低抖动大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关

为了发展结构简单、便于维护的大功率气体火花开关,研制了大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关,该开关采用电晕放电均压方式,由9个相同的间隙构成。利用有限元分析方法对9间隙电晕均压气体火花开关的电场进行了分析,发现适合长度的电晕针对开关主间隙的电场影响很小,且加载触发脉冲时可在中间间隙形成了强烈的畸变电场。在理论分析的基础上,开展了开关击穿特性研究,实验结果表明电晕均压有利于提升开关的稳定性,开关自击穿电压分散性降低,自击穿电压略微增大;同时多间隙开关实现了良好的触发导通,在工作电压60~85 kV(工作欠压比56.8%~80%)范围内,开关的击穿延时抖动均小于20 ns,当工作电压达到80 kV以上时,抖动可小于10 ns。文中设计的大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关可用于直线脉冲变压器等脉冲功率系统,使用的基于电场模拟对电极结构进行优化的方法对设计其他类型的开关具有借鉴意义。

基于铁氧体传输线的百纳秒脉冲前沿陡化技术研究

基于铁氧体传输线脉冲陡化原理,利用COMSOL软件建立了铁氧体传输线的电磁场仿真模型,研究了脉冲陡化的影响因素及特征规律,根据仿真模型设计了2种不同直径磁芯的铁氧体传输线,并建立了实验测试平台,对传输线陡化后的脉冲前沿进行测试。仿真及实验结果均表明,铁氧体传输线陡化后的脉冲前沿随输入电压幅值、传输线长度的增加而减小,随磁芯直径的减小而减小,实验结果与仿真结果规律一致。磁芯直径为40 mm,线长为1500 mm的铁氧体传输线可将幅值为120 kV的脉冲电压的前沿由124 ns陡化至14.4 ns,整个脉冲源的抖动为1.83 ns,验证了铁氧体传输线替代FLTD触发器中气体陡化开关的可行性。

纳秒脉冲电压下两种自触发开关的设计与实验研究

降低纳秒脉冲电压下气体开关的抖动对电磁脉冲模拟装置输出稳定性具有重要意义。特别在受条件约束、外触发不便的条件下,自触发开关抖动的降低值得关注。设计了两种自触发开关,包含阴极刻槽开关和预电离开关,并搭建了纳秒脉冲实验平台,分别在40 ns、70 ns与120 ns三种脉冲前沿下测量了两种开关的击穿电压、时延等参数,通过数据统计与处理,获得了两种开关的击穿电压及时间抖动。实验结果表明:通过阴极刻槽控制发射或者阴极预电离注入的方式均可有效降低开关的击穿抖动;在三种前沿的脉冲电压下两种开关的击穿抖动均在1~1.8 ns之间;在40 ns和70 ns前沿脉冲作用下,阴极刻槽的开关击穿抖动更低,可小于1.2 ns,击穿电压分散性小于1.29%;在120 ns前沿脉冲作用下,阴极预电离开关击穿抖动更低,可小于1.6 ns。

高延时分辨低抖动同步时序信号产生技术

针对大型激光装置中广空间分布的甚多路高精度(一是长时间时间抖动小于5 ps,二是时间延迟微步进分辨率小于15 ps)同步触发信号的需求,设计了一种“数据流编解码光传输+高速串行收发器粗延时+宽带微带线微步进延时”的同步时序产生方案。通过数据流编解码光传输架构实现了广空间范围内时序的对齐;高速串行收发器粗延时和微带线微步进延时技术解决了同步触发信号低时间抖动和高延迟分辨的问题。通过对系统的时序逻辑和电路板的关键线路进行仿真,完成了整个系统的设计与研制,并开展了实验测试。测试结果表明:该系统可以实现广空间范围内的同步时序信号产生,同步触发信号的时间抖动精度优于3.76 ps(均方根值,8 h),39.6 ps(峰峰值,8 h),时间延迟分辨率优于15 ps;若应用于小空间范围,同步触发信号的时间精度可优于1.27 ps(均方根值,8 h),12.4 ps(峰峰值,8 h)。

