基于全波形采样的APD阵列激光雷达系统研究

基于全波形采样技术,构建了一套64路APD阵列激光雷达系统.利用分立元件设计了信号处理电路,并使用数据采集卡对电路的输出信号进行全波形采样.通过基于最小二乘的高斯分解法对采集波形数据进行处理,并通过优化后的参量计算分析目标的距离和特性.搭建共光路实验平台,分别测试了全部通道的电路输出波形和测距精度.结果表明,信号处理电...     

2维位置灵敏中子探测器读出

 介绍了基于厚型气体电子倍增探测器(THGEM)的位置灵敏热中子探测器中,采用专用集成电路的阵列电荷灵敏前置放大和可编程器件的读出电子学设计。专用集成电路采用VA64TA2,64通道输入电荷灵敏放大成型,触发输出。控制电路使用了现场可编程器件。两者结合,显著减少了读出电路在探测器内所占据的空间。介绍了VA64TA2裸片的封装,给出了电路的原理和时序,进行了线性和电子学噪声试验,结果表明电路具有16 fC的线性动态范围,电子学噪声仅为75个电子电荷。     

阴极适应多丝室电荷灵敏放大器的研制

 电荷放大器是粒子描迹仪系统中一个重要组成部分，它的目的是把多丝正比室输出的弱电信号进行放大并处理为准高斯信号以供CIA(电流积分型ADC）电路进行数字化。整个电路主要包括放大、成型两个部分。可把不同幅度的输入脉冲放大成型为宽度600ns的准高斯波形。     

塑料光纤通信650nm单片集成光接收芯片研究EI北大核心CSCD

设计了一种用于塑料光纤通信的650nm单片集成光接收芯片,包括光电探测器、跨阻前置放大器、单双端转换、差分放大器、输出缓冲器及失调电压补偿电路.基于合理假设与近似,从稳态连续方程和边界条件出发,分析了探测器的光谱响应;采用拉普拉斯变换方法,分析其频率响应.采用0.5μm BCD工艺流片,光接收芯片版图面积832×948μm2进行测试,结果表明5V反向偏压下,探测器在650nm的响应度为0.26A/W;光接收芯片在180Mbps速率及误码率小于10-9情况下,灵敏度为-14.6dBm;在100Mbps非归零伪随机二进制序列信号速率及误码率小于10-9情况下,能得到清晰的眼图.     

光电集成光接收机前端及限幅放大器的研制

基于国内的材料生产和半导体工艺条件,研制了10 Gb/s光电集成(OEIC)光接收机前端,并采用耗尽型赝配高电子迁移晶体管(PHEMT)设计并实现了限幅放大器。光接收机前端组成形式为金属-半导体-金属(MSM)光探测器和电流模跨阻放大器,借助模拟软件SILVACO建立并优化了器件模型,探测器光敏面50μm×50μm,带宽超过10 GHz,电容约3 fF/μm。研究并改进了腐蚀自停止工艺并实际应用于OEIC器件制作,芯片面积为151Iμm×666μm。限幅放大器采用无源电感扩展带宽,并借助三维电磁仿真软件HFSS进行模拟仿真。限幅放大器芯片面积为1950μm×1910μm,在3.125 Gb/s传输速率下,分别输入信号幅度为10和500 mV,可以得到500 mV恒定输出摆幅。     

像元间距为25 μm、160×120元无热电制冷器的非致冷非晶硅探测器

介绍用非晶硅微型辐射热量计制成的160×120元非致冷红外焦平面阵列的特点和性能,该阵列集成在一个无铅芯片载体封装中,像素间距为25μm,适合于大批量生产。25μm像元结构得益于较小的热时间常数,该技术使我们能够设计出更高的热隔离性能,从而能以35μm技术为基础开发出25μm技术。通过采用新的像素设计和更进一步推动设计方法,在没有采用复杂昂贵的双层结构的前提下,保持了较高填充因子。从读出集成电路结构、封装、可操作性和光电性能入手对该探测器进行了介绍。为该探测器设计了一种新型集成读出电路。可以通过串行链接对增益、图像翻转和积分时间等高级功能进行操控,降低电气对接的数量。研制的小型无铅芯片载体封装便于大规模生产探测器,主要用途为便携式摄像机或头盔摄像机。     

