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用于多气象传感器的模拟前端集成电路设计
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作者 华文浩 张加宏 +2 位作者 蒋相龙 张波 卢光林 《电子测量技术》 北大核心 2024年第17期16-22,共7页
设计了一款适用于多气象传感器的模拟前端集成电路,主要包含LDO、可编程增益放大器、SAR ADC以及湿度测量电路。可编程增益放大器采用全差分轨对轨运放作为主体结构来抑制噪声,同时采用连续时间Auto-Zero校准技术来降低其输入失调电压... 设计了一款适用于多气象传感器的模拟前端集成电路,主要包含LDO、可编程增益放大器、SAR ADC以及湿度测量电路。可编程增益放大器采用全差分轨对轨运放作为主体结构来抑制噪声,同时采用连续时间Auto-Zero校准技术来降低其输入失调电压。对于14位SAR ADC,为降低DAC电容阵列的平均功耗和面积,设计了基于V_(CM)-based开关切换策略的分段式差分DAC电容阵列。最后基于湿度传感器电容值与矩形波频率之间关系的原理,设计了湿度测量电路,湿度测量电路频率误差为0.03%。该模拟前端电路基于华虹0.18μm CMOS工艺,并通过Cadence Spectre软件进行电路设计、版图绘制以及仿真验证。后仿真结果表明,电路整体可以实现从输入模拟信号的放大,到最终输出数字码的功能,其有效数(ENOB)为11.40 bit,SINAD为70.37 dB,SNR为71.05 dB,SFDR为83.85 dBc,THD为-78.55 dB。 展开更多
关键词 模拟前端 线性稳压器 可编程增益放大器 逐次逼近型模数转换器 湿度测量电路
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探空湿度传感器太阳辐射误差理论修正与实验验证
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作者 张加宏 沙秩生 +2 位作者 王立 刘清惓 李敏 《传感技术学报》 北大核心 2025年第7期1182-1189,共8页
为了修正太阳辐射对探空湿度测量的影响,首先分析研究了太阳辐射引起湿度测量误差的机理,然后采用计算流体动力学方法(CFD,Computational Fluid Dynamics)进行仿真模拟,并设计与构建了硬件电路和实验验证平台。计算流体动力学仿真结果表... 为了修正太阳辐射对探空湿度测量的影响,首先分析研究了太阳辐射引起湿度测量误差的机理,然后采用计算流体动力学方法(CFD,Computational Fluid Dynamics)进行仿真模拟,并设计与构建了硬件电路和实验验证平台。计算流体动力学仿真结果表明:海拔高度、太阳辐射强度以及太阳高度角等三个因素对湿敏电阻的升温量产生正相关影响,升温量可达5℃,引起的湿度测量相对误差约20%。实验测试发现太阳辐射导致湿度测量出现偏干误差,且温度升温量越大、湿度测量的太阳辐射偏干误差越显著,这与理论计算结果一致,表明CFD理论模拟可以用于探空湿度测量太阳辐射误差修正。 展开更多
关键词 太阳辐射 计算流体动力学 探空湿度传感器 误差修正
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基于电容等效模型的路面覆盖物检测系统研究
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作者 周家涛 李敏 +2 位作者 沙秩生 张加宏 曹越洋 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第6期51-64,共14页
