本文以“机车车辆轮对动态检测装置”为研究背景，以改进提升装置性能为目标，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上实现图像采集控制、图像处理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)压缩编码标准的基本系统。本文使用硬件描述语言Verilog，以RedLogic的RVDK开发板作为硬件平台，在开发工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B环境中完成软核的设计与仿真验证。 数据采集部分完成的功能是将由模拟摄像机拍摄到的图像信号进行数字化，然后从数据流中提取有效数据，加以适当裁剪，最后将奇偶场图像数据合并成帧，存储到存储器中。数字化及码流产生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA对SAA7113芯片初始化设置、控制，并对数字化后的数据进行操作。 图像处理算法部分考虑到实时性与算法复杂度等因素，从装置的图像处理流程中有选择性地实现了直方图均衡化、中值滤波与边缘检测三种图像处理算法。 压缩编码部分依据JPEG标准基本系统顺序编码模式，在FPGA上实现了DCT(Discrete Cosine Transform)变换、量化、Zig-Zag扫描、直流系数DPCM(Differential Pulse Code Modulation)编码、交流系数RLC(Run Length code)编码、霍夫曼编码等主要步骤，最后用实际的图像数据块对系统进行了验证。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式图像采集、处理与传输系统具有体积小、稳定性高等优点，在智能交通、电力、通讯、计算机视觉等领域应用广泛。随着DSP技术的发展，在DSP上用软件实现实时视频压缩成为数字视频压缩标准应用的亮点，这种应用比起专门的压缩芯片更具有灵活性和升级潜力。 本文主要研究一种基于DSP TMS320VC5402脱机视频采集、压缩编码和视频数据通信的方法和DSP外围硬件系统设计。 在本设计中，图像采集部分利用SAA7111视频采集芯片完成视频信号的精确采集；利用FPGA完成复杂且高速的逻辑控制及时序设计，完成DSP外扩RAM，Flash等高速硬件电路设计，同时完成DSP的地址译码电路，将采集的数字视频信号存储在DSP外扩存储空间中；用FPGA基于N1OSⅡ来虚拟设计了I
上传时间： 2013-07-02
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随着数字图像处理的应用领域不断扩大，实时处理技术成为研究的热点。VLSI技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA(现场可编程门阵列)的特点使其在图像采集和处理方面的应用显得更加经济、灵活、方便。 本文设计了一种以FPGA为工作核心，并实现了PCI接口的图像采集压缩系统。整个系统采用了自顶向下的设计方案，先把系统分成了三大块，即图像采集、PCI接口和图像压缩，然后分别设计各个大模块中的子模块。 首先，利用FPGA对专用视频转换器SAA7111A进行控制，因为SAA7111A是采用IC总线模块，从而完成了对SAA7111A的控制，并通过设计图像采集模块、读/写数据模块、总线管理模块等，实现把标准的模拟视频信号转换成数字视频信号并采集的功能。 其次，在了解PCI规范的前提下，深入地分析了PCI时序和地址配置空间等，设计了简化逻辑的状态机，并用VHDL硬件描述语言设计了程序，完成了简化逻辑的PCI接口设计在FPGA芯片内部的实现，达到了一33MHz、32位数据宽度、支持猝发传输的PCI从设备模块的接口功能，与传统的使用PCI专用接口芯片来实现的PCI接口比较来看，更加节约了系统的逻辑资源，降低了成本，增加了设计的灵活性。 再次，设计了WINDOWS下对PCI接口的驱动程序。驱动程序可以选择不同的方法来完成，当然每个方法都有自己的特点，对几种主要设计驱动程序的方法作以比较之后，本文选择了使用DRIVER WORKS工具来完成。通过对配置空间的设计、系统端口和内存映射的设计、中断服务的设计等，用VC++语言编写了驱动程序。 最后，考虑到增加系统的实用性和完备性，还填加设计了图像的压缩部分。这部分需要完成的工作是在上述系统完成后，再额外地把采集来的视频数据通过另一路数据通道按照一定的格式压缩后存储到硬盘中。本系统中，这部分设计是利用Altera公司提供的IP核来完成压缩的，同时还用VHDL语言在FPGA上设计了IDE硬盘接口，使压缩后的数据存储到硬盘中。
