高性能数字信号处理器的集成电路设计与优化

阐述高性能数字信号处理器(DSP)的集成电路设计与优化,分析现有的设计流程、核心设计和优化技术,以及前端和后端电路的设计与布局优化方法,以提高DSP的性能和效率,降低功耗和成本。

基于DSP/BIOS的多机通信系统的设计与实现

数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)在电子设计中应用广泛,DSP/基本输入输出系统(Basic Input Output System,BIOS)则是TI公司推出的一个应用于DSP平台的实时嵌入式操作系统,为设计多任务程序带来极大便利。以TMS320C5509A芯片为例,结合具体工程实践,设计了基于DSP/BIOS的多机集成电路总线(Inter-Integrated Circuit,I2C)通信系统。分析中断处理流程和数据发送流程,并指出设计过程中应该注意的相关问题,给出了系统稳定性和中央处理器(Central Processing Unit,CPU)利用率的测试结果,对相关工程实施具备很好的指导作用。

ISP核心算法与AI技术的融合分析

阐述图像信号处理器(ISP)芯片的动态范围映射(DRC)、时空域降噪(ST-NR)等核心模块的经典算法原理,分析相应的技术难点。针对目前的人工智能技术,总结了学术界在AI-ISP方向的最新研究进展以及相关成果工程化的障碍,提出对于ISP与AI技术融合方向的看法。

基于DSP的LPMSM驱动系统自适应积分反推位置控制

直线永磁同步电机(LPMSM)取消了滚珠丝杠和齿轮等中间传动环节,致使参数摄动、外界干扰和齿槽力等因素直接影响驱动系统的性能。为提高LPMSM驱动系统的位置跟踪精度,提出了一种自适应积分反推控制(AIBC)方法。建立含有干扰项的LPMSM系统模型,设计AIBC克服干扰对系统的影响,通过引入自适应律可对系统干扰进行估算并实时调整控制器参数,确保电机实际位置跟踪给定参考轨迹。采用高性能的数字信号处理器(DSP)作为控制核心,验证AIBC方法的有效性。结果表明,该方法可以使LPMSM驱动系统具有良好的伺服性能。

基于DSP的MIMU/GPS组合导航系统研究

介绍了一种以DSP为核心的MIMU/GPS组合导航系统设计,它具有体积小、成本低等优点。针对系统噪声难于准确统计的情况,系统采用了一种适用于系统噪声协方差阵未知情况下的自适应卡尔曼滤波算法,用它作为组合算法,并对组合导航系统进行了数字仿真。结果表明:该自适应滤波算法可以有效地抑制滤波发散,增强了系统对环境的适应性。

三毫米波目标RCS测量雷达信号处理机的设计与实现

毫米波频段目标的雷达截面积(RCS)特性,对于目标识别与分类、飞行器隐身及雷达反隐身等研究工作具有重要意义。实验测量是获得目标RCS特性的有效方法。本文介绍了三毫米波目标RCS测量雷达系统中信号处理机的设计和实现。该信号处理机由数据采集硬件模块和信号处理软件构成,对实时数据采集后进行离线信号处理。信号处理机对非相参输入信号过采样后完成数字下变频和抽取,将基带数据通过USB总线送入计算机处理,采用傅立叶变换(FFT)实现相参积累,并在积累后通过相对标定来测量目标RCS。理论分析和实测结果表明,可提高接收机灵敏度33dB,对目标RCS测量的相对误差小于5%。

基于DSP的车载GPS/DR/MM组合导航仪

对于城市车辆GPS导航来说 ,其很大的一个缺点是跟踪卫星的信号常常由于建筑物、隧道及树木等的遮挡而使GPS的定位精度大大降低 ,甚至无法进行正常的导航和定位。为此 ,作者研制、开发了基于DSP的车载GPS/DR/MM组合导航仪 ,本文详细介绍导航仪的硬件组成和软件编程 ,给出导航仪的组合方法 ,并进行跑车试验。试验结果表明导航仪具有良好的导航与定位性能 ,解决了单纯GPS系统无法连续定位和行驶中的车辆“上房”问题。

