刘昕颖[1]2003年在《混沌ADC的电路与优化设计及其性能分析》文中认为A/D转换器(ADC)是模拟系统与数字系统接口的关键部件，长期以来一直被广泛应用于雷达、通信、电子对抗、声纳、卫星、导弹、测控系统、地震、医疗、仪器仪表、图像和音频等领域。随着计算机和通信产业的迅猛发展，进一步推动了ADC的应用并使其有了长足进步，ADC正逐步向高速、高精度和低功耗的方向发展。 本文提出了一种新的A/D转换方法，即用非线形迭代系统的混沌特性来实现信号量化，并提出了基于开关电容的ADC电路设计。理论分析和实验仿真表明本文所提出的A/D转换器克服了流水结构A/D转换器多级之间的增益匹配和每级中A/D和D/A转换之间的匹配等主要影响精度的设计问题，具有对噪声干扰不敏感等特性，降低了对部分元器件的精度等要求，可能为高速高精度A/D转换器的设计提供一种新的途经。 第1章介绍了A/D转换技术的应用背景及其发展历史、现状和发展趋势，并概述了本文的主要研究工作内容。 第2章介绍了A/D转换器的基本工作原理，并给出了评价A/D转换器的几种主要技术指标，最后简单介绍了现有的各种类型A/D转换器，并对其性能特点作了简单的对比。 第3章介绍了混沌A/D转换器的设计原理，提出了一种全新的A/D转换的映射函数，并给出了混沌A/D转换器的原理框图。 第4章设计了具体的电路来实现混沌A/D转换，并给出了在PSpice中的仿真结果。 第5章从映射函数和电路结构两方面对混沌A/D转换器的设计方案作了进一步的优化，并对其基本性能作出了理论分析和比较。
安娜[2]2014年在《基于混沌的微弱信号放大与A/D转换方法研究》文中研究表明微弱信号检测技术是利用电子学、信息论、计算机和物理学等一系列方法从强噪声中检测出微弱信号的过程，采用一些新技术和新方法来提高检测系统的信噪比。由于信号非常微弱，在对其进行测量前必须对其进行放大。运算放大器是微弱信号检测中引入噪声的主要原因。所以，在微弱信号检测中要求前置放大器的噪声系数尽量小。此外，要选择合适的检测方法。传统的微弱信号检测方法主要包括：相关检测法、双路消噪法、频域的谱分析法等。但用这些方法对微弱信号进行检测一般要求信噪比的门限值较高。由于传统检测方法的局限性以及对微弱信号检测的迫切需要，寻找一种新的微弱信号检测方法成为微弱信号检测研究热点，其中混沌、随机共振、谐波小波在微弱信号检测方面的应用为微弱信号检测开辟了新的思路。首先，本文设计了一种微弱信号循环放大电路。该电路主要由一个主运放，两个采样保持电路以及若干模拟开关组成。通过控制模拟开关的切换，实现对微弱信号循环放大。该过程是误差自补偿的。信号被放大的同时噪声保持不变，极大地提高了系统的信噪比。通过数学公式验证了该原理的正确性，对器件的参数值进行了计算给出了计算结果。其次，基于混沌理论设计了A/D转换电路。主运放的输出与零电位进行比较，输出0或1，控制模拟开关将基准电压（VR或VR）输入到主运放的输入端进行下一次比较。依次循环输出符号序列。运用混沌符号动力学原理建立输出序列与输入信号的一一对应关系，从而检测出微弱信号。运用PSPICE软件对电路系统进行了仿真分析。主要包括对运算放大器、采样保持器以及模拟开关等器件的选取以及其部分性能的测试；对循环放大电路、混沌A/D转换电路进行了仿真验证。最后，提出了硬件设计方案，其中包括：FPGA芯片的选取、电源电路设计、放大及A/D转换硬件电路设计。在Xilinx ISE的开发环境中采用Verilog HDL语言对系统的时序逻辑电路进行了仿真并给出了仿真结果。