上传时间： 2013-06-01
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图像采集和处理技术在机器视觉和图像分析等诸多领域应用十分广泛，大部分情况下，采集卡只需将前端相机捕获的图像信息正确地传回计算机即可。但是在要求较高的应用场合需要采集卡能准确控制外部光源和相机，完成图像采集，预处理，数据传输。只有这样，用户才可以根据不同的兴趣和需求对特定的某些图像进行采集、传输以及处理，以达到某种分析目的。 本文根据国家985二期项目“三维粒子图像测速系统”的图像采集与处理需要，设计开发了一款以FPGA为核心控制芯片的嵌入式图像采集卡。采集卡以FPGA为逻辑和算法实现的核心器件，不仅实现了传统意义上的图像采集，而且实现了CCD相机控制和激光器同步曝光功能，打破了以往单纯靠增加硬件设备实现同步控制的方法，简化了系统硬件结构并节约系统成本。此外，在系统中嵌入了图像增强算法和采用PCI接口与计算机连接满足了高速采集的要求。同时，采用市场上广泛应用的Camera Link作为采集卡的图像输入接口，提高了系统的通用性、传输速率和抗干扰能力，简化图像获取设备和模拟摄像头之间需要视频解码等连接。具有嵌入式处理功能，光源同步和相机控制的采集卡将使机器视觉系统，图像测速等诸多领域的图像采集应用变得更为便捷。 论文首先对图像采集卡系统的组成、整体方案和可行性进行了论证。然后给出了图像采集卡的硬件设计。在此部分结合整体设计方案，讨论芯片的选型问题。根据所选芯片的本身特点，分模块地对图像采集卡的硬件设计原理进行了详细的阐述。接下来是图像采集卡的软件设计部分。用VHDL和原理图结合的方法对FPGA进行编程，实现了图像采集系统的各个功能模块。根据图像采集系统的要求用DriverWorks软件设计了图像采集卡的WDM底层驱动程序和上层应用程序。最后是用FPGA实现了带修改参数的硬件嵌入式图像处理算法——图像增强。论文中使用QUARTUS软件嵌入的逻辑分析仪SignalTap对FPGA设计的模块进行了硬件调试，给出了调试的时序图和调试结果，经测试分析该采集卡满足“三维粒子图像测速系统”的要求，达到了预期目标。
上传时间： 2013-04-24
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随着微电子技术的高速发展，实时图像处理在多媒体、图像通信等领域有着越来越广泛的应用。FPGA就是硬件处理实时图像数据的理想选择，基于FPGA的图像处理专用系统的研究将成为信息产业的新热点。 本文详细介绍了一种实时监控图像处理系统的设计方案，实现了具有前端视频采集系统、图像预处理功能系统、图像显示系统。该系统采用Altera公司的FPGA芯片作为中央处理器，由视频采集模块、异步FIFO模块、视频解码模块、I
上传时间： 2013-06-20
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图像处理技术是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。目前，数字图像处理技术被广泛应用于航空航体、通信、医学及工业生产领域中。图像处理系统的硬件实现一般来讲有三种方式：专用的图像处理器件主要有专用集成芯片(Application SpecificIntegrated Circuit)、数字信号处理器(Digital Signal Process)和现场可编程门阵列(FieldProgrammable GateArray)以及相关电路组成。它们可以实时高速完成各种图像处理算法。图像处理中，低层的图像预处理的数据量很大，要求处理速度快，但运算结果相对比较简单。相对于其他两种系统，基于FPGA的图像处理系统非常合适用于图像的预处理。 本文设计了一种基于FPGA的图像处理系统。它的主要功能有：对摄像头送来的视频数据进行采集，并把它数字化；实现中值滤波和边缘检测这两种图像增强算法；将数字视频信号转换为模拟信号。 图像处理系统由主处理器单元、图像编码单元和图像解码单元三部分组成。FPGA作为整个系统的核心器件，不仅要模拟出12C总线协议，完成视频解码芯片和编码芯片的初始化；还要对视频流同步信号提取，实现图像采集控制，并将图像信号存储在SRAM中；图像增强算法也是在FPGA中实现。采用PHILIPS公司的专用视频解码芯片SAA7111A将模拟视频转化数字视频；视频编码芯片SAA7121完成数字视频到模拟视频的转化。
