FPGA在光电系统中应用广泛, 复杂的光电系统中可能集成了多个FPGA信号处理系统, 整体状态下各子系统FPGA一般不具备在线JTAG更新程序的条件。提出一种基于Aurora协议光纤的FPGA远程更新方法, 对FPGA烧录文件进行数据分包, 光纤传输中增加握手和重发机制, 数据包通过光纤接口发送给FPGA, FPGA对每一包数据校验无误后缓存至DDR中。当DDR接收完整包数据后, SOC系统通过Microblaze软核将DDR中的数据写入FLASH对应地址中, 实现了FPGA程序的远程更新。经实验测试, 光纤模块带宽可稳定工作在10 Gbps, 8.52 MB的FPGA烧录文件的远程更新时间为117 s。该方法解决了长距离、复杂系统的FPGA远程更新问题, 有效提高了远程更新效率, 降低了数据传输误码率。
光纤 远程更新 现场可编程门阵列 片上系统 Aurora协议 optical fiber remote update FPGA SOC Aurora protocol
光子学报
2023, 52(10): 1052408
强激光与粒子束
2021, 33(10): 105001
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
1 苏州大学 光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室 教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
为解决目前光片荧光显微镜光片厚度单一的问题, 基于变倍扩束原理进行了可变光片照明系统设计。首先, 对光片照明系统各组成部分进行了高斯光学计算, 得到光片厚度与扩束比的关系以及扩束比与各组元垂轴放大率、焦距的关系; 然后, 设计了基于10倍扩束的可变光片照明系统, 得到厚度和长度连续可变的光片; 最后, 对光片参数、均匀性及系统的公差进行分析。设计结果表明, 连续可变光片的厚度为3.33～33.3 μm, 在YOZ平面上60%的光片高度区域内, 低(1×)、中(6×)和高(10×)扩束比下的照度均匀性分别达到0.65、0.4和0.61。公差分析表明, 光片厚度在1×扩束比时的最大改变量小于设计值的15%, 在6×和10×扩束时小于6%。设计实现了光片厚度的连续变化, 且在60%的光片高度区域内有利于样本的观察。
光学设计 可变光片照明系统 无焦变倍扩束 照度均匀性 optical design variable light-sheet illumination system afocal zoom expanding illumination uniformity 红外与激光工程
2019, 48(11): 1114003
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
首都师范大学 物理系 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, 北京 100048
太赫兹片上系统是将太赫兹的产生、传输和探测都集中在一个几平方厘米的基片上,线宽及间距达到微米量级, 具有集成化程度高、系统尺寸小、稳定性好以及操作简便的特点, 有利于与微量样品检测技术相互结合。研究采用HFSS软件对共面波导和共面带状线两种太赫兹共面传输线进行了仿真计算, 通过优化传输线的宽度、长度、基底的厚度等关键几何参数确定出最佳的传输线结构;研究工作重点对太赫兹波段的共面带状线结构进行了设计和优化, 实现了在介电常数很小的BCB基底上的低损耗传输。所得到的最佳结构参数为线宽及间距均为20μm, 此结构为后续片上系统实物芯片的制作提供了参数依据。
共面传输线 片上系统 太赫兹波 传输特性 coplanar transmission lines on-chip system terahertz waves transmission properties
张聪 1,2,3,*苏波 1,2,3范宁 1,2,3张盛博 1,2,3张存林 1,2,3
1 首都师范大学 a.北京市教育部太赫兹波谱与成像重点实验室
2 b.太赫兹光电子学重点实验室
3 c.北京成像技术高精尖创新中心，北京 100048
太赫兹片上系统是一种将太赫兹产生和探测装置以及波导传输装置集成在同一基片上的设计，应用于晶体材料的共振吸收以实现对太赫兹时域光谱的探测。太赫兹产生与探测装置都由光电导天线构成，波导传输装置由微带线构成。微带线是一种能够传输高频电磁波的波导结构，但相比于自由空间波导具有高损耗和散射特性。为了研究微带线的结构参数对太赫兹波传输损耗的影响，采用模拟仿真的方法，得出了传输损耗随着传输长度和频率的增加而增加，随着微带线金属层厚度与介质层厚度的增加而减少的规律，从而证明了传输损耗的减少能够通过合理设计微带线结构来实现。
太赫兹片上系统 太赫兹波 微带线 损耗 仿真 on-chip terahertz system terahertz wave microstrip line loss simulation 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(2): 178
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
