《电子技术应用》杂志2024年第12期-AET-电子技术应用

2024年第12期

刊出日期：2024-12-06

本期精选：通信模块和计算主机分离场景下安全有效入网认证的研究

本期精选：改进LCR仪表测量稳定性的相位裕度优化方法及硬件实现

邮发代号：2-889

上一期

技术专栏- 高速有线通信芯片

10G以太网的信号处理关键技术

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245941

作者：史清，蒋海平，姚赛杰，刘亚欢

作者单位：裕太微电子股份有限公司

摘要：随着AI PC、Wi-Fi路由器、GPON等产品的快速升级，高速有线网络作为网络基础设施的重要组成部分，以太网物理层芯片需要提供更高的传输速率，更好地满足大数据时代下日益增长的带宽需求。10G以太网技术将成为下一代以太网技术的重点发展方向。10G以太网芯片的研发需要攻克高速信号完整性、低功耗设计等一系列技术难题。围绕10G以太网PHY芯片的信号处理关键问题，首先介绍10G以太网的相关国际标准背景，然后讨论10G以太网的网络需求，接着重点阐述10G以太网物理层信号处理的关键技术。最后对全文进行总结并探讨未来高速以太网的进一步发展。

关键词：
以太网

高速数据传输

物理层技术

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基于深度学习的神经归一化最小和LDPC长码译码

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245766

作者：贾迪1，严伟1，姚赛杰2，张权2，刘亚欢2

作者单位：1.北京大学软件与微电子学院，北京 102600；2.裕太微电子股份有限公司

摘要： LDPC码是一种应用广泛的高性能纠错码，近年来基于深度学习和神经网络的LDPC译码成为研究热点。基于CCSDS标准的（512，256）LDPC码，首先研究了传统的SP、MS、NMS、OMS的译码算法，为神经网络的构建奠定基础。然后研究基于数据驱动（DD）的译码方法，即采用大量信息及其经编码、调制、加噪的LDPC码作为训练数据在多层感知层（MLP）神经网络中进行训练。为解决数据驱动方法误码率高的问题，又提出了将NMS算法映射到神经网络结构的神经归一化最小和（NNMS）译码，取得了比NMS更优秀的误码性能，信道信噪比为3.5 dB时误码率下降85.19%。最后研究了提升NNMS网络的SNR泛化能力的改进训练方法。

关键词：
LDPC

深度学习

神经网络

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高速车载数据传输物理层接口芯片标准综述

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245685

作者：谭宇璇，孙靖聪，刘亚欢

作者单位：裕太微电子股份有限公司

摘要：作为实现汽车智能化的关键技术之一，高速、高可靠性、低时延的车载数据传输技术正获得越来越多的关注；同时，对于打破私有协议垄断、增强设备间互联互通的需求日益增长，推动着车载数据传输公有标准的制定成为了国内外标准组织的研究热点。首先介绍了车载数据传输链路的特点，接着聚焦于高速车载数据传输物理层接口芯片标准，对主要标准组织及其标准的制定情况进行了综述，并对各标准的主要性能指标与物理层技术进行了分析与对比。

关键词：
车载

高速数据传输

物理层技术

通信标准

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DRAM研究现状与发展方向

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245701

作者：牛君怡1，孙锴1，2

作者单位：1.中国科学院大学集成电路学院；2.中国科学院微电子研究所

摘要：动态随机存取存储器（DRAM）因其高存储密度和成本效益，在现代大规模计算机和超高速通信系统中得到广泛应用。主要介绍动态DRAM的发展历程、关键技术、国内外研究进展以及未来发展方向。首先，介绍了DRAM的分类、基本单元结构、工作原理。其次，详细介绍了DDR SDRAM的关键性能指标以及专用DRAM的发展。然后，介绍了提高DRAM访问速度、容量与密度的创新DRAM架构和技术，以及无电容存储单元结构、3D堆叠DRAM技术以及Rowhammer安全问题及其防御机制。最后，展望了DRAM技术的未来发展方向，阐述了为了应对日益增长的高速、低功耗和高可靠性的存储需求，对现有DRAM技术的进行深入研究和创新的重要性。

