2017年第01期

刊出日期:2017-01-08
邮发代号: ISSN 0258-7998
CN11-2305/TN
邮发代号:2-889
下一期

微电子技术

多电压集成电路的瞬时剂量率辐射效应试验研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.001

作者:李同德1,赵元富1,2,王 亮1,郑宏超1,舒 磊2,刘家齐1,于春青1

作者单位:1.北京微电子技术研究所,北京100076;2.哈尔滨工业大学,黑龙江 哈尔滨150001

摘要: 瞬时剂量率辐射会对集成电路产生不同程度的影响,产生扰动、翻转、闩锁甚至烧毁等问题。针对一款具有两种电源电压的0.18 μm SRAM电路,利用“强光一号”装置进行了瞬时γ剂量率辐射试验,研究了SRAM电路的内核电压和IO电压受扰动后的恢复时间,并对试验结果进行了分析。高电源电压扰动恢复时间优于低电源电压扰动恢复时间,该发现对多电压集成电路瞬时剂量率效应的评估和加固具有指导意义。
关键词:
瞬时剂量率
多电压
γ脉冲
扰动

高温存储下不同成分Sn-Pb凸点可靠性研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.002

作者:文惠东,林鹏荣,曹玉生,练滨浩,王 勇,姚全斌

作者单位:北京微电子技术研究所,北京100076

摘要: 随着我国集成电路封装密度的不断提高,引线键合方式已无法满足需求,倒装焊技术逐渐成为高密度封装主流方向。高温存储对倒装焊凸点的可靠性有着重大影响,界面化合物及晶粒形态均会发生显著变化。以多种Sn-Pb凸点为研究对象,分析高温存储对凸点可靠性的影响,结果表明:10Sn90Pb凸点剪切强度波动幅度较小;Sn含量越高,高温存储后焊料界面处IMC层越厚,63Sn37Pb焊料界面IMC变化最为明显;63Sn37Pb凸点IMC生长速度较快,晶粒粗化现象较为严重。
关键词:
倒装焊
Sn-Pb凸点
高温存储
可靠性

4H-SiC MESFET特性对比及仿真

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.003

作者:侯 斌,邢 鼎,张战国,臧继超,马 磊

作者单位:航天科技集团九院七七一研究所,陕西 西安710000

摘要: 通过对双凹栅结构和阶梯栅结构4H-SiC MESFET的直流特性对比,得出阶梯栅结构的直流特性优于双凹栅结构。对阶梯栅结构进行极限化处理后,引出了坡形栅4H-SiC MESFET的结构及其特征参数EPCG,通过仿真对比了坡形栅4H-SiC MESFET结构EPCG分别为1/4栅、1/2栅、3/4栅和全栅时的直流特性。结果表明,当EPCG为1/2栅时,最大饱和漏电流取得最大值,在VG=0 V、VDS=40 V的条件下达到了545 mA;当EPCG为1/4栅、3/4栅和全栅时,最大饱和漏电流均不如EPCG为1/2栅时取得的最大值。
关键词:
仿真
4H-SiCMESFET
阶梯栅
坡形栅

2.5 GS/s高速DAC陶瓷封装协同设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.004

作者:王德敬1,2,赵元富1,2,姚全斌1,2,曹玉生1,2,练滨浩1,2,胡培峰1,2

作者单位:1.北京时代民芯科技有限公司,北京100076;2.北京微电子技术研究所,北京100076

摘要: 随着超大规模集成电路向着高密度、高频方向发展,保证高速信号的可靠传输成为封装电学设计中的关键。完成了一款转换速率为2.5 GS/s的14 bit DAC陶瓷外壳封装设计,利用芯片、封装和PCB的协同设计,保证了关键差分信号路径在2.5 GHz以内插入损耗始终大于-0.8 dB,满足了高速信号的传输要求;并结合系统为中心的协同设计和仿真,对从芯片bump到PCB的整个传输路径进行了仿真和优化,有效降低了信号的传输损耗和供电系统的电源地阻抗。
关键词:
高速DAC
陶瓷封装
协同设计与仿真
插入损耗
电源地阻抗

