2020年第11期-《电子技术应用》杂志

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2020年第11期

刊出日期：2020-11-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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技术专栏-卫星导航技术

基于捷联惯性导航系统姿态实时性的研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200459

作者：王建中

作者单位：重庆青年职业技术学院人工智能学院，重庆400712

摘要：针对激光陀螺捷联惯性导航系统信号采集、姿态解算、数据输出实时性问题，分析三轴激光陀螺仪和三轴加速度计传感器惯性组件IMU、里程计、高度计、GPS/北斗等数据输入和输出。数据交换一般采用RS-232串行接口、CAN总线接口，难以满足传感器高速实时采样。因此，提出一种采用FPGA双口RAM+双DSP高速数据存取方式，按照时钟同步周期分别实时输出导航数据，可有效解决数据发送、处理、传输到各设备之间的瓶颈问题，最高输出频姿态率可达100 kHz~2 000 kHz，实现捷联导航系统姿态状态快速反应能力。实验和仿真表明，该方法可以大大提高系统的周期解算能力，提高载体的机动性能。

关键词：
惯性测量单元

激光陀螺

加速度计

采样频率

FPGA

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面向星间链路高动态网络的路由规划算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200422

作者：朱锋1，银皓1，白海通2，周淦1

作者单位：1.华北计算机系统工程研究所，北京100083； 2.中国人民解放军陆军参谋部，北京100044

摘要：伴随着航天技术的发展，卫星导航系统的技术也在不断提高。星间链路是在导航卫星之间建立具有精密测量和数据传输功能的无线网络，作为提高导航系统生存能力的重要手段，对卫星导航系统的建设至关重要。其中，星间链路路由规划算法作为星间链路技术的重要组成部分，也成为了星间链路技术的主要研究领域和方向之一。根据星间链路系统实际运行场景，结合了星间链路网络的特点，综合考虑数据传输时延和卫星节点负载等多种评价指标，基于广度优先算法思想，辅以多种剪枝策略，提出了一种基于多评价因子的路由规划算法。该算法能够在应用于高动态时变网络下寻找前N条最优路径。同时，对从节点间建链路径条数、节点建链情况、路径的开销代价等多种角度对于路由算法的规划结果进行分析验证，为星间链路路由规划中路径的筛选提供理论依据。

关键词：
星间链路

路由规划算法

高动态时变网络

广度优先

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卫星导航双频兼容互操作接收终端设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200792

作者：田湘1，朱银霞1，施洋2，胡婧1

作者单位：1.陆军工程大学通信工程学院，江苏南京210007；2.31121部队，江苏南京210000

摘要：由于全球卫星导航系统兼容互操作进程不断推进，设计实现具有兼容互操作性能的卫星导航接收终端是接收机领域的又一方向。针对CDMA导航信号设计实现了一种双频兼容互操作接收终端，利用终端控制软件设置终端参数，以通用的数字前端模块、基于时域多通道并行捕获、多相位的相关器实现数字接收处理模块，进一步实现定位解算。该终端具有通用性强、捕获速度快、定位精度高等特点，为提高服务的连续性、完好性和可用性奠定了硬件基础。

关键词：
兼容

互操作

捕获

相关器

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Galileo E6B/C信号接收机设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200220

作者：何旭蕾1，2，刘成3，王威3，李健1，刘学勇1，杨颖1，巴晓辉1，2，陈杰1

作者单位：1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学，北京100049；3.中国卫星导航工程中心，北京100094

摘要： Galileo系统通过E6B/C信号提供精密单点定位服务和身份验证服务。2019年1月欧盟公布了Galileo系统E6B/C信号的扩频码，参考欧盟发布文件，对E6B/C信号的载波频率、调制方式、主码、二级码、数据编码方案和电文结构进行了描述。设计了E6B/C信号捕获跟踪方案，通过短时相关结合FFT的方案对天空中的Galileo卫星E6B/C信号进行捕获，并用窄带宽带功率比方法和矩方法估计E6C和E6B的载噪比。同时对当前卫星播发的E6B电文信息进行了分析，分析结果表明当前Galileo的E6B信号还未开始提供PPP服务。