关键词：
DRAM

无电容存储单元

3DDRAM

Rowhammer

2T0CDRAM

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基于自适应优化的高速交叉矩阵设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245812

作者：高研，华源源，刘家熊，严伟

作者单位：北京大学软件与微电子学院

摘要：提出了一种基于自适应优化的交叉矩阵传输设计，采用AHB协议并引入自适应突发传输调整和自适应优先级调整的创新机制。通过动态调整突发传输的长度和优先级分配，实现了对数据流的有效管理，提升了系统的带宽利用率和传输效率。对该设计进行前端仿真和后端布局布线，仿真验证了该方法在不同负载环境下的优越性，能够优化总线资源分配，提升传输速度，降低总体功耗。

关键词：
自适应优化

AHB

交叉矩阵

动态调整

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基于UVM的时间敏感网络交换芯片的验证架构设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245682

作者：赵伟，陈三伟，方震，何泉初，王雨亭

作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：基于UVM验证方法学、自动化比对和覆盖率驱动的验证思想，构建了一个用于时间敏感网络（TSN）交换芯片的系统验证架构。该架构采用分类和流水处理数据报文方法，结合流量检测、时间槽检测和数据报文自动化比对方案，成功支撑TSN业务系统验证方法落地，保证了系统验证完备性。芯片回片经测试满足商用需求，再次论证了验证架构的完备性。

关键词：
UVM

时间敏感网络

TSN

交换芯片

系统验证

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高速以太网均衡技术的综述与思考

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245988

作者：万国伟1，康凯1，蒋海平2

作者单位：1.中国科学院上海高等研究院；2.裕太微电子股份有限公司

摘要：由于云计算、以太网、物联网的广泛运用产生的数据爆炸式增长，大型数据中心网络的有线输入输出（I/O）带宽需求迅速增长，高速以太网的发展顺应了网络流量的快速增长趋势。而随着以太网数据传输速率的提升，对串行链路的信号完整性挑战性进一步增大。针对高速传输下以太网均衡技术面临的挑战，聚焦于各类均衡技术，对各类均衡技术进行深入分析，探讨各类均衡器的工作原理和特性以及阐述了这些均衡器在高速传输环境中的适用场景，为未来高速以太网均衡器的发展和优化提供了参考，以更好地满足通信中不断增长的对更高的传输效率和更低的误码率的需求。

关键词：
高速以太网

高速有线串行链路

均衡技术

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人工智能

融合图文预训练的汉越多模态神经机器翻译

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245391

作者：韦浩翔1，2，高盛祥1，2，余正涛1，2，王晓聪1，2

作者单位：1.昆明理工大学信息工程与自动化学院；2.云南省人工智能重点实验室

摘要：由于汉语和越南语之间存在显著的语法差异及语料稀缺，汉越神经机器翻译任务面临名词翻译不准确的挑战。提出了一种新颖的多模态神经机器翻译方法，该方法融合了文本预训练模型和视觉语言联合预训练模型。通过文本预训练模型，能够捕获深层的语言结构和语义；而视觉语言联合训练模型则提供了与文本相关联的视觉上下文，这有助于模型更准确地理解和翻译名词。两种模型通过一个简洁高效的映射网络结合，并通过Gumbel门控模块动态地整合多模态信息，以优化翻译输出。在汉越及越汉翻译任务中，该方法相比传统Transformer模型分别提升了7.13和4.27的BLEU值。