65 nm反相器单粒子瞬态脉宽分布的多峰值现象

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.005

作者:刘家齐1,赵元富1,2,王 亮1,郑宏超1,舒 磊2,李同德1

作者单位:1.北京微电子技术研究所,北京100076;2.哈尔滨工业大学,黑龙江 哈尔滨150001

摘要: 基于65 nm工艺下单粒子瞬态脉宽检测电路,在重离子辐照下,对目标单元单粒子瞬态脉宽进行了测试。针对实验结果中单粒子瞬态脉宽分布出现多峰的现象进行了分析。详细对比了反相器多峰现象与LET值、温度、阈值电压间的关系。通过TCAD仿真分析了多峰现象的原因,即PMOS由于寄生双极效应,在高LET粒子攻击下产生的瞬态脉冲脉宽大于粒子攻击NMOS产生的瞬态脉冲脉宽。高温条件会使得寄生双极效应更加严重,因此在高温条件下脉宽分布的多峰现象更加明显。
关键词:
单粒子瞬态
多峰现象
65nm反相器

晶体管场环终端技术的优化设计及应用

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.006

作者:李 照,张战国,高 博,常正阳,黄山圃

作者单位:航天科技集团九院七七一研究所,陕西 西安710000

摘要: 主要研究晶体管中浮空场环的技术原理和设计优化及其在实际应用中对晶体管耐压性能的影响。在实际产品版图设计中采用了浮空场环设计并通过优化场环间距来满足晶体管的高耐压要求,并通过Silvaco软件进行工艺和器件仿真。根据仿真结果及理论计算进行浮空场环优化设计,并通过实际流片验证浮空场环对晶体管耐压性能的提高效果。
关键词:
浮空场环
高耐压
场环优化
场环间距

基于瞬态热仿真的宇航厚膜SSPC可靠性设计研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.007

作者:张 宇1,郭 坤2

作者单位:1.北京卫星制造厂,北京100080;2.北京市空间电源变换与控制工程研究中心,北京100080

摘要: 以北京卫星制造厂研制的某型宇航固态功率控制器(SSPC)为研究对象,简述了产品的工作原理、热设计、热阻的理论计算;阐述了产品使用时“负载短路时开通”、“容性负载开通”、“开通后负载短路”3种极端瞬态工况,并针对此瞬态工况进行了瞬态热仿真分析,提取了MOS芯片在瞬态工况下达到的最高温度及相关的热态特性,据此优化产品的设计,提高产品使用的可靠性。
关键词:
厚膜SSPC
瞬态
热仿真
可靠性

基于FPGA的TMR电路跨时钟域同步技术

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.008

作者:赖晓敏,泮朋军,罗唤霖,孙 聪,朱新忠

作者单位:上海航天电子技术研究所,上海201109

摘要: 三模冗余(TMR)电路中的跨时钟域信号可能会受到来自信号偏差和空间单粒子效应(SEE)的组合影响。通过建立数学模型,对这两个问题进行分析和量化。最后针对长脉宽和短脉宽源信号的不同情况,提出了相应的解决方案。
关键词:
三模冗余
异步信号
信号偏差
组合效应影响
采样不确定性

基于CCSDS包路由的综合电子遥控遥测信息流应用

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.009

作者:彭 飞,杨 鹿,吴 杰,李 毅,彭小燕

作者单位:上海航天电子技术研究所,上海201109

摘要: 对基于CCSDS包路由的一种综合电子系统架构进行了研究,并对这种架构下的遥控遥测信息流的具体应用进行了介绍。提出综合电子路由模块对遥控包分层进行逐次转发的工程应用。研究表明,该方式既保证了遥控遥测信息流转的可靠和完整,也利于实现综合电子模块的标准化与通用化。
关键词:
综合电子
CCSDS包
信息流
分包遥控

恒定压控增益的宽带CMOS LC VCO的设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.010

作者:田 密1,韩婷婷1,王志功2

作者单位:1.中国航天科工集团八五一一研究所,江苏 南京210007;2.东南大学射频与光电集成电路研究所,江苏 南京210096

摘要: 采用SMIC 0.18 μm Mixed Signal CMOS工艺设计了恒定压控增益的宽带LC压控振荡器。采用模拟式振幅负反馈的方式,通过模拟电路实现对偏置电流的负反馈控制,同时采用了通过数字控制的单刀双掷开关控制可变电容阵列的调谐,并且对固定电容单元进行开关的方法,从而实现恒定的压控增益且相邻频带之间的频率间隔近似相等。后仿真结果表明,本设计的LC VCO调谐频率范围2.15~3.03 GHz,压控增益在全部频率调谐范围内为70~80 MHz/V,相位噪声在全部频率调谐范围内低于-120.0 dBc/Hz@1 MHz。
关键词:
LCVCO
振幅负反馈
压控增益