关键词：
E6BC

接收机设计

短时相关结合FFT

载噪比估计

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基于GNSS-RTK技术的双层滑坡监测系统设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200219

作者：刘新华1，尚俊娜1，施浒立2

作者单位：1.杭州电子科技大学通信工程学院，浙江杭州310018；2.中国科学院国家天文台，北京100012

摘要：滑坡、泥石流是目前我国最为多发的形变类地质灾害，建立高精度、实时、稳定的监测系统一直是倍受关注的重要安全问题。针对传统GNSS-RTK滑坡监测系统随着观测节点增加导致系统效率低下问题和基站与观测站同时位移导致的漏警问题，提出基于GNSS-RTK技术的双层滑坡监测系统，新系统在传统滑坡监测系统的基础上，在一些重要节点区域上新增微网观测系统，由“点”监测改进为微区域“面”监测，并实现了基于GNSS-RTK技术的形变数据采集和基于LoRa、LTE技术的数据传输。试验结果表明，数据传输可靠高效，且系统测量精度可达毫米级，满足滑坡监测要求，并可通过调整观测站微区域中的观测节点密度和基线长度满足不同环境的需求。

关键词：
滑坡监测系统

GNSS-RTK

LORA

LTE

毫米级

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技术专栏-5G R16核心网演进技术

3GPP R16 5G核心网标准及关键技术研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200993

作者：马瑞涛，王光全，任驰，穆佳

作者单位：中国联通研究院，北京100048

摘要：从2020年开始全球大多数主流运营商已转向5G独立组网架构，并开始了5G独立组网架构的商用部署，同时随着第一个覆盖5G全场景业务需求的3GPP R16国际标准冻结，5G核心网需要再次升级演进。根据目前3GPP的标准制定计划和产品路标，R17和R18版本涵盖的功能将错过5G SA建设的高峰期，R16版本将成为未来3～5年重要的商用版本，所以有必要针对R16标准的功能架构、适用场景和影响分析开展系统性分析和研究。

关键词：
第三代合作伙伴计划

版本16

5G核心网

国际标准

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5G非公共网络技术与应用场景研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200986

作者：聂衡，邢燕霞

作者单位：中国电信股份有限公司研究院，北京102209

摘要：介绍了5G非公共网络(Non-Public Network，NPN)技术产生的背景和目的、两种NPN组网方式的特点以及关键的技术内容、NPN与公共陆地移动网(Public Land Mobile Network，PLMN)网络的关系、NPN对网元的技术要求。从网络部署的角度对切片、独立的非公共网络(Stand-alone NPN，SNPN)和公共网络集成(Public Network Integrated NPN，PNI-NPN)技术进行了分析和比较，并且提出了应用企业专网的建议。

关键词：
非公共网络

独立部署

PLMN集成部署

切片

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5G网络切片服务等级协议技术增强和应用研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201010

作者：夏旭

作者单位：中国电信股份有限公司研究院，北京102209

摘要：随着5G网络建设和业务发展的推进，尤其网络切片在面向垂直行业应用场景向融合化、多样化、智能化发展，对5G网络切片的服务功能提出了新的要求。为了适应5G时代业务需求，打造5G差异化服务等级(Service Level Agreement，SLA)优势，充分发挥5G时代的运营商价值，从5G网络切片、服务等级保障及应用实践等方面给出了技术研究和能力验证，同时依据5G独立组网(Stand Alone，SA)标准进展，讨论了网络切片关键技术，细化了5G业务形态，探索新型商业模式，为5G SA全面商业实施提供了技术优化依据和支撑。

关键词：
网络切片

服务等级协议

服务质量保障

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5G核心网服务化架构演进研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200907