一种低抖动电流模自偏置锁相环设计

基于28 nm CMOS工艺,设计了一款新型电流模自偏置锁相环.重点分析了电荷泵、电压转电流(V-I)模块、电流型数模转换器(Digital to Analog Converter,DAC)及电流控制振荡器(Current-Controlled Oscillator,CCO)的电路设计和功能.采用电流复制反馈偏置(Replica Feedback Bias)技术,实现了带宽自适应,利用可编程的DAC模块降低了输入范围对于系统稳定性的影响,消除分配范围对于环路稳定性的影响,利用前分频器进一步拓宽输入频率范围,实现了宽输入输出频率范围及低抖动电流模锁相环的设计.整体芯片面积为0.07462 mm^(2),采用双电源供电1.8 V/0.9 V,最大功耗为10 mW,输出频率为1 GHz~3.2 GHz.仿真测试结果表明,输入参考频率为50 MHz时,在2.1 GHz中心频率1 MHz频偏处的相位噪声为−98.18 dBc/Hz,rms抖动为1.914 ps.

低抖动准分子激光放大器光源的研究

为了获得低抖动的准分子激光放大器光源,设计了一种以氢闸流管作为高压开关的低抖动准分子激光放大器系统。利用抖动小于4 ns的闸流管触发电路来触发导通氢闸流管,从外部触发信号到准分子光信号之间有一定的延时时间。研究了以氢闸流管作为高压开关的准分子激光放电回路,外部控制信号发生电路产生外部充电信号和出光信号,转换电路将外部充电信号和出光信号转换成固定脉宽的光信号,在实现低抖动出光前,准分子激光放大器系统热平衡过程中会有一定的出光延时漂移现象。讨论了激光运行重复率、激光运行电压和气体状态在热平衡过程中对稳定延迟时间大小的影响。实验表明,在相同运行电压下,稳定延迟时间随着激光运行重复频率的提高而增大;运行电压越高,稳定延迟时间上升的幅度越大。气体恶化后,光脉冲稳定延迟时间变小。激光运行电压和重复频率越高,延时漂移时间越大。在温漂一定时间后,准分子激光放大器内部系统达到热平衡,以外部触发信号为基准,准分子光脉冲信号实现在5、10、15 Hz重复频率下的5 ns内低抖动出光。

一种基于三管开关结构的改进型电荷泵设计

提出了一种改进型电荷泵,通过三管开关结构减小了时钟馈通效应,同时将电流舵结构与全差分电荷泵结构相结合,在提升开关速度的同时,抑制了电流失配、电荷共享和电荷注入等非理想效应。仿真实验结果表明,在电荷泵的充放电电流为10μA时,时钟馈通所引起的尖峰电流最大值仅为11.26μA,所产生的压控振荡器控制电压纹波降至50%。将其应用于锁相环系统,锁相环输出时钟抖动从118 ps降低到36 ps。

一种抗噪声折叠宽范围低杂散小数分频锁相环

由于电荷泵的电流失配,小数分频锁相环反馈路径上经整形的量化噪声会被折叠回低频偏处,恶化带内相位噪声的性能。文章提出一种自适应的抗噪声折叠技术,根据工作频率产生合适脉宽的电流以线性化环路,在全频带内避免噪声折叠的同时不恶化参考杂散性能;设计基于TSMC 130 nm CMOS工艺,锁相环覆盖的输出频率范围为0.6~2.7 GHz。仿真结果显示:当输出频率为2.0 GHz时,环路功耗为16 mW,积分抖动为1.98 ps,品质因数为-222 dB;在电荷泵中引入8%的失配后,提出的技术改善带内相位噪声达到7 dB。

基于数字滤波的低频时码秒脉冲抖动平滑方法研究

低频时码授时信号在接收时,由于环境等因素的影响会导致解调得到的低频时码秒脉冲出现抖动。为减小该抖动现象对低频时码定时精度的影响,基于我国低频时码授时系统(BPC),研究并设计基于数字滤波的秒脉冲抖动平滑方法,通过仿真实验,验证分析了最小均方误差(LMS)自适应滤波算法和卡尔曼滤波算法的有效性和抖动平滑性能。结果表明,低频时码秒脉冲的抖动现象可以通过BPC 1PPS(one pulse per second)和本地1PPS之间的相位差波动情况反映;LMS自适应滤波算法和卡尔曼滤波算法对BPC 1PPS的抖动平滑处理均有明显效果,卡尔曼滤波算法的抖动平滑效果更优,但存在一定的收敛时间,LMS自适应滤波算法的滤波结果响应速度快,但抖动平滑性能受滤波器阶数的影响。所以,在实际应用中,应根据实际需求选择合适的滤波器及相关参数。