上传时间： 2013-07-19
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视频监控一直是人们关注的应用技术热点之一，它以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛用于在电视台、银行、商场等场合。在视频图像监控系统中，经常需要对多路视频信号进行实时监控，如果每一路视频信号都占用一个监视器屏幕，则会大大增加系统成本。视频图像画面分割器主要功能是完成多路视频信号合成一路在监视器显示，是视频监控系统的核心部分。 传统的基于分立数字逻辑电路甚至DSP芯片设计的画面分割器的体积较大且成本较高。为此，本文介绍了一种基于FPGA技术的视频图像画面分割器的设计与实现。 本文对视频图像画面分割技术进行了分析，完成了基于ITU-RBT.656视频数据格式的画面分割方法设计；系统采用Xilinx公司的FPGA作为核心控制器，设计了视频图像画面分割器的硬件电路，该电路在FPGA中，将数字电路集成在一起，电路结构简洁，具有较好的稳定性和灵活性；在硬件电路平台基础上，以四路视频图像分割为例，完成了I2C总线接口模块，异步FIFO模块，有效视频图像数据提取模块，图像存储控制模块和图像合成模块的设计，首先，由摄像头采集四路模拟视频信号，经视频解码芯片转换为数字视频图像信号后送入异步FIFO缓冲。然后，根据画面分割需要进行视频图像数据抽取，并将抽取的视频图像数据按照一定的规则存储到图像存储器。最后，按照数字视频图像的数据格式，将四路视频图像合成一路编码输出，实现了四路视频图像分割的功能。从而验证了电路设计和分割方法的正确性。 本文通过由FPGA实现多路视频图像的采集、存储和合成等逻辑控制功能，I2C总线对两片视频解码器进行动态配置等方法，实现四路视频图像的轮流采集、存储和图像的合成，提高了系统集成度，并可根据系统需要修改设计和进一步扩展功能，同时提高了系统的灵活性。
上传时间： 2013-04-24
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提出了一种用各向异性双变量拉普拉斯函数模型去模拟NSCT域的系数的图像去噪算法，这种各向异性双边拉普拉斯模型不仅考虑了NSCT系数相邻尺度间的父子关系，同时满足自然图像不同尺度间NSCT系数方差具有各向异性的特征，基于这种统计模型，文中先推导出了一种各向异性双变量收缩函数的近似形式，然后基于贝叶斯去噪法和局部方差估计将这种新的阈值收缩函数应用于NSCT域，实验结果表明文中提出的方法同小波域 BiShrink算法、小波域ProbShrink算法、小波域NeighShrink算法相比，能够有效地去除图像的高斯噪声，提高了图像的峰值信噪比；并较完整地保持了图像的纹理和边缘等细节信息，从而明显改善了图像的视觉效果。
上传时间： 2013-10-23
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近年来，随着集成电路工艺技术的进步，电子系统的构成发生了两个重要的变化： 一个是数字信号处理和数字电路成为系统的核心，一个是整个电子系统可以集成在一个芯片上（称为片上系统)。这些变化改变了模拟电路在电子系统中的作用，并且影响着模拟集成电路的发展。 数字电路不仅具有远远超过模拟电路的集成规模，而且具有可编程、灵活、易于附加功能、设计周期短、对噪声和制造工艺误差的抗扰性强等优点，因而大多数复杂系统以数字信号处理和数字电路为核心已成为必然的趋势。虽然如此，模拟电路仍然是电子系统中非常重要的组成部分。这是因为我们接触到的外部世界的物理量主要都是模拟量，比如图像、声音、压力、温度、湿度、重量等，要将它们变换为数字信号，需要模拟信号处理和数据转换电路，如果这些电路性能不够高，将会影响整个系统的性能。其次，系统中的许多功能不可能或很难用数字电路完成，如微弱信号放大，很高频率和宽频带信号的实时处理等。因此，虽然模拟电路在系统中不再是核心，但作为固有的模拟世界与数字系统的接口，其地位和作用仍然十分重要。 