作者：王恒

作者单位：中国电信股份有限公司研究院，北京102209

摘要：在3GPP Release 15阶段，服务化架构项目主要完成了服务发现的机制，但网元间通信采用的还是直接通信方式，这种点对点的通信方式在未来复杂的网络环境中极难维护，同时网元本身的可靠性也没有成熟的保障手段。主要研究5G核心网服务化架构演进方向，具体分析基于服务通信代理的间接通信方式，给出服务通信代理的优势与部署建议；分析网元集合与网元服务集合的高可靠性机制，给出网元卸载存储、转发功能以及专注计算的演进方向。

关键词：
服务化架构

5G核心网

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5G核心网SMF和UPF拓扑增强技术研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200991

作者：邢燕霞，聂衡

作者单位：中国电信股份有限公司研究院，北京102209

摘要： 3GPP R15版本存在不支持跨SMF服务区切换和归属地路由等问题，为解决这些问题，R16版本定义了ETSUN技术。主要介绍ETSUN的需求场景、技术方案以及通信流程，提出了ETSUN的引入建议以及对R15版本网络的增强需求。研究内容将对相关工作者研究ETSUN技术方案以及对网络设备的技术要求有一定的帮助。

关键词：
跨SMF切换

归属地路由

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综述与评论

移动蜂窝网络中D2D通信资源分配算法概述

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200489

作者：陈雨洁

作者单位：中国人民武装警察部队工程大学信息工程学院，陕西西安710086

摘要： Device-to-Device(D2D)通信是用于通信网络中临近设备间直接交换信息的技术。凭借有效提高频谱利用率、减轻网络负载、降低通信时延等特性，D2D技术已经成为解决当前高速流量增长和海量设备接入的关键技术，其中资源分配作为D2D通信中的重点问题之一，也正受到广泛的研究和讨论。首先对D2D通信技术进行简介，其次重点介绍D2D通信中资源分配算法的研究现状，最后总结研究中的重难点问题，提出未来研究方向。

关键词：
5G

D2D

频谱利用率

资源分配

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人工智能

基于生成对抗网络合成噪声的语音增强方法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200327

作者：夏鼎，徐文涛

作者单位：南京航空航天大学理学院，江苏南京211106

摘要：在语音增强领域，深度神经网络通过对大量含有不同噪声的语音以监督学习方式进行训练建模，从而提升网络的语音增强能力。然而不同类型噪声的获取成本较大，噪声类型难以全面采集，影响了模型的泛化能力。针对这个问题，提出一种基于生成对抗网络(Generative Adversarial Networks，GAN)的噪声数据样本增强方法，该方法对真实噪声数据进行学习，根据数据特征合成虚拟噪声，以此扩充训练集中噪声数据的数量和类型。通过实验验证，所采用的噪声合成方法能够有效扩展训练集中噪声来源，增强模型的泛化能力，有效提高语音信号去噪处理后的信噪比和可理解性。

关键词：
语音增强

生成对抗网络

数据增强

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基于改进CapsNet的色素性皮肤病识别的研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200121

作者：李励泽，张晨洁，杨晓慧，孙文斌，郭滨

作者单位：长春理工大学电子信息工程学院，吉林长春130022

摘要：皮肤病是医学上的常见的、多发性疾病，因此皮肤检测技术越来越受关注。卷积神经网络是常见的皮肤检测方法，其模型结构会丢失很多信息。CapsNet(胶囊网络)是在卷积神经网络之后的一种新的神经网络。CapsNet的矢量化特征能够较好地表达空间关联性，每一个capsule(胶囊)独立地服务各自的任务。分析了CapsNet的基本结构和主要算法，改进了网络模型从而避免过拟合现象发生，试图基于改进CapsNet针对预处理之后的皮肤图像进行识别，并与传统卷积神经网络的模型作对比。实验结果表明，使用改进CapsNet对色素性皮肤病进行识别可以有较好的识别效果，并且准确率比传统方法高出8%～10%。

