基于相关双采样技术的CCD视频信号处理研究

在动态目标的CCD探测中,一个非常关键的技术就是对CCD输出信号噪声的抑制或削弱,以提高输出信号的信噪比。首先,对CCD输出信号的特性及常用处理方法进行了简要描述,并结合CCD输出噪声的特点,对相关双采样(Correlated Double Sampling)法进行了细致地分析。最后在建立CDS传输函数及噪声分析模型的基础上,利用最适合的相关双采样技术对CCD信号存在的复位噪声及其它低频噪声的抑制进行了相关测试。结果表明:对2δ法CDS电路,只要选择合适的采样时间,不仅能有效地消除KTC噪声,而且对低频噪声及其它白噪声也有不同程度的抑制。     

电容式微加速度计闭环检测电路

针对硅微惯性器件中的微小差分电容检测,提出了一种应用于三明治结构差分电容式微机械加速度计的闭环检测电路.通过等电势屏蔽法,相干解调技术和增加激励信号对称性等技术屏蔽杂散电容,抑制了电路噪声和共模误差,提高了检测电路的微弱信号辨识能力;静电力平衡闭环检测克服了开环输出信号的非线性缺陷,实现了高线性度、高分辨率的电容检测.设计的闭环检测电路具有电路简单、线性度好、抗干扰性强和易于集成的特点.实验结果表明,加速度计量程可达±15g,电容分辨率可达10^-16F.     

参数自适应误差自校准的Sigma-Delta闭环微机械陀螺仪

提出并实现了一种用于MEMS谐振陀螺仪的新型自适应自校准多级噪声整形(MASH) 微机电sigmadelta闭环测控电路方案。该技术针对高精度MEMS音叉陀螺仪的误差校准, 开发了在线自适应误差校准的MASH2-0闭环测控电路,且无需使用任何额外的机械校准方法。该技术不仅可以有效地消除由于MEMS音叉陀螺仪敏感元件加工误差和接口测控电路之间的参数失配在输出端产生的误差影响,并且能够校正由非理想信号传递函数而导致的信号链路传输中的频谱失真和增益失配。试验结果表明,与传统的闭环MEMS陀螺仪相比,所提出的自适应MASH2-0闭环测控电路技术可以实现更好的系统稳定性、动态范围和噪声性能。     

基于ADS的锁相频率合成器仿真

现代电子装备中的复杂频率源都是通过频率合成技术来实现,而性能良好的频率合成系统是顺利实现频率合成的工程基础,在实际合成器电路中,相位噪声、杂散分量等影响因素的出现是不可避免的,既降低电路稳定性,输出结果也不理想,严重情况可导致系统故障。因此,有必要在已有实际电路的基础上构建合成系统概念图,根据合成目标信号的特点,添加测试目标和项目,对锁相环频率合成器的电路系统进行优化设计,运用ADS2011对电路进行仿真,通过仿真软件建立相关电路模型,借助多种测试元件对相关参数的观测来找出优化点进行电路优化,仿真模拟实际的信号合成过程,改善实际电路的稳定性和可用性。     

MEMS陀螺噪声理论与模型综述

工作在闭环检测模式下的MEMS陀螺具有较好的整体性能,是目前具有发展潜力的微陀螺方案之一。但是多个闭环的存在使得测控系统噪声源变多,通过构建噪声模型可以量化各噪声源对零偏输出的贡献,并且探明结构和电路参数对噪声性能指标的影响,从而调整设计参数与控制方式,优化设计。首先阐述了MEMS陀螺谐振系统中的噪声源———热噪声和闪频噪声产生机理,然后将陀螺噪声模型分为相位噪声模型和幅度噪声模型,分别讨论国内外研究机构噪声建模的进展,如针对幅度频率耦合导致的额外相位噪声,讨论了非线性相位噪声模型和幅度噪声模型。非线性相位噪声模型通过引入非线性刚度来完善相位噪声谱表达式,幅度噪声模型通过考虑不同输入点的噪声在力平衡环路的传递过程来量化各噪声源影响因素。最后,对噪声模型的发展进行了展望,可以通过构建与调幅陀螺相联系的相位噪声模型和零偏不稳定性噪声模型,实现对陀螺噪声分析的完善。     

一种高效稳定的LDO线性稳压器设计

设计了一种准确输出的低压差（LDO）线性电压稳压器。通过采用改进型密勒补偿技术和高电流效率缓冲电路来改善传统LDO线性电压稳压器的稳定性,并采用了一种低噪声的带隙基准电压源的拓扑架构,有效解决了稳压器的噪声问题。在Cadence Virtuoso IC平台下采用TSMC-0．35μm-2P3M的CMOS混合信号工艺进行了仿真和版图设计,仿真结果表明该电压稳压器达到设计目的。     