陈雷[3]2006年在《高精度∑△ADC的研究》文中提出过采样求和-增量(∑△)A／D转换器(ADC)是当前高精度ADC的一种主流结构。在音频、数字电视和无线通信等方面有广泛的应用。如何设计高性能高阶稳定的∑△ADC是当前研究的热点和难点。本文以十五国防预研课题和北京微电子技术研究所课题为背景，系统深入的研究了高精度高阶∑△ADC。所做的主要研究工作及其创新点如下：1．作为主要完成人，作者参与完成了一款过载稳定和动态DC抖动的16位音频单环5阶1位CRFF型∑△ADC设计和测试工作。芯片采用0.5μm 5V CMOS工艺，整个芯片面积约为4.1*2.4mm~2，芯片功耗仅为90mW，已成功流片。2．提出了一个单环高阶1位∑△调制器的优化设计方法。按照设计指标，考虑功耗因素，合理的选取和设计了一个单环5阶1位CRFF型调制器。3．基于调制器降阶和积分器复位的方法，提出了一种数字开关过载稳定方法。相对Pneumatikakis和T．H．Kuo提出的方法过载恢复速度快。该方法可适用于任意阶单环1位CRFF型∑△调制器中。4．提出一种动态DC抖动技术来消除高阶∑△ADC的弦音，与Norsworthy提出的动态AC抖动技术相比，在略微损失信噪比的情况下，数字电路面积减小了2／3。5．设计建立了考虑电路噪声和开关电容电路的非理想因素的∑△调制器的系统级数学模型，借以通过系统级仿真，得出电路级设计的关键指标。电路级仿真验证显示系统级建模的仿真方法对指导电路级设计是有效的。∑△调制器的通用评价指标Figure of Merit-w(FOM-w)值为8.3(理想值为小于10)，说明调制器具有良好的性能。6．提出了一种多相变级数的非递归梳状滤波器。与标准的非递归梳状滤波器的电路比较，在相同的电路时钟频率下，其面积节省了45％，功耗节省了35％。完成了芯片的测试方案和测试评估板的设计，并构建测试平台。对流片成功的芯片进行了初步测试。
吕默[4]2016年在《基于中红外量子级联激光器的一氧化碳检测系统关键问题研究》文中研究表明在煤矿开采过程中,由于矿井下的煤尘自燃缺乏氧气助燃,一般在燃烧初期都会产生大量的一氧化碳气体。所以对一氧化碳气体浓度的监测,不仅会大大降低煤矿生产安全事故发生的概率,也会在极大程度上保护煤矿工人的生命安全。研制高精度矿井下一氧化碳气体浓度检测仪,对煤矿安全生产具有重大意义。红外吸收光谱法利用气体具有的红外光谱吸收特性来对空间中的气体成分进行定性与定量分析。红外吸收光谱法具有分析速度快、辨识能力强、失效概率低等优点。红外吸收光谱法可以由多种红外光源实现,其中量子级联激光器具备发射线宽窄,光功率密度高,单色性好等特点。采用中红外量子级联激光器作为光源的气体检测仪与采用其他光源的检测仪相比,其对气体分子的鉴别能力更强、测量光谱范围更宽、灵敏度更高并且有很强的抗干扰能力。目前中红外一氧化碳检测仪在实际应用中还存在很多问题,主要包括:量子级联激光器输出光功率的稳定度对仪器的检测性能影响很大,想要获得理想的光源驱动效果,需要设计复杂的驱动电路。其次,激光器脉冲驱动方式在光电探测器端表现为极窄的尖峰脉冲信号。要分辨这一窄脉冲信号必须要设计具有较高带宽和较高垂直分辨率的信号处理电路。本论文的研究工作主要着眼于以下关键问题:1.红外一氧化碳气体检测仪光源驱动的稳定性与可靠性问题。本文首先从量子级联激光器能级结构出发,通过构建量子力学模型实现了对其物理特性的仿真,在此基础上引入了遗传算法对激光器设计结构中的各个关键参数进行了寻优。量子级联激光器的建模工作为后续实际应用工作打下了理论基础。2.通过理论推导证明了量子级联激光器最佳的驱动方式为恒功率驱动方式,设计纳秒级脉冲恒功率驱动电源,所研制的驱动电源,输出驱动脉冲宽度与占空比均实现可调,驱动电流最高可达10A,脉冲上升/下降时间小于10ns。