关键词：
汉越神经机器翻译

视觉-语言联合预训练

多模态

注意力

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基于改进YOLOv5n的腐败水果检测模型

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245040

作者：彭靖翔，张荣芬，刘宇红

作者单位：贵州大学大数据与信息工程学院

摘要：为了实现多种水果在采摘后自动化筛选和分拣中腐败水果识别的问题，提出了改进的YOLOv5n模型，命名为mobile-YOLO。首先将YOLOv5n的主干网络替换为MobileNetV3并引入深度可分离卷积，相较于原模型，这种改进在计算效率和速度上都有所提升，并且准确率也得到了提高。为了进一步提升速度，将C3模块替换为C2f模块，实现轻量化的同时获得了更丰富的梯度流信息。最后将原有的CIoU替换为α-CIoU，以加快收敛速度并保证图像框位置的准确性。mobile-YOLO相较于原始的YOLOv5n，mAP@.5（mean Average Precision）达到了98.1%，mAP@.5：.95达到了94.2%，同时在P（Precision）值为97.1%和R（Recall）值为96.8%的情况下，参数量几乎与YOLOv5n保持一致。

关键词：
腐败水果

MobileNetV3

深度可分离卷积

边缘设备

YOLOv5n

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基于多头注意力的社交网络用户身份链接方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245904

作者：臧文羽1，颉夏青2，邱莉榕2，陆月明2

作者单位：1.网络空间研究院；2.北邮可信分布式计算与服务教育部重点实验室

摘要：随着社交网络的快速发展，人们在社交网络中拥有越来越多的虚拟身份，识别同一自然人不同网络虚拟身份的网络用户身份链接问题变得越来越重要。用户身份链接有助于挖掘网络用户的隐信息，构建全面的网络用户画像，进而促进跨网络的推荐、链接预测、信息传播等多个研究领域发展。现有的基于用户属性和基于网络结构的用户身份链接方法，没有考虑不同用户之间影响力差异因素，收敛速度较慢。基于深度游走的用户身份链接方法，融入多头注意力机制，对用户间影响力进行建模，实验结果表明，该方法可以很好地改进算法有效性，提高训练效率。

关键词：
图表示学习

用户身份链接

多头注意力机制

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测控技术与仪器仪表

速度型水声传感器的频率响应特性

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245407

作者：孟燕雨1，罗明2

作者单位：1.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所；2.天海融合防务装备技术股份有限公司

摘要：声纳技术是人类探索海洋的主要手段，而水声传感器是声纳装置的重要组成部分。水声传感器分为标量和矢量水声传感器。矢量传感器可以弥补标量传感器获取声场信息不完整的不足，可以实现对水中声压和介质振速的精确测量从而确定目标方位等。主要对速度型矢量水声传感器的频率响应特性进行了研究，讨论高保真和高增益下速度型水声振幅模型、响应比及频率响应特性，提出频响设计原则，最后概括速度型水声传感器的应用。水声传感器是水下探测、定位和通信的重要手段。研究有助于开发高灵敏度和更好低频特性的速度型水声传感器，从而极大提升传统水声传感器的作用距离。远声场传感器的研制，提升诸如潜艇、UUV等水下目标的探测距离，将有利于从根本改变目前我国水声探测网络的格局，具有重要军事意义。

关键词：
速度型水声传感器

振幅模型

响应比

频响特性

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改进LCR仪表测量稳定性的相位裕度优化方法及硬件实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245400

作者：杨学文，陈灵强，马凯元

作者单位：河北工程大学信息与电气工程学院

摘要：为解决LCR表在测量容性阻抗时的自激问题，设计了一种增强测量稳定性的LCR仪表。通过分析测量前端自平衡电桥电路的相位裕度，采用相位补偿电路解决因相位滞后造成的自激问题。应用直接数字频率合成技术结合相位校准电路设计，产生相位准确的正交测量信号。使用开关鉴相式锁相放大器处理微弱信号，经16位模数转换器采集后输入到微处理器进行矢量信号合成与输出显示。相比专业仪器，所设计样机对电阻测量相对误差可达0.5%，对大电容测量相对误差可达1%。

