一种用于高场MRI的多源射频发射机

介绍了高场磁共振成像（MRI）多源发射技术的原理,提出了一种用于高场MRI系统的多源射频信号发射机.它能并行输出多路频率、相位、幅度,可快速独立调节的射频脉冲信号.该射频发射机的实现基于单片现场可编程门阵列（FPGA）和多通道数模转换器（DAC）芯片,FPGA读取预存于双端口随机存取存储器（RAM）中的射频信号参数,并利用读取的参数分别实现每路信号的直接数字频率合成（DDS）和信号调制等核心功能,获得多路数字射频信号;FPGA输出的数字信号经过高性能DAC转化为模拟信号,即所需要的射频信号.该射频发射机在设计中大量采用软件无线电技术,即利用Xilinx提供的IP核实现DDS和信号调制等主要功能,具有集成度高、体积小、灵活度高的优点,同时,该设计可以大大缩短开发时间,有效降低实现的难度和成本,为高场MRI谱仪的多源射频发射机的设计研制提供了一种低成本、高效、高性价比的方案.     

具有快速调制功能NMR发射机的设计与实现

介绍了一种具有快速幅度、相位和频率调制功能的核磁共振射频发射机. 数字中频子系统中采用了两个级联的数控振荡器,前一级数控振荡器在FPGA内实现,用于产生基带调制信号;后一级则采用具有正交调制功能的DDS芯片,由它来完成基带信号的采样率转换、中频产生、调制和输出. 射频脉冲的相位和频率偏置的设置直接由级联NCO实现,而幅度设置则由步进衰减器和中频幅度调制共同实现. 该发射机的基本性能和功能满足常规1D/2D NMR实验需求.     

基于水下等离子体的脉冲通信发射机

水下声通信是海洋中最主要的通信方式,在时变空变随机多途的恶劣信道中实现可靠的超远程水声通信,是一项亟待解决的难题。论文提出了一种利用水下等离子体脉冲信号、采用脉冲定宽时序编码调制方案的超远程水声通信体制,研制了一种基于水下等离子体的微型脉冲声源,搭建了基于该声源的脉冲通信发射机,实现了入水自动检测、休眠定时切换、发射频率可调、码元调制编码等脉冲通信功能。经水池试验验证,该发射机在Φ60×600mm体积内声源级达217dB,较好地实现预设脉冲信号的发射。     

基于FPGA的高速电光选通系统设计

介绍了一种获取高速调制电信号的新方法－基于FPGA的高速电光选通系统.此系统分为选通脉冲和高压调控两个模块.选通脉冲模块由高速信号放大、FPGA延时、可控延迟传输线三个部分组成.利用FPGA高密度、高可靠性、可反复擦写和可以现场编程、灵活调制的特点,将整个系统的主要控制部分集成在FPGA中,并将延时分为数字延时和模拟延时两部分.然后利用FPGA实现数字延时,可控延时线实现模拟延时.经试验检测,高压部分可以产生重复频率1 Hz~1 kHz,步进1 Hz,延时范围为0~1 μs,步进为1 ns,幅度为8 000 V,前沿和后沿小于10 ns,抖动小于1 ns的高压矩形电脉冲,从而满足各种电光调制系统中的需要.     

基于时间透镜系统的冲击脉冲产生与特性研究

冲击点火方案具备低点火能量阈值、高增益以及更好的流体力学稳定性等优势,已成为实现惯性约束聚变点火的核心方案之一.在冲击点火方案中,高质量的冲击脉冲是实现成功点火的必要条件.本文基于光纤环相位调制时间透镜系统,提出一种利用时域非对称相位调制结合频域线性色散补偿的方案产生对脉宽和峰值功率对比度高精度可控的冲击脉冲,并构建了理论模型,通过数值模拟详细分析了系统关键参数对冲击脉冲特性的影响.模拟结果显示,通过对斩波函数、相位调制函数、调制深度、调制频率以及啁啾补偿量等参数的组合优化设计,可以实现对冲击脉冲的脉冲宽度、脉冲上升沿以及冲击脉冲峰值功率对比度等关键性能指标高精度主动调控.这种对冲击脉冲峰值功率对比度与冲击脉冲宽度独立主动可调的新型设计思路,不仅有利于加深对激光脉冲波形操控原理的理解,而且对实验上如何获取高质量的冲击脉冲具有重要参考意义.     