基于FPGA 的超导动态电感探测器频梳读出信号产生

超导动态电感探测器(Kinetic Inductance Detectors, KIDs) 作为一种新型的超导探测器, 在天文学等领域得到了广泛应用, 具有高灵敏度、 高能量分辨率等优点, 并且可以通过频域复用直接扩展到大型阵列. 然而, 为了支持上千像素的探测,KIDs 阵列需要产生复杂的频梳信号, 占用较大的信号带宽. 因此, 数模转换器件(Digital-to Analog Converter, DAC) 的采样率对于 KIDs 阵列的读出电路实现至关重要. 基于JESD204B 传输协议的高速 DAC相较于传统低电压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling, LVDS) 协议的转换器具有更高的采样率和传输速率, 可用于频梳信号波形的产生. 为此, 本文提出了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA) 的设计, 以 Xilinx 公司 Kintex-7 系列 FPGA 为主控芯片, 通过高速串行接口JESD204B 和高速 DAC 芯片AD9136 实现高速数据传输,DAC 采样率为2 GSPS, 能生成带宽为1 GHz 的基带信号. 实验结果表明, 该设计能够有效地生成复杂的频梳信号, 具有较高的信号质量和灵活性, 解决了传统 DAC 及直接数字频率合成(Direct Digital Synthesizer, DDS) 器件难以产生复杂多变波形的难题, 有助于拓展 KIDs 阵列的工程应用.     

像元间距为25μm、160×120元无热电制冷器的非致冷非晶硅探测器（英文）

介绍用非晶硅微型辐射热量计制成的160×120元非致冷红外焦平面阵列的特点和性能，该阵列集成在一个无铅芯片载体封装中，像素间距为25μm，适合于大批量生产。 25μm像元结构得益于较小的热时间常数，该技术使我们能够设计出更高的热隔离性能，从而能以35μm技术为基础开发出25μm技术。通过采用新的像素设计和更进一步推动设计方法，在没有采用复杂昂贵的双层结构的前提下，保持了较高填充因子。从读出集成电路结构、封装、可操作性和光电性能入手对该探测器进行了介绍。为该探测器设计了一种新型集成读出电路。可以通过串行链接对增益、图像翻转和积分时间等高级功能进行操控，降低电气对接的数量。研制的小型无铅芯片载体封装便于大规模生产探测器，主要用途为便携式摄像机或头盔摄像机。     

适用于窄脉冲的跨导型峰值保持电路设计

分别使用三个不同的跨导放大器,设计了适用于窄脉冲的跨导型峰值保持电路。仿真结果表明:当输入信号的幅度≥100mV、上升沿≥8ns、脉宽≥12ns时,峰值保持电路的响应速度≤2ns、保持精度≤1.5%、下垂速率≤35mV/μs;跨导型峰值保持电路的电路结构简单。     

基于CPLD的正弦波/方波互换电路及实验

针对信号发生芯片组成的信号发生器波形单一,幅值、频率等参量不便调节,且信号峰峰值不能满足磁通门的激励信号对峰峰值的要求的缺点,采用数字芯片CPLD为核心元件构建大信号幅值的正弦波和方波互换电路,以产生幅值、频率等参量可调的正弦波或方波信号.设计了基于CPLD的正弦波和方波转换电路,进行了CPLD相关功能模块的程序设计与实验测试,实验结果验证了转换电路的功能.     