关键词：
自平衡电桥

相位裕度

直接数字频率合成

锁相放大器

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通信与网络

基于深度残差神经网络的5G信号室内分布预测

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245465

作者：胡荣青1，张成挺2，任国伟1，吕俊事1，许高明1，刘太君1

作者单位：1.宁波大学信息科学与工程学院；2.浙江中烟工业有限责任公司

摘要：为解决5G信号室内覆盖的质量与稳定性问题，提出了一种基于深度残差神经网络的5G信号室内分布预测方法。采用基于全连接的深度残差神经网络构建预测模型，利用发射机与接收机的三维空间坐标信息和接收机的参考信号接收功率（Reference Signal Receiving Power， RSRP）数据作为输入特征，而无需收集复杂的环境特征信息。实验结果表明，该深度残差神经网络模型在不依赖详细环境参数的情况下，经归一化训练，预测出的RSRP与实际值相比，MAE为0.029 455，RMSE为0.041 495，能有效地预测室内的5G信号分布，验证了基于深度残差神经网络的预测方法在室内5G信号覆盖预测问题上的有效性，为优化室内5G网络部署和提升用户体验提供了科学依据和技术手段，具有重要的实际应用价值。

关键词：
深度残差神经网络

信号分布

信号强度

信号预测

RSRP

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通信模块和计算主机分离场景下安全有效入网认证的研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245872

作者：王志宇1，赵荣辉1，张春慧1，苏禹2

作者单位：1.公安部第一研究所；2.中国信息安全研究院有限公司

摘要：随着5G、移动技术的不断发展，移动终端的形态越来越多样，具备移动接入能力的设备推动了万物互联时代的到来。移动终端从CDMA时代开始就已经实现了机卡分离，全网通的出现使得计算主机和通信模块进一步解耦。人们希望自己的移动终端可以在任何时间、任何地点接入任何网络。无线技术之所以能够实现突飞猛进的发展，正是因为顺应了分工合作、各自发展这一趋势。物联网的时代，终端设备往往规格低、数量大，新技术、新频段的不断涌现，导致主机和通信模块发展不同步，终端组合式接入给移动安全提出新挑战。探讨了如何通过数字证书、安全管控等技术实现通信模块和计算主机机分离场景下终端的入网认证。

关键词：
物联网

可信计算

移动警务

无线通信

入网认证

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计算机技术与应用

一种基于状态预测的多线程数据过滤算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245321

作者：杨嘉佳，李正，郑儿，姚旺君，赵静，关健

作者单位：中国电子信息产业集团有限公司第六研究所

摘要：数据过滤算法在大数据处理领域有着重要的作用。基于正则表达式匹配技术的数据过滤算法凭借强大的特征表达能力适合于处理大规模复杂数据。然而，传统的正则表达式匹配过程为串行匹配，造成性能低，无法满足现代数据处理的需求。针对传统正则表达式匹配性能低的问题，提出一种基于多线程和状态预测的正则表达式加速匹配算法，称之为μFA：基于向量指令执行字符值比较，获取可直接跳过的信任字符数。同时，基于多线程加速和状态猜测技术，实现字符串的分段匹配处理，通过圈定字符危险区域，研判各分段最终匹配结果的正确性。实验结果表明，μFA算法的吞吐率是原始DFA算法的10.12~91.36倍、ßFA算法的1.08~2.97倍。

关键词：
正则表达式匹配

状态预测

数据过滤

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基于编程组态软件的二总线图形建模及调试研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245634

作者：赵奇伟1，2，刘星辰1，康晋菊1，轩书婷1，郭传伟1

作者单位：1.中电智能科技有限公司；2.中国电子信息产业集团有限公司第六研究所

摘要：以太网控制自动化技术（Ethernet Control Automation Technology，EtherCAT）是当前工业控制领域的一个重要应用技术。基于EtherCAT总线的PLC可以集成控制二总线系统，在实施过程中，用户为PLC编程时会编写大量代码，在异步系统间也会存在消息不同步的问题。为解决上述问题，提出了一种基于编程组态软件对二总线设备组态建模和图形化调试技术，该技术包括异步系统间消息同步、二总线协议转换与解析、二总线拓扑构建状态机、在线实时调试功能以及可视化交互界面设计。

