微机电系统（MEMS）器件的构成涉及微电子、微机械、微动力、微热力、微流体学、材料、物理、化学、生物等多个领域，形成了多能量域并交叉耦合。为其产品的建模、仿真以及优化设计带来了较大的难度。由于静电驱动的原理简单使其成为MEMS器件中机械动作的主要来源。而梳齿结构在MEMS器件中有广泛的应用：微谐振器、微机械加速度计、微机械陀螺仪、微镜、微镊、微泵等。所以做为MEMS的重要驱动方式和结构形式，静电驱动梳齿结构MEMS器件的耦合场仿真分析以及优化设计对MEMS的开发具有很重要的意义。本课题的研究对静电驱动梳齿结构MEMS器件的设计具有较大的理论研究意义。 本文的研究工作主要包括以下几个方面： 1、采用降阶宏建模技术快速求解静电梳齿驱动器静电－结构耦合问题，降阶建模被用于表示微谐振器的静态动态特性。论文采用降阶建模方法详细分析了静电梳齿驱动器的各参数对所产生静电力以及驱动位移的关系；并对静电梳齿驱动器梳齿电容结构的静电场进行分析和模拟，深入讨论了边缘效应的影响；还对微谐振器动态特性的各个模态进行仿真分析，并计算分析了前六阶模态的频率和谐振幅值。仿真结果表明降阶建模方法能够快速、准确地实现多耦合域的求解。 2、从系统角度出发考虑了各个子系统对叉指式微机械陀螺仪特性的影响，系统详细地分析了与叉指状微机械陀螺仪性能指标－灵敏度密切相关的结构特性、电子电路、加工工艺和空气阻尼，并在此分析的基础上建立了陀螺的统一多学科优化模型并对其进行多学科优化设计。将遗传算法和差分进化算法的全局寻优与陀螺仪系统级优化相结合，证实了遗传算法和差分进化算法在MEMS系统级优化中的可行性，并比较遗传算法和差分进化算法的优化结果，差分进化算法的优化结果较大地改善了器件的性能。 3、从系统角度出发考虑了各个子系统对梳齿式微加速度计特性的影响，在对梳齿式微加速度计各个学科的设计要素进行分析的基础上，对各个子系统分别建立相对独立的优化模型，采用差分进化算法和多目标遗传算法对其进行优化设计。证实了差分进化算法和多目标遗传算法对多个子系统耦合的系统级优化的可行性，并比较了将多目标转换为单目标进行优化和采用多目标进行优化的区别和结果，优化结果使器件的性能得到了改善。
上传时间： 2013-05-15
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在电力系统容量日益扩大和电网电压运行等级不断提高的潮流下，传统电磁式互感器在运行中暴露出越来越多的弊端，难以满足电力系统向自动化、标准化和数字化的发展需求，电子式互感器取代传统电磁式互感器已经成为一种必然的趋势，并成为人们研究的热点。本文围绕电子式电流互感器高压侧数据采集系统进行了研究与设计。 Rogowski线圈是电流传感元件，本文总绐了Rogowski线圈的基本原理，其中包括线圈的等效电路和相量图，线圈的电磁参数计算。在理论研究的基础上，结合实际设计一款高精度PCBRogowski线圈。电容分压器是电压传感元件，文章中介绍了传感器的原理、传感器的模型结构，针对其自身结构缺陷和工作环境的电磁干扰，提出具有针对性的电磁兼容设计方法。 积分器的性能一直是影响Rogowski线圈电流传感器的精度和稳定性的重要因素之一。模拟积分器具有结构简单、响应速度快、输入动态范围大等优点；数字积分器具有性能稳定，精度高等优点。后者的优势使其成为近年来Rogowski线圈电流互感器实用化研究的一个热点问题。本文设计了一套数字积分器设计的方法，其中包括了积分算法的选择，积分输入采样率和分辨率的确定，数字积分器的通用结构，积分初值的选择方法等。 为了保证系统的运行稳定，文章中的系统只采用激光供电模式，降低数据采集系统的功耗就成了系统设计的一个重要环节。文章中介绍了一些实用的低功耗处理方法，分析了激光器的特性，光电池的特性和光电转换器件的特性，并根据这些器件的特性，改进了数据发送激光器的驱动电路，大幅度降低了系统的功耗，保证了系统在较低供电功率条件下的正常运行。 论文最后对全文工作进行总结，提出进一步需要解决的问题。