基于Boost闭环控制的恒峰值双极性脉冲发生器的研制北大核心CSCD

在肿瘤消融、污水处理等领域的脉冲功率技术应用中,研究发现双极性电脉冲往往比单极性电脉冲效果更佳,这极大地刺激了双极性高压脉冲电源的研发需求。设计了一台基于Boost闭环控制的恒峰值双极性脉冲发生器,该发生器结合boost电路与Marx发生器的特点,实现了具有升压功能的双极性脉冲的产生,且利用峰值检测电路对双极性脉冲发生器的输出峰值进行取样,并反馈到DSP处理器,实现峰值电压闭环控制,从而实现双极性脉冲恒定峰值的输出。为了验证提出的拓扑电路的可行性与稳定性,对5级恒峰值双极性脉冲发生器进行了仿真和实验研究。实验结果表明,当输入电压在100 V时,可产生重复频率5 kHz、脉冲宽度5~10μs、电压幅值为±2.0 kV的恒峰值双极性脉冲波形。该脉冲电源使用模块化设计,便于级联,结构紧凑,可灵活输出恒峰值的双极性或单极性正(负)脉冲。     

一种新型任意信号发生器的设计与实现

为了适应电子技术的发展,需要产生结构复杂,具有特殊功能的任意波形,本文在传统的函数信号发生器的基础上,提出了一种基于DDS技术,通过主控芯片DSP和数模转换芯片相结合,使用七阶椭圆低通滤波器作为信号调理电路的总体硬件电路设计,软件上采用函数式生成函数波形数据和上位机采样生成任意波形数据,能够产生至少30KHz的标准函数波形以及最高频率1KHz的复杂任意波形。通过测试,该方案具有可行性,易于实现,适合在科研和生产中使用。     

基于对数检波器的峰值功率计研制

针对北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)直线加速器的实际情况和具体需求,为了提高峰值功率计测量精度、进一步降低反射保护报警响应时间并提供实时波形检测手段,对基于集成电路的射频检波芯片进行了调研,研制了一种基于对数检波器、现场可编程门阵列(FPGA)、高速模数转换器(ADC)的新型峰值功率计。通过对不同工作频率下的多点校准,建立分段传递函数,实现功率计校准工作。对功率计样机进行了系统测试,实现了实验室功率测量误差±0.2 dB,BEPCII在线测试的反射保护响应时间2 μs的成绩,功率计已稳定上线运行一段时间。此外,新型峰值功率计具有宽线性动态范围、反射保护报警、内置双通道检波器、用户和工程师双界面、实时波形显示、波形任一点功率测量等特点。     

Multi-level quantization and blind equalization based direct transmission method of digital baseband signal

The direct transmission of digital baseband signals has practical significance in the field of Ethernet terminal connection, high-speed digital communication, data transmission of various types of information peripherals. The signal amplitude gradually decays while the transmission distance increases. Also the attenuation is proportional to the signal frequency, resulting in signal distortion and receiving error. It is a common method for digital baseband signal transmission to use pre-emphasis chip and equalizer chip to improve the transmission quality with a wide range of mature applications. This paper describes a new type of digital signal transmission method, as the receiver using analog-to-digital converter, instead of equalizer chip, to achieve the multi-level quantization of receiving time-domain data waveform. The waveform of the transmitted digital high and low level signal is sampled into multi-bit values. Then, the paper realizes adaptive frequency domain equalization based on soft threshold and makes use of multi-level quantization soft information for error correction. Error correcting code is mainly used to correct the error caused by the channel bandwidth limit, external noise or interference in the process of data transmission, so as to improve the stability and reliability of the transmission. The paper uses the two-stage error correcting codec system based on both Turbo and BCH coding, to achieve the high performance of Turbo code, and good characters of respond time and complexity. The transmitter outputs 12.5 MHz pseudo-random sequence through a 199.93 meter unshielded balanced twisted pair transmission medium. And the receiver circuit using a 62.5MSPS analog-to-digital converter over-samples the waveform to 8-level quantity. The output error of a 65536 bit pseudo-random sequence is less than 8 bits, and the error correction can be further improved by 8b-10b codec. Compared with the traditional pre-emphasis and balanced interface ICs connection, the method described in this article has the advantages of longer transmission distance, better flexibility and wider scope of use.     

