级联光交叉连接和光分插复用系统串扰研究

分析了光网络节点串扰产生的原因以及级联光交叉连接(OXC)和光分插复用(OADM)系统的串扰,对级联系统进行模拟,计算并分析了光开关隔离度、上路信号的功率差对系统误码率的影响,得出了光开关隔离度是产生串扰的主要原因、在光开关前进行功率均衡有利于提高系统误码性能等结论.     

基于半导体开关和磁开关的全固态脉冲电源

利用磁开关来改善全固态Marx发生器的脉冲上升沿,并构建出一套脉冲电源。该套脉冲源包括基于IGBT半桥模块的Marx发生器和由磁开关与锐化电容构成的脉冲陡化电路。该电源用原边一匝的脉冲变压器为IGBT提供驱动信号,并且原副边绕组均采用同轴线以屏蔽电磁干扰;在门极采用无源过流保护的方法,以防止负载短路对IGBT放电开关造成损坏。实验结果表明:在电压10 kV,电流170 A的情况下,脉冲前沿由1.5μs压缩到了200 ns,同时IGBT的开通损耗由原来的10 mJ降到不足1 mJ。     

6.25 Gbps×12通道小型甚短距离并行光收发模块的研制

 介绍了一款基于系统级封装技术的低成本、收发一体、可带电热插拔的12通道小型光模块的研制。该光模块采用850 nm垂直腔面发射激光器阵列及其驱动器作为发射端,光电探测器阵列及其跨阻放大器作为接收端,通过光路无源对准实现了低成本光互连。高速度、高密度封装下的瞬态同步开关噪声、芯片间电磁干扰、通道间串扰、反射等电学问题是实现模块整体性能的难点。基于埋入技术的新型滤波器的使用实现了封装尺寸小型化且改善了电源网络的完整性;基于电磁场、传输线理论的信号完整性设计减小了通道间串扰且通过补偿阻抗不连续结构增加了通道带宽。模块背靠背眼图测试结果显示6.25 Gbps速率下系统传输零误码。     

高温超导磁储能用斩波器高频电磁干扰研究

高温超导磁储能用电压源型功率调节系统中,IGBT的高速开关动作产生很高的dv/dt和di/dt,引起严重的电磁干扰。对超导磁储能用斩波器的两种工作模式分析发现,其与buck电路和boost电路的工作原理相同,进而得到斩波器的传导电磁干扰模型。采用Saber软件,分别对斩波器在理想情况和考虑各元件高频寄生参数时的传导干扰进行了仿真分析,结果表明,开关管通断过程中快速的电压和电流变化会引起严重的电磁干扰,高频寄生参数的存在会明显增加干扰强度,分析结果为斩波器的电磁兼容性设计提供了一定的参考依据。     

光交换芯片中串扰的相干特性研究

以马赫-曾德尔干涉仪光开关单元组成的4×4 Benes光交换芯片为例，研究了光交换芯片中的相干问题。理论推导了光交换芯片输出端口与输入端口之间光场的变换关系，揭示了信号和串扰的产生规律，分析了光开关状态对串扰相干强度的影响。仿真研究表明：相干串扰对信号插损的影响可以忽略；在不同光开关组合状态下，光交换芯片的串扰波动可达7 dB。根据相干光束之间的相位关系，提出一种等效去除光交换芯片中串扰相干性的方法。另外，对串扰大小对通信误码率的影响进行了实验评估。     

大功率TEA CO2激光系统的电磁兼容设计

大功率TEA CO2激光系统工作时产生的强电磁干扰主要来源于激光主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁脉冲干扰对激光系统内部及相关外部设备的电子系统具有很大的干扰和破坏作用。对大功率TEA CO2激光系统的电磁干扰进行了分析计算,在此基础上对大功率TEA CO2激光系统进行了EMC设计。硬件设计手段分别采用了对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽、系统合理布局与布线、滤波隔离,软件采用了数据冗余纠错、冗余化操作和数据鉴别等抑噪和纠错技术,有效地抑制了干扰电磁波在系统内外的传播,解决了大功率TEA CO2激光系统EMC问题。结果表明,对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽,系统合理布局与布线、滤波隔离等措施,是抑制电磁干扰,保证激光控制子系统硬件不受损坏的主要手段。软件抗干扰,是硬件抑制电磁干扰措施的补充和延伸,能使激光系统具有很高的可靠性。     