上传时间： 2013-07-10
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随着世界经济的高速发展、人口的增长和科技的进步，传统能源的消耗量越来越大，这就带来了一系列能源的耗尽和环境污染问题。太阳能作为一种优越的可再生能源而受到世界各国的重视并具有较大发展潜力。为了进一步提高系统的性能，实现系统的优化及可靠运行，本文研究独立运行光伏发电系统的结构、工作原理和控制策略。相对并网系统，这对于国家正大力发展的西部太阳能资源开发来说是具有现实意义的。 首先，本文详细介绍了光伏发电的国内外研究背景，光伏电池的种类、发电原理及输出特性，并介绍了独立运行光伏发电系统的组成、运行原理和应用，在此基础上论述了光伏系统常用的DC/DC变换电路，负载最大功率跟踪（MPPT）的方法等人们普遍关注的问题。融合了上述原理技术，设计一个功率为25W的独立运行光伏发电系统。 其次，为减小传统的固定步长的扰动法进行最大功率跟踪的步长大振荡大，步长小跟踪速度慢的缺陷，本文提出了电压自适应最大功率跟踪算法，其原理是引入了不同的步长系数，根据功率变量值的大小，确定合适的控制步长进行电压参考值的给定，并在MATLAB环境下利用Simulink工具搭建模型进行仿真，仿真结果验证了此种跟踪方法具有快速性、稳定性和准确性等优点。 最后，搭建硬件电路，通过对电池板的不同安装角度测量得到的数据，得出不同季节在大连地区安装的不同最佳角度值。设计了25W的独立运行光伏发电系统的主电路及其控制电路，包括光伏电池的选择，Boost主电路参数、控制电路部分、驱动电路及其检测电路各模块分别进行了详细的探讨；对独立系统的储能装置蓄电池的充放电电路进行了设计，利用单片机dsPIC30F3011控制电路同时实现了最大功率跟踪和蓄电池的充电电压、放电极限电压及充电电流的控制，可防止过充过放现象的发生，从而实现独立光伏发电系统的可靠运行。
上传时间： 2013-04-24
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随着信息技术的飞速发展，数据吞吐量急剧增长，要求有更高的传输速度，来满足大量数据的传输，而原有的并行数据传输总线结构上存在自身无法克服的缺陷，在高频环境下容易串扰，而增大误码率。SATA串行总线技术应运而生。作为一种新型的总线接口，它提供了高达3.0Gbps的数据传输速率，使用8B/10B编码格式，采用LVDS NRZ串行数据传输方式，有良好的抗干扰性能，有更强的达到32位的循环冗余校验，并且提供了良好的物理接口特性，支持热拔插，代表着计算机总线接口技术的发展方向。FPGA作为一种低功耗的半导体器件，在高频工作环境中有优良的性能，将处理器与低功耗FPGA结合起来使用是数据存储应用的趋势，这样能够使得接口方案更加灵活。而在众多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平台内部集成了PowerPC高性能处理器，并且其中提供了Rocket IO MGT这种嵌入式的多速率串行收发器，能够以6.25-622Mb/s的速度传送数据，并且支持包括SATA协议在内的多种串行通信协议。 本文从物理层、链路层、传输层分析了SATA1.0技术的接口协议，在此基础提出满足协议需求和适合FPGA设计的设计方案，并给出总体设计框图，依照FPGA的设计方法，采用Xilinx公司的Virtex-4设计了一个符合SATA1.0接口协议的嵌入式存储装置，实现数据的存储，仿真运行结果正常。
上传时间： 2013-04-24
