受限于探测器性能等原因,探测的动态范围不大,造成暗背景下数据信噪比低,亮背景下像元饱和。随着更大阱深,更高速度的探测器出现,第二代高动态范围的差分吸收成像光谱仪得以实现。本文介绍了高动态范围的差分吸收光谱仪成像电路的研制过程,包括器件选型,电路方案及电路测试,并对测试结果进行了分析。重点讨论了高动态范围的实现,给出了单点测量值的概念,提出了最大单点测量值的计算公式,解释了最大单点测量值与动态范围的关系,并评估了探测器件的单点探测能力,同时规划了未来进一步提高动态范围的方法,从而为同类设备的研制提供参考。

一起电缆故障后继电保护动作行为分析及改进

对某水电站10 kV厂用电电缆接头故障后继电保护动作行为进行了分析,介绍了保护装置接地零序电流采样错误、保护动作死区等问题的发现方法,以及调整电缆零序CT安装位置、优化10 kV母线进线断路器安装位置、增加带电显示装置等有效解决措施。

基于超级电容的智能电能表长寿命后备电源设计

智能电能表的进一步发展要求在外部供电电源中断后具有一定时间的远程通信能力,以便电能表数据的备份与停电等重要事件上报。作为常规后备电源的电池与电解电容都存在弊端,前者使用寿命较低,后者容量太小。文章首先用超级电容寿命估计理论论述了满足新一代电能表16年设计寿命的可行性,给出了满足寿命要求的超级电容备用电源充电电路设计,并解决了储能电容的待机能力,最后针对微功耗电路难以用常规仪器测量的现实,使用Spice模拟电路仿真工具分析了电路功能,并进行了实际电路试验,验证了电路方案的可行性。文章对市电供电的智能互联仪表设备的备用电源设计具有一定的借鉴意义。

基于MCU集成电路技术的智能仪器仪表硬件电路设计与实现

微控制单元(Micro Control Unit,MCU)集成电路技术具有强大的处理能力和可配置性,能有效支持复杂的数据处理和控制任务。智能仪器仪表对高精度、高可靠性及良好用户交互性的高标准需求,正驱动着相关人员探索先进的硬件电路设计方案,以适应日益严苛的工业应用标准。介绍基于MCU集成电路技术的智能仪器仪表的硬件电路设计与实现,阐述关键组件的选择与设计、印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)布局设计等,并探讨硬件电路的实现,旨在为智能仪器仪表的设计提供一套完整的解决方案。

测井仪器常用恒流源的应用分析

恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源,在测井仪器中,恒流源为测井仪器的各种传感器提供稳定的电源输入,确保了测井仪器测量的质量。通过对典型的晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源分析,理解其各自应用特点,能够更好的提升仪器维修效率,提高电路分析设计能力,优化测井仪器恒流源的电路结构,提高仪器测量的稳定性和准确性。

电子式互感器辐射发射超标诊断及整改方法

电子式互感器是一种配电装置,由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电压或电流传感器组成,向仪器、继电保护或者控制装置传输正比于被测物理量的数值。一组电子式互感器共用一台合并通信单元。合并通信单元将来自变送段的电流或电压采样数据与采样时间进行相关的组合,并按约定的通信协议以数据帧的形式连续发送至以太网。依据GB/T 20840.8—2007标准规定的辐射发射试验来考核某型号电子式互感器时,发现其合并通信单元存在电磁辐射干扰超标现象。通过分析超标频点的干扰形成原因,采用了时钟扩频技术对产品电路进行改进,解决了问题,并得出了采用时钟扩频技术来抑制高频辐射骚扰的解决方案。

滤波器设计教学方法研究

针对大学电类实验中频域相关内容偏少的现象,以滤波器设计为实验内容,将虚拟仪器技术中的波特图仪、FFT频谱仪等频域测量设备应用到“电子线路课程设计”的实验教学中。通过滤波器的设计、特别是滤波器特性的分析以及特性的实验验证等教学环节,强化学生对于频域相关知识的理解,同时依靠虚拟仪器技术也大幅度拓展“电子线路课程设计”课程在频域方面的实验教学空间。

