西南交通大学机械工程学院，四川 成都 610031
在对图像位移进行测量时，不同亚像素位移迭代算法的性能不同，将反向组合对角近似算法和反向组合Dog-Leg算法用于数字图像相关法并进行位移测量，同时对反向组合Levenberg-Marquardt算法的参数更新策略进行简化，以反向组合高斯牛顿（IC-GN）法作为对比，通过模拟散斑图像和真实散斑图像的压缩变形实验，对3种算法的性能进行对比，并进行相应的评估。实验结果表明：在模拟散斑实验中，各个算法在收敛速度、收敛频率和计算速度上各有不同；在真实实验下，小变形实验得到与IC-GN法相似的精度，大变形实验得到的收敛半径更大。
测量 数字图像相关法 亚像素位移 反向组合对角近似算法 反向组合Levenberg-Marquardt算法 反向组合Dog-Leg算法
武汉科技大学城市建设学院，湖北 武汉 430065
为探究近红外波段下气溶胶粒子的散射特性，基于离散偶极子近似法，对黑碳和硫酸盐气溶胶内混合核壳结构粒子及同种气溶胶粒子的2种假设结构的光学散射特性进行研究。编译构建以黑碳为核、硫酸铵为壳的核壳结构粒子模型，模拟计算特定入射方向的入射波长（875、1020、1640、2000 nm）下粒子的消光效率因子、散射效率因子、吸收效率因子、不对称因子及单次散射反照率随有效粒径的变化。数值计算结果表明：在同一入射波长下，随着有效粒径的增大，单核核壳粒子、二核团簇粒子、三核团簇粒子的消光、散射、吸收效率因子主要呈先增后减趋势，且3种粒子的散射、消光效率因子相差不超过10%。随着核粒子数增加，粒子结构半径增大，效率因子峰值后移。在4个波长下，多核团簇粒子的不对称因子平均比单核核壳粒子大0.1777、0.1960、0.2900和0.3131，而2种多核粒子的不对称因子平均仅相差0.096。在有效粒径相同的情况下，单核核壳粒子的单次散射反照率基本高于多核粒子，波长越大差异越明显。该研究结果可对复杂大气环境下气溶胶粒子的光学散射特性、污染物及气候效应监测等领域的分析提供一定的参考价值。
红外波段 气溶胶粒子 核壳粒子 离散偶极子近似法 散射与吸收 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0529001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国人民解放军95859部队，甘肃酒泉735000
利用经纬仪进行速度实时求解，一直是测控领域难题，为了提高经纬仪求解速度的实时性及高精度，激光测距光电经纬仪，在反复实验中，提出了一种最佳一致逼近多项式速度求解方法，即保证了速度实时性又保证了速度的精度。首先，利用单站经纬仪加激光测距获得目标空间位置，对激光测距信息采用改进的最小二乘法进行拟合滤波；然后根据求解速度模型，计算速度初值；在采用多项式逼近速度真值时，采用常规的表达形式会产生很大的计算误差，为了减少计算误差，多项式采用三次切比雪夫多项式组合的方式获得最佳一致逼近多项式计算速度函数；最佳一致逼近多项式速度函数使用三次有限差分方法识别速度野值，获得实时、高精度的目标速度值。激光测距经纬仪测速的指标包括实时性（延时<100 ms）和精度（误差<1 m/s）两个指标，把加载在无人机上的较高精度GPS的测速值作为比对值，采用多种算法计算目标速度，实验结果表明：高斯函数方法速度实时性好，但测量速度精度>1.5 m/s；卡尔曼方法求速度精度很好，但是因为用了大量的历史数据，速度值滞后；本文最佳一致逼近多项式法计算得到的速度，实时性好，延时50 ms；速度精度均方差为0.8 m/s，满足设备的指标要求。
最佳一致逼近速度求解 高斯速度求解 卡尔曼滤波速度求解 有限差分法 Optimal Uniform Approximation（OUA) Gaussian velocity solving Kalman filtering speed solution finite difference 光学 精密工程
2023, 31(24): 3549
1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 集成电路与微系统全国重点实验室, 重庆 401332
3 中国电子科技集团公司第二十四研究所, 重庆 400060
设计了一种三阶噪声整形逐次逼近模数转换器。该转换器采用由二阶误差反馈结构和一阶级联积分器前馈结构组成的混合噪声整形结构, 通过该混合结构来控制反馈余量并提升噪声传输函数的阶数, 通过基于共模的开关切换方式优化了比较器动态失调电压, 实现了三阶噪声传输函数。该电路基于0.35 μm CMOS工艺进行设计仿真。使用3.3 V电源电压进行供电, 在2 MS/s采样频率以及8倍过采样率下, 功耗为1.87 mW, 实现了87.93 dB的SNDR, 有效位数(ENOB)为14.3 bit, 在传统8位SAR ADC的基础上提升了有效位数6.3 bit。