关键词：
色素性皮肤病

皮肤图像识别

神经网络

胶囊网络

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测控技术与仪器仪表

便携式海水淡化系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200118

作者：向诚，余锋，彭自成，刘宇轩

作者单位：中南林业科技大学涉外学院，湖南长沙410211

摘要：针对小型渔船在海上缺少电力，难以支撑起大型海水淡化设备的问题，设计一款环保型便携式海水淡化系统。该系统以智能手机为上位机控制端，以STM32为主控制器的海水淡化系统为下位机，利用太阳能风能发电为系统电能驱动，可实现智能控制设备、无线检测系统电量，以及GPS定位以防止渔船驶出经济专属区，极大地克服了长期喝蒸馏纯净水而造成微量元素缺失等弊端。实践证明，该系统能有效地降低渔民出海带淡水量，增加作业时长，提高海船的续航力和自持力等，实现运行效益的最大化。

关键词：
STM32

智能控制

海水淡化

太阳能风能

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基于Linux的电力网关的设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200082

作者：李强1，王星1，张帅2

作者单位：1.西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048； 2.西安大易电子科技有限公司，陕西西安710100

摘要：随着智能电网建设的持续发展，智能用电领域也不断发展。针对电力行业用户端的需求，设计了一种基于Linux操作系统的电力网关。该网关采用AM335x作为处理器，运用嵌入式编程实现网关相关功能，将智能电网用户端电力设备的Modbus协议转换成MQTT协议，再通过4G模块将数据转输至云平台。经测试，该电力网关运行稳定高效，实现了传统有线网络和无线网络的数据交互以及远程控制，满足了电力行业用户端的业务需求，同时为后期电力数据分析的数据来源提供了便捷途径。

关键词：
电力网关

Modbus

MQTT

智能电网

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通信与网络

一种六边形分形宽带天线的设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200317

作者：张广海，汪立新，陈茂洋

作者单位：杭州电子科技大学通信工程学院，浙江杭州310018

摘要：提出了一款应用于L波段、S波段和C波段的六边形分形宽带微带天线，该天线采用二阶六边形Sierpinski分形结构作为辐射贴片，使用微带馈电技术进行馈电。通过仿真分析与模型优化，天线的最终尺寸为36 mm×28 mm×1.6 mm，-10 dB阻抗相对带宽为150.3%(1.10~7.76 GHz)，在1.10 GHz处有最大峰值增益7.80 dB。该天线具有结构简单、体积小、带宽大、增益良好的特点，可以适用于各种宽频带通信系统中。

关键词：
分形天线

宽频带

Sierpinski分形

微带天线

阻抗匹配

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面向低功耗无线传感器网络的智能拓扑控制算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200355

作者：倪磊，李晓钰，张勇

作者单位：成都工业学院网络与通信工程学院，四川成都610400

摘要：降低无线传感器节点能耗是当下拓扑算法研究的重点。通过对功率控制型算法进行研究后发现，现有算法忽略多跳中继区域问题，从而增加节点的能耗。因此提出面向低功耗的智能拓扑控制算法，该算法通过收集各节点功耗反馈信息后形成最大邻近节点拓扑，遍历所有邻近节点后选择能量消耗最小的路径。对网络连通性、节点度和能量消耗等性能指标仿真分析，算法能够消除不合理的多跳，降低每个节点的最大发射功率，维护全网络的连通性，理论上具有一定的实际应用价值。

关键词：
无线传感器网络

RBTC

节点度

低功耗

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计算机技术与应用

基于重点突发词的突发事件检测方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200148

作者：富雅玲1，杨文忠1，2，吾守尔·斯拉木1，杨蒙蒙1，梁凡1

作者单位：1.新疆大学信息科学与工程学院，新疆乌鲁木齐830046； 2.中国电子科学研究院社会安全风险感知与防控大数据应用国家工程实验室，新疆乌鲁木齐830000