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射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种允许非接触式数据采集的自动识别技术。其中工作在超高频(Ultra High Frequency，UHF)频段的无源RFID系统，由于在物流与供应链管理等领域的潜在应用，近年来得到了人们的广泛关注。这种系统所使用的无源标签具有识别距离长、体积小、成本低廉等突出特点。目前在市场上出现了各种品牌型号的UHF RFID无源标签，由于不同品牌型号的标签在设计与制造工艺上的差异，这些标签在性能表现上各不相同，这就给终端用户选择合适自己应用的标签带来了困难。RFID基准测试就是在实际部署RFID系统前对RFID标签的性能进行科学评估的有效手段。然而为了在常规实验室条件下得到准确公正的测试结果，需要对基准测试的性能指标及测试方法学开展进一步的研究。本文正是研究符合EPC Class1 Gen2标准的RFID标签基准测试。 本文首先分析了当前广泛应用的超高频无源RFID标签基准测试性能指标与测试方法上的局限性与不足之处。例如，在真实的应用环境中，由于受到各种环境因素的影响，对同一品牌型号的标签，很难得到一致的识读距离测试结果。另外，在某些测试场景中，使用识读速率作为测试指标，所得到的测试结果数值非常接近，以致分辨度不足以区分不同品牌型号标签的性能差异。在这些分析基础上，本文把路径损耗引入了RFID基准测试，通过有限点的测量与数据拟合分别得到不同类型标签的路径损耗方程，结合读写器天线的辐射方向图，进一步得到各种标签受限于读写器接收灵敏度的覆盖区域。无源标签由于其被动式能量获取方式，其实际工作区域仍然受限于前向链路。本文通过实验测试出这些标签的最小激活功率后，得出了各种标签在一定读写器发射功率下的激活区域。完成这些步骤后，根据这两种区域的交集可以确定标签的工作区域，从而进行标签间的比较并达到基准测试的目的，并能找出限制标签工作范围的瓶颈。 本文最后从功率损耗的角度研究了标签之间的相互干扰，为用户在密集部署RFID标签的场景中设置标签之间的最小间隔距离具有重要的参考意义。
上传时间： 2013-04-24
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电源是电子设备的重要组成部分，其性能的优劣直接影响着电子设备的稳定性和可靠性。随着电子技术的发展，电子设备的种类越来越多，其对电源的要求也更加灵活多样，因此如何很好的解决系统的电源问题已经成为了系统成败的关键因素。 本论文研究选取了BICMOS工艺，具有功耗低、集成度高、驱动能力强等优点。根据电流模式的PWM控制原理，研究设计了一款基于BICMOS工艺的双相DC-DC电源管理芯片。本电源管理芯片自动控制两路单独的转换器工作，两相结构能提供大的输出电流，但是在开关上的功耗却很低。芯片能够精确的调整CPU核心电压，对称不同通道之间的电流。本电源管理芯片单独检测每一通道上的电流，以精确的获得每个通道上的电流信息，从而更好的进行电流对称以及电路的保护。 文中对该DC-DC电源管理芯片的主要功能模块，如振荡器电路、锯齿波发生电路、比较器电路、平均电流电路、电流检测电路等进行了设计并给出了仿真验证结果。该芯片只需外接少数元件就可构成一个高性能的双相DC-DC开关电源，可广泛应用于CPU供电系统等。 通过应用Hspice软件对该变换器芯片的主要模块电路进行仿真，验证了设计方案和理论分析的可行性和正确性，同时在芯片模块电路设计的基础上，应用0.8μmBICMOS工艺设计规则完成了芯片主要模块的版图绘制，编写了DRC、LVS文件并验证了版图的正确性。所设计的基于BICMOS工艺的DC-DC电源管理芯片的均流控制电路达到了预期的要求。
上传时间： 2013-06-06
