2024年第05期-《电子技术应用》杂志

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2024年第05期

刊出日期：2024-05-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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微电子技术

硅基三维异构集成射频微系统的多物理场耦合仿真与设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234510

作者：张睿1，朱旻琦2，杨兵2，冯政森2，王辂2，张先荣1，陆宇1，蔡源1，邱钊1

作者单位：1.中国电子科技集团公司第十研究所；2.中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：利用硅基三维异构集成工艺设计一款射频微系统，以满足设备对射频模组高性能、小型化的需求。为了在设计初期充分评估该微系统的潜在可靠性风险，根据工艺特征以及产品在多物理场中的耦合现象，建立一种面向硅基三维异构集成工艺射频微系统的多物理场一体化仿真流程，逐一分析所涉及的电-热耦合和热-力耦合过程，预判产品在工作条件下的热学和力学特性，为设计环节提供针对性的指导，预先规避可靠性风险，从而有效提高一次性设计成功率。

关键词：
硅基三维异构集成射频微系统

多物理场耦合仿真

电-热耦合

热-力耦合

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基于ADS的微系统电源完整性仿真及优化

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234131

作者：吕超华1，李庆忠1，时广轶2

作者单位：1.江南大学机械工程学院；2.无锡北微传感科技有限公司

摘要：随着芯片制造技术和封装技术的发展，电子产品内部的器件集成度和信号速度在持续提高，微系统成为一种新兴的形式，这导致了对电源完整性的要求不断提高。不合理的电源完整性设计将会给电源质量和信号质量带来极大的干扰，甚至会使系统崩溃。针对所设计的多芯片微系统设计进行了电源完整性的仿真，并利用基板、PCB去耦电容网络协同去耦的方式对电源分配网络阻抗进行了优化，解决了微系统内部的空间有限与去耦电容需求量大的矛盾，保证了微系统的电源完整性。

关键词：
电源完整性

电源分配网络

阻抗

去耦电容

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一种低峰均功率比的数字梳状谱模块设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234500

作者：秘志贺，郑宏斌

作者单位：中国电子科技集团公司第十三研究所

摘要：为了提高多通道接收机的通道间误差校准效率，设计并实现了一种低峰均功率比的数字梳状谱校准源模块。该模块基于FPGA+DAC的硬件结构，采用软件DDS原理方式来产生梳状谱信号。为了降低梳状谱信号的峰均功率比，利用遗传算法对信号的各个子载波的初始相位进行了优化，计算出一组优于代数次优解的初始相位组合，将峰均功率比从次优解的4.98 dB降低到了3.98 dB，同时提高了梳状谱信号的子载波功率和带外杂散抑制，优化了梳状谱模块的信号质量。该模块在梳状谱信号输出范围170 MHz~230 MHz，频谱间隔1 MHz情况下，子载波功率为-35.5 dBm，带外杂散抑制为64 dBc，完全满足校准源指标要求。

关键词：
梳状谱

遗传算法

峰均功率比

FPGA

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基于Innovus改善芯片绕线资源的电源网络布线方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234630

作者：王淑芬，高璐，秦贵阳，朱志强

作者单位：中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：随着集成电路的集成度越来越高，芯片的面积越来越小，芯片内单元密度会随之增加，这将为芯片的后端物理设计带来诸多的挑战。其中芯片面积的减小直接影响布线资源，导致布线拥塞，以此造成芯片线路无法绕通以及时序和串扰的问题。提出了一种改进的电源网络的布线方法，极大提升了信号线的走线空间利用率，有效解决了高集成度芯片的短路问题。