低延迟低抖动的FAST解码器设计与实现

为了解决金融FAST(financial information exchange adapted for streaming)协议面临的纯软件解码延迟高,FPGA(field programmable gate array)硬件解码开发周期长、更新困难的问题,提出了基于OpenCL和HLS的硬件解码模式。通过对FAST数据解码的标记、切分、合并、解码模块进行流水优化,对切分和字段解码进行并行操作,将数据的输入输出改为流式接口减少I/O口的延时以及对切分数组进行分割映射等优化方式实现了解码过程低延迟、低抖动。实验结果表明,相比纯软件解码,本文提出的解码器处理速度提升了11倍,解码延迟缩短至1/6,抖动幅度控制在10 ns之内。相比传统HDL方式的FPGA定制硬件开发,开发效率可提升3~4倍,从而更好地满足产品更新换代的需求。

低延迟抖动的证券行情数据解析系统设计与实现

为解决证券行情数据解析处理过程中纯软件解析高延迟、高抖动、易堵塞,FPGA硬件解析哈希存储冲突、维护成本高的问题,提出一种基于OpenCL和HLS的协同开发模式。通过HLS指令级并行流水优化提高并行度、KVS存储优化减少哈希冲突、二分查找并行优化降低延迟、动态键值表存储提升存储利用率等方式在Xilinx Alevo U50 FPGA加速卡中实现了低延迟、低抖动的证券行情数据解析。实验表明,在同时处理80支股票的情况下,相比CPU I9-9900X 10C20T,解析速度提升8倍,单条行情数据解析时间控制在189.8ns,抖动幅度维持在14ns以内,与传统的HDL硬件FPGA开发模式相比,开发效率提升3倍~4倍,能够更好地适应金融市场的迭代需求。

表贴型低抖动晶体振荡器的研究

当前,我国雷达导航、激光测绘、卫星遥感、通信等行业发展迅速,对于晶体振荡器的使用要求逐渐升级。受限于技术壁垒,行业急需研发出新型、抖动频率更低的晶体振荡器,推动上游行业快速发展。基于此,文章探讨表贴型低抖动晶体振荡器的特性和发展倾向。同时,基于晶体振荡器振动回路的噪声源,文章探讨低抖动晶体振荡器的噪声特性,并提出优化措施,使其降噪能力得到提升。通过实验证明,该方法不仅满足了晶体振荡器低起振的需求,而且优化了晶体振荡器的降噪能力,可满足行业需求。

用于高能物理实验电子读出芯片的低噪声锁相环芯片设计

基于TSMC 180 nm工艺设计并流片测试了一款用于高能物理实验的电子读出系统的低噪声、低功耗锁相环芯片。该芯片主要由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器等子模块组成,在锁相环电荷泵模块中,使用共源共栅电流镜结构精准镜像电流以减小电流失配和用运放钳位电压进一步减小相位噪声。测试结果表明,该锁相环芯片在1.8 V电源电压、输入50 MHz参考时钟条件下,可稳定输出200 MHz的差分时钟信号,时钟均方根抖动为2.26 ps(0.45 mUI),相位噪声在1 MHz频偏处为-105.83 dBc/Hz。芯片整体功耗实测为23.4 mW,锁相环核心功耗为2.02 mW。

电力5G低时延技术在电力系统中研究与应用

配电网稳定保护业务通信须经过多次无线传输和核心网转发,导致时延累积环节多、时延控制难度大和通信丢包率较高等问题。针对这些问题,基于双路径传输技术,开展5G低延时、低抖动技术和5G承载调控业务的关键技术研究,形成5G承载电力控制业务的核心技术,研发基于实时操作系统和5G时钟同步的高精度授时网关,并在实验室测试时延、抖动和丢包率等参数。测试结果表明,所提技术可实现5G无线双路径传输、降低丢包率和时延,为配电网稳定保护业务规模化应用进行技术验证。

低抖动快前沿重复频率高压脉冲触发源研制

给出了基于远程和本地两种控制方式,作为低抖动快前沿重复频率高压脉冲触发源系统的设计原理和方法.研制了一重复频率为0.01-Hz、脉冲输出幅度为10-0kV、前沿小于10ns、脉宽大于500ns以及抖动小于1ns的高压脉冲触发源.设计上将程控和手动触发信号分别作为重复频率和单次预触发脉冲,驱动后级触发器绝缘栅双极型晶体管,经脉冲变压器变换后控制氢闸流管VE4141放电,实现输出高压脉冲.通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了外触发脉冲情况下高压脉冲输出的实验结果.