驱动电路采用电流反馈技术,在脉冲输出期间实时控制输出功率,实现恒功率驱动。利用中国科学院半导体所研制的中红外量子级联激光器对驱动电源的稳定性进行了测试。结果表明,激光器输出光功率稳定,驱动波形未出现过冲与振铃等现象。同时,工作温度是影响激光器激射波长的主要因素,为了稳定量子级联激光器的激射波长,本文设计了激光器温度控制电路。温度控制器由温度采集系统与温度控制系统两部分组成,对激光器工作温度的控制精度达到±0.2℃。3.由于本检测仪对光源的驱动方式为脉冲驱动,因此红外光电探测器输出信号为窄脉冲信号。对此信号进行处理的放大器必须兼具精度与速度。这就要求其输入阻抗必须要控制在很低的水平并且工作带宽较高。碲镉汞光电探测器的输出信号在进行数字化处理时,需要在保证采样带宽的情况下尽可能提高采样精度。本文设计了高速并行采集电路,利用两片双通道高速ADC实现了1GSPS的采样频率与12bit的垂直分辨率。信号链的最后一环是FPGA数据处理电路,它将ADC采集的大量数据进行去噪和数据打包的工作,通过SD卡或者其他传输手段与上位机实现数据交换。本文创新点总结如下:1.完成了量子级联激光器的物理建模。将混沌遗传算法引入到量子级联激光器模型,并对量子级联激光器设计参数进行了寻优。在此基础上探讨了外加磁场的变化对激光器发光性能的影响。之后分析了纵向光学声子散射和粗糙界面散射对量子级联激光器光学增益和总弛豫率的影响。2.设计了一氧化碳检测仪光源控制系统。光源控制系统包含激光器恒功率驱动电路与激光器温度控制电路。恒功率驱动电路很好的抑制了激光器驱动脉冲的上升过冲,驱动脉冲的上升时间与下降时间都达到了纳秒级别。激光器温度控制电路控温范围20℃~50℃,控制精度达到±0.2℃。3.设计了一氧化碳检测仪光电信号采集系统。根据碲镉汞光电探测器输出信号的特点,设计了高速高精度的前置放大器。在此基础上,又设计了基于交替并行采样原理的模数转换系统。用两片双通道模数转换器实现了四通道交替并行采样,采样频率1GSPS,纵向分辨率12bit。数字信号处理电路采用Farrow滤波器与CORDIC算法对信号进行去噪和误差矫正。数字信号处理电路在输入信号频率小于400MHz的情况下,信噪比可以达到65d B,无杂散动态范围达到70d B。
李姿[5]2017年在《基于目标轨道控制提高升压DC-DC变换器性能研究》文中研究表明DC-DC变换器是典型的强非线性系统,由于变换器本身的非线性特性,当电路参数的变化超出一定范围时,会出现分岔、混沌等非线性行为,从而导致变换器稳定运行的性能变差,如电压转换增益降低,输出纹波增大,系统的运行状态无法预测和控制等。因此有必要控制变换器由混沌态重新工作于稳定态,在不改变基本变换器拓扑和电路元件参数的情况下,从控制的角度出发,提高电压增益,同时提高动态性能、稳定性等性能,这是本文研究的主要目的和意义所在。论文首先建立了峰值电流模式控制的Boost变换器的频闪映射模型,并分析了变换器在输入或负载等电路参数变化下的非线性行为;然后介绍了参数扰动法的基本原理,并基于该方法原理设计了基于目标轨道的混沌控制方法。仿真表明该混沌控制方法能使处于混沌态的Boost变换器返回到目标轨道稳定工作,并且在其电压增益得到提升的同时,系统的稳定性和动态性能得到明显改善;同时,跟常用的斜坡补偿技术相比,本文混沌控制方案展现出更好的的控制效果。接着论文将基于目标轨道控制的方法推广应用到一种典型的高增益DC-DC变换器,即开关电感Boost变换器中,以证明该方法的适用性。仿真分析表明该变换器在本文控制方法的作用下,其增益得到进一步提高,同时变换器输出电压和电感电流的纹波特性得以明显改善。最后,论文以Boost变换器为例,在STM32平台上搭建了基于本文混沌控制方法的硬件实验系统,完成了硬件电路设计和软件程序编写,以及软、硬件调试。所得实验结果与仿真结果一致,验证本文控制方法的正确性和有效性。