关键词：
物理设计

单元密度

电源规划

拥塞

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基于先进CMOS工艺的多通道Gbps LVDS接收器

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234437

作者：赵达1，沈丹丹2，王亚军1，杨亮1，桂江华1，邵健1

作者单位：1.中电科申泰信息科技有限公司；2.中国电子科技集团公司第五十八研究所

摘要：在SIP（System In a Package）系统中集成具有LVDS（Low-Voltage Differential Signal）接口的多通道高速模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）时，面临不同LVDS输出通道延时不同所导致的数据采集错误的问题，为此设计了一个多通道自适应LVDS接收器。通过采用数据时钟恢复技术产生一个多相位的采样时钟，并结合ADC的测试模式来确认每一个通道的采样相位，能够自动对每一个通道的延时分别进行调整，以达到对齐各通道采样相位点，保证数据正确采集的目的。最后，基于先进CMOS工艺进行了接收器的设计、仿真、后端设计实现和流片测试，仿真和流片后的板级测试结果均表明该接收器能够对通道延迟进行自动调节以对齐采样相位，且最大的采样相位调节范围为±3 bit，信噪比大于65 dB，满足了设计要求和应用需求。

关键词：
模数转换器

多通道LVDS

锁相环

时钟数据恢复

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测控技术与仪器仪表

三种石英晶体谐振器频率测试方法对比分析研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244920

作者：蔡光跃1，2，刘晓辉1，翟红国3

作者单位：1.上海电子信息职业技术学院通信与信息工程学院；2.上海泮奂电子科技有限公司； 3.深圳市鼎阳科技有限公司

摘要：测试石英晶体谐振器频率的传统方法有间接计算法、信号源起振法和网络分析仪法，三种方法各有大的缺陷。根据石英晶体谐振器频率的特点，提出三种新的测试方法：示波器测试法、频率计测试法和频谱仪测试法。这三种方法在基本测试原理、设备配置要求、测试精度和适用环境等方面存在差异。对三种方法的优缺点进行了详细比较，并针对不同应用条件提出了选用建议：如果只单纯测量石英晶体谐振器频率，选用频谱仪测试法；如果需要测量频率的同时还需要知道频率的特性等内容，宜选用频率计测试法；示波器测试法则可用在对石英晶体谐振器频率定性的粗测。此外，还根据各自的优势探讨了仪器协作测试的可能性。

关键词：
石英晶体谐振器

频率测试

对比分析

示波器

频率计

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基于Modbus协议的湿度检定系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244906

作者：崔学林1，2，梁宝龙2，3，黄斌1，2，陈亮1，2，李伟1，2

作者单位：1.海南省气象探测中心；2.海南省南海气象防灾减灾重点实验室； 3.海南省五指山气象局

摘要：为了提高湿度计量的工作效率和数字化安全管理水平，设计了一种基于Modbus协议的湿度检定系统。该系统依托Modbus RTU协议模式、精密露点仪数据格式和Agilent34401A数字万用表可编程仪器的标准命令协议，实现了湿度发生器自动控制，提高了检定效率和数据安全性。湿度检定系统检定结果的扩展不确定度为1.3%。采用测量仪器特性评定和传递比较法对系统测量结果进行验证，测量结果均验证通过，表明系统可进行业务化应用。

关键词：
MODBUS协议

湿度计量

不确定度

传递比较法

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通信与网络

恶意代码可视化分类研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244838

作者：丁全1，丁伯瑞2，查正朋2，刘德阳3

作者单位：1.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院； 2.中国科学技术大学先进技术研究院；3.安庆师范大学计算机与信息学院

摘要：新型恶意代码设计变得日益复杂，传统的识别并检测方法已经满足不了当前的需求。因此，在对BODMAS数据集分析的基础上，将其进行可视化处理并进行分类。同时考虑到现有恶意代码可视化分类模型主要依赖全局特征，在卷积神经网络基础上设计了一个CA（通道级局部特征关注）模块和一个MA（多尺度局部特征关注）模块，构建了两个新模型，巧妙地结合全局与局部特征。在BODMAS数据集上，新模型在恶意代码种类识别并分类平均准确率相比于BODMAS数据集论文描述的方法得到了提高，证明了数据集可视化可行性和新模型的有效性，为未来研究提供了重要的数据和实验基础。

关键词：
BODMAS数据集

CA模块

MA模块

恶意代码可视化

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一起DCS网络异常事件分析研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244915

