重庆邮电大学 光电工程学院/国际半导体学院, 重庆 400065
在降压转换器中, 为了在不同的负载情况下获得高效率, 常采用的方法是在重载时使用脉冲宽度调制(PWM), 在轻载时使用脉冲频率调制(PFM), 因此需要模式切换信号去控制整个降压转换器的工作状态, 同时模式切换信号也可以用于自适应改变功率级电路中的功率管栅宽, 减小功率管的栅极电容, 提高整体电路的效率。文章设计了一个自适应峰值电流模式切换电路, 用于产生模式切换信号, 其原理是监控峰值电流的变化, 产生峰值电压, 将峰值电压与参考电压进行比较, 得到模式切换信号, 以决定降压转换器是采用PFM模式还是PWM模式。仿真结果表明, 在负载电流05~500 mA范围内, 该电路可以在两种调制模式之间平稳切换, 其峰值效率可提升到94%以上。
降压转换器 模式切换 脉冲宽度调制 脉冲频率调制 自适应峰值电流 buck converter mode switching pulse width modulation pulse frequency modulation adaptive peak current
1 中电科芯片技术(集团)有限公司, 重庆 401332
2 重庆大学 光电工程学院, 重庆 400044
为了能够在复杂环境下实现风速风向的高精度和高稳定性测量, 在基于声学共振原理的风传感器系统的基础上, 采用闭环控制扫描技术改进了系统的性能指标。采用声学共振的方式, 同时对换能器产生的信号进行频率调制和强度调制, 实现对超声换能器的线型扫描。频率调制解决了在不同压力、温度等环境因素影响下导致的共振频移的问题, 强度调制解决了换能器性能随时间衰减问题, 极大地提高了信噪比。实验结果表明, 采用闭环控制的方法可以准确测量风速风向。风速测量范围0~50 m/s, 风速测量精度为±0.5 m/s(≤15m/s)/±5%(＞15 m/s且＜35 m/s)/±9%(＞35 m/s)。改进后的系统在复杂环境下受环境变化影响小、精度高、稳定性好、抗干扰能力强。
闭环控制 频率调制 线型扫描 共振频移 风速测量 closed-loop control frequency modulation linear scanning resonance frequency shift wind speed measurement
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
提出了一种基于双驱动马赫-曾德尔调制器（DD-MZM）的激光测距技术。通过对DD-MZM的单路进行调制可产生测距用的类双频光源，DD-MZM中两路光的时间延迟差很小，可有效抑制两路光拍频信号的强度噪声。为了进一步抑制由温度变化造成的两路光的相位差噪声，通过实时反馈控制DD-MZM的直流输入端，补偿了两路的相位差。首先基于光场传输函数建立了测距理论模型，分析了相位反馈控制的机理；然后基于理论模型搭建了测距系统，采用降频法采样信号；最后利用相位法反演出距离值。结果显示，在动态控制相位差后，系统相位差的长期漂移抑制比可达11 dB，距离测量的稳定度达到0.4 μm。该方案有利于提高激光测距系统的稳定性和集成度。
测量 激光测距 双驱动马赫-曾德尔调制器 双频光 激光频率调制
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
4 上海科技大学，上海 201210
目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出，引入脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation，PFM）结构，同时为保证弱信号时的注入效率，结合CTIA输入级，对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制（PFM）读出方法，在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题，并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示，提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB，为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案，并为数字化读出电路设计奠定理论基础。
脉冲频率调制 CTIA输入级 大动态范围 铟镓砷 数字化读出 pulse frequency modulation CTIA input stage high dynamic range InGaAs digital readout circuit 张思韬 1,2,3,4汪鸿祎 1,2,3王绪泉 1,2,3黄松垒 1,2方家熊 1,2,*
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 上海科技大学 信息科学与技术学院, 上海 201210
针对短波红外焦平面的大动态范围需求, 设计了一种像素级脉冲频率调制(PFM)模数转换器(ADC)。传统PFM ADC采用DI输入级, 进行弱信号探测时, 注入效率会下降, 造成动态范围的损失。设计的PFM ADC采用CTIA输入级, 弱信号探测时仍能维持高注入效率; 同时采用两档增益和增益自选择技术, 使得每个像素都能够根据输入的光电流自动选择增益, 在提升动态范围的同时, 不增加额外的功耗。在0.18μm CMOS工艺模型下, 仿真结果表明该电路的动态范围达到100.1dB, 单元ADC功耗小于10.54μW, 并且基于所设计的改进型PFM ADC设计了规模为32×32、中心距为50μm的像素级数字化读出电路。
短波红外焦平面 大动态范围 脉冲频率调制 增益自选择 两档增益 short-wave IRFPA wide dynamic range PFM CTIA CTIA self-selected gain technology two levels of gain
1 惠州学院 电子信息与电气工程学院, 广东 惠州 516007
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
为满足星载二氧化碳激光雷达对种子光源频率长期稳定的需求, 基于自由空间体吸收池结合频率调制光谱技术的方法建立了激光稳频理论模型, 通过仿真优化系统设计参数搭建了一套稳频激光器, 研究了体吸收池引入的多光束干涉噪声, 通过调整调制频率为吸收池干涉条纹自由光谱范围整数倍的方法抑制了干涉噪声的影响, 实现了激光器频率抖动峰峰值约为150kHz, 长期频率稳定度在10000s时低于1×10-11, 满足了星载激光雷达的应用需求。
二氧化碳激光雷达 激光稳频 体吸收池 频率调制光谱 CO2 LIDAR laser frequency stabilization bulk absorption cell frequency modulation spectroscopy
1 南京航空航天大学 自动化学院, 江苏 南京 211106
2 中电科技德清华莹电子有限公司, 浙江 德清 313200
频率调制连续波(FMCW)的产生(即FMCW信号源)是声表面波射频识别系统频域采样阅读器的重要组成部分。为了满足扫频速度、带宽和线性度等要求, 采用直接数字频率合成器(DDS)与锁相环(PLL)混频,并结合IQ调制的方式设计了超高频FMCW信号源。实际制作了信号源电路, DDS芯片输出I、Q两路正交信号, 并分别以差分形式传输至IQ调制芯片进行上变频。测试了DDS输出信号的差分、正交特性, 分别对信号源产生的单频信号和扫频信号进行了测试。最后搭建系统对声表面波标签进行测试。测试结果表明信号源设计的有效性。
声表面波 频域采样 直接数字频率合成器 锁相环 IQ调制 频率调制连续波 surface acoustic wave frequency domain sampling direct digital frequency synthesizer phase locked loop IQ modulation frequency modulated continuous wave
1 西北大学信息科学与技术学院, 陕西 西安 710127
2 西安电子科技大学生命科学学院, 陕西 西安 710126
针对荧光分子断层成像数据采集方式存在的问题,提出了一种基于频率调制和空间编码的成像方法,旨在改进数据采集方案,缩短数据采集时间。在该方法中,激发光束被分成若干个子束,用作多点激发光源。这些子光束首先被调制成不同的频率,然后同时入射到目标表面的不同点上。在检测端,目标的出射光首先通过空间编码掩模,然后被引导至单光电倍增管。根据压缩感知理论,改变掩模的模式,进行稀疏重构恢复,最终得到目标表面荧光信号的分布。为了验证本文所提方法的可行性,设计了相应的仿真模拟实验,实验结果表明该方法可以较好地恢复原始图像,证明该方法的可行性。
医用光学 荧光分子断层成像 频率调制 空间编码 压缩感知理论 光电倍增管