片上系统要求将数字电路和模拟电路集成在一个芯片上，这希望模拟电路使用与数字电路相同的制造工艺。随着MOS器件的线宽不断减小，使MOS器件的性能不断提高，MOS数字电路成为数字集成电路的主流，并因此促进了MOS模拟集成电路的迅速发展。为了适应电子系统功能的不断扩展和性能的不断提高，对模拟电路在降低电源电压、提高工作频率、扩大线性工作范围和提高性能指标的精度和稳定度等方面提出更高要求，促进了新电路技术的发展。 作为研究生课程的教材，本书内容是在本科相关课程基础上的深化和扩展，同时涉及实际设计中需要考虑的一些问题，重点介绍具有高工作频率、低电源电压和高工作稳定性的新电路技术和在电子系统中占有重要地位的功能电路及其中的新技术。全书共7章，大致可分为三个部分。第一部分包括第1章和第7章。第1章为MOS模拟集成电路基础，比较全面地介绍MOS器件的工作原理和特性以及由MOS器件构成的基本单元电路，为学习本教材其他内容提供必要的知识。由于版图设计与工艺参数对模拟集成电路性能的影响很大，因此第7章简单介绍制造MOS模拟集成电路的CMOS工艺过程和版图设计技术，读者可以通过对该章所介绍的相关背景知识的了解，更深入地理解MOS器件和电路的特性，有助于更好地完成模拟集成电路的可实现性设计。第二部分为新电路技术，由第2章、第3章和第5章的部分组成，包括近年来逐步获得广泛应用的电流模电路、抽样数据电路和对数域电路，它们在提高工作频率、降低电源电压、扩大线性工作范围和提高性能指标的精度和稳定度方面具有明显的潜力，同时它们也引入了一些模拟电路的新概念。这些内容有助于读者开拓提高电路性能方面的思路。第2章介绍电流模电路的工作原理、特点和典型电路。与传统的以电压作为信号载体的电路不同，这是一种以电流作为信号载体的电路，虽然在电路中电压和电流总是共同存在并相互作用的，但由于信号载体不同，不仅电路性能不同而且电路结构也不同。第3章介绍抽样数据电路的特点和开关电容与开关电流电路的工作原理、分析方法与典型电路。抽样数据电路类似于数字电路，处理的是时间离散信号，又类似于模拟电路，处理的是幅度连续信号，它比模拟电路具有稳定准确的时间常数，解决了模拟电路实际应用中的一大障碍。对数域电路在第5章中结合其在滤波器中的应用介绍，这类电路除具有良好的电性能外，还提出了一种利用器件的非线性特性实现线性电路的新思路。第三部分介绍几个模拟电路的功能模块，它们是电子系统中的关键组成部分，并且与信号和信号处理联系密切，有助于在信号和电路间形成整体观念。这部分包括第4章至第6章。第4章介绍数据转换电路的技术指标和高精度与高速度转换电路的构成、工作原理、特点和典型电路。第5章介绍模拟集成滤波器的设计方法和主要类型，包括连续时间滤波器、对数域滤波器和抽样数据滤波器。第6章介绍通信系统中的收发器与射频前端电路，包括收信器、发信器的技术指标、结构和典型电路。因为载波通信系统传输的是模拟信号，射频前端电路的性能对整个通信系统有直接的影响，所以射频集成电路已成为重要的研究课题。 〖〗高等模拟集成电路〖〗〖〗前言〖〗〖〗本书是在为研究生开设的“高等模拟集成电路”课程讲义的基础上整理而成，由董在望主编，第1、4、7章由李冬梅编写，第6章由王志华编写，第5章由李永明和董在望编写，第2、3章由董在望编写，李国林参加了部分章节的校核工作。 本书可作为信息与通信工程和电子科学与技术学科相关课程的研究生教材或教学参考书，也可作为本科教学参考书或选修课教材和供相关专业的工程技术人员参考。 清华大学出版社多位编辑为本书的出版做了卓有成效的工作，深致谢意。 限于编者水平，难免有错误和疏漏之处，欢迎批评指正。 目录 1.1MOS器件基础及器件模型 1.1.1结构及工作原理 1.1.2衬底调制效应 1.1.3小信号模型 1.1.4亚阈区效应 1.1.5短沟效应 1.1.6SPICE模型 1.2基本放大电路 1.2.1共源(CS)放大电路 1.2.2共漏(CD)放大电路 1.2.3共栅(CG)放大电路 1.2.4共源共栅(CSCG)放大电路 1.2.5差分放大电路 1.3电流源电路 1.3.1二极管连接的MOS器件 1.3.2基本镜像电流源 1.3.3威尔逊电流源 1.3.4共源共栅电流源 1.3.5有源负载放大电路 1.4运算放大器 1.4.1运算放大器的主要参数 1.4.2单级运算放大器 1.4.3两级运算放大器 1.4.4共模反馈(CMFB) 1.4.5运算放大器的频率补偿 1.5模拟开关 