作者：白西让

作者单位：大唐西北电力试验研究院

摘要：某火力发电厂发生了一起因DCS网络故障引起控制器全部重启，从而导致发电机组非计划停运的异常事件。对现场事件处置与排查思路进行了复盘，通过模拟测试、日志分析、现场检查等方法，定位了导致网络异常的原因是汇聚交换机与一处接入交换机之间光纤的单向链路故障。对光纤单向链路故障引起DCS网络短时网络风暴的过程进行了详细分析。该网络故障可为具有类似网络架构DCS系统的日常运行维护及事故防范提供借鉴。

关键词：
DCS网络

网络环路

MAC地址漂移

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计算机技术与应用

基于智能合约的农业供应链溯源技术研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244861

作者：刘卫春，黄海，郑军红

作者单位：浙江理工大学计算机学院

摘要：食品安全和污染风险相关的问题越来越多，迫切需要高效的追溯解决方案。通过溯源可以高效追溯食品的源头，并且进行追责，从而提高食品安全。为此设计了一个基于以太坊智能合约的农业供应链溯源机制，该机制通过引入NFT技术，优化了区块链农产品溯源过程。实验结果表明，所提出的供应链框架在成本效益、溯源效率方面优于现有的区块链溯源基准技术。

关键词：
智能合约

农业供应链

溯源技术

区块链

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基于深度学习的可视化图表分类方法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244851

作者：张明凯1，胡军国1，刘江南2，邓飞1，尹文杰1

作者单位：1.浙江农林大学数学与计算机科学学院；2.浙江农林大学化学与材料工程学院

摘要：可视化图表的分类研究对于图表理解和文档解析具有很大的意义。分别通过爬虫和软件生成的方式，构建了两个包含16类常见图表的数据集，该数据集在数量、类型和样式丰富性上具有一定的优势。在3个数据集上实验对比了Transformer架构和卷积神经网络架构的模型，结果表明Transformer架构在图表分类任务上具有一定优势。基于Swin Transformer模型，设计了多种数据增强策略，在增加模型泛化性的同时也引入了分布差异；通过对不同策略训练出的模型预测进行均值融合，同单模型相比分类性能有较大提升。在6个测试集上对集成模型进行了测试，分类准确率均大于0.9；对于图像质量高、视觉形式简单的生成图表，模型分类准确率接近1。

关键词：
图表分类

图表理解

卷积神经网络

SwinTransformer

模型集成

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基于深度学习的互联网接收机中特定信号识别

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234739

作者：宁昭义，许国宏，王耀磊

作者单位：中国电子科技集团公司第二十二研究所

摘要：随着软件无线电技术和互联网技术的发展，有大量的互联网接收机接入互联网，并可任意访问其频谱瀑布图数据。频谱瀑布图是信号频域和时域特性的一种展示方式，将不同频率的信号以图像的方式直观地进行展示，为了更好地监测到频谱瀑布图中的特定信号，需要对频谱瀑布图中的特定信号进行智能识别。通过深度学习技术实现了对频谱瀑布图中特定信号识别，在信噪比大于5 dB时，识别准确率大于90%。

关键词：
软件无线电

深度学习

互联网接收机

瀑布图

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一种改进的基于Mask R-CNN的玉米大斑病实例分割算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244871

作者：朱宇浩1，童孟军1，2

作者单位：1.浙江农林大学数学与计算机科学学院； 2.浙江省林业智能监测与信息技术研究重点实验室

摘要：玉米作为我国主粮作物，其生产常受大斑病、小斑病、锈病等病害及虫害影响，导致其产量与品质下降，威胁农业生产安全。近年来，视觉检测技术因其高准确性已成为病害防控的重要工具。以Mask R-CNN为基础框架，通过融入DyHead、Groie和OHEM模块进行优化，旨在提升对细微病灶图像的分割效能。改良后的模型在病害图像分割任务上展现出卓越性能，平均精度（mAP）提升4%，尤其在小目标分割上准确率提高8.5%，相较于YOLOv5、YOLACT++等同类模型优势显著。通过消融实验验证了各新增模块的有效性，证实该模型为精准检测玉米大斑病提供了有力的技术支持与理论依据。