Multi-channel Waveform Sampling ASIC for radiation detection and measurement

We have designed and fabricated a 16-channel Waveform Sampling ASIC for radiation detection and measurement. Waveform sampling is very important for the pulse shape analysis and discrimination, which is often used in radiation detection to discriminate different radiations such as alpha, beta and gamma rays. One channel of the fabricated ASIC consists of a charge-sensitive preamplifier, a VGA (Variable Gain Amplifier), an ADC (Analog to Digital Converter) and digital circuits. The preamplifier converts the current signal to the voltage signal, and the VGA amplifies the signal to appropriate level for the ADC. The ADC was designed to digitize the waveform with a frequency of 100 MHz and a resolution of 6bits. Digital circuits consist of a free-running ADC and a multiplexer which were designed to convert a digitized 100 MHz/6bit signal to a 200 MHz/3bit one, which is effective for the reduction of the number and for the achievement of the high integration in one chip. This chip was designed and fabricated with 0.35 μm CMOS technology by ROHM and the size of the ASIC is 4.9 mm by 4.9 mm. The design concept and some experimental results are shown in this paper.     

脉冲氙灯电源研究

高速摄影的同步照明光源是利用脉冲氙灯作为输出负载的一种高亮度闪光光源。它的驱动电路采用脉冲形成网络PFN电路,利用Orcad Pspice软件对PFN放电电流仿真,其仿真结果具有一定的指导意义。电源具有手动触发和同步触发功能,同时输出脉冲的前沿和后沿具有良好的时间响应,氙灯充电电压0~3.5 kV可调,触发信号与光波形延时时间125 μs;实验结果验证了电源设计原理和技术方案的可行性。     

楔形光纤与半导体多量子阱平面光波光路芯片的耦合分析

采用楔形光纤(WSF)实现了与半导体多量子阱(MQW)平面光波光路(PLC)芯片的高效耦合。在多量子阱-平面光波光路前置模斑转换器(SSC)和不加模斑转换器的情况下,用阶梯串联法(SCM)数值模拟并优化设计了楔形光纤-平面光波光路间最佳耦合参量:楔形光纤楔角45°、端面圆柱透镜曲率半径2.5μm、模斑转换器-多量子阱-平面光波光路出射椭圆光斑长半轴3.5μm、纵横比5、楔形光纤-平面光波光路间垂直方向和水平方向无偏移、纵向间距5.5μm。用反向推演法(IDM)实验分析了楔形光纤样品的出射光场,与阶梯串联法(SCM)计算结果相比长轴误差为3.125%,短轴误差为0.8%。建立楔形光纤-平面光波光路-单模光纤(SMF)的耦合实验系统,在1.55μm波长处以单模光纤作为出纤的相同条件下,发现楔形光纤激励入射平面光波光路比单模光纤和锥形透镜光纤(TLF)作为入纤的耦合效率分别提高了24.827 dB和16.22 dB,为多量子阱-平面光波光路芯片尾纤封装技术提供了实验原型。     

240 kJ模块化能库型脉冲放电电源研制北大核心CSCD

空间等离子体环境模拟与研究装置用于在地面模拟空间磁场和等离子体环境,需要在3.5μH电感、0.8 mΩ电阻的环向场线圈负载上产生前沿130μs、降流时间不大于1600μs、峰值260 kA的脉冲电流,因此设计了一套模块化的电容器型放电电源。针对相对较小电感的负载,根据设计要求的放电波形和开关组件通流能力,考虑负载短路故障的情形,给出了保护电感、优化的模块数量等回路参数计算方法。进一步采用传输电缆作为能量传输,同时将电缆寄生电感作为保护电感的方案,研制了一套由4个模块组成的放电电源。研究结果表明,本文给出的电路理论计算结果与设计要求一致,放电试验进一步证明电源设计满足设计放电波形要求。     

用于精密测量玻尔兹曼常数的量子电压噪声源芯片研制

量子噪声温度计系统可通过比较导体中电子运动的热噪声和量子电压参考噪声精密测量玻尔兹曼常数,其中量子电压噪声源所合成的量子电压参考噪声由一组超导约瑟夫森结阵产生.本文详细介绍了基于Nb/Nb_xSi_(1-x)/Nb约瑟夫森结的量子电压噪声源芯片的设计、制备及测试;采用脉冲驱动模式,合成了具有量子精度的100 kHz交流量子电压信号.结果表明:本文所研制的噪声温度计核心芯片已具备了合成交流电压的功能,可为后续玻尔兹曼常数精密定值、重新定义及复现热力学温度研究提供核心器件.