《电子技术应用》杂志2019年第07期-AET-电子技术应用

2019年第07期

刊出日期：2019-07-08

本期精选：基于SRAM型FPGA的实时容错自修复系统设计方法

本期精选：一种基于MDP理论的武器火控系统精度可靠性增强方法研究

邮发代号：2-889

上一期

技术专栏-太赫兹技术及应用

太赫兹技术应用进展

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.199701

作者：武帅，屈浩，涂昊，冯辉

作者单位：博微太赫兹信息科技有限公司，安徽合肥230088

摘要：近年来太赫兹技术的高速发展为太赫兹技术应用提供了基础。太赫兹以其高频率高穿透性以及低光子能量等优势，在多个领域受到了重点关注，并在多个具体的应用方向上实现了初步的探索。着重讨论用于高速率高带宽通信的太赫兹无线通信技术、用于生物化学物质检测研究以及用于医学领域的太赫兹光谱成像技术、用于无损探测系统的光谱成像以及谱分析技术、用于安全检查领域的太赫兹人体成像技术等太赫兹技术应用领域的进展，并对应用中存在的挑战进行了简要总结。

关键词：
太赫兹通信

生物医学

无损检测

安全检查

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太赫兹梯度超表面综述

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.199702

作者：寇伟1，陈婷1，杨梓强1，梁士雄2

作者单位：1.电子科技大学电子科学与工程学院，四川成都610054； 2.中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路重点实验室，河北石家庄050051

摘要：超表面，一种新颖的人工电磁材料，由于厚度可忽略不计，也称二维超材料。由于电磁波的电场或磁场与超表面亚波长单元结构的共振效应使其相位或幅度发生突变，从而经过超表面后出射波矢量场的叠加实现了对电磁波传播特性的调控。与三维超材料相比，超表面拥有损耗低、厚度薄、易于集成等优点，其巨大的应用潜力受到全世界研究人员的关注。太赫兹超表面器件在平面超透镜、涡旋光束、数字编码超表面、全息成像等显示了巨大的潜力和优势。从基本定律出发，总结了几种重要的超表面器件的调控原理和应用领域，并对未来超表面器件的实用价值和前进方向进行展望。

关键词：
太赫兹

超表面

超材料

相位调控

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基于平面肖特基二极管的300 GHz平衡式二倍频器

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.199703

作者：张立森，梁士雄，杨大宝，徐鹏，宋旭波，吕元杰，冯志红

作者单位：河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室，河北石家庄050051

摘要：设计了肖特基二极管的结构和尺寸，采用点支撑空气桥结构降低器件在高频下的损耗，根据二极管测试结果和实际结构，分别建立了肖特基结的非线性模型和三维电磁场模型。依据此模型，采用平衡式电路设计，将二极管放置在波导内，利用模式正交性很好地实现输入与输出信号的隔离，简化了电路结构，降低了损耗，成功设计并制作出300 GHz二倍频器，在312～319 GHz的倍频效率大于5%，最大倍频效率为10.1%@316 GHz，在307 GHz～318 GHz的输出功率大于4 mW，最大输出功率为8.7 mW@316 GHz。采用较高掺杂浓度材料二极管的倍频器最大效率为13.7%，最大输出功率为11.8 mW。该倍频器的输出功率与已报道水平相当，验证了国产肖特基二极管的设计、工艺以及高频工作等方面的能力。

关键词：
二倍频

肖特基二极管

反向串联

平衡式

太赫兹

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太赫兹片上集成放大器研究进展

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.199704

作者：韩江安1，2，程序1，2

作者单位：1.中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心，四川成都610299； 2.中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621900

摘要：针对当前太赫兹科学与技术发展的状态和瓶颈问题，重点讨论太赫兹电路中的核心部件——片上集成放大器的研究进展情况。根据太赫兹芯片设计和加工不同基底材料，比较了磷化铟和砷化镓制成化合物太赫兹放大单片与体硅和锗化硅制成的硅基片上集成放大器两大类，并对不同材料体系下的电路拓扑和指标进行了分析和总结。

