强激光与粒子束
2021, 33(10): 105001
王飞 1,2,3,4余晓畅 1,2,3,4罗青伶 5周晨阳 5虞益挺 1,2,3,4,6,*
1 西北工业大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
2 西北工业大学机电学院, 陕西 西安 710072
3 西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室, 陕西 西安710072
4 西北工业大学陕西省微纳机电系统重点实验室, 陕西 西安710072
5 西北工业大学教育实验学院, 陕西 西安710072
6 西北工业大学宁波研究院, 浙江 宁波 315103
片上光谱成像系统具有结构紧凑、轻量便携等诸多优点,可灵活搭载于无人机、立方星等平台,具有广阔的应用前景。本文综述了近年来片上光谱成像系统的研究进展及应用情况,梳理了片上光谱成像系统的分光原理、集成方式,展示了片上光谱成像系统在生物医疗、环境监测、**装备和智能消费电子等领域的应用前景,揭示了片上光谱成像系统目前所面临的挑战和未来发展方向。
激光与光电子学进展
2021, 58(20): 2000002
太赫兹光电子学教育部重点实验室, 太赫兹波谱与成像北京市重点实验室, 北京成像理论与技术高精尖创新中心, 首都师范大学物理系, 北京 100048
太赫兹（THz）波在物质检测方面发挥着巨大的作用, 是一种非常有潜力的生化传感工具。 但是传统的太赫兹时域光谱系统（TDS）结构复杂, 系统的集成度低, 占用空间较大。 所以, 如何对THz波进行有效引导、 实现集成化传输并得到高质量光谱就成为太赫兹光谱系统的研究热点。 太赫兹片上系统是将THz的产生、 传输以及探测都集成到同一芯片上, 然后通过相干探测的方法获得THz时域光谱。 它可以实现对多种样品的检测, 尤其在对难于取样的微量样品探测方面具有广泛的应用价值。 它无需光路准直, 操作简便, 成品率高。 两个研究工作都是基于低温砷化镓(LT-GaAs)外延片开展的。 首先将一根直径为200 μm的铜线固定在LT-GaAs外延片的上方, 通过真空蒸镀的方法制备出天线电极, 同时得到天线间隙, 研制出基于LT-GaAs外延片的THz天线。 利用波长为800 nm的飞秒激光对其进行测试, 得到了质量较高的THz信号, 验证了天线的实用性。 然后在另一外延片上利用光刻微加工工艺制作出传输线和微电极, 得到了集成的THz片上系统。 使用波长为1 550 nm的飞秒激光分别激发片上系统的太赫兹产生天线和探测天线, 天线产生的太赫兹波在传输线上传播, 在探测端同样得到了质量较高的THz时域信号, 证实了THz片上系统的可行性。 该方法省去了腐蚀牺牲层以及LT-GaAs薄膜的转移、 键合等步骤, 极大地提高了片上系统的成品率, 避免了薄膜转移过程中易破碎及腐蚀液存在毒性的问题。 最后, 研究了外加电压对从片上系统中获得的THz波性能的影响, 结果为电压越高, THz波的信号强度越强; 另外, 通过在传输线上方垂直放置铜箔的方法验证了THz波沿着传输线传播的事实。 该研究中采用的基于LT-GaAs外延片的片上系统的制备方法简单, 制作周期短, 制作过程安全, 应用领域广泛, 这为将来与微流控芯片相结合实现对液体样品的探测打下了基础。
太赫兹 外延片 光电导天线 片上系统 Terahertz Epitaxial wafer LT-GaAs LT-GaAs Photoconductive antenna System on chip 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1373
红外与激光工程
2020, 49(4): 0403009
1 中国电子科技集团公司第五十五研究所,南京 210016
2 国家平板显示工程技术研究中心,南京 210016
为满足多种尺寸液晶显示模块测试要求,提出了一种基于Zynq-7000系列平台视频信号发生设备的设计。该片上系统利用Zynq片上微处理器和可编程逻辑在嵌入式系统开发中各自的优势,实现了包括多分辨率实时切换、定制化视频时序生成、带触摸功能人机交互界面等功能。
现场可编程门阵列 微处理器 片上系统 视频信号发生设备 FPGA micro processor system on chip video signal generator
从方法优化和电路设计入手，提出了基于片上系统（SOC）的复位方法和时钟复位电路。设计了片外按键复位电路、片内上电电路、晶振控制电路、片内RC低频时钟电路、槽脉冲产生电路、分频延时电路、时钟切换电路及异步复位同步释放电路等电路模块。以上电路模块构成了片上系统的时钟复位电路，形成了特定的电路时钟复位系统。该时钟复位系统将片外按键复位与片内上电复位结合起来，形成多重复位设计，相比单纯按键复位更智能，相比单纯上电复位则更可靠。另外，该时钟复位系统还采用了片内RC振荡时钟电路等一系列电路，借助片内RC时钟实现对芯片的延时复位，进而在保证复位期间寄存器得到正确初始化的同时，还使得芯片能够始终处在稳定的晶振时钟下正常工作。相比传统的时钟复位电路，该时钟复位系统既便捷，又保证了系统初始化和系统工作的可靠性。