一种多间隙气体开关击穿特性的实验研究

快前沿直线型变压器驱动源(FLTD)是一种可以直接获得100 ns脉宽的脉冲功率源新技术,在Z箍缩、闪光照相、强激光和高功率微波方面具有重要应用。为了寻求用于FLTD的多间隙气体开关的合适结构,设计了一种场畸变多间隙气体开关。该开关含有6个间隙,各个间隙距离相等,开关间隙总长度为30 mm。开关中间电极为锚式固定结构,每个电极由3只螺钉固定在绝缘筒壁内侧,数值计算了开关的电场分布,实验研究了开关的自击穿及触发特性。结果表明,开关自击穿特性曲线与经验公式曲线基本符合,自击穿电压的分散性<3.2%;在工作系数为50%时,开关仍能正常触发,触发时延约百ns;在工作系数为60%时,触发脉冲为150 kV/15 ns的情况下,开关触发时延约60 ns,抖动时间约5 ns。

触发电压对±100kV多级多通道开关性能的影响

研制了一种用于快脉冲直线型脉冲变压器的±100 kV多级多通道火花开关,研究了触发电压极性、幅值对多级多通道火花开关触发性能的影响,分析了不同触发电压下开关各部分延时及抖动。研究结果表明:触发电压的极性对双极性多级多通道火花开关触发性能影响较小;开关的触发放电延时和抖动随着触发电压的增大而减小。进一步分析了多级多通道火花开关的触发击穿模式以及影响开关击穿延时和抖动的主要因素,提出了减小开关触发击穿延时及抖动的技术途径。

一种新型高速低抖动低功耗双模预分频器及其在PLL频率综合器中的应用

提出了一种零中频两次变频 80 2 11a接收机频率合成方案 ,降低电路功耗的同时 ,提高了电路可靠性 .改进了双模预分频器的结构 ,提出了一种新型集成“或”逻辑的SCL结构D锁存器 .采用 0 18μm数模混合CMOS工艺投片测试表明 ,双模预分频器在 1 8V电源下功耗仅 5 76mW(1 8V× 3 2mA) ,RMS抖动小于 1% .

基于Tesla变压器和Blumlein线的低抖动重频脉冲发生器

为实现MV级多级气体开关精确触发控制,提出了基于Tesla变压器和Blumlein线的低抖动重频脉冲发生器的电触发方案。完成了Tesla变压器与Blumlein线一体化设计;优化了初级回路结构及绝缘栅双极型晶体管触发控制电路,减小了初级杂散电感,缩短了变压器次级高电压建立时间及时延抖动;优化了百kV级自击穿气体开关工作参数,研制出一套多级低抖动电晕稳定开关;将传统Blumlein线绝缘介质由变压器油更换成高介电常数的MIDEL7131新油,增加了输出脉冲宽度,进一步提高触发能力。最终研制出一台输出电压130kV、脉冲宽度大于5ns、重复频率50Hz、连续工作时间1min、输出抖动小于10ns的紧凑型脉冲发生器。

低抖动快前沿高电压重复率触发器

介绍了一种低抖动、快前沿高电压重复率触发器,输出参数为:重复率可达100pulse/s,输出时延约225ns,抖动约1ns,前沿约26ns,脉宽约70ns,高阻负载上电脉冲的峰值可达-40kV,重复率为50pulse/s时,峰值可达-51kV,单次工作时的峰值可达-60kV。该触发器主要由控制单元、高压供电单元与脉冲形成单元构成,脉冲形成单元采用了低电感电容对负载快放电的结构,建立开关为氢闸流管。实验发现,氢闸流管存在微导通状态,开关的通道电阻及维持的时间与开关极间的电势差有关;电势差越高,通道电阻越小,微导通状态维持的时间越长。此外,氢闸流管的导通性能受灯丝加热电源的影响明显,当加热电压较低时,氢闸流管导通缓慢,延时与抖动较大,当加热电压过高时,氢闸流管易于发生自击穿。