关键词：
实例分割

玉米大斑病

MaskR-CNN

计算机视觉

注意力机制

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射频与微波

应用于收发链路多模块级联的优化设计方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244892

作者：余秋实，郭润楠，陈昊，庄园，梁云，闫昱君，吴霞，葛逢春，王维波，陶洪琪

作者单位：南京电子器件研究所固态微波器件与电路全国重点实验室

摘要：为解决波束赋形芯片中子电路模块由于寄生效应而导致的级联失配问题提出了一种优化设计方法。该设计方法通过主动引入相邻器件阻抗牵引效应，并使其与级联阻抗失配相抵消从而实现阻抗“预失配”的设计方案。对“预失配”的技术原理以及设计流程进行了简要分析，并通过加工一款采用优化设计方案的4通道X/Ku波段的射频收发芯片，验证了该设计方案的可实现性与有效性。在8 GHz~18 GHz频带范围内，该芯片与基于端口驻波设计体系的原芯片相比，收发链路增益分别为6.5 dB和14 dB，提升了超过2 dB。发射链路输出功率21 dBm，发射效率为15.7%，分别提升了1 dB和9%。接收链路噪声系数为8.72 dB，降低了1.2 dB。收发链路最大移相均方根误差为5.12°和5.25°，分别下降了3.17°和1.75°。

关键词：
多模块级联

XKu波段

砷化镓赝配高电子迁移率晶体管

单片微波集成电路

相控阵收发芯片

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用于土壤湿度监测的无芯片RFID传感器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.244893

作者：邰正一，马润波

作者单位：山西大学物理电子工程学院

摘要：为提高土壤湿度传感器的灵活性和可靠性，设计了一种低成本的无芯片RFID传感器，用于无线监测土壤湿度。该传感器由3个互补开口环谐振器（CSRR）以及2个正交放置的宽带圆形微带贴片天线构成。其中两个相同尺寸的CSRR间距较近，容易产生谐振器间耦合，使得高湿度土壤下的谐振频率变化更加明显，另外作为参考谐振器的CSRR则用以消除环境条件的影响，提高测量的可靠性。两个微带贴片天线用于收发信号，实现无线传感功能。分别研究了采用单、双CSRR结构下该传感器的雷达散射截面（RCS），确定了土壤湿度与谐振频率差值之间的线性关系，通过实测进一步证实了这种关系。实验结果表明，该传感器在0%~12%的土壤湿度下具有18.2 MHz/%θ的灵敏度。

关键词：
无芯片RFID传感器

土壤湿度

互补开口环谐振器

微带贴片天线

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嵌入式技术

基于FPGA的视频图像去雾算法的优化与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234715

作者：郝振中1，余耀2，孙静1

作者单位：1.安徽新华学院电子工程学院/智能制造学院；2.无锡学院电子与信息工程学院

摘要：在恶劣天气条件下采集的图像存在对比度差、清晰度下降等问题。图像质量的恶化制约着计算机视觉的准确性和自动化任务的效率。给出了一种基于限制对比度自适应直方图均衡（Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization， CLAHE）与改进多尺度Retinex （Multi-Scale retinex，MSR）的图像去雾算法。该算法将输入的含雾降质图像先经过CLAHE算法处理，再用MSR算法处理，对图像MSR算法处理时，引入Gamma校正因子估计入射光，并对算法中的环绕函数进行优化。结果表明，所提出算法处理后的图像相比原图，图像的信息熵、平均梯度和标准差等方面均有提升；并设计硬件电路，成功在FPGA上演示了视频实时去雾，提高了视频图像去雾的实时性。对板级资源与功能消耗进行了数字化的分析，证明所设计硬件系统属于低功耗范畴。