焦平面图像红外无线传输系统中边沿位置调制的低功耗实现

在焦平面图像红外无线传输系统中,通过引入边沿位置调制(EPM)方式来代替传统的脉冲位置调制方式,提高了传输带宽效率。提出了基于反熔丝FPGA的EPM调制低功耗实现方案,包括输入接口、缓冲器与RLL(5,12)编码状态机的设计,以及数据恢复、脉冲提取等EPM解调关键技术的解决方案。实验系统利用EPM调制方式,在24MHz带宽条件下实现了320×240像素视频数据的低功耗红外无线实时传输,促进了焦平面图像红外无线输出的进一步实用化。     

基于联合编码调制的调光控制方案实现

针对可见光通信系统中闪烁抑制与调光控制功能的实现,提出了一种采用联合编码调制进行调光控制的方法。该方法利用脉冲宽度调制(PWM)匹配数据帧内与帧间的占空比,同时结合游程长度受限编码(RLL)实现闪烁抑制;通过分别采用多脉冲位置调制(MPPM)和重叠脉冲位置调制(OPPM)实现光强调节,以满足功率效率或频谱效率需求。理论分析表明,与典型的可变脉冲位置调制(VPPM)相比,占空比为0.9的MPPM的归一化功率可节省2.24dB,而占空比为0.5的OPPM的频谱利用率高出0.8bps/Hz,即OPPM具有较高的频谱效率。此外,基于FPGA平台开发实现提出2种调制方案,实验结果验证了联合调制调光方案可以在保证数据有效传输的条件下抑制光源闪烁并可进行高精度的调光控制。     

脉冲步进调制高压电源远程通讯与反馈控制系统研究

为了满足HL-2A装置二级加热系统的高压电源系统的要求,开发了脉冲步进调制(PSM)高压脉冲电源控制系统.PSM电源控制系统采用数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列器件(FPGA)组合控制方式,总计输出112路脉冲.DSP芯片实现计算、反馈、远程通信等功能,FPGA主要负责与DSP的数据传输及112路脉冲输出的时...     

两种基于交叉相位调制的光脉冲压缩方案

基于交叉相位调制的时间透镜可实现精确的二次相位调制, 但是它在光脉冲压缩领域的应用受到了抽运光脉冲的峰值功率过高的限制. 对该峰值功率的表达式进行了推导, 提出使用带有正色散的传输介质来实现输出段色散, 从而降低了抽运光脉冲的峰值功率.并进一步指出, 可以将基于交叉相位调制的时间透镜应用于4f系统, 来实现光脉冲压缩, 从而更有效地降低了抽运光脉冲的峰值功率. 推导了该系统的抽运光脉冲的峰值功率和分辨率的表达式, 并进行了光脉冲压缩的仿真分析.研究结果表明, 在基于交叉相位调制的4f系统中, 可以利用峰值功率较低的抽运光脉冲产生飞秒量级超短光脉冲; 随着压缩系数的提高, 输出光脉冲的脉冲宽度主要受到4f系统分辨率的限制, 并对4f系统分辨率的提高进行了讨论.     

囚禁离子与调制热库相互作用时的退相干特征

解析地分析了在囚禁离子中由热库导致量子退相干的控制问题,提出了一个基于热库调制的抑制退相干的一般方法.热库的调制可利用外加的光场与离子相互作用来实现.应用这个方法,适当地选择热库调制参数,可以有效消除量子退相干.计算表明:在高的调制频率下,用这个机制来抑制退相干的效果与宇称激励机制相似.宇称激励机制不仅要求外场是±π脉冲而且要求脉冲既快又强,而热库调制机制仅要求外场频率足够高,因此,热库调制机制优于宇称激励机制.     

Genetic algorithm-based design method for multilevel anisotropic diffraction gratings

We developed a method for the design of multilevel anisotropic diffraction gratings based on a genetic algorithm. The method is used to design the multilevel anisotropic diffraction gratings based on input data that represent the output from the required grating. The validity of the proposed method was evaluated by designing a multilevel anisotropic diffraction grating using the outputs from an orthogonal circular polarization grating. The design results corresponded to the orthogonal circular polarization grating structures that were used to provide outputs to act as the input data for the process. Comparison with existing design methods shows that the proposed method can reduce the number of human processes that are required to design multilevel anisotropic diffraction gratings. Additionally, the method will be able to design complex structures without any requirement for subsequent examination by a human designer. The method can contribute to the development of optical elements by designing multilevel anisotropic diffraction gratings.     

回旋行波管的全固态Marx高压脉冲调制器设计

为回旋行波管设计了全固态近方波Marx高压脉冲调制器,设计参数:输出电压70kV,输出电流15A,工作频率0~2kHz可调,脉宽200μs可调,功率容量可以达到百kW级。设计利用串联IGBT作为控制开关,利用FPGA通过光纤传输的方式对IGBT进行逻辑控制、电路保护和监测,补偿单元利用FPGA控制IGBT自动补偿的方式对顶部压降进行补偿,使得输出电压平顶度达到±1%。对电路各个部分进行仿真及测试。结果验证此设计方案的可行性,可以提高回旋管电源的稳定性和工作频率,减小调制器体积及维护成本,并为高压测试提供了实验基础。     