磁悬浮轴承数字集成控制器的研究

研制了以数字信号处理器(TMS320F28335DSP)为核心的磁悬浮轴承数字集成控制器,取代了一般的位置控制器和部分功率放大器环节,编制了相应的控制算法,采用试验方法研究了该数字集成控制器的静态和动态性能。将该数字集成控制器应用于五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统,实现了转子的静态稳定悬浮和高速旋转。研究结果表明,采用数字集成化的设计方法,能够优化磁悬浮轴承的电控系统,且具有成本低、程序的可移植性强、可靠性高、体积小等优点。

微小型导航系统中高精度导航计算机设计

通过分析微小型组合导航系统中导航计算机的功能要求,确定了导航计算机的硬件设计指标。提出以高性能浮点型TMS320C6713数字信号处理器(DSP)为核心处理器芯片,设计了高速18位差分A/D转换电路、16位D/A转换电路等多种接口电路,运用现场可编程逻辑技术有效地降低了系统设计复杂度。设计并实现了可靠的程序实现流程,使捷联惯性航姿系统脱离通用计算机平台。实验证明:基于DSP的组合导航系统的精度和实时性能够达到设计要求,并且,便携、价廉,对导航系统在微小型领域的广泛使用具有实际意义。

GNSS/INS紧组合算法实时性改进与嵌入式验证

针对GNSS/INS实时紧组合导航系统中存在的GNSS数据延迟以及组合更新解算耗时过长的问题,基于Kalman滤波理论,提出了一种在完成了滞后的观测更新后将误差状态向量一步转移到当前时刻的Kalman滤波数学模型.为了验证改进模型的有效性,首先,在Windows平台上,利用车载实测GNSS观测数据和IMU观测数据对比分析了使用改进模型解算与标准Kalman模型解算在GNSS信号中断时段内的导航误差,分析结果表明,2种模型的导航误差相当,说明了改进模型对时间延迟处理的正确性.然后,在DSP硬件平台上,基于改进模型实现了GNSS/INS实时紧组合导航系统,并进行了车载测试,实测结果表明:相对于标准Kalman模型,所提出的改进模型能够在保障紧组合导航系统精度的前提下,将输出导航结果的时间延迟减少到最小,保障了组合导航结果的实时性.

光电集成加速度地震检波器系统的研究

提出了一种基于 M-Z 光波导干涉型的新型光电集成加速度地震检波器,将光波导 M-Z 干涉仪、十字横梁硅质量块简谐振子、光波导偏振器单片集成在同一硅基底上,该系统在 GS1020组合振动测量仪(美国)上进行了测试,检测系统性能良好,能满足高精度、宽频带地震勘探要求.

CCD外围商用器件单粒子效应试验研究

采用中科院近代物理研究所回旋加速器产生的重离子(Kr),对商用的CCD外围器件进行单粒子效应试验研究,包括CCD信号处理器AD9945、高速视频D/A转换器ADV7123以及CCD时钟驱动器CXD3400等。试验得到AD9945、ADV7123在离子线性能量转移(Linear Energy Transfers,LET)为30MeV·cm^2/mg时,均发生单粒子锁定(Single Event Latch—up,SEL)现象,锁定截面分别为2.97×10^(-5)cm^2/器件和2.25×10^(-4)cm^2/器件;器件发生SEL时工作电流可达正常工作电流数倍,同时出现功能丧失,需断电重启才能恢复。试验发现CXD3400在离子LET为38 MeV·cm^2/mg、辐照通量达10~7cm^(-2)时,未发生SEL现象。

基于高性能DSP的小型组合导航系统设计与实现

提出了一种利用微小型惯性测量单元(MIMU)、全球定位系统(GPS)以及三轴磁强计(TAM)所构成的小型组合导航系统设计方案.分别介绍了导航传感器的选择及系统的结构.设计了以TI高性能浮点DSP处理器为核心的导航计算机,完成数据采集和导航解算等功能,并根据导航系统误差模型融合各传感器信息,实现了基于Kalman滤波器的组合导航算法.通过原理样机的实测数据验证了方案的可行性.