铁路轨道信号在线测量仪补偿电容检定结果不确定度评定

为了保障铁路轨道信号在线测量仪测得的ZPW-2000A轨道电路补偿电容容值准确、可靠,依据JJG(铁道)702—2021《铁路轨道信号在线测量仪检定规程》,利用XHBQ-Ⅰ型轨道信号测试设备综合校验仪,检定铁路轨道信号在线测量仪。介绍检定方案,评定补偿电容检定结果不确定度,并进行验证。结果表明,检定方案满足量值传递要求,能保证铁路轨道信号在线测量仪测量的电容结果准确、可靠。

矿用孔中瞬变电磁仪的研制

针对传统矿井瞬变电磁仪易受井下人文干扰因素的影响,设计了一种矿用孔中瞬变电磁仪;仪器的发射部分主要由电桥电路、消隐电路组成;为缩短关断时间,源栅之间的稳压二极管和发射线圈两侧吸收消隐电路构成快速关断电路系统,快速释放射线圈中的能量,削弱电感效应;接收部分具备全空间信号采集能力,通过自调节二次场信号的增益倍数,使设备动态范围满足需求。试验表明:该仪器具备探查钻孔径向含水异常体的能力,由于装置位于孔中,距探测目标体近,易获得信噪比高的二次场信号,并避免了巷道人文干扰因素的影响,提高了探测精度。

汽车液晶仪表的燃油显示算法研究

针对传统汽车存在油量显示不够稳定和精确度不高的问题,对仪表的软件和硬件作了逻辑分析与改进,设计了用于仪表油量显示A/D电路和油量算法,油量算法包含滤波处理、阈值控制、纠错处理等控制策略,用以改善液晶仪表存在油量显示不够稳定和精确度不高的问题,并通过常规测试、加油漏油测试、车况模拟测试等模拟测试和不同工况下的实车测试,验证了所设计的油量算法能满足油量显示指示准确性以及油量显示的响应速度要求,可实际应用于液晶仪表开发。

长三角地区集成电路产业政策量化评价

为探寻长三角地区集成电路产业现行政策聚焦点,挖掘政策特征并评估政策效力,基于政策工具理论与创新价值链理论,以长三角地区23项集成电路产业政策为研究对象,构建“政策工具—创新价值链—政策内容”三维分析框架,挖掘产业政策典型特征,并采用PMC指数模型,评估长三角地区集成电路产业政策的优劣。研究发现,长三角地区集成电路产业各类政策工具使用比例不均衡,基础研究环节政策工具的应用比例低,且存在政策时效、政策功能等得分较低的问题。基于上述结论,提出优化政策工具应用组合、兼顾创新价值链各环节以及丰富完善政策内容等对策,旨在为最大化发挥政策工具组合效力、完善和优化集成电路产业政策体系、助力“中国芯”的发展提供参考。

水声传感器调理电路设计

由于水下环境极其恶劣且水声传感器输出信号微弱,在传输微弱信号时又常常受到其他信号的干扰而不能直接用于后级采集电路,因此需要对水声传感器的输出信号进行一系列处理。设计一种水声传感器调理电路,主要包括前置放大电路、滤波电路、单端转差分电路。该电路采用了低功耗、极低噪声、超低偏置电流的高速仪表放大器AD8421和低功耗、低噪声、低偏置电流的运算放大器AD8022,其中滤波电路由四阶有源SK高通滤波器与二阶有源MFB低通滤波器级联构成。仿真和测试结果表明,该电路可实现固定增益为20 dB,较宽的通频带100 Hz~500 kHz,截止频率处的衰减小于1 dB,短路等效输入噪声不大于2μVrms。该电路的噪声性能较一般信号调理电路更优异且电路结构更简单,可以灵活运用于微弱信号的采集和处理。

仪表放大器参数特性分析与测试方法研究

仪表放大器在各个测量系统中均有着十分广泛的应用,对其进行测试和筛选能够有效地剔除其中的不合格品和早期失效产品,防止给系统造成进一步损失。目前仪表放大器暂无相应的测试标准,通常将其作为运算放大器接入运放环中进行测试,导致部分电性能参数难以测试和筛选。本文通过对仪表放大器的结构原理和参数特性进行分析研究后,提出了一种基于ATE与外接高精度数字多用表联合测试的方法。实验结果表明,该方法能够实现仪表放大器较为全面且高精度的测试,在元器件质量与可靠性保证方面具有良好的应用价值。