信号跨时钟域问题分析及验证方法研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.011

作者:王 菲,张莎莎,王 茜

作者单位:中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所,陕西 西安710119

摘要: 航天用FPGA设计复杂度越来越高,其表现之一就是设计中存在多个时钟域,当信号从一个时钟域进入另一个时钟域,即不同时钟域之间发生数据交互时,就会带来信号跨时钟域产生的亚稳态问题(CDC问题)。亚稳态问题虽普遍存在,但依靠传统的验证手段即功能仿真或者时序仿真是很难定位的,提出一种分层次、多模式的跨时钟域验证方法,为跨时钟域问题分析确认提供强有力的参考。
关键词:
FPGA
跨时钟域
亚稳态
验证方法

一种改进的高性能处理器网络子系统架构设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.012

作者:李龙飞,史阳春,王剑峰,贺占庄

作者单位:西安微电子技术研究所,陕西 西安710065

摘要: 针对传统处理器网络子系统在高速网络环境下的性能瓶颈,特别是BD管理效率低、数据传输延迟大等问题,提出一种改进的网络子系统架构。该架构将BD管理功能从NIC上移至处理器,并扩展了BD信息,同时增加了cache的查找和读后无效操作。通过Simics模拟器对系统架构进行了仿真及评估。实验结果表明,较传统的架构和采用DCA技术的架构相比,改进后架构在取得了更高带宽利用率的同时,降低了CPU利用率,更好地保持了性能和资源的平衡。
关键词:
NIC
网络子系统架构
BD管理
BDEngine

面向SAR雷达信号处理的异构多核SoC研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.013

作者:宋立国1,胡承秀2,亓洪亮1

作者单位:1.北京微电子技术研究所,北京100076;2.北京宇航系统工程研究所,北京100076

摘要: 首先介绍了目前星载SAR(合成孔径雷达) 系统构成,从中分析出开展高性能多核处理器的必要性和紧迫性。接下来介绍了正在研发的面向SAR雷达信号处理的异构多核SoC,详细介绍了芯片的系统结构和片上网络总线。芯片内总线采用多层二维网格总线,每层总线内部存在两种传递模式:动态传递和静态传递。动态面向数据包的灵活传递,静态面向高速数据流传递。最后,在性能和功耗等方面与目前常用的数字信号处理器进行了对比,并说明此异构多核SoC对SAR雷达信号处理结果。
关键词:
异构多核
SOC
SAR
雷达

星载65 nm抗辐射GNSS接收机ASIC的SEFI实验方法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.014

作者:李梦良,乐立鹏,张建军,郑宏超

作者单位:中国航天电子技术研究院772所,北京100076

摘要: 在抗辐射GNSS接收机的研发过程中,由于Xilinx 600万门FPGA在轨单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)效应严重,而自主研发抗辐射GNSS接收机ASIC是最有效的解决办法。以航天五院重点型号项目“XX-2”项目为依托,在国内首次采用65 nm抗辐射工艺,用单个ASIC芯片实现了1 200万门规模的星载抗辐射GNSS接收机ASIC。但是,对此款新工艺/大规模/功能复杂的ASIC芯片进行单粒子功能中断测定是一个难题。通过在FPGA上模拟GNSS数字中频信号和DSP配置输入,然后由芯片的EMIF接口实时读取芯片内部关键数据来进行SEU/ SEFI的判断,并设计了SEFI判断准则和相应的辐照实验实现方案。
关键词:
GNSS接收机
EMIF接口
辐照实验
单粒子功能中断SEFI

三维叠层模块温度监测及故障分析技术

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.015

作者:李梦琳,郑东飞

作者单位:西安微电子技术研究所,陕西 西安710054

摘要: 针对三维叠层存储器三温测试时的温度监测难题,提出了一种利用ATE测试设备测量引脚寄生二极管正向压降,从而监测存储器内部芯片温度的技术。该技术还可用于存储器并联引脚开路失效的故障分析。通过理论推导,得出存储器多引脚并联结构二极管正向压降与温度之间的线性关系,并通过了试验验证。
关键词:
三维叠层存储器
接触测试
温度监测
故障分析

