以“工程教育认证”为契机探索电子信息工程专业卓越人才培养模式改革

电子信息业务作为我们的国家经济的核心、基础和领头羊,它拥有汇聚创新元素和资源的优势,并且目前已成为全球最富活力、推动力和渗透力最大的热门领域。伴随着社会信息化的不断发展,各个领域对于电子信息工程专业的人才的需求日益增加,期望值也在不断提升,这就使得对于电子信息专业人员的教育水平提出了更高的标准。开展工程教育专业认证有助于培养对接产业需求的应用型人才,更有助于保障工程应用型人才培养质量。培养卓越工程人才是企业发展的需求、社会发展的需求,更是国家现代化建设的需求。本文以广西师范大学电子信息工程专业为例,针对目前电子信息工程专业人才培养模式存在的问题,以工程教育认证为契机,基于工程教育的认证理念,从工程认证的基本标准探索卓越电子信息工程人才培养模式的改革。

磁集成三端口电力电子变压器的改进控制方法

针对现有多端口电力电子变压器磁性元件体积大、功率变换单元多、成本高的问题,提出基于磁集成的三端口拓扑及控制策略。将传统拓扑的6个桥臂电感和大量的高频变压器集成为3个集成变压器,从而减小磁性元件体积。在变压器副边绕组接1个三相桥即可构建低压直流端口,极大地减少功率变换单元数目。利用桥臂电压的直流、工频和高频分量分别控制中压直流、中压交流和低压直流端口功率,实现多端口功率调控。为提高中压直流端口电能质量,将桥臂电压的高频分量设计为三相对称的六阶梯波,使其激发的电流分量在三相回路中相互抵消,从而实现中压直流端口高频电流纹波消除。最后,建立了4 MW仿真模型进行验证,结果证明了所提拓扑和控制策略的有效性。

光电子技术课程多元化教学研究

“光电子技术”课程知识点众多,内容复杂抽象,传统教学方式模式单一,实践与理论联系不够紧密,给学生学习带来困难。本文研究采用微课、仿真、实验与传统课堂融合的手段,开展多元化课程教学。多元化教学可以丰富教学资源,将抽象知识直观展现,提高学生的学习兴趣和效果。同时,有效融合理论和实践教学,全面培养学生科学思维能力、创新意识和运用所学知识分析并解决复杂工程问题的实践能力。

基于OBE理念电子类专业《工程制图》课程教学改革与思政探索

《工程制图》作为工科专业学生最新接触的的一门技术基础课,也是一门重要的必修课,如何保证学生良好的学习效果、提高培养质量显得尤为重要。然而,对于电子类专业学生来讲,普遍认为与其专业联系不大,课程教学中也存着学时过少、内容偏多、导致学生对该门课程的学习兴趣不浓,教学效果较差。工程教育认证OBE理念强调要加强学生的工程实践能力的培养,基于此探索课程教学改革,并将思政元素有机融入工程制图课程教学中,不仅能激发学生学习专业知识的内在动力,还能发挥专业课的价值引领作用。OBE理念下电子类专业《工程制图》课程改革与思政教学以学生知识掌握、技能提升、素质培养为导向,侧重培养学生的工匠精神、责任意识等。本文以广西师范大学电子类专业为例,对《工程制图》课程进行教学改革与思政探索,以期提高教学质量,并将相关改革措施用于其他课程教学中。

工程教育认证和新工科背景下《半导体材料分析技术》教学改革探索

半导体材料科学技术与国家经济发展、社会进步以及国家安全密切相关,半导体材料的分析显得尤为重要。《半导体材料分析技术》是我校电子科学与技术专业非常重要的一门专业发展课程。工程教育认证和新工科建设强调要加强学生的工程实践能力的培养。本论文针对我校《半导体材料分析技术》这门课程教学过程中存在的求全不精、重理论无实践、教学内容过时、教学形式单一等问题,根据教学单位现有的教学条件,结合学生的实际情况,基于工程教育认证标准和新工科建设的要求,在教学内容、教学形式、实践环节等方面进行教学改革探索。以期对《半导体材料分析技术》这门课程的教学有所促进,对于电子科学与技术专业人才培养、专业认证具有重要意义。

基于纳米银SERS防伪图案防伪标签研究

近年来,研制成本低,安全性能好,光化学性质稳定的新型防伪材料是信息安全的关键。本文采用化学还原法制备银纳米粒子,并将不同配体组合与银纳米粒子及油墨混合,制备用于防伪标签的SERS安全油墨。混合配体改善了复杂性和扩展了编码容量,使防伪标签难以复制。另外,SERS安全油墨与柔性衬底结合,克服了传统标签的难以贴附性。

基于STM32的纳米线光电扫描成像系统研制

光电探测器能够检测不同波长的光线,能获取物体的光谱信息、光学成像和光通信等应用。从数据的采集,将数据绘制成图像,能直观看出物体的表面形貌、纹理或其他特征,给后续的研究提供了依据。本文采用STM32F103C8T6单片机作为核心控制单元,通过驱动模块搭载光电探测器扫描物体,WiFi模块将其数据传输到电脑端,通过上位机获取数字化的图像。