一种低压低功耗的环形压控振荡器设计

设计了一种低压低功耗的环形压控振荡器,它由电压电流转换（V to I）电路及5级延迟单元（delay cell）组成。单位延迟单元采用改进型差分结构,提高了上升及下降速度。同时总的延迟环路采用电容滤波技术,进一步改善了相位噪声性能。分析了环形VCO的相位噪声。电路采用SMIC13V33 1P6MLOGIC工艺,电源电压为1.2 V,仿真结果显示：VCO中心频率为350 MHz,调谐范围为（200-500）MHz,谐振在350 MHz时相位噪声位为-89.5 dBc/Hz@10 kHz,输出波形峰值为0.7 V,功耗为1.2 mW。该VCO可以应用于系统时钟锁相环中。     

150kV/30kW逆变式电子束焊接高压电源设计

针对150kV/30kW电子束焊接高压电源高电压、大功率输出的要求,低压电路采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变隔离直流电源与逆变全桥串联的主电路拓扑,高压电路由3组升压变压器与10倍压整流电路的串联结构并联组成;设计了高压采样电路、束流采样电路,以及双闭环控制电路.基于上述技术,实现了150kV/30kW高电压大功率输出.实验结果表明高压加速电源的输出线性度和束流输出线性度较好,同时高压稳定度和束流稳定度均在0.5%左右,能够满足电子束焊接的要求.     

CPT铯原子钟微波信号源设计与分析

CPT原子钟由于其体积小、功耗低等优点广泛应用于通信、导航及数据传输等领域。本文采用数字锁相倍频的方法,根据CPT铯原子钟对微波信号的需求设计了一种中心频率为4 596MHz的信号源,并对其输出信号的相位噪声进行了分析。经测试,信号源电路尺寸为30mm×50mm,功耗小于200mW,输出微波功率范围为（-20~-5）dBm,输出信号噪声与理论分析相符,杂散抑制满足设计要求,调制信号频率为500Hz,可用于CPT铯原子钟。     

Freeman链码在CCD输出信号处理中的应用

测量信号噪声数据的处理是仪器仪表设计和生产的必要内容,采用解析几何或者傅立叶变换得到特征频谱来判断一段离散数据曲线上的噪声大小,运算复杂.通过对Freeman方向链码的分析,提出利用Freeman方向链码判断一段曲线上的噪声程度,量化后作为平滑窗口尺寸选择的依据,并在处理线阵CCD输出信号中与固定窗口曲线平滑及FFT数字滤波器进行了比较,证明了其可行性.Freeman链码的应用简化了在单片机编程中使用数字滤波器的大模块的编程,降低编程难度,同时使信号噪声的处理仅仅在数学运算阶段,不引入其他的电路噪声,比以前增加电子元件完成信号处理的方法能更好地抑制噪声.     

磁层电场仪前端信号处理电路研究

针对磁层稀薄等离子体环境中的电场测量,设计了一种电场仪前端信号处理电路方案.双探针电场仪通过向等离子体输出驱动电流,测量两探针间的电位差,从而测量空间电场的探测仪器.在磁层稀薄等离子体环境下,等离子体阻抗较高,电场仪探针将工作在较高的工作电压上.若探针电压接近或超过电路耐压值,则可能会影响探测结果,甚至损坏电场仪.本文结合低偏置电流的电压跟随方案和反馈悬浮电源控制方案,解决了稀薄等离子体环境中电场测量的弱电流采样和高动态电位处理问题,并采用低噪声元件和特殊电路设计,控制电路噪声.测试结果显示,本方案可使探针适应±100V的悬浮电位,实现150kHz带宽的电场信号测量,且噪声小于14nV·mHz-1/2,满足目前空间电场仪测量精度需求.      