数字集成电路门控时钟可靠性研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.016

作者:喻贤坤,姜 爽,王 磊,王 莉,彭 斌

作者单位:中国航天科技集团第九研究院第七七二研究所,北京100076

摘要: 在超大规模集成电路设计中,门控时钟技术是最常采用的低功耗设计技术。然而,由于时钟信号的特殊性和敏感性,门控时钟设计极容易造成功能错误、时序恶化和测试覆盖率降低,针对这三方面的风险,提出多种门控时钟的优化技术,包括异步门控时钟的检查和排除、可测性设计中的门控时钟优化技术和门控时钟设计中的时序优化技术,确保在数字集成电路设计过程中门控时钟设计在降低功耗收益最大化的同时,能够规避设计风险,提升电路可靠性。
关键词:
低功耗设计
门控时钟
异步时序
可测性设计
时序优化

一种基于环振的高精度时间测量芯片设计实现

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.017

作者:蒋安平,牛砚波,胡文瑞,胡贵才,吴晓静,刘立全,刘丽丽,何 宇

作者单位:北京微电子技术研究所,北京100076

摘要: 高精度时间测量技术在空间探索、高能物理以及速度、流量、距离等多种测量领域有广泛用途,实现这种功能的电路被称为时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)。分析了高精度时间测量的不同类型实现原理和技术,在此基础上介绍了一种基于环形振荡器(环振)的TDC芯片设计。该芯片采用0.18 μm 1P5M CMOS工艺流片加工,测试结果表明其测量分辨率达到52 ps,可以用于流量、温度、距离等多种测量领域。
关键词:
时间测量
时间数字转换器TDC
抽头延迟线法
环形振荡器环振

一种基于MDAC优化的低功耗流水线A/D转换器

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.018

作者:杨 龙,王宗民

作者单位:北京微电子技术研究所,北京100076

摘要: 设计了一种低功耗16位100 MS/s的流水线A/D转换器。通过采用级间电容缩减技术,并优化增益数模转换器(MDAC)的结构,降低采样电容的面积。流水线前两级采用高性能低功耗运算跨导放大器(OTA),通过动态偏置技术进一步降低功耗。芯片采用0.18 μm混合信号CMOS工艺,1.8 V单电源供电。经测试,流水线A/D转换器在5 MHz的输入频率下,信噪失真比(SNDR)为74.2 dB,无杂散动态范围(SFDR)为91.9 dB,整体功耗为210 mW。
关键词:
功耗OTA
MDAC
动态偏置
流水线AD转换器

时间同步技术与调度机制的研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.019

作者:闫 攀,张奇荣,权海洋

作者单位:北京微电子技术研究所,北京100076

摘要: 时间触发以太网TTE以其高带宽、高可靠性、高实时性、高兼容性并满足未来航电系统的低重量、高可靠、易测试、低费效比、快速研发等特性而广受国内航天院所的重视。其关键是时间同步技术和TDMA调度机制,时间同步机制提供占用资源少、易实现、高可靠的时钟同步,调度机制提供无冲突、高效的调度表。通过对时间同步技术和调度技术的原理进行分析,提出时间同步和调度的实现方法并指出相关的影响因素和未来的发展方向。
关键词:
TTE
时间同步
TDMA调度

一种针对RTC应用的数字温度补偿晶体振荡器

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.020

作者:孙婧瑶,何 宇,李雪梅

作者单位:北京时代民芯科技有限公司,北京100076

摘要: 对于典型的数字电路FPGA、微处理器和微控制器等,需要提供精确的时钟信号。振荡电路产生的时钟信号频率受到老化、噪声、温度等因素影响。在导航、雷达、无线电通信和卫星通信等领域,需要产生对温度不敏感的时钟信号。介绍了一种针对RTC应用的温度控制振荡器的补偿电路,通过测温电路和逐次逼近模数转换器SAR ADC检测实时温度,结合EEPROM中对音叉晶体特性的测试结果,调整振荡电路的负载电容大小,可以使振荡器在-40 ℃~+85 ℃温度范围内的频率变化仅为5×10-6。
关键词:
数字温度补偿晶体振荡器
温度补偿电路
实时时钟
逐次逼近模数转换器
测温电路

嵌入式技术

矿山物联网时间同步系统设计与实现

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.021

作者:魏亚敏1,2,李 轶1,2,张 申2,张 然1,2

作者单位:1.中国矿业大学 信息与电气工程学院,江苏 徐州221008; 2.中国矿业大学 物联网(感知矿山)研究中心,江苏 徐州221008

摘要: 基于现有煤矿井下物联网各业务对不同精度的时间同步性能的需求,提出了一种应用于矿山物联网环境下的时间同步系统方案及实现。时间同步硬件设备通过采用STM32F407的片上系统、LWIP及PTPd协议栈实现,并采用噪声滤波方法优化了资源占用。实验结果表明,提出的设计方案稳定可靠,且在背靠背状态下可达到纳秒级的同步精度。
关键词:
矿山物联网
时间同步
片上系统
LwIP
PTPd协议栈