摘要：由于突发事件具有突发性、聚众性、破坏性，针对微博中发布的突发事件，避免由突发事带来一系列社会问题，提出一种结合用户影响力和突发词的突发事件检测方法。为提取大量重点突发词，使用词影响力和词状态两个指标计算词突发值，将大于一定阈值的词作为突发词；采用凝聚层次聚类方法，对突发词集的共现矩阵进行聚类得到热点话题。之后将结果放入训练好的分类器对热点话题进行分类,最终得到突发事件及其类型。使用真实的微博数据对其进行实验，对比使用分类器前后的实验结果，该方法可以有效过滤一般热点话题，提高突发事件检测的准确率。

关键词：
突发事件

突发词

聚类

分类

事件检测

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基于鱼叉式换档同步器的纯电动汽车动态分析

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200117

作者：汪秋婷1，戚伟1，沃奇中2

作者单位：1.浙江大学城市学院，浙江杭州310015；2.杭州市富阳区质量计量监测中心，浙江杭州311400

摘要：为了提高纯电动汽车的换档质量和整体能量效率，提出一种鱼叉式换档同步器代替传统锥形同步器的电动汽车动力总成系统。结合鱼叉式同步器的动力学模型，研究传动系统在换档过程中的瞬态响应，建立动力总成系统的原始动力学模型。同时，提出一种基于特殊阶跃函数的换档控制方法，对鱼叉式换档同步器的各档扭矩弹簧刚度进行优化。实验结果表明，新型鱼叉式同步器的动力学模型和控制策略具有较好的算法精度，优化后的扭矩弹簧使啮合过程中的冲击力明显减小。因此，所设计的鱼叉式换档同步器与传统同步器相比具有明显的优越性。

关键词：
鱼叉式换档

同步器

纯电动汽车

扭矩弹簧刚度

转动惯量

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PARA-AC：一种基于AC自动机的高性能匹配算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200096

作者：熊仁都1，杨嘉佳1，朱广宇1，唐球1，隋然2

作者单位：1.华北计算机系统工程研究所，北京100083；2.中央军委后勤保障部信息中心，北京100842

摘要：原始AC自动机由于匹配性能低，无法满足当前大数据环境下大规模特征串实时匹配的应用需求。针对这一问题，提出一种基于多线程的多模式串匹配加速算法，称之为PARA-AC(Parallel Aho-Corasick automaton)。该算法将待匹配字符串切割成若干字符子串以及若干切割点边界字符集，并将字符子串、切割点边界字符集输入至线程池中进行匹配，从而实现字符串的并行化加速处理。实验结果表明，与原始AC自动机匹配算法相比，PARA-AC算法显著提高了匹配速度，约为原始AC的13.91倍。

关键词：
多模式串匹配

AC自动机

多线程

并行化

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基于EMD-DA-LSSVM的短期电力负荷预测研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200036

作者：徐少波1，李鑫1，刘海涛1，魏丽2

作者单位：1.国网十堰供电公司，湖北十堰442000；2.武汉工程大学，湖北武汉430070

摘要：针对电力负荷数据的非线性和非平稳性特性，为提高短期电力负荷预测的精度，提出一种基于EMD-DA-LSSVM的短期用电负荷预测模型。首先，采用EMD分解短期电力负荷数据，获得互不耦合的IMF分量；其次，针对各IMF分量建立最优参数下的EMD-DA-LSSVM短期电力负荷预测模型，重构得到预测值。通过算法验证分析，与LSSVM、DA-LSSVM和EMD-LSSVM相比，EMD-DA-LSSVM模型具有更高的预测精度，短期电力负荷预测精度高达2.203%。