模数转换器 噪声整形 逐次逼近 基于共模的开关切换 analog-to-digital converter noise shaping successive approximation register Vcm-based switching
深圳大学 电子与信息工程学院, 广东 深圳 518061
目前逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)已经成为低功耗数模混合集成电路中模数转换器的首选架构, 其中的核心模块-高性能比较器的功耗大小直接决定了SAR ADC的整体功耗。文章从低功耗SAR ADC系统出发, 聚焦高性能低功耗电压域和时间域比较器的发展历程与最新研究进展, 总结了通过优化SAR逻辑实现低功耗比较器的技术方法。该综述为数模混合电路设计者了解并掌握SAR ADC中高性能低功耗比较器技术提供有力参考。
逐次逼近 模数转换器 低功耗 数模混合集成电路 比较器 successive approximation analog-to-digital converter low power digital and analog hybrid integrated circuit comparator
1 深圳大学 计算机与软件学院, 广东 深圳 518060
2 深圳北理莫斯科大学 电子与计算机工程系, 广东 深圳 518172
3 季华实验室, 广东 佛山 528251
4 中国科学技术大学 电子工程和信息科学学院, 合肥 230026
5 华中科技大学 生物医学工程学院, 武汉 430074
SAR ADC每个转换周期的大部分时间被分配给ADC的量化操作, 而只剩下少量的时间用来进行信号采样。在短时间内完成高精度的采样, 需要前级电路具有更大驱动能力, 同时要求ADC的采样开关具有更低的导通电阻。提出了一种交替采样结构, 可以在不减少ADC量化时间的前提下, 使得SAR ADC的采样时间等于量化时间, 由此极大地降低ADC驱动电路的功耗。本文采用上述技术基于Fujitsu 55 nm工艺, 实现了40 Msps 10 bit的异步SAR ADC, 测试显示ADC有效位可达97 bit。
逐次逼近转换器 交替采样 混合切换 successive-approximation-register time-interleaved sampling hybrid switching
1 桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学 广西高校微电子器件与集成电路重点实验室, 广西 桂林 541004
针对传统的二阶噪声整形逐次逼近模数转换器(SAR ADC)功耗较大和整形能力不强的问题, 提出了一种级联积分器前馈(CIFF)和误差反馈(EF)混合误差控制结构的三阶NS-SAR ADC, 并在系统中增加了一个与电容数模转换器(CDAC)串联连接的反馈电容, 使得滤波电容不与CDAC直接相连, 因而可以利用该反馈电容调节衰减因子, 确保了输入信号不被衰减和反馈信号较小衰减。这种EF-CIFF结构提供了更强的噪声整形能力和高阶噪声传递函数的鲁棒性, 且只需要低功耗的小增益动态放大器即可实现EF和CIFF两条路径的余差放大。提出的NS-SAR ADC基于180 nm CMOS工艺设计。在18 V电源电压下, 工作在160 kS/s采样率时, 功耗仅113 μW, 在过采样率为8时, 实现了156位的有效位数。
噪声整形 EF-CIFF结构 逐次逼近寄存器 动态放大器 串联电容 noise-shaping EF-CIFF structure successive approximation register dynamic amplifier series capacitor
电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室， 成都 610054
提出了一种面向可容错应用的低功耗SRAM架构。通过对输入数据进行预编码，提出的SRAM架构实现了以较小的精度损失降低SRAM电路功耗。设计了一种单端的8管SRAM单元。该8管单元采用读缓冲结构，提升了读稳定性。采用打破反馈环技术，提升了写能力。以该8管单元作为存储单元的近似SRAM电路能够在超低压下稳定工作。在40 nm CMOS工艺下对电路进行仿真。结果表明，该8管单元具有良好的稳定性和极低的功耗。因此，以该8管单元作为存储单元的近似SRAM电路具有非常低的功耗。在0.5 V电源电压和相同工作频率下，该近似SRAM电路的功耗比采用传统6管单元的SRAM电路功耗降低了59.86%。
近似 编码 超低压 SRAM SRAM approximation encoding ultra-low voltage
光子学报
2023, 52(10): 1052412