改进PSO-TSFNN智能家居室内空气质量检测与评价

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.022

作者:陈双叶,徐文政,丁双春,咸耀山

作者单位:北京工业大学 电子信息与控制工程学院,北京100124

摘要: 针对室内空气质量评级存在多影响因子及随机变化的特点,在T-S模糊神经网络(TSFNN)基础上提出一种基于改进粒子群(PSO)优化的算法来对室内空气品质状况进行评价。根据GB/T18883-2002,选取室内代表性污染因子构建标准评价表;通过标准评价表对网络进行训练和测试,生成可用评价模型。结果表明,该模型能够对室内空气质量进行客观可靠的评价,为智能家居室内空气质量调控提供可靠保证,具有较高的实用价值。
关键词:
粒子群
T-S模糊神经网络
室内空气质量评价
智能家居

复杂战场电磁环境射频级仿真研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.023

作者:白 玉1,杨斌斌1,杨承志2,王 龙2

作者单位:1.沈阳航空航天大学 电子信息工程学院,辽宁 沈阳110136;2.空军航空大学 信息对抗系,吉林 长春130022

摘要: 复杂的战场电磁环境对于如何有效评估现有电子装备的生存能力及训练电子战装备作战人员提出了严峻考验。介绍了一种战术与技术相融合的思想,采用战术层仿真并结合信号层仿真实现了一种高逼真度的战场电磁环境仿真系统。研究了典型作战场景下目标辐射源的战术与运动行为模型,结合辐射源目标数据库,将辐射源的脉冲描述字通过PCIE高速串行总线实时更新到FPGA板,FPGA采用DDS方案,驱动高速DAC产生不少于20路经过复杂调制的基带雷达信号。该方案已成功应用到某型战场电磁环境仿真系统的设计实现中。
关键词:
战场态势
FPGA
DDS
高速DAC

基于OpenWrt的医用无线内镜装置系统设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.024

作者:季晓迪,罗利文

作者单位:上海交通大学 电子信息与电气工程学院,上海200240

摘要: 提出了一种以OpenWrt为操作系统,基于无线SoC方案的便携式无线医用内镜系统设计方案。该设计外接一个包含CMOS传感器、视频处理电路和LED补光的USB摄像探头,利用MJPG-streamer搭建视频采集系统,通过WiFi将探头采集的图像传输到上位机,医生可实时获取图像信息并按需录制视频,同时具有触摸调光、按键抓拍并将图片上传到上位机等功能。该装置构成轻便、适应症宽、消毒灭菌方便,用作微创外科的辅助工具,可提高手术精准性。
关键词:
无线
OpenWrt
图像采集
医用内镜

测控技术与仪器仪表

基于fNIRS与SiPM的脑血氧检测电路设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.025

作者:吴 凯,刘 燕,佟宝同,邢晓曼,戴亚康

作者单位:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州215163

摘要: 脑血氧检测作为大脑功能检测之一,是认知神经科学和生物医学领域必不可少的研究工具。其研究方法之一——功能性近红外光谱技术,利用组织中血液的主要成分对近红外光的良好吸收性和散射性,而获得组织内氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化情况,从而实现对脑血氧的检测。硅光电倍增器件是近几年兴起的光电探测器件,具有尺寸小、增益高、工作电压低、对磁场不敏感等特点。为了检测脑血氧的变化,设计一个基于近红外光谱技术与硅光电倍增管的新型脑血氧检测电路,并通过前臂阻断实验验证了电路设计的性能满足需求。
关键词:
近红外光谱技术
氧合血红蛋白
脱氧血红蛋白
硅光电倍增器件

一种改进的M-BUS主机接口电路的设计与仿真

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.026

作者:胡必君,梁华国,易茂祥,许达文,徐秀敏

作者单位:合肥工业大学 电子科学与应用物理学院,安徽 合肥230009

摘要: M-BUS(仪表总线)以远程供电及自由拓扑等特点被广泛应用于仪表或者传感器的通信中,而其带负载能力和接收处理能力是限制其应用范围的两个关键因素,为此,对现有的一种高驱动主机发送电路和传统的主机接收电路分别进行改进。发送电路通过调整电路结构,增加MOS管驱动电路和栅极保护电路,完善电路的关闭功能,从而在保持高驱动的同时,提高了电路运行的可靠性;接收电路采用差动运放对接收信号进行预处理再比较,提高了电路对变化负载的适应性和抗干扰能力。对改进后的发送电路和接收电路分别进行对比仿真,结果显示其收发性能均得到改善。
关键词:
仪表总线
主机
接口电路