一种用于射频前端的谐波整形低功耗N通道滤波器

针对传统射频前端N通道滤波器功耗高,不能根据应用要求选择通过或抑制信号的高次谐波等问题,设计了一款谐波整形低功耗N通道滤波器。该滤波器通过添加具有适当权重的额外路径,可实现谐波抑制和整形的功能。同时,将本振Local Oscillator(LO)信号的n次谐波信号作为时钟信号,降低LO信号频率,时钟信号发生器的动态功耗降低到原来的1/n。SMIC 180 nm CMOS工艺的后仿真结果表明,10通道带通滤波器的中心频率在0.1~6.0 GHz可调,增益为0~5 dB,噪声系数小于4.6 dB,功耗为3.5~6.0 mW,输入三阶交调点(Input 3rd-order Intermodulation Point,IIP3)大于10 dBm,3次和5次谐波抑制分别大于65、90 dB,表明该滤波器具有谐波抑制和谐波整形的功能,且具有较低的功耗。

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。

白盒SM4优化算法在水印技术中的应用

针对目前应用软件缺乏防止动态调试方法的问题,提出了一种白盒SM4算法与水印技术相结合的方法。对白盒SM4算法的仿射变换及迭代进行合理的优化,结合水印算法的关键技术,检测代码是否被篡改。如果被篡改就立即启动响应代码,通过改变其入口函数等方式,使程序失效。在满足手机应用白盒环境的前提下,其空间复杂度可降低为原来的1/2,时间效率可以提升四倍左右。通过数据计算可知,所提的白盒算法满足多样性要求,并可以抵御BGE(Billet,Gilbert,Ech-Chatbi)攻击。

基于增强全局-局部特征融合的视频描述生成方法

现有的视频描述生成方法提取的特征及特征组合的方式较为简单,导致模型丢失了部分与视频描述相关的重要语义信息,限制了对视频内容的准确描述和理解。分析存在的不足,提出了一种基于增强全局-局部特征融合的视频描述生成方法。首先采用不同特征提取器分别对视频片段提取局部特征和全局特征,为了建模不同级别特征(局部和全局)的相关性,利用特征融合增强网络进行特征融合,丰富模型的特征信息。解码器使用的双向长短期记忆网络,并在其后加入重构网络,重构经编码器处理得到的视频特征序列,最终经过长短期记忆网络生成视频的描述语句。在MSVD与MSR-VTT数据集上的实验结果表明,提出的模型可以显著提高生成的描述语句的准确性。

基于多算法结合的定点巡检机器人

这是一种基于机器人操作系统的定点巡检机器人,解决了常规机器人在巡检过程中自定位偏差及效率低的问题。信息图像识别算法、地图构建与路径规划算法、系统定位纠正算法、底盘控制算法等算法的有效结合提高了定位精度以及巡检效率。同时,机器人采用麦克纳姆轮底盘,进一步提高了机器人移动精度及效率。经过多次系统测试验证,该定点巡检机器人能够平稳高效巡检并完成任务。

基于多传感融合的高效智能搬运机器人

设计一种基于多传感融合,采用STM32F407系列平台的高效智能搬运机器人,解决常规机器人在搬运物料时效率低的问题。创新设计的多物料抓取装置,自主研发的电器驱动,采用颜色传感器、二维码模块、激光传感器等实现了搬运机器人对物料的高效搬运。同时,对颜色传感器采用均值滤波算法和数据分析,对机器人采用循迹PID算法和路径规划,确保机器人能够正确搬运目标物料。经过多次系统测试验证,该智能搬运机器人能够平稳高效运行,且准确完成任务。

12 bit 100 MS/s Flash-SAR混合模数转换器设计

针对传统逐次逼近型模数转换器(Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter,SAR ADC)采样率和能量效率低等问题,设计了一款快闪型(Flash)与逐次逼近型(SAR)相结合的新型混合架构模数转换器。利用快闪型ADC一个时钟周期内可以转换出多个数字码的优势,提高了ADC的采样率。采用新型混合开关切换策略与分段电容阵列技术相结合提升了ADC的能量效率,减小了版图面积。同时,电路采用预放大动态锁存比较器以降低噪声和失调对ADC性能的影响。采用SMIC 0.11μm工艺后,仿真结果表明,在1.2 V的工作电压下,当采样速率为100 MS/s,输入信号频率为45.04 MHz时,输出信号的信号噪声失真比(Signal-to-Noise-and-Distortion Radio,SNDR)为69.26 dB,无杂散动态范围(Spurious-free Dynamic Range,SFDR)为82.10 dB,有效位数(Effective Numbers of Bits,ENOB)达到11.21 bit,功耗为5.72 mW,版图尺寸为380μm×110μm。

用于有毒染料检测的柔性SERS基底制备及其增强效应研究

本文利用化学还原法和紫外法两种方法制备了柔性纳米银–细菌纳米纤维素膜,通过对罗丹明6G (R6G)的检测,比较其表面增强拉曼光谱性能。实验结果表明化学还原法比紫外法的效果好,利用化学还原法制备的纳米银–细菌纳米纤维素膜具有较强的SERS效应。柔性SERS基底在有毒染料检测方面具有巨大的潜力。