叶军林[6]2008年在《用FPGA技术实现混沌信号通信平台的设计》文中研究表明混沌是在确定性系统中发生的貌似随机的无规则或不规则运动。它是20世纪70年代发展起来的,在过去的几十年里,混沌理论取得了巨大的进展。但是混沌理论毕竟是一门崭新的科学,混沌理论还不成熟,还有待于进一步完善。对混沌的研究,将具有十分重要的理论意义和实际的应用价值。随着对混沌现象研究的不断深入,混沌保密通信已成为这一领域的前沿课题。在这样的背景下对混沌信号的产生进行了初步研究,并探索用FPGA技术设计出混沌信号的通信平台,为我们接下来要研究的混沌保密通信问题奠定了理论基础以及实验平台。本论文首先在第一章总体上介绍了本课题的研究背景和研究历程。第二章具体地解释了混沌的一些基本概念,并对其本质做了初步研究和探索;最后特别地介绍了混沌电路的模块化通用设计方法与硬件实现,并给出了混沌信号产生电路的仿真结果。第叁章简要介绍FPGA的基本概念和FPGA开发中所用到的一系列软件开发工具,并简要说明开发工具的使用方法。在深入了解现阶段国内外相关学术文献以及通信知识的基础上,在第四章节重点地介绍了基于FPGA技术的混沌信号串行通信平台的设计。介绍了此通信平台的硬件电路设计,在软件上采取VHDL硬件描述语言对每一部分的功能进行模块化设计,最后给出了串行通信平台的仿真验证结果。第五章,在串行通信平台设计的基础上,利用新的硬件开发平台(DE2开发板)设计了混沌信号的并行通信平台。借助于开发板中的FPGA芯片和语音芯片搭建该通信平台的硬件电路;软件上采取Verilog-HDL硬件描述语言分别对通信平台的发送端和接收端的功能进行模块化设计。最后给出并行通信平台语音信号和混沌信号传输的实验结果。论文的最后一章,介绍了信道编/译码系统的设计,增加了通信的可靠性,进一步完善了混沌信号并行通信平台的设计。本文的特色是两种通信平台的设计均采用FPGA的方法来实现,其功能是通过面向FPGA芯片结构指令的软件编程来实现,仅修改软件而不需改硬件平台就可以改进系统原有设计方案或原有功能,具有极大的灵活性。
陈忠学[7]2017年在《应用于低功耗流水线ADC的关键电路设计》文中提出随着5G通信时代的到来,通信系统对模数转换器(ADC)提出了更高的性能要求。单位时间内需处理数据量不断增加的同时信号失真度的要求也较高,因此,随着各类便捷式电子产品的飞速发展对ADC的速度和精度提出了高标准的同时,ADC的功耗也需进一步的降低。在各种框架结构中,流水线型ADC(Pipeline ADC)在众多条件下具有较好的折中,被目前各种电子器件采用[1-2]。本文针对Pipeline ADC的功耗方面做深入研究,并设计了应用于14bit 80MHz采样频率Pipeline ADC的关键单元电路模块。根据14 bit 80MHz的Pipeline ADC性能要求,转化到各个单元电路模块的技术指标,依据单独模块的技术指标提出以下各模块的设计技术。提出了一种带有正反馈环路增益自举技术的运算跨导放大器(OTA),达到了很高的低频增益,不同于以往的补偿技术,提出一种新型的无密勒电容的频率补偿技术,在确保系统稳定工作的同时节省芯片面积。仿真表明:OTA的低频增益为156d B,单位增益带宽积为1.03GHz,输出摆幅为2.5V,建立时间9.3ns,可满足Pipeline ADC的性能要求。为降低Pipeline ADC的每级功耗,提出了一种新结构的sub-ADC电路,动态锁存比较器采用由前置放大器和锁存器构成的架构,实现相邻两比较器共用一个前置放大器,并增加复位开关来降低“回踢”噪声和消除两锁存器之间的干扰。