针对传统电容式路面覆盖物检测方法在低温下辨识能力弱、区分度不高的问题,基于电容器的串联等效模型,从电介质极化原理出发,研究了电容器和覆盖物存在的介电损耗和弛豫现象,分析了覆盖物和检测频率对电容器等效串联电容和等效串联电阻... 针对传统电容式路面覆盖物检测方法在低温下辨识能力弱、区分度不高的问题,基于电容器的串联等效模型,从电介质极化原理出发,研究了电容器和覆盖物存在的介电损耗和弛豫现象,分析了覆盖物和检测频率对电容器等效串联电容和等效串联电阻的影响,设计并搭建了电容器高通滤波电路,通过比较高通滤波电路输出与输入信号的幅度衰减比和相位偏移,间接测量电容器等效串联电容和等效串联电阻的变化,实现覆盖物类型的识别。在恒温箱中进行样本测试,实验结果表明,当温度在10℃~60℃时,干燥时的相位差大于30°,衰减比例小于0.8;积水时的相位差在10°以内,衰减比例接近1。当温度在-30℃~0℃时,干燥、结冰和积雪时的衰减比例存在交叉。相位差随着温度缓慢变化,干燥时平均相位差大于40°,结冰时平均相位差小于30°,而积雪时的平均相位差介于二者之间。利用温度、相位差和衰减比例构建神经网络分类模型,部署到单片机后进行实测。实测数据表明在0℃~60℃之间,干燥和积水的区分准确率达到95%;在-30℃~0℃之间,干燥、结冰和积雪的区分准确率达到83%,能够满足路面覆盖物检测的需求。 展开更多
关键词 电容器 覆盖物检测 相位差 衰减比
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补偿型双阱变掺杂SOI LDMOS器件
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作者 李旭泓 孙与飏 +1 位作者 刘腾 张加宏 《半导体技术》 北大核心 2025年第10期995-1000,共6页
传统对绝缘体上硅(SOI)横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件的优化主要集中在关态下电离电荷场优化。而实际工作过程中,开态下的载流子会破坏漂移区的电荷平衡,从而直接影响器件的安全工作区(SOA)和可靠性。提出了载流子的动态电荷... 传统对绝缘体上硅(SOI)横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件的优化主要集中在关态下电离电荷场优化。而实际工作过程中,开态下的载流子会破坏漂移区的电荷平衡,从而直接影响器件的安全工作区(SOA)和可靠性。提出了载流子的动态电荷场调制机理,分析其对器件表面电场的调制作用。基于该机理,设计了一种补偿型双阱变掺杂SOI LDMOS器件结构。通过在传统器件中引入双阱变掺杂技术,优化了器件表面电场,并显著扩展了SOA。进一步采用兼容工艺制备了高压CMOS器件。实验结果显示,n型LDMOS器件关态击穿电压(V_(B))>300 V,栅压15 V下的开态V_(B)>200 V;p型LDMOS器件关态V_(B)>200 V,栅压-15 V下的开态V_(B)>300 V。该器件在关态和开态下的V_(B)均可满足200 V应用需求,适用于宽SOA。 展开更多
关键词 绝缘体上硅(SOI) 横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS) 电荷场调制 宽安全工作区(SOA) 载流子电荷
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基于ECA-1D-CNN的TDLAS的静脉用药浓度定量分析方法研究
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作者 朱永炳 蔡玉琴 +4 位作者 蒋力耀 雷春 滕龙 王德旺 陶治 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第5期1341-1347,共7页
静脉用药溶质浓度的定量分析一直是静配中心药物检测的研究热点,但常规的调配和复核手段都是借助人工操作,存在药液浓度把控受限、人工复核压力繁重且低效等问题,因此提出一种对静脉药物溶质浓度准确、便捷、无损的检测方法显得至关重... 静脉用药溶质浓度的定量分析一直是静配中心药物检测的研究热点,但常规的调配和复核手段都是借助人工操作,存在药液浓度把控受限、人工复核压力繁重且低效等问题,因此提出一种对静脉药物溶质浓度准确、便捷、无损的检测方法显得至关重要。由于传统的近红外光谱对低浓度液体检测有一定局限性,基于可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS),研究了了一种基于高效注意力机制一维卷积神经网络(ECA-1D-CNN)的葡萄糖混合溶液浓度定量检测模型。为检测低浓度葡萄糖混合溶液,以TDLAS技术为基础,选择光强吸收率最高的980 nm波段作为激光器光源,通过光电传感器,获取药物浓度的透射光强信号,由锁相放大模块解调为二次谐波信号得到一共600个不同浓度的自建数据集,将样本按8∶2的比例划分为训练集和测试集。