关键词：
太赫兹

集成电路

功率放大器

单片集成电路

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基于二硫化碳的超材料太赫兹透射特性调控

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190409

作者：施依琳1，杨素英2，高亚臣1

作者单位：1.黑龙江大学电子工程学院，黑龙江哈尔滨150080；2.朝阳市卫生学校物理组，辽宁朝阳122000

摘要：目前，光控太赫兹波超材料主要是利用激光改变半导体材料的载流子浓度来实现的。半导体材料的复合寿命一般为纳秒量级，因此调控时间受到了限制。与半导体材料相比，二硫化碳(CS2)的光响应速度很快，只有1.68 ps，并且也具有较大的光学非线性。以亚波长周期金属块阵列结构为基础，提出了利用CS2来实现超材料太赫兹透射调控的方案。具体利用时域有限差分法(FDTD)研究了该结构的太赫兹波透射调控。

关键词：
可调谐超材料

太赫兹透射

二硫化碳

时域有限差分法

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综述与评论

基于深度学习的图像风格化算法研究综述

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190060

作者：黄海新，梁志旭，张东

作者单位：沈阳理工大学自动化与电气工程学院，辽宁沈阳110159

摘要：随着“人工智能”时代的到来，“深度学习”一词也逐渐走进大众的视野，一些基于深度学习神经网络的图像处理方法也随之产生，图像风格化作为其中一个重要的分支也获得了广泛的关注。目前，研究学者提出了很多基于深度学习的图像风格化算法，而且都能较好地完成风格化任务。全面概述了深度学习在图像风格化领域的进展，对比了不同算法之间的优劣，最后探讨了当前基于深度学习的图像风格化研究的局限性及未来的研究方向。

关键词：
图像风格化

深度学习

神经网络

图像处理

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人工智能

基于半监督学习的多示例多标签改进算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190243

作者：李村合1，张振凯1，朱洪波2

作者单位：1.中国石油大学(华东) 计算机与通信工程学院，山东青岛266580； 2.上海诺基亚贝尔股份有限公司青岛分公司fn部门，山东青岛266100

摘要：多示例多标签学习框架是一种针对解决多义性问题而提出的新型机器学习框架，在多示例多标签学习框架中，一个对象是用一组示例集合来表示，并且和一组类别标签相关联。E-MIMLSVM+算法是多示例多标签学习框架中利用退化思想的经典分类算法，针对其无法利用无标签样本进行学习从而造成泛化能力差等问题，使用半监督支持向量机对该算法进行改进。改进后的算法可以利用少量有标签样本和大量没有标签的样本进行学习，有助于发现样本集内部隐藏的结构信息，了解样本集的真实分布情况。通过对比实验可以看出，改进后的算法有效提高了分类器的泛化性能。

关键词：
机器学习

多示例多标签

半监督

支持向量机

泛化性能

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微电子技术

一种高可靠性高速可编程异步FIFO的设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.183185

作者：牛博，赵宏亮

作者单位：辽宁大学物理学院，辽宁沈阳110036

摘要：基于一款国产FPGA芯片的研发，提出了一种具有高可靠性、高速及可编程性的异步FIFO电路结构。通过增加近空满示警阈值和近空满状态位的方式用以提高异步FIFO的可编程性，同时内部通过使用格雷码指针进行比较的结构用以提高电路的可靠性。并在此基础上，提出了一种新的空满判断标准，使系统速度和逻辑利用率得到了进一步的提升。基于UMC 28 nm标准CMOS工艺，采用全定制方法进行电路设计。仿真结果表明，提出的异步FIFO在1 V的标准电压下，最高工作频率为666.6 MHz，平均功耗为7.1 mW。