仿真表明,sub-ADC功耗为改进前的1/3,性能上可达到Pipeline ADC的指标要求。对于偏置模块带隙基准电路,提出一种新的高阶温度补偿方法,通过共源-共栅电流镜将负温度系数电流降阶,达到较低温漂系数的电流。基于对Pipeline ADC单元电路的设计,采用SMIC 0.18μm标准CMOS 3.3V工艺,进行电路晶体管级的设计。最后,利用Cadence软件里virtuoso对运算跨导放大器、动态锁存比较器以及带隙基准电路进行了版图设计。对版图进行DRC和LVS检查,保证版图设计的准确性。
郭志勇[8]2011年在《可重构电路系统设计与应用研究》文中进行了进一步梳理可重构技术能够使系统在运行过程中动态地重构软件和硬件系统,具有资源利用率高、功耗低、灵活性强和功能自适应等优点,在多种领域具有广泛的应用前景。目前,基于数字系统的可重构计算是可重构技术中研究的热点之一,而针对特定应用领域的可重构电路与系统设计和实现研究较少、可行性较差。本文针对数字、模拟、生物芯片和射频通信系统等不同领域电路系统中的技术难点问题,将可重构技术应用于相关领域,提出了可重构电路与系统的设计实现方法。主要工作和创新点如下:1.在PipeRench架构基础上,提出了一种新的流水线可重构体系结构,及基于该架构的流水线可重构系统设计方法,提高了流水线硬件的执行速度和效率;将可重构技术应用于进化硬件,提出了一种基于流水线可重构体系结构的硬件进化路由策略。该路由策略可提高硬件进化的适应和选择速度。2.将可重构技术应用于数模混合电路设计领域,提出一种用于流水线型ADC中和输入信号相关的动态可重构Dither电路结构。该结构使得Dither的设计和加入更加灵活,不仅显着提高了ADC的动态性能,而且降低了Dither硬件资源和功耗。3.将可重构技术应用于生物医学芯片电路设计,提出了一种低电压、超低功耗、带宽和增益可重构的生物电信号采集模拟前端电路,与适合生物电信号采集的量程可重构逐次逼近ADC。该生物电信号采集接口芯片采用1V低电压供电,功耗仅为36μW,可实现对不同生物和神经信号的自适应采集需要。4.针对脉冲无线电超宽带通信领域,提出了一种在实际复杂的传输环境下不同天线系统传输性能的分析方法,以及在不同传输环境下天线系统的选择策略,为超宽带通信系统射频前端重构提供了一种天线系统传输性能的实时评估方法。提出了一种用于射频前端可重构的CMOS开关电路,该开关电路在超宽带工作频率高达35GHz情况下插入损耗低于1dB,隔离度高达40dB,与同类开关电路相比,具有高的性能指标。
参考文献：
[1]. 混沌ADC的电路与优化设计及其性能分析[D]. 刘昕颖. 浙江大学. 2003
[2]. 基于混沌的微弱信号放大与A/D转换方法研究[D]. 安娜. 中国矿业大学. 2014
[3]. 高精度∑△ADC的研究[D]. 陈雷. 西北工业大学. 2006
[4]. 基于中红外量子级联激光器的一氧化碳检测系统关键问题研究[D]. 吕默. 吉林大学. 2016
[5]. 基于目标轨道控制提高升压DC-DC变换器性能研究[D]. 李姿. 华南理工大学. 2017
[6]. 用FPGA技术实现混沌信号通信平台的设计[D]. 叶军林. 广东工业大学. 2008
[7]. 应用于低功耗流水线ADC的关键电路设计[D]. 陈忠学. 广东工业大学. 2017
[8]. 可重构电路系统设计与应用研究[D]. 郭志勇. 电子科技大学. 2011
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