1.5.1导通电阻 1.5.2电荷注入与时钟馈通 1.6带隙基准电压源 1.6.1工作原理 1.6.2与CMOS工艺兼容的带隙基准电压源 思考题 2电流模电路 2.1概述 2.1.1电流模电路的概念 2.1.2电流模电路的特点 2.2基本电流模电路 2.2.1电流镜电路 2.2.2电流放大器 2.2.3电流模积分器 2.3电流模功能电路 2.3.1跨导线性电路 2.3.2电流传输器 2.4从电压模电路变换到电流模电路 2.5电流模电路中的非理想效应 2.5.1MOSFET之间的失配 2.5.2寄生电容对频率特性的影响 思考题 3抽样数据电路 3.1开关电容电路和开关电流电路的基本分析方法 3.1.1开关电容电路的时域分析 3.1.2开关电流电路的时域分析 3.1.3抽样数据电路的频域分析 3.2开关电容电路 3.2.1开关电容单元电路 3.2.2开关电容电路的特点 3.2.3非理想因素的影响 3.3开关电流电路 3.3.1开关电流单元电路 3.3.2开关电流电路的特点 3.3.3非理想因素的影响 思考题 4A/D转换器与D/A转换器 4.1概述 4.1.1电子系统中的A/D与D/A转换 4.1.2A/D与D/A转换器的基本原理 4.1.3A/D与D/A转换器的性能指标 4.1.4A/D与D/A转换器的分类 4.1.5A/D与D/A转换器中常用的数码类型 4.2高速A/D转换器 4.2.1全并行结构A/D转换器 4.2.2两步结构A/D转换器 4.2.3插值与折叠结构A/D转换器 4.2.4流水线结构A/D转换器 4.2.5交织结构A/D转换器 4.3高精度A/D转换器 4.3.1逐次逼近型A/D转换器 4.3.2双斜率积分型A/D转换器 4.3.3过采样ΣΔA/D转换器 4.4D/A转换器 4.4.1电阻型D/A转换器 4.4.2电流型D/A转换器 4.4.3电容型D/A转换器 思考题 5集成滤波器 5.1引言 5.1.1滤波器的数学描述 5.1.2滤波器的频率特性 5.1.3滤波器设计的逼近方法 5.2连续时间滤波器 5.2.1连续时间滤波器的设计方法 5.2.2跨导电容（GmC）连续时间滤波器 5.2.3连续时间滤波器的片上自动调节电路 5.3对数域滤波器 5.3.1对数域电路概念及其特点 5.3.2对数域电路基本单元 5.3.3对数域滤波器 5.4抽样数据滤波器 5.4.1设计方法 5.4.2SZ域映射 5.4.3开关电容电路转换为开关电流电路的方法 思考题 6收发器与射频前端电路 6.1通信系统中的射频收发器 6.2集成收信器 6.2.1外差式接收与镜像信号 6.2.2复数信号处理 6.2.3收信器前端结构 6.3集成发信器 6.3.1上变换器 6.3.2发信器结构 6.4收发器的技术指标 6.4.1噪声性能 6.4.2灵敏度 6.4.3失真特性与线性度 6.4.4动态范围 6.5射频电路设计 6.5.1晶体管模型与参数 6.5.2噪声 6.5.3集成无源器件 6.5.4低噪声放大器 6.5.5混频器 6.5.6频率综合器 6.5.7功率放大器 思考题 7CMOS集成电路制造工艺及版图设计 7.1集成电路制造工艺简介 7.1.1单晶生长与衬底制备 7.1.2光刻 7.1.3氧化 7.1.4扩散及离子注入 7.1.5化学气相淀积（CVD） 7.1.6接触与互连 7.2CMOS工艺流程与集成电路中的元件 7.2.1硅栅CMOS工艺流程 7.2.2CMOS集成电路中的无源元件 7.2.3CMOS集成电路中的寄生效应 7.3版图设计 7.3.1硅栅CMOS集成电路的版图构成 7.3.2版图设计规则 7.3.3CMOS版图设计技术 思考题
标签： 模拟集成电路
上传时间： 2013-11-13
上传用户：chengxin
在对低噪声CMOS图像传感器的研究中，除需关注其噪声外，目前数字化也是它的一个重要的研究和设计方向，设计了一种可用于低噪声CMOS图像传感器的12 bit，10 Msps的流水线型ADC，并基于0.5 ?滋m标准CMOS工艺进行了流片。最后，通过在PCB测试版上用本文设计的ADC实现了模拟输出的低噪声CMOS图像传感器的模数转换，并基于自主开发的成像测试系统进行了成像验证，结果表明，成像画面清晰，该ADC可作为低噪声CMOS图像传感器的芯片级模数转换器应用。
上传时间： 2013-11-19
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