关键词：
可编程性

异步FIFO

近空满示警阈值

格雷码指针

空满判断

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基于深亚微米的低成本高可靠BOD电路

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.183229

作者：张猛华，薛海卫，于宗光，张继，陈振娇

作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡214072

摘要：经常在MCU等应用系统中遇到系统电源电压出现欠压或意外掉电的情况，导致MCU的程序“跑飞”或丢失重要的数据。为了尽量避免这些情况的出现，掉电检测电路能够检测到系统供电电源异常，以提高系统的抗干扰能力和稳定性。提出一种基于180 nm工艺设计的掉电检测电路，具有结构简单、工作稳定可靠、版图面积小的优点，可集成在MCU等微处理器内部，实现对系统电源电压监测，减少系统的外围器件，降低系统成本。该电路结构可以非常容易地迁移至其他工艺节点，具备良好的工艺迁移特性和应用广泛性。

关键词：
单片机

掉电检测

掉电保护

上电复位

掉电复位

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一种基于数据存储的流水SHA256硬件实现电路

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.183277

作者：陈镇江1，张寅1，张志文1，卢仕1，刘玖阳2，万美琳1，戴葵2

作者单位：1.湖北大学物理与电子科学学院，湖北武汉430060；2.华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉430062

摘要：提出了一种新型的基于数据存储的SHA256全流水数据迭代方式。在全流水SHA256结构中，数据压缩器中的状态寄存器每次更新时只需要计算A和E，而状态寄存器B-D和F-H则可以直接从前一轮中的A-C和E-G得到。且每轮新产生的A和E在经历四级流水传递后将不再被使用，因此A和E生命周期为4个时钟周期。在传统数据迭代的方式中，每次数据更新将会导致A-H共8组寄存器同时翻转。因此，为了减小寄存器的翻转次数，继而降低寄存器的翻转功耗，提出了一种存储方案，即采用锁存器存储每级新产生的A和E，当后级需要使用时，通过选择器选择前级锁存器存储的A和E数据，用于产生本级新的A和E。由此，在进行数据迭代时，每轮只有A和E两组存储器更新，从而可以降低电路的动态功耗。在所提方案中，采用锁存器代替触发器作为存储单元，同时通过由传输门构成的选择器来实现数据的选择。仿真结果表明：在28 nm工艺下，采用数据存储代替寄存器翻转后的SHA256全流水结构功耗降低约27.5%，面积减少约49.2%。

关键词：
SHA256

流水

翻转

锁存器

选择器

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基于SRAM型FPGA的实时容错自修复系统设计方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190480

作者：徐伟杰1，谢永乐2，彭礼彪2，沈北辰3

作者单位：1.长安大学信息工程学院，陕西西安710064； 2.电子科技大学自动化工程学院，四川成都611731；3.四川大学软件学院，四川成都610207

摘要：为提高辐射环境中电子系统的可靠性，提出了一种基于SRAM型FPGA的实时容错自修复系统结构和设计方法。该设计方法采用粗粒度三模冗余结构和细粒度三模冗余结构对系统功能模块进行容错设计；将一种细粒度的故障检测单元嵌入到各冗余模块中对各冗余模块进行故障检测；结合动态部分重构技术可在不影响系统正常工作的前提下实现故障模块的在线修复。该设计结构于Xilinx Virtex-6 FPGA中进行了设计实现，实验结果表明系统故障修复时间和可靠性得到显著提高。

关键词：
可靠性

故障容错

故障自修复

三模冗余

动态重构

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测控技术与仪器仪表

一种基于MDP理论的武器火控系统精度可靠性增强方法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190478

作者：冯楠1，张黎2

作者单位：1.92941部队41分队，辽宁葫芦岛125000；2.61905部队，辽宁沈阳110000

摘要：火控系统的精度是一个非常重要的战术技术指标，而惯导系统的可靠性则对保证火控系统的精度起着重要的作用，冗余技术是提高惯导系统可靠性的有力保证。以陀螺仪为例建立了惯性导航设备冗余度优化设计的马氏决策控制模型，并进行了验证分析，证明对此模型应用策略迭代算法的科学性与合理性。仿真结果表明，所建立的模型能够反映惯性导航设备冗余度优化设计的实质，仿真结果能够为SINS(捷联惯性导航系统)冗余结构性设计提供一定的工程参考。