国标超高频射频识别产品符合性测试方法研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.027

作者:王明磊,李 娟,党 斌,苏冠群

作者单位:山东省标准化研究院,山东 济南250014

摘要: 为开展符合GB/T 29768-2013《信息技术 射频识别 800/900 MHz空中接口协议》的超高频射频识别产品一致性测试工作,分析了该标准的主要技术指标和测试需求,研究了测试系统架构、测试步骤、数据分析等测试方法过程,开展了符合我国超高频射频识别标准的电子标签及读写器产品的符合性测试与分析,验证了测试指标、测试方法的适用性,为开展有关产品符合性测试提供了行之有效的方法依据。
关键词:
超高频
射频识别
空中接口
符合性
测试方法

基于MSP430的违规电器在线识别系统设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.028

作者:郭一晶,颜逾越,高凤强

作者单位:厦门大学嘉庚学院 信息科学与技术学院,福建 漳州363105

摘要: 为解决学生公寓人工排查违规电器方式在时效及规模上的局限性,研究并设计了一套基于MSP430的违规电器在线识别系统。该系统由用电安全执行终端和远程监控平台组成。安全执行终端采用MSP430F5529单片机和JSY1-41电量传感器,实现了用电状况的自动监测、违规电器的自主识别和自动断复电操作;远程监控平台实现了远程监控、远程报警和违规记录存储等功能。测试结果表明,该系统可及时识别并限制学生公寓违规电器的使用,有效降低违规电器所带来的生命和财产风险。
关键词:
违规电器
负载识别
传感器
监控系统
单片机

市政排水管道检测中的声纳成像系统设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.029

作者:王永涛1,朱 珺1,2,李东明1,胡亚斌1

作者单位:1.中国地质大学(武汉) 自动化学院,湖北 武汉430074;2.湖北广播电视大学 电信学院,湖北 武汉430074

摘要: 声纳成像技术是市政排水管道病症检测中的一种重要检测技术。研制了基于脉冲回波法的排水管道声纳成像系统,介绍了声纳连续旋转扫描管壁成像的原理,给出了声纳成像仪的整体设计方案,详细阐述了主控制器和探头的实现方法,最后进行了室内模拟管道和工程现场排水管道的测试实验。实验表明,研制的声纳成像系统能实时测量显示排水管道的轮廓,准确定位并量化管道的缺陷,具有误差率低、便携、低功耗、稳定等优异的性能和良好的市场应用前景。
关键词:
市政排水管道
声纳成像技术
聚焦换能器
扫描管壁
病症检测

通信与网络

水下无线传感网络中一种地理-机会的混合路由

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.030

作者:唐伟萍1,刘桂英2

作者单位:1.广西电力职业技术学院 汽车与交通系,广西 南宁530007;2.广西师范学院 职业技术教育学院,广西 南宁530001

摘要: 为了提高水下无线传感网络(UWSNs)的数据采集效率,提出基于地理-机会的水下无线传感网的混合路由(GOHR)。当源节点需要转发数据包时,首先计算候选转发节点集,并依据集内节点的归一化权重进行排序,形成转发簇;然后分析每个簇的期望权重值;最终由最大期望权重值的簇内节点转发数据包。同时,引用时延机制,抑制冗余数据包。仿真结果表明,提出的GOHR协议提高了数据包传递率,降低了数据包传输时延。
关键词:
水下无线传感网
地理路由
机会路由
声通信
候选转发集

一种表面肌电信号的无线采集方式

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.031

作者:李佳妮,王云峰

作者单位:中国科学院大学 中国科学院微电子研究所 新一代通信射频芯片技术北京市重点实验室,北京100029

摘要: 表面肌电信号包含了大量表征肌肉生物特征的信息,它是一种微弱的生物电信号且极易受多种噪声干扰。可利用银电极的特性设计一种检测表面肌电信号的电极,电极贴于人体皮肤表面对检测到的信号进行放大、滤波,基于STM32对检测到的信号进行数模转换并通过蓝牙4.0发送至其他控制设备,实现表面肌电信号的无创采集和无线传输。实验表明,该采集方式可检测到明显的表面肌电信号变化,并成功实现蓝牙之间数据的发送和接收。
关键词:
表面肌电信号
银电极
蓝牙4.0