双差模非屏蔽线缆回路的电磁串扰研究

随着电气化的发展,电气与电子系统中的电磁兼容问题越来越被重视,为了消除或抑制电磁耦合的影响,实现设备或元件电磁兼容的工作,有必要对线缆间的串扰进行研究。但目前少有相关研究关注独立的发射回路与接收回路构成的双差模回路间的电磁串扰问题。提出了一种基于多导体传输线理论的五导体传输线模型,并基于此研究了双差模非屏蔽线缆回路间的串扰问题。该方法根据耦合机理,首先建立单位长度五导体传输线等效模型,然后根据有限差分的方法列写基尔霍夫方程组,最后补充边界条件后求解得到串扰的频域解。将串扰计算结果与CST软件仿真结果进行对比,验证了该模型和计算方法的可行性与有效性,经计算分别研究了感性耦合与容性耦合,分析得到了不同因素对线束间串扰的影响规律,可为实际工程中采取措施抑制线缆间串扰提供指导,体现出该模型的先进性。     

架空线缆电磁脉冲响应的统计特性

为考察电磁脉冲在系统端口产生的电磁应力,采用场线耦合模型,计算了电磁脉冲环境、架空线缆结构和大地等参数对线缆负载响应的影响。结果表明:入射角、方位角、极化角和入射脉冲峰值是影响负载响应电流的主要因素。由于入射脉冲峰值与负载响应电流呈严格的正比例关系,可不作为随机变量考虑。最后以电磁脉冲的入射角、方位角和极化角为随机变量,分别计算180种状态的线缆终端负载的响应电流峰值,电流峰值的统计结果符合正态分布。     

多重定量PCR系统中多色荧光检测和光谱串扰校正方法

多色荧光的激发检测光路是多重定量聚合酶链式反应(PCR)系统的核心组成部分。根据系统对荧光激发的均一性、荧光检测的时间和灵敏度需求,提出一种基于磁光开关和光电倍增管(PMT)的多色荧光激发检测光路。通过四色LED单独激发和PMT检测来提高灵敏度;利用磁光效应实现光路的电控切换,配合一维扫描机构和滤光片切换装置,完成96孔标准PCR板的四色荧光扫描。该设计避免了多色荧光光路的系统串扰。由于荧光染料本身光谱特性产生的荧光光谱串扰是通过标准迭代的四维聚类分析算法计算串扰矩阵,并通过4种常用染料的实验研究,对所建荧光检测系统进行荧光光谱串扰评估。     

基于时域BLT的多导体传输线串扰响应分析

当传输线上通有电压和电流信号时,会在其周围的传输线上产生串扰响应。采用时域BLT方程建立多导体传输线对多导体传输线的串扰模型,分析了不同数目和不同频率正弦波集总电压源激励下的多导体受扰线终端负载串扰电压响应特性。研究结果表明,受扰线终端负载上的串扰电压响应主要频点的个数与集总电压源的个数相同,响应频点与集总电压源的频率相等,响应幅值与相应电压源离受扰线的间距有关。     

200 kV全固态Marx结构方波脉冲电源设计

采用功率IGBT串联组合模块作为放电开关,设计了16级Marx结构的脉冲电源,能够产生可调高压方波脉冲。由9支耐压3 kV的IGBT串联组成最大工作电压12.5 kV的串联组合模块;通过磁隔离触发方式控制各级IGBT的同步导通和关断。输出电压从几kV至200 kV可调、输出脉宽随外部触发信号宽度在1.5~10 s范围内可调、前沿小于500 ns、后沿小于2.3 s;在输出电压大于100 kV、输出电流20 A时顶降小于2%。     

阵列抽样衍射成像中记录孔径对再现像的影响

从标量衍射理论出发,对基于阵列抽样的相干衍射成像中物波抽样针孔大小和图像传感器有效记录孔径对重现物波的影响进行了理论分析,给出了描述抽样孔径和记录孔径对波前再现像影响的数学公式。理论分析表明,在抽样波前的重现过程中记录孔径的有限大小会导致相邻抽样孔径间发生串扰;这种串扰效应是产生波前重现误差及由此引起的成像噪声的主要来源。通过数值分析串扰次函数极大幅度随记录孔径的变化情况,发现这种串扰效应随着记录孔径的增大振荡减弱。基于该理论分析,给出了最佳记录孔径的定义及其计算公式。并通过一个实验测量实例进一步验证了当记录孔径大小等于最佳记录孔径时得到的衍射像的信噪比最大。     

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明:采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。     

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明：采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。     

多导体传输线串扰实验不确定度的预测

利用随机降阶模型（SROM）对影响线缆串扰的不确定变量进行了敏感性分析,在此基础上预测了在这些不确定性变量影响下的串扰不确定度。并搭建三导体传输线串扰实验系统,测量了近端串扰和远端串扰,根据标准GB/Z 6113.401—2018/CISPR/TR 16-4-1:2009,评估了串扰实验的测量不确定度。将基于SROM方法的串扰不确定度,与实际测量获得的不确定度进行对比。结果表明,二者随频率变化趋势一致,且实验测试不确定度在预测不确定度范围内。采用SROM方法选取样本计算的不确定度可用于预测串扰实际测量结果不确定度。     