硫化镉纳米线的生长研究

近年来,硫化镉纳米线作为一种重要的光电材料,其能提高太阳能电池对太阳能的吸收,在太阳能电池制备、发光二极管、光敏电阻器、光电探测器等领域都有涉及,用途广泛。硫化镉纳米线的制备方法主要有机械研磨法、微波法、溶液凝胶法、导向生长法等。本文中生长硫化镉纳米线采用水热法,该方法具有制作成本较低,实验容易操作,反应便于控制等优势。从本文的实验结果可以得出不同比例的镉源与硫源所生长的硫化镉的性能不同,其在镉硫比为1:1时,所生长的硫化镉纳米线表现出的形貌及长度最优。

溶液法生长钙钛矿纳米线

近些年,一维(1D)卤化物钙钛矿的低维纳米材料在光电探测器材料领域成为备受科学家关注的焦点之一,因其拥有优异的光吸收系数、发射效率和高载流子迁移率,长的载流子扩散长度等优秀的光电性能。本实验通过蒸发诱导自组装方法制备出钙钛矿纳米线,在保持钙钛矿溶液浓度不变的情况下,把离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸(BMIMBF4)作为添加剂加入到钙钛矿纳米线中。其中设置了四组不同的BMIMBF4浓度来探究离子液体的添加对钙钛矿纳米线的影响,其中离子液体的浓度分别为0 mmol、0.1 mmol、0.3 mmol、0.6 mmol。从实验结果可以得知,加入BMIMBF4离子液体之后纳米线的PL (稳态光致发)强度更高,表明BMIMBF4对MAPbI3纳米线的生长起到一定的促进作用,提高了钙钛矿纳米线的稳定性和光电性能。其中加入0.3 mmol离子液体的促进效果最强,加入0.6 mmol离子液体的钙钛矿纳米线相对于浓度为0.3 mmol那一组的促进效果较弱,可能是由于离子液体浓度过高抑制了钙钛矿纳米线的生长。

一种高电源抑制比低温漂带隙基准电压源设计

针对传统带隙基准电压源温度系数大、电源抑制比低等问题,设计了一种低温漂高电源抑制比的带隙基准电压源。将具有二阶温度项的亚阈值状态NMOS管漏电流转化为电压,以消除输出支路三极管的二阶温度项,实现二阶温度补偿;增加了一个前置的新型预稳压电路,以提高基准源的电源抑制能力。SMIC 180 nm CMOS工艺下的后仿真结果表明,当供电电压为3.3 V时,在-40~140℃,温度系数为3.05×10-6/℃;在低于1 kHz的频率范围内,电源电压抑制比(PSRR)为-105 dB,整体静态电流仅为32μA。

面向嵌入式系统的有效值快速算法

ADC采样交流波形是嵌入式系统的一项重要应用,当采集到的电压波形并非标准函数波形(如正弦波、三角波等)的畸变波形时,不能直接通过简化数学公式或平均响应法求得其均方根值;为得到任意波形的均方根值,首先需要求出该波形的频率(或周期);在传统算法中,需要进行FFT(快速傅里叶变换),该算法需要大量内存空间和较高时间复杂度,且只能进行2N个点运算,精度和分辨率受限;因单片机片上资源有限,该算法并不适合多路实时运算;为改进以上不足,设计了一种峰值(谷值)查找算法,该算法拥有O(n)时间复杂度,实时性好;通过该算法寻找采样波形中三个峰值点,确定波形的其中一个周期,进而计算得到均方根值;相比FFT算法,该算法运行速度提升93倍,空间复杂度降低为FFT的1/300,且在实际应用中运行稳定可靠,平均误差低于0.6%。

一种SoC程序加载与更新控制器的设计及FPGA实现

在片上系统(system on chip,SoC)设计的过程中,为了减少芯片面积和知识产权核授权成本且不降低芯片性能,一般仅在芯片内部放置静态随机存取存储器(static random-access memory,SRAM)对用户程序进行存储和修改,这样SoC就需要一种或多种合适的程序加载和更新方式。为解决现有方案存在的程序加载方式复杂、可选的存储器件单一、通用性低等问题,研究并设计了SoC程序加载与更新的硬件控制器模块。该模块最多支持3种非易失性存储器共6种存储器选择方案在上电时自举加载程序至SRAM并启动SoC、程序在线或者离线(带EXFAT文件系统)更新。最后设计基于ARM CM3内核的SoC对该模块在现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)平台进行验证,结果表明,该模块在50 MHz时钟下处理16 Kbyte程序,最快11.5 ms完成SoC自举加载启动、20.5 ms完成程序在线更新和启动、300 ms完成离线更新并启动。该模块仅与SoC内核复位相连且不与下载器通信,可嵌入其他SoC内核并根据成本自由选择存储器和下载器,在设计各种低成本高速SoC的应用中具有重要工程意义。