关键词：
工业以太网技术

编程组态软件

二总线设备

人机交互

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电路与系统

基于锁相放大器的电涡流金属分类系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245287

作者：张炳鑫，张志杰，张泽学

作者单位：中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室

摘要：电涡流检测是一种通过检测金属导体感应出的微小涡流信号来识别被测材料性质的方法。在利用电涡流检测技术进行金属分类时，微弱信号甚至会被噪声信号完全淹没，这使提取有效信号变得非常困难。针对这种实际问题，根据相关检测法设计了基于锁相放大器的金属分类系统。在设计中，微弱待测信号经过低噪声放大后与两路正交参考信号进行互相关，再经过低通滤波电路后被采集，对被采集的信号进行计算即可实现对微弱信号的检测。实验结果表明，系统具有较高的精度和灵敏度，能够极大地提高信号的信噪比，实现对金属材料的快速分类，分类准确率可达93%。

关键词：
AD630

相敏检波

涡流检测

锁相放大

金属分类

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基于系统级封装技术的X频段变频模块研制

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245672

作者：麻泽龙，吴景峰，余小辉

作者单位：中国电子科技集团公司第十三研究所

摘要：研制了一款利用系统级封装技术（SIP）的小体积X频段双通道收发变频模块，在其内部集成了采用不同工艺制成的器件。模块把发射通道和接收通道集成到一个腔体中，并实现收发分时控制。模块采用上下双腔结构，不同腔体之间采用BGA球栅阵列进行垂直连接，显著减小模块体积，模块体积为21 mm×16 mm×3.8 mm。模块主要指标测试结果为：接收通道输入P-1dB ≤-10 dBm，接收信号增益30～35 dB，接收通道隔离度大于等于55 dB，接收噪声系数小于等于8 dB；发射通道增益10～12 dB，发射通道最大输出功率大于等于12 dBm，二次三次谐波抑制大于等于60 dBc，杂波抑制大于等于55 dBc，模块可在-55～+85 ℃正常工作。实测结果与仿真结果基本一致。

关键词：
X频段

收发系统

系统级封装

BGA球栅阵列

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雷达与导航

应用于无人监控的雷达发射机的设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245432

作者：李彦旭，陈星宇

作者单位：江苏大学电气信息工程学院

摘要：设计了一种用于无人监控雷达的发射机系统，旨在实现对监控区域的高效探测和精准监测。该发射机系统采用了FMCW（调频连续波）雷达技术，其核心是一种线性连续信号。针对无人监控领域的特定需求和特点，对发射模块进行了方案确定和指标分析，并仿真设计了功率放大器和天线。在此基础上，对功放和天线的结构进行了有效改进。最后进行了系统的实物测试，结果达到了预期的7 W发射功率，证明提出的设计方案满足实际的设计应用需求，验证了其在该领域的可行性。

关键词：
无人监控

射频前端

调频连续波

高功率

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不稳定气流影响下多卫星抗干扰混合定位方法的研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.245424

作者：俞家融1，沈超1，刘星晔1，林俊杰1，杨静泊1，徐晓伟1，郑越峰2

作者单位：1.国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司； 2.国网思极位置服务有限公司

摘要：不稳定的气流会导致信号传播路径的扭曲和延迟变化，从而导致接收到的卫星信号的延迟和失真。这将导致定位系统的测距和寻向误差增大，影响定位结果的精度和准确性。因此，提出了一种新型的在不稳定气流影响下的多卫星抗干扰混合定位方法。对高空不稳定湍流数据进行预处理，快速验证湍流数据的真实性。基于动量守恒定律构建流场描述方程。通过运用载波相位观测和卫星天线相位中心坐标建立多卫星运动方程，并构建抗干扰混合定位模型。引入全球导航卫星系统（GNSS）技术，利用多颗卫星的信号来计算接收器的位置、速度和时间，从而解决多卫星混合抗干扰模型。实验结果表明，对于静态目标，该研究方法在目标方向N（北）、S（南）和E（东）的定位偏差较小；采用近地卫星、中等高度卫星和地球同步卫星混合定位时，定位误差的均方值始终低于0.002 cm。对于动态目标，该方法不受杂波干扰，能够稳定地定位目标。此外，所提出的方法具有更低的定位延迟和更高的定位效率。