新型电子束焊机高压电源的设计与实现

传统的电子束焊机高压电源电路结构复杂、体积庞大,为此研发了一种新型60 kV/100 mA逆变式电子束焊机高压电源,电路结构简单、电压输出稳定。电源调压电路采用脉宽调制(PWM)技术控制的全桥变换器,使三相整流后的约540 V电压转化为0~500 V幅值可调的稳压直流电,然后经全桥逆变电路逆变为频率为20 kHz方波交流电;升压电路采用变压器串联与倍压整流的方式,将前级20 kHz方波交流电转变为60 kV的直流高压;控制电路采用基于比例积分微分(PID)调节的电压双闭环控制策略,能够使电源实现稳定的高压输出。搭建了高压测试平台对所研制的高压电源进行了测试,结果表明电源高压输出稳定、控制精度高,高压输出纹波与稳定度均能稳定在1%范围内,能够满足电子束焊机的要求。     

150 kV高压逆变电源倍压整流电路仿真

针对150 kV电子束高压电源特点,采取高压变压器与倍压整流电路相结合的方式产生150 kV高压.建立几种常见的倍压整流电路模型并进行分析,通过使用MULTISIM软件对倍压整流电路模型进行仿真,重点对科克罗夫特沃尔顿（C-W,Cockcroft-Walton）全波倍压整流电路的电容参数进行仿真设计,研究不同倍压电容参数对输出电压特性的影响,结果表明C-W全波倍压整流电路为最优方案.最终通过试验调试验证,对倍压电容参数优化可以使输出特性更好,且设计方案满足参数要求.     

Boost电路开关瞬间电压尖峰产生机理及抑制方法

Boost变换器常用作两级式逆变器的前级升压电路,由于电路中寄生参数的存在,开关瞬间输出电压叠加有瞬态尖峰,降低了波形质量,甚至影响逆变器的正常工作。为了抑制直流环节电压尖峰,研究了Boost电路开关瞬态过程,针对瞬态电路开关特性和开关器件工作状态,建立了基于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和肖特基二极管（SBD）的换流单元的解析模型,进一步分析了不同寄生参数对开关瞬态电流特性的影响,以及导致电压尖峰的机理等。仿真分析了寄生参数与输出电压尖峰大小的关系,提出了“减缓开关速度”和“降低输出端寄生电感”2种从源头抑制输出电压尖峰的方法。仿真和实验表明,这2种抑制方法能够有效减小电压尖峰,提高Boost电路的输出电压性能。      

三相陀螺电机电压有效值的测量系统设计

为了保证三相陀螺电机能够正常工作,需要对其交流驱动信号的有效值进行检测。分析了非正弦周期信号电压有效值的测量原理,介绍了一种基于C8051F020单片机的三相陀螺电机电压有效值的自动测试系统。该系统包括电压有效值转换电路、单片机控制的数据采集电路、液晶显示单元、报警输出单元等。该系统已经成功应用于三相陀螺电机的驱动信号检测中。     

便携式太阳电池特性参数获取系统

为了快速以及准确地获取太阳电池的特性参数（包括光生电流、反向饱和电流、二极管理想因子、串联电阻、并联电阻、短路电流、开路电压、最大输出功率、最佳工作电压、最佳工作电流和填充因子等11个参数）,研制了一套由太阳模拟器模块、控制及处理模块、电子负载模块、信号采集模块、按键模块和显示模块6个部分构成的测试系统.该系统的主要特点在于,依次采用程控恒流型和恒压型电子负载以及变频采样技术,实现太阳电池电流与电压信号高精度测量;集成太阳电池参数解析提取算法进入数字信号处理芯片,实现便携式提取电池光生电流等参数.对不同光强下单晶硅太阳电池的测量以及数据拟合,获取了11个特性参数;并得到拟合曲线中电流最大均方误差小于0.006 A,证实参数获取是正确的.      

RF低噪音放大器的仿真设计方法

探讨了使用惠普公司的微波电路仿真软件EESOF/Libra设计射频集成电路(RFIC)接收端的低噪音放大器(LNA)的方法.设计采用惠普砷化稼场效应管(HP ATF-21186).由于ATF-21186的稳定性欠佳,且放大器的整体增益在33?dB以上,噪声系数小于2,输入、输出驻波系数小于2,因此对如何提高电路的稳定性、降低噪声系数及具有较好的输入输出匹配特性进行了研究.设计过程首先从等效集总元件电路模型设计入手,然后使用平面结构实现各集总元件以便易于集成.经过EESOF的整体仿真,表明该方法正确有效.     

具有良好压控特性的压控晶体振荡器的设计

介绍了一种具有良好压控特性的晶体振荡器的设计方法。阐述了产生压控晶体振荡器压控特性非线性的原因,介绍了VCXO设计过程中主要元件的选择和设计,并且设计和制作了一个工作频率为10MHZ,具有一个粗调节压控端和一个微调节压控端的压控晶体振荡器。该电路通过MAX828来改善VCXO的电压控制范围及压控线性。实验证明了该设计的正确性。