光交换芯片的串扰分析与DQPSK信号传输实验

串扰和插入损耗是表征光交换芯片传输性能的重要参数。将串扰与插入损耗特性结合起来,提出一种分析光交换集成芯片串扰的理论模型,考虑了串扰对开关路由的依赖性。实验测量了基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的4×4拜尼兹结构的光交换集成芯片的串扰和插入损耗系数,以及不同开关路由状态下40 Gb/s差分四相相移键控(DQPSK)信号的传输性能,实验结果与理论分析基本一致。根据测得的串扰和插入损耗系数,计算了16×16光交换芯片串扰范围。     

多路Marx并联高压脉冲电源研究

脉冲功率技术在工业和生物医学领域有着广泛的应用,很多应用场合要求输出数百安培的高压脉冲。固态Marx发生器虽已研究多年,但是被广泛采用直插封装的IGBT和MOSFET功率半导体开关管的额定电流通常都低于100 A,无法满足低阻抗负载的应用需求。为提高输出脉冲电流幅值,提出两种多路Marx发生器并联的脉冲电源的拓扑结构,第一种方案采用多路Marx发生器直接并联,第二种是共用一组充电开关管的多路Marx发生器并联。由FPGA提供充放电控制信号,采用串芯磁环隔离驱动方案实现带负压偏置的同步驱动,主电路选用开通速度快、通流能力强的IGBT为主开关的半桥式固态方波Marx电路。实验结果表明,6路16级Marx直接并联的脉冲发生器能输出重频100 Hz高压方波脉冲幅值可达10 kV,在30Ω负载侧输出峰值电流可达300 A,上升时间230 ns。共用充电开关管的6路4级Marx并联发生器在5Ω电阻负载上的输出电流峰值可达300 A,最大输出电流可达460 A,上升时间272 ns。表明多路Marx发生器并联可以有效地减小系统内阻,提高系统带载能力;改进后的并联方案实现大电流脉冲输出的同时,所采用的开关管数量减小近一半,提高了系统的抗干扰能力的同时,降低了脉冲电源的成本;且增加级间并联导线可进一步改善均流效果。     

一种用于弧流电源的新型打坑电路设计

作为中性束注入加热系统的核心设备,弧流电源的性能至关重要。打坑电路是弧流电源的重要组成部分,其动态响应特性及稳定性决定了弧流电源的性能。提出了一种用于弧流电源的新型打坑电路解决方案,能在150 μs内快速实现大电流的跌落和恢复,并且跌落和恢复过程中基本无过冲,用于转移的电子开关(比如IGBT)在开关过程中过电压小,可靠性高,吸收电路容易实现。该方案可以很好地替代传统的弧流电源打坑电路。     

高电磁兼容性大功率恒流源设计与实现

“神龙-Ⅱ”直线感应加速器运行时在其周围环境中产生较强的电磁干扰,严重影响恒流源等重要设备的运行。系统地分析了电磁干扰信号特征,在此基础上,采用全数字全光纤控制、电流/电压双闭环反馈控制等高可靠性电路设计,并综合应用共扼串扰脉冲抑制、分离地线及光电隔离等抗干扰措施,研制成功可在强电磁干扰环境下稳定运行的HL90型低纹波系数大电流程控恒流源,有力地保障了“神龙-Ⅱ”装置的正常运行。     

基于扩展Benes结构的光交叉连接节点中串扰积累特性分析

无论是光路交换还是光突发交换,都离不开有光开关矩阵组成的光交叉连接节点(OXC).OXC节点是组建波分复用光网络的基本单元,OXC节点引入的串扰成为限制其投入实用的主要原因.理论分析了基于扩展Benes(DB)结构和改进扩展Benes(GMDB)结构的三种典型OXC结构中的带内串扰,结果表明基于DB结构和GMDB结构的OXC节点可以完全消除低于二阶的各类串扰.数值模拟了基于两种结构的OXC节点中带内串扰的积累特性,发现基于GMDB结构的OXC节点能大大降低串扰引起的功率代价,实验测量了8×8DB结构和GMDB结构中串扰的影响,实验结果证实了GMDB结构的低串扰特点.同时与基于DB结构的OXC节点相比,基于GMDB结构的OXC节点对光开关串扰系数的要求放宽了5 dB,大大降低了对光开关隔离度的要求.