片上系统 时钟设计 复位设计 延时复位 system on chip clock design reset design timedelay reset
太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京市太赫兹波谱与成像重点实验室, 首都师范大学 物理系, 北京 100048
太赫兹片上系统是近年来太赫兹研究的热点, 是太赫兹系统集成的关键技术。太赫兹微带线(MSL)是太赫兹片上系统的关键, 微带线设计的合理性, 直接影响着太赫兹片上系统的灵敏度和准确度, 为了更好地制作片上系统, 以理论模型为参照, 利用HFSS(High Frequency Structure Simulator)软件对太赫兹传输线及带阻滤波结构进行了系统的仿真研究。首先研究了微带线结构、微带带阻滤波结构的传输特性, 并从应用的角度首次将样品引入仿真模型, 研究了以GaAs为例的介电样品对微带滤波结构的滤波特性的影响。设计了358 GHz的微带滤波器结构, 并通过改变放置在其上的GaAs样品参数, 发现样品对微带滤波结构的中心滤波频率有明显影响。为太赫兹微带线的设计制作提供了精确的理论数据。
太赫兹 片上系统 微带线 微带滤波结构 terahertz system on chip microstrip line microstrip band stop filter 红外与激光工程
2016, 45(12): 1225001
1 中北大学（朔州校区）, 山西 朔州 036000
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
为确定硅基片上系统半导体光电器件集成中绝缘层材料对器件整体性能的影响, 设计并制备了带有覆层的纳米波导谐振腔.谐振透射谱功率测试表明顶层覆盖Si3N4薄膜和SiO2薄膜绝缘层没有削弱环形谐振腔的品质因素, 沉积后的最佳耦合间距为70～110 nm.覆层为SiO2时谐振点波长附近的谐振峰消光比达16.5 dB, 3 dB带宽为0.12 nm；覆层为Si3N4时谐振点波长附近的谐振峰消光比达13.9 dB, 3 dB带宽为0.18 nm.该研究为片上系统集成设计中最佳绝缘层材料的选择提供参考.
光电器件 片上系统 纳米光波导 微环谐振腔 Photoelectric device System on Chip(SoC) Nanophotonic waveguide Microring resonator
1 中国科学院a.电子学研究所，北京100190
2 b.中国科学院大学北京 100049
随着工艺特征尺寸的缩进，为了进一步提高数据处理速度，多核片上系统 (MPSoC)成为一种必然的选择。片上网络 (NoC)作为多核片上系统的通信部分，其设计影响了整个系统的性能。本文研究了 2种不同的片上网络设计，探讨了路由器结构的改变对 MPSoC性能的影响。对于采用低延迟优化设计的路由器，通过 ModelSim仿真得到数据帧的最优传输延迟减少了 6倍。同时，分别完成了该 MPSoC的 FPGA和 ASIC实现，基于实现结果定量分析了在 0.13 μm工艺尺寸下 2种实现方式的面积和延时差距。结果表明， FPGA实现与 ASIC实现的面积比率大约为 29~33:1，延时比率大约为 4.5~7.5:1。
多核片上系统 片上网络 现场可编程门阵列 专用集成电路 面积 延时 Multi-Processor System-on-Chip Network on Chip Field Programmable Gate Array Application Specific Integrated Circuits area delay 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(6): 983
1 中科院西安光学精密机械研究所，西安 710068
2 中国科学院研究生院，北京 100039
为了提高线阵CCD准直测角系统的精度、速度、集成度，以及可靠性，提出一种集成于单片FPGA、光积分时间可自适应调节的片上准直测角系统。以FPGA作为系统处理核心，利用高斯滤波算法对CCD输出信号进行数字滤波，利用边缘自动检测算法获得图像的像元级边界，在此基础上应用多项式插值算法对图像边缘位置进行亚像元细分，最终计算出失准角。利用VHDL语言以及MAX+plus Ⅱ软件完成了系统设计。系统仿真和实验表明，所设计的片上系统具有高精度、高集成度、高可靠性的特点。
亚像元细分 边缘检测 片上系统 CCD CCD FPGA FPGA VHDL VHDL sub-pixel subdivision edge detection system on chip