关键词：
图像质量

CLAHE

多尺度Retinex

FPGA

视频去雾

查看(4614) pdf(340)

电路与系统

一种高效率行波管高压电源的设计与实验研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234530

作者：刘期辉1，高文雷1，崔瑶1，刘银川1，郝保良2

作者单位：1.北京真空电子技术研究所；2.中国电波传播研究所

摘要：针对6~18 GHz 50 W超小型微波功率模块，提出了一种半桥LLC谐振多级高压变换电路。通过对半桥LLC谐振变换器设计和基于改进型3型相位补偿器反馈回路的研究，将低压48 V升压为行波管阴极和三级降压收集极所需的4路稳定高压，整体高压效率相对于同功率量级微波功率模块从92%提升至95%。实测电源在输入电压44~52 V范围内最高效率达到95%，最低效率超过92%，电源在空载和满载之间切换时阴极电压输出变化小于1 V。

关键词：
LLC

高压电源

行波管

高效率

仿真

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猝发重频高压大功率脉冲充电电源研制

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234615

作者：冯传均，戴文峰，郝世荣，曹龙博，刘宏伟，王传伟

作者单位：中国工程物理研究院流体物理研究所

摘要：针对电感隔离型重频Marx发生器的充电需求，研制了一台猝发重频高压大功率脉冲充电电源。该电源采用直流电源+储能电容+晶闸管开关+脉冲变压器的技术路线，设计指标为充电电压为90 kV，充电电流1 kA，充电重复频率1 Hz～100 Hz可调，猝发工作时最大充电次数为5次。首先介绍了充电电源的工作原理，进行了电路参数计算和结构设计，得到了晶闸管、初级电源和脉冲变压器等主要器件的参数。然后试制组装了一套电源，并进行了实验验证：对等效总电容量为0.7 μF的紧凑型Marx发生器充电时，充电电压90 kV，充电时间小于120 μs，充电重复频率10 Hz。该电源的研制成功对高功率重复频率脉冲功率源的进一步小型化具有重要意义。

关键词：
重频脉冲

晶闸管

脉冲变压器

Marx发生器

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商业航天

可配置化卫星电子学半物理仿真系统设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234549

作者：程龙，王鹏程，鲁旭，厉明

作者单位：长光卫星技术股份有限公司

摘要：为提高商业卫星星务软件的研制效率，减少卫星部件产品研制进度对整星软件开发的影响，便于卫星批量研制生产，提出一种可配置化卫星电子学半物理仿真系统设计。该电子学仿真系统由中心计算机、通信接口部分、星上电子学单机仿真部分和系统测试部分组成，利用可配置化、通用化、高集成化和模块化设计思想，开发具有可配置化特点的中心计算机、灵活可配置多功能特点的星上电子学单机仿真模拟器、可重构的通信接口和智能化系统测试接口，集成一套可配置化卫星电子学仿真系统。以此仿真系统进行星务软件的开发测试实验，结果表明，该系统能够为整星提供半物理仿真实验数据，满足不同型号卫星星务软件的研制需求，同时具备接入实物单机进行仿真测试功能。该电子学仿真系统能够提高星务软件的研制效率，有利于卫星批量生产，具有重要的工程研制意义。

关键词：
商业卫星

星务软件

可配置化

卫星电子学仿真系统

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无线电能传输技术在空间太阳能电站中的研究与应用现状分析

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.234473

作者：李欣宇，罗雨，叶薇薇，王正之，董硕

作者单位：上海航天电子技术研究所

摘要：空间太阳能电站是高效利用太阳能以解决当下严峻的能源危机的有效途径，如何实现电能从空间太阳能电站到地球的空-地传输是关键。无线电能传输技术可实现电能的非接触传输，并且具有较高的安全性、可靠性和便捷性，是解决空-地电能传输问题的有效措施。对无线电能传输技术在空间太阳能电站中的研究与应用现状进行了分析，并据此阐述了亟待解决的瓶颈问题和待进一步发展的关键技术，旨在为后续相关科研工作者提供参考和指导。