CMOS传感器感光范围测定系统及其可编程接口的实现

介绍了一种实用的CMOS传感器感光范围测定系统。利用积分球作标准光源,并用逻辑分析仪作数字输出信号的分析统计,测出CMOS传感器光照度接收曲线。在此基础上提出了一种基于可编程接口(FPGA)芯片控制的CMOS传感器自动调光技术。利用FPGA控制CMOS传感器的电子快门,以此来控制其光照度,达到自动调光的目的。由于FPGA是在线可编程器件,具有电路简单,实时性好,适应性强等特点,并能与后期的图像处理有机结合,所以简化了整个系统的设计。     

一种FPGA芯片在射频干扰下的失效机理

研究了一种Xilinx公司FPGA芯片XC7A200T-2FBG676在射频干扰下的失效机理。通过对该FPGA内核供电引脚注入射频干扰发现,某些频率下,随着干扰强度的增大,FPGA会依次出现三种不同类型的失效,分别为该FPGA的内核失效、I/O失效和配置失效。测试分析和HSPICE仿真表明,内核失效是由于BRAM的逻辑层抗扰性差所致,I/O失效是由于射频干扰下输入/输出信号的同时失真所致,配置失效则是由于配置系统读取错误的配置使能信号所致。研究可为该FPGA芯片或者系统电磁兼容设计以及该FPGA抗扰性检测方案的制定提供指导。     

惯导输出模拟器设计

针对惯导组件产品测试中多种信号的输出,设计一种基于FPGA惯导组件输出模拟系统。以FPGA芯片为核心,在Quartus II软件开发平台上使用Verilog语言进行编程然后生成原理图,设计DDS(Direct Digital Synthesizer)信号发生器来输出48路脉冲信号,实现对4个惯导组件输出的48路脉冲信号模拟。在FPGA中采用Verilog硬件描述语言编写8串口发送代码生成原理图,实现对8个惯导组件输出8路串口数据的模拟。通过人机交互界面的按键和液晶对脉冲输出和串口发送的参数进行调节,实现脉冲输出和串口发送的设定。利用DDS技术设计48路脉冲较其他方法精度更高,利用FPGA的并行运算特点实现8路串口数据的并行发送。设计降低了各种测试信号连接时的复杂度,提高了测试信号的稳定度和惯导组件标定的效率。     

Hardware for multi-superconducting qubit control and readout

We have developed an electronic hardware system for the control and readout of multi-superconducting qubit devices. The hardware system is based on the design ideas of good scalability, high synchronization and low latency. The system, housed inside a VPX-6U chassis, includes multiple arbitrary-waveform generator (AWG) channels, analog-digital-converter (ADC) channels as well as direct current source channels. The system can be used for the control and readout of up to twelve superconducting transmon qubits in one chassis, and control and readout of more and more qubit can be carried out by interconnecting the chassis. By using field programmable gate array (FPGA) processors, the system incorporates three features that are specifically useful for superconducting qubit research. Firstly, qubit signals can be processed using the on-board FPGA after being acquired by ADCs, significantly reducing data processing time and data amount for storage and transmission. Secondly, different output modes, such as direct output and sequential output modes, of AWG can be implemented with pre-encoded FPGA. Thirdly, with data acquisition ADCs and control AWGs jointly controlled by the same FPGA, the feedback latency can be reduced, and in our test a 178.4 ns latency time is realized. This is very useful for future quantum feedback experiments. Finally, we demonstrate the functionality of the system by applying the system to the control and readout of a 10 qubit superconducting quantum processor.     

基于FPGA的激光光束自对准电气自动化系统设计

激光光束技术运用的越来越广泛,包括光通信技术,激光测距技术,激光瞄准技术等,其中光通信技术范围最广;在光通信过程中,需要面对光束发射端与接收端中心对齐的问题,增加了操作的难度;针对光通信激光光束对准难的特点,研究并设计了一套基于FPGA的激光光束对准系统,利用在FPGA芯片上设计软硬件速度快、稳定可靠、研发周期短等特点;整个系统以FPGA芯片为核心,辅以操作电路、自适应算法;实验表明, 该系统较好地符合了光束对准的要求。     

基于FPGA视频合成系统设计与实现

为实现将输入的六路BT656视频无失真地合并成一路BT1120视频输出,采用将FPGA技术和视频合成系统相结合的设计方法,用verilog语言设计完成有效视频数据的抽取、SRAM乒乓操作以及FPGA对于视频的拼接处理方法。该系统由视频输入解码模块、存储模块、输出解码模块、i2c模块以及时钟管理模块组成。经算法仿真和逻辑综合,该设计可以实现视频合成的基本功能,满足视频监控系统的实时性要求.综合结果表明该设计占用FPGA片上逻辑资源少,系统运行频率高。