基于双CPU的多传感器组合导航系统研究

以单片机+DSP双CPU导航计算机构成的嵌入式硬件平台为基础,开展了磁航向辅助的捷联惯导/GPS组合导航系统的研究。采用八位置标定算法消除环境磁场对磁航向计的干扰,提高输出精度;多传感器的信息融合采用低阶卡尔曼滤波器,以满足导航系统导航精度和实时性的要求。针对双CPU导航计算机的特殊结构,设计出了整个导航程序时序控制流程,以实现多传感器数据采集的同步性和实时性。给出了数据采集周期和导航解算周期的时序控制以及双CPU之间的实时数据通信的实现流程,最后,通过实物联调验证了该方案设计是完全可行的。

基于DSP的电阻炉温度控制系统研究

温度控制系统通常是时变的、非线性的和具有纯滞后的复杂大惯性系统,控制效果与采用的控制算法有很大关系。为此,研究了基于DSP的电阻炉温度控制系统。该系统采用积分分离-变速积分PI控制,通过多次试验调节控制参数,能够得到加热炉设定温度和维持该温度所需功率之间的关系,根据热量平衡特点以及阶跃响应曲线特点,得到设定温度情况下控制较准确的参数,并且设定温度能够维持数小时不变。试验表明,基于DSP的电阻炉温度控制系统能够实现22～400℃误差±1℃的精度控制,具有很好的稳定性。

一种新颖的单片集成红外传感信号处理器

介绍一种新颖的单片集成红外传感信号处理器。这种处理器能与多种红外传感器匹配 ,对接收到的传感信号进行处理 ,产生控制信号 ,快速启动各类装置 ,实现自动控制。芯片设计中采用多种抗噪声和低功耗设计技术。本处理器用 1 .2μm双层多晶双层金属 N阱 CMOS工艺实现 ,芯片总面积 2 .7mm2 ,电源电压 5 V时的静态电流为 1 .2 m A。

基于DSP和单片机双CPU结构的电动机综合保护器

为适应继电保护装置保护、测量、控制与通信功能一体化的需要,结合DSP精度高、运算能力强、硬件资源丰富和单片机控制能力强等特点,开发了一款以TMS320LF2407A和W78E516B为核心的双CPU结构的电动机综合保护器。介绍了系统的主要功能并重点介绍了保护功能和测量算法,给出了系统的硬件结构、软件框图和运放升压的零点偏置电路,实现了模拟信号由双极性向单极性的转换。提供了Devi-ceNet通信接口。联网测试、动态模拟试验表明,该保护器能对35kV及以下电压等级的中压电动机提供有效的保护及基本的测量与控制,且具有良好的可靠性、重复性及较强的通信能力。

基于多传感器的组合导航接口子系统

针对多传感器组合导航系统对数据通讯的同步性和实时性的要求,以单片机和DSP双CPU导航计算机构成的嵌入式导航系统为对象,开展了相应的接口子系统设计和实现研究。完成了组合导航计算机的接口电路,并以此为基础,设计了整个导航接口子系统的时序控制流程,以实现多传感器数据采集的同步性和实时性。同时给出了数据采集周期和导航解算周期的时序控制,以及双CPU之间的实时数据通讯的实现流程,最后通过实物联调验证了该方案设计的可行性。

新型保护测控一体化系列装置的研制

针对工矿企业、中小型发电厂、110 kV及以下电压等级变电站的工程现场供配电的需求,提出了一套可用于高压开关柜,并能满足测量、控制、保护功能要求的新型测控保护一体化系列装置的设计方案。装置硬件平台综合考虑了高性能、通用性、经济性、抗干扰性、可扩展性等方面,选用了高性能浮点型DSP芯片作为CPU,采用DSP+CPLD的模式简化硬件的设计。为了同时满足保护和测控的功能,采用了比较特殊的软件结构,为简化软件设计、提高程序可扩展性,保护软件又采用了基于保护逻辑函数的模块化设计方法。

脉冲变极性弧焊逆变电源数字化控制系统

在采用数字信号处理器(DSP)DSP56F805构建基于双DSP的脉冲变极性弧焊逆变电源全数字化控制系统的基础上,针对数字化脉宽调制(PWM)控制脉冲存在的脉冲宽度保持和延迟对电源输出动态响应和稳态精度等控制性能的影响,提出了基于电源输出电感电阻(LR)负载模型的电流预估计算法,进而对简单数字比例积分微分(PID)控制算法进行了修正。同时,系统通过对电流/电压检测信号的预处理、A/D采样与PWM同步、数字滤波等措施有效地提高了系统的抗干扰性能。脉冲变极性输出特性控制试验验证了基于电流预估计的数字PID控制算法的正确性和有效性。