关键词：
最小二乘支持向量机

短期负荷预测

参数优化

经验模态分解

蜻蜓算法

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嵌入式技术

基于CHIP ID的FPGA加密算法设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200419

作者：陈小宇，叶佳栋

作者单位：华中师范大学物理科学与技术学院，湖北武汉430079

摘要：针对FPGA芯片上电配置数据容易被窃取的问题，提出了一种基于CHIP ID的加密算法。CHIP ID是Altera公司Cyclone V系列FPGA，出厂就带有的唯一ID，调用IP核就可以读出每个芯片的ID。此ID可以根据开发者的需求加入个性化加密算法并与指定FPGA结合起来，生成配置比特流文件。主程序运行自定义加密算法计算出一个加密值，将加密值与预存的匹配值进行对比，判断程序是否正常运行。结果表明使用CHIP ID加密的方法具有稳定高效、简单可靠和资源占用少等优点。

关键词：
CHIPID

FPGA实现

加密

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低电压差分信号长线传输的优化设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200521

作者：陈晓敏1，薛志超2，张志龙2，文丰1，袁小康1

作者单位：1.中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051； 2.中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室，北京100076

摘要：针对影响信号完整性的噪声与衰减进行分析与验证，硬件物理层采取预加重与均衡处理技术、同时进行阻抗匹配优化并设计双重电气隔离，提升信号传输质量。软件链路层进行两级乒乓形式缓存设计以优化传输效率；改进基于CRC校验的反馈重传机制，保证系统实现数据检错重传功能，能适应更多链路异常情况。经验证，优化后在传输长度为100 m时系统可满足180 Mb/s的高可靠传输，满足工程应用技术要求。

关键词：
低电压差分信号

信号完整性

预加重

乒乓操作

反馈重传机制

查看(13494) pdf(16080)

电路与系统

基于弹载的高功率密度LLC变换器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200517

作者：吴振苇，李双刚，张丽，何娇娇

作者单位：上海空间电源研究所，上海200245

摘要：传统脉冲宽度控制技术使得电源变换器中开关管工作在硬开关状态，产生的功率损耗会导致效率降低，选择适当的软开关技术可以有效降低开关损耗。针对某导弹型号XX-11设计了一款二次电源产品，前级通过PFC电路以实现功率因数校正，同时采取LLC谐振技术来实现软开关工作，提高电源效率。介绍了LLC谐振电路工作原理，用基波分析法对其建模，分析了谐振参数的对变换器增益和输出效率的影响，同时采用了磁集成的方法以提高功率密度。基于以上分析和设计，制作了一台630 W的产品，具有宽范围输入电压和高效率等优点。

关键词：
软开关

LLC谐振变换器

基波分析法

磁集成

定频控制

查看(14634) pdf(24020)

一种具有高动态范围的前置放大电路设计及实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200601

作者：刘松1，2，吴先梅1，2，孔超1

作者单位：1.中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室，北京100190；2.中国科学院大学，北京100049

摘要：压电式电容型传感器在工作时能输出正比于被测物理量的电荷量，具有较好线性度的同时也具有较高灵敏度，在许多领域中都得到了广泛应用，但该类传感器在工作时所产生的电荷量通常比较微弱，需要对其适当放大以便后续进行处理。通过分析压电式电容型传感器的等效电路模型，结合电路理论和Multisim仿真，设计了前置放大电路。由于该前放电路主要针对小信号的放大需求进行设计，在大信号输入时输出信号会产生畸变。而在实际工程应用中，常出现输入信号中小信号和大信号并存的情况。为了能够对输入信号动态范围较大时的小信号和大信号都实现无失真放大，改进了之前的前置放大电路设计，对其进行了Multisim仿真和实验电路测试。结果表明改进后的前置放大电路在输入信号频率为10 kHz时，其输入信号电压幅值最高可达600 mV，且小信号和大信号的放大均无失真，放大倍数也基本相同，说明该电路设计实现了高动态范围的输入信号的无失真放大需求。