高吞吐量低时延的太赫兹无线个域网MAC协议

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.032

作者:任 智,游 磊,陈 葱,吕煜辉

作者单位:重庆邮电大学 移动通信重点实验室,重庆400065

摘要: 针对现有太赫兹无线个域网MAC协议存在的基于动态均衡思想的网络不稳定、不合理的竞争窗口导致退避时间过长,以及所分配CTA长度大于节点的时隙请求量时会导致时隙剩余3个问题,提出了一种高吞吐量低时延的太赫兹无线个域网MAC协议——HTLL-MAC(High Throughput and Low Latency MAC protocol)。HTLL-MAC协议通过基于动态均衡思想的接入机制提高网络稳定性,引入动态更改重传竞争窗口方法缩短了退避所需时间,并且启用CTA剩余时隙机制充分利用剩余时隙,从而达到增加网络吞吐量、降低数据传输时延的效果。理论分析验证了HTLL-MAC协议的有效性。仿真结果表明,相较于IEEE 802.15.3c和HTLD-MAC的MAC层,吞吐量提高了6.15%,数据平均时延降低了32.53%。
关键词:
太赫兹
无线个域网络
MAC协议
吞吐量
时延

基于形态学小波变换的数字滤波算法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.033

作者:曹成涛1,2,许伦辉2

作者单位:1.广东交通职业技术学院 智能交通工程技术应用中心,广东 广州510650;2.华南理工大学,广东 广州510640

摘要: 电子产品所在电路中出现的各种干扰信号会导致电路中正常信号波形的畸变,从而影响电子产品的正常运行和使用寿命。为了排除干扰信号对电子产品的不良影响,采用形态学小波构造数字滤波算法来滤除电子产品所在电路中的各种干扰信号。大量仿真实验结果表明,该滤波算法对电子产品所在电路中出现的高频连续干扰、随机背景噪声干扰和电磁瞬态干扰都有很好的滤除效果。
关键词:
数学形态学
小波变换
数字滤波

基于分段导频发送和人工噪声的物理层安全传输方案

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.034

作者:卓国锋1,杜圣东2,林胜斌3

作者单位:1.成都职业技术学院 软件学院,四川 成都610041; 2.西南交通大学 信息科学与技术学院,四川 成都610031;3.重庆通信学院,重庆400000

摘要: 在一个三节点MIMO窃听网络中,针对窃听方发送恶意导频干扰,提出了一种基于分段导频发送和人工噪声的物理层安全传输方案。首先将导频发送长度分为n段,合法接收方只选取其中的m段发送导频信号。发送方利用n-m段接收信号获取窃听信道的近似估计,并用其消除m段信道估计中的窃听信道部分。然后,发送方设计预编码矩阵并同时发送信号和人工噪声,实现信号的安全传输。仿真表明,当干扰功率为100 mW时,所提方案下的安全速率平均提高了1.34 bit/s/Hz。
关键词:
导频干扰
段导频发送
人工噪声
安全速率

计算机技术与应用

基于自适应差分进化极限学习机的车牌识别算法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.035

作者:文 武1,2,乔龙辉1,何 鹏1

作者单位:1.重庆邮电大学,重庆400065;2.重庆信科设计有限公司,重庆400065

摘要: 针对目前车牌识别算法中存在的模型训练慢、字符识别准确率低等问题,研究了一种基于自适应差分进化极限学习机的车牌识别算法。综合利用边缘检测和颜色定位的优点来检测车牌区域,然后用改进后的垂直投影法对车牌区域进行分割,最后将自适应差分进化极限学习机用于字符识别。研究结果表明,所提出算法具有训练速度快、字符识别率高等优点,可以应用于复杂的交通场景。
关键词:
车牌定位
字符分割
垂直投影
字符识别
自适应差分进化

一种基于CPU卡的门禁系统的设计

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.036

作者:黄鹤松,刘容良,郭恒兰,魏国招

作者单位:山东科技大学 电气与自动化工程学院,山东 青岛266590

摘要: 针对传统门禁系统采用普通IC卡存在可被破解的安全问题,设计了一种基于FM1208-10型号CPU卡和新华龙C8051F340微控制器的门禁系统。该门禁系统集成了MFRC530射频读卡模块和SIM900A GPRS通信模块,采用CPU卡作为用户验证卡片,解决了传统的门禁系统安全性低、管理人员操作麻烦等缺点。
关键词:
CPU卡
射频读卡模块
C8051F340
门禁系统