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石油钻采设备通常工作于公共电网所不及的沙漠、海洋和陆地等环境场合，其中的电站子系统由数台柴油发电机组及其相应的控制系统构成，为石油钻机提供动力电源（小电网供电系统）。石油钻机中的钻井设备（绞车、泥浆泵和转盘等）由大功率的交流或直流电动机驱动，根据钻井工艺需要调节转速和控制转矩，因此，通常采用VFD变频调速系统或SCR直流调速系统来满足钻井工艺要求。众所周知，电力电子装置（VFD变频传动系统和SCR直流传动系统）对电力系统带来谐波污染，尤其是对柴油发电机组小电网系统，谐波污染的问题将更为严重，而且SCR电驱动系统的功率因数较低，也给小电网系统带来额外负担，影响供电质量。因此，对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和提高功率因数，显得尤为重要。本论文正是针对此问题进行的研究和实践。 本文对石油钻机电驱动系统的构成及其工作原理作了介绍，重点分析了SCR和VFD电驱动系统谐波和无功功率产生的原因及危害，结合国内外的研究成果，提出对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和无功补偿的方案，并将其应用到实际的工程项目中。 石油钻机电驱动系统为典型的多谐波源系统，本文对各个谐波源进行了详细地分析，并且将多个谐波源进行了合成叠加和计算，来确定对电网系统总的影响（电压畸变率）；针对SCR和VFD电驱动系统的结构和特点，提出了对SCR和VFD系统进行谐波抑制和无功功率补偿的不同解决方案，即：对SCR电驱动系统，采用有源滤波器+动态无功功率补偿的办法，来消除谐波和改善功率因数；而对VFD电驱动系统，采用有源滤波器来消除谐波即可。 对石油钻机SCR和VFD电驱动系统谐波进行的分析和计算，为两系统谐波抑制的方案选型和系统优化提供了设计依据。本文选用适合于柴油发电机组小电网供电系统的有源滤波器（额定电压为690V）来滤除谐波，在系统结构上，采用一个谐波源配置一个有源滤波器的方法，主要解决了CT和PT连接的问题，实践证明系统配置合理，滤波效果良好。同时对SCR电驱动系统设计了动态无功补偿装置，通过实测数据验证了本文对SCR电驱动系统的无功进行了有效地补偿。
上传时间： 2013-04-24
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由于传统供电系统的固有缺陷，当单台电源供电时，一旦发生故障可能导致整个系统瘫痪，造成不可估计的损失。逆变电源并联技术是提高逆变电源运行可靠性和扩大供电容量的重要手段。并联技术可以提高逆变电源的通用性和灵活性，使系统设计、安装、组合更加方便，使可靠性进一步提高。 本文主要研究逆变电源输出的数字控制技术，以及逆变电源的并联控制策略，以改善逆变电源的输出性能，提高逆变电源的可靠性，并为分布式发电系统提供最基本的单元模块。本系统采用高频逆变技术，主电路前级采用BOOST升压，后级采用半桥逆变电路，以TI公司的TMS320F2806DSP为主控核心实现了系统的控制功能。本文主要研究内容如下： 1.首先介绍了当前的适合逆变电源的控制策略，分析了这些控制策略的优缺点，介绍了当前的适用于逆变电源并联运行的控制策略，并简单介绍了它们的原理； 2.介绍了逆变电源无线并联的关键技术，依据下垂并联控制的数学模型，对并联系统的功率下垂特性、功率解耦控制思想等方面进行了详细的分析； 3.通过对当前逆变电源控制策略的分析、研究，对所选的逆变电源主电路进行数学建模，设计了逆变电源三闭环调节控制器，并通过Matlab仿真工具进行仿真，验证了该控制策略的可行性； 4.建立了单相逆变电源无线并联控制系统的MATLAB仿真模型，并通过仿真实验对其进行了验证分析，结果表明：该基于下垂法控制的无线并联方案可以使系统实现对输出有功功率、无功功率和谐波功率的良好控制； 5.采用DSP为主控芯片，设计并制作了单相无线并联型逆变电源样机，给出并联型逆变单元输出滤波电感参数选择的工程设计方法和原则，并对上述的三闭环控制策略进行了实验测试，实验结果良好。