以600个药物浓度透射光强的二次谐波信号作为研究对象,采用ECA-1D-CNN进行葡萄糖混合溶液浓度的定量检测。该模型共有4个卷积层,均采用Relu激活函数激活,每个卷积层后添加1个BN层,每两个卷积层添加1个池化层,在第2个池化层后添加1个ECA,可以帮助网络模型更好地学习特征之间的关系,减少参数数量和改善模型的鲁棒性。首先,为了凸显1D-CNN模型的优势,使用相同的原始数据集在PCR、SVR、PLSR上进行建模并对比4种不同模型的预测效果。其次,在6种不同数据预处理的基础上,将ECA-1D-CNN模型与1D-CNN模型进行对比,以决定系数R2、绝对误差MAE、均方根误差RMSE作为评价指标来分析预测模型的泛化能力。结果表明,SG+Normalization预处理下的ECA-1D-CNN模型效果最优,该方法能够对6~30 mg·100 mL^(-1)的葡萄糖混合溶液浓度进行有效预测,其模型训练集R2可达到0.998,MAE为0.295,RMSE为0.343,测试集的R^(2)可达到0.993,MAE为0.498,RMSE为0.691。采用所提出的方法可以精准的预测静脉用药溶质的浓度,为智能化静配中心的无损检测提供了新的思路以及应用价值。 展开更多
关键词 葡萄糖混合溶液 TDLAS 一维卷积神经网络 高效通道注意力机制
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一种进行环路隔离的大电流高电源抑制比LDO设计 被引量:1
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作者 张加宏 沙秩生 +2 位作者 王泽林 刘祖韬 邹循成 《电子测量技术》 北大核心 2024年第3期24-30,共7页
针对传统带有电荷泵、以NMOS作为功率管的LDO驱动能力低下和输出纹波偏高的问题,基于Huahong 0.35μmBCD工艺,设计了一种隔离交直流环路的大电流LDO。该LDO通过将直流环路和交流环路进行隔离,降低了对电荷泵驱动能力的需求,从而保证NMO... 针对传统带有电荷泵、以NMOS作为功率管的LDO驱动能力低下和输出纹波偏高的问题,基于Huahong 0.35μmBCD工艺,设计了一种隔离交直流环路的大电流LDO。该LDO通过将直流环路和交流环路进行隔离,降低了对电荷泵驱动能力的需求,从而保证NMOS功率管栅极驱动电压的较低纹波并实现大电流输出。通过加入纹波电流吸收电路,增强了LDO的PSRR。结果表明,在3.41~5.5V的输入电压范围内,LDO的输出电压为3.3V,输出电流最高达到3 A,压差为110 mV。LDO在轻负载下的PSRR为:111.261dB@DC,86.9005dB@1kHz,78.9472dB@1MHz;重负载下的PSRR为:111.280dB@DC,84.1231dB@1kHz,39.2638dB@1MHz。 展开更多
关键词 NMOSLDO 大电流 环路隔离 高PSRR
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基于SOIBCD工艺的高灵敏度纵向集成型霍尔器件研究
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作者 孙与飏 李沂宸 +1 位作者 郑贵强 张加宏 《传感技术学报》 2025年第10期1727-1733,共7页
基于三维仿真,提出了一种基于SOIBCD工艺的高灵敏度纵向集成型霍尔器件,通过增加浅P阱隔离结构和深槽插指结构(DTFs)优化电流路径分布,抑制短路效应并提高纵向电流比例,从而提高器件的灵敏度。测试结果表明:新结构的灵敏度为464V/AT,相... 基于三维仿真,提出了一种基于SOIBCD工艺的高灵敏度纵向集成型霍尔器件,通过增加浅P阱隔离结构和深槽插指结构(DTFs)优化电流路径分布,抑制短路效应并提高纵向电流比例,从而提高器件的灵敏度。测试结果表明:新结构的灵敏度为464V/AT,相比传统结构提升了102%,器件初始失调电压为0.64mV,输入电阻为14kΩ,在298K~398K温度范围内,电阻的一阶温漂为8500×10^(-6)/K,表现出良好的稳定性。该器件的制备工艺与现有SOIBCD工艺兼容,可以实现全集成、高精度磁场检测芯片的制备。 展开更多
关键词 纵向霍尔器件 全集成 深槽插指 绝缘体上硅 BCD
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