基于字典学习和加权TV的MRI重构算法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.037

作者:宋长明,惠庆磊,程东旭

作者单位:中原工学院 理学院,河南 郑州450007

摘要: 为更好地提高核磁共振图像重构质量,提出了一种基于熵约束字典学习和加权全变分的图像重构算法。首先对图像进行分块,基于熵约束构建新的字典学习模型,生成字典库;结合加权的各向同性与各向异性的全变分正则项构建图像重构模型,并采用Split-Bregman算法求解,最终得到重构图像。实验结果表明,该算法不仅能有效消除噪声,对噪声具有鲁棒性,又能保留图像边缘纹理信息,抑制阶梯效应。与现有的算法相比,该算法对图像重构有着更好的性能。
关键词:
字典学习
熵约束
全变分
图像重构

基于视觉目标跟踪的PTZ控制方法

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.038

作者:潘振福,许 静,刘 成,朱永利

作者单位:华北电力大学 计算机系,河北 保定071003

摘要: 针对目前基于主动视觉的PTZ摄像机控制跟踪性能差,无法连续、实时跟踪动态目标,且跟踪目标的准确度低下等缺陷,提出了一种基于核相关视觉目标跟踪算法的云台摄像机控制方法。首先设计了云台摄像机系统的整体架构。视觉目标跟踪采用核相关目标跟踪方法,时效性很高,跟踪精确度也位列于目标跟踪领域的高等水平。根据跟踪结果信息,通过PELCO-D协议控制PTZ摄像机,始终保持目标在视频画面内。并用C++实现了KCF算法控制PTZ摄像机上位机,实验验证了该种PTZ控制方法的准确性、适用性及稳定性。
关键词:
目标跟踪
云台控制
相关滤波器

电源技术与应用

电动汽车无线充电技术研究与应用探讨

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.039

作者:张 鑫,贾二炬,范兴明

作者单位:桂林电子科技大学 电气工程及其自动化系,广西 桂林541004

摘要: 能源危机和环境问题越来越受到人们的重视,电动汽车以其节能、环保、低噪声、零排放等优点受到人们的青睐,同时无线充电技术具有接触式充电所不能比拟的优势,因此对电动汽车采用无线充电技术更加符合未来社会的发展趋势。介绍了三种常用的无线充电技术,描述了国内外电动汽车无线充电技术的研究现状。着重总结了感应耦合式和磁耦合谐振式在电动汽车无线充电应用中存在的问题及相应的解决方案。最后对WPT技术在电动汽车无线充电中的发展方向进行概述。
关键词:
无线充电
电动汽车
感应耦合
磁耦合谐振

基于VSG的LCL型微网逆变器技术研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.040

作者:郭筱瑛1,王嘉磊2,黎凡森2,陈显东2,曹太强2

作者单位:1.攀枝花学院 电气信息工程学院,四川 攀枝花617000;2.西华大学 电气与电子信息学院,四川 成都610039

摘要: 为使并网逆变器能更好地配合大电网运行,采用模拟同步发电机的控制方法,使分布式发电系统借鉴成熟的电力系统控制方案,实现多模式运行。基于虚拟同步发电机的控制方法,改进了虚拟调频以及虚拟励磁系统,配合虚拟惯性有效地改善了系统在离网运行状态下由于负荷变化引起的频率不稳定问题;同时对三相LCL滤波器性能进行了分析,通过在电容侧增设无源阻尼电阻的方法,可以有效地抑制谐振尖峰,增强系统的稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink的仿真实验验证,证实了所采用方法的有效性。
关键词:
微电网
虚拟同步发电机
LCL滤波器
无源阻尼

永磁同步电机-虚拟电流环控制技术的研究

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.041

作者:申 娟1,周 实2

作者单位:1.国网上海市电力公司电力科学研究院,上海200051;2.上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070

摘要: 首先从永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)无电流传感器的角度出发,提出了虚拟电流环控制方案。在分析了永磁同步电机数学模型的基础上,得出采用电流估算方式来重构反馈电流,以此来实现永磁同步电机转速、电流的双闭环控制。搭建了系统仿真模型和硬件实验平台,仿真及实验结果表明控制系统采用该方案后有效地实现了电机响应速度快、控制精度高的良好控制性能,从而验证了该方案的可行性和合理性。
关键词:
永磁同步电动机
无电流传感器
虚拟电流环控制