上传时间： 2013-04-24
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高精度惯性加速度计能够实现实时位移检测，在当今民用和军用系统如汽车电子、工业控制、消费电子、卫星火箭和导弹等中间具有广泛的需求。在高精度惯性加速度计中，特别需要稳定的低噪声高灵敏度接口电路。事实上，随着传感器性能的不断提高，接口电路将成为限制整个系统的主要因素。 本论文在分析差动电容式传感器工作原理的基础上，设计了针对电容式加速度计的全差分开环低噪声接口电路。前端电路检测传感器电容的变化，通过积分放大，产生正比于电容波动的电压信号。 本论文采用开关电容电路结构，使得对寄生不敏感，信号灵敏度高，容易与传感器单片集成。为了得到微重力加速度性能，设计电容式位移传感接口电路时，重点研究了噪声问题和系统建模问题。仔细分析了开环传感器中的不同噪声源，并对其中的一些进行了仿真验证。建立了接口电路寄生电容和寄生电阻模型。 为了更好的提高分辨率，降低噪声的影响如放大器失调、1/f噪声、电荷注入、时钟馈通和KT/C噪声，本论文采用了相关双采样技术（CDS）。为了限制接口电路噪声特别是热噪声，着重设计考虑了前置低噪声放大器的设计及优化。由于时钟一直导通，特别设计了低功耗弛豫振荡器，振荡频率为1．5M。为了减小传感器充电基准电压噪声，采用两级核心基准结构设计了高精度基准，电源抑制比高达90dB。 TSMC 0．18μm工艺中的3．3V电压和模型，本论文进行了spectre仿真。 关键词：MEMS；电容式加速度计；接口电路；低噪声放大器；开环检测
上传时间： 2013-05-23
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Sigma-Delta A/D转换器利用过采样，噪声整形和数字滤波技术，有效衰减了输出信号带内的量化噪声，提高了信噪比。与传统的Nyquist转换器相比，它降低了对模拟电路性能指标和元件精度的要求，简化了模拟电路的设计，降低了生产成本。 本论文在对Sigma-Delta A/D转换器原理研究的基础上，基于TSMC0．18um工艺，采用1．8V工作电源，128倍的过采样率，6．4MHz的采样频率，设计了一个主要应用于音频信号处理的Sigma-Delta A/D转换器，分辨率达到16位。在调制器的设计中，本文采用了多级噪声整形MASH（2-1）级联调制器结构，同时，考虑了各种非理想因素对系统性能的影响，在SDtoolbox工具的帮助下使用Simulink进行调制器系统设计。并使用Cadence Spectre对模块电路进行设计仿真，包括运放，比较器，带隙基准电压源，CMOS开关，非交叠时钟产生电路等。在数字抽取滤波器的设计中，采用了分级抽取技术，使用MATLAB软件中的SPTool和FDATool工具对各级抽取滤波器进行优化设计。并在原有的滤波器算法的基础上，采用了CIC滤波器和半带滤波器，设计出了运算量和存储量都相对少的三级抽取滤波器系统，大大降低了功耗和面积。 论文的仿真结果表明，所设计的Sigma-Delta A/D转换器信噪比达到102．3dB，满足系统需要的16位精度要求。 关键词：Sigma-Ddta； 信噪比； 多级噪声整形； 数字抽取滤波器
标签： SigmaDelta 音频 模数转换器
上传时间： 2013-06-27
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