设计了一种基于异步时序的两级Pipelined-SAR模数转换器。为实现时序灵活配置, 采用一种基于边沿检测的自同步环路来产生频率和相位均可变的内部时钟; 为降低整个ADC静态功耗, 可调节延迟单元用于合理分配子ADC和增益级的工作时间; 三级电荷泵用于设计增益级, 从而降低设计难度并进一步降低功耗。最终, 该14 bit异步时序ADC在018 μm CMOS工艺下设计并仿真。后仿真结果表明, 在采样速率为10 kS/s时, 该ADC的SNDR为835 dB, 功耗为239 μW, FoMs值为1767 dB。

格雷码辅助相移技术可以实现具有较强鲁棒性与抗噪能力的三维(3D)形貌测量。为解决由待测物体不均匀的表面反射率、噪声和物体运动等因素造成的级次边沿误码问题,提出了一种基于错位格雷码的动态3D形貌测量方法。将传统格雷码图案在投影前预先移动半个条纹周期得到错位格雷码图案,再采用传统格雷码解码方法对二值化后的错位格雷码图案解码,可得到与截断相位完全错开的解码结果。对该解码结果进行修正后即可利用得到的正确的相位级次辅助截断相位成功展开。同时,为了提高测量精度,引入了一个虚拟相位平面以进一步拓展投影条纹周期数。实验结果表明,所提方法在使用N帧格雷码图案的情况下,可以编码周期数为2^N+1的投影条纹进行3D测量,其无需任何附加图案即可避免级次边沿误码问题,并有效提升了测量精度。复杂动态场景的3D重建结果证明,所提方法能够以2381 frame/s的速率实现高精度、高效率和高速的3D形貌测量。

为了解决PD驱动电路的可靠性问题，在传统电路基础上设计并实现了一种迟滞结构的高精度PD驱动电路。采用对称双路结构，分别调节信号的上升、下降边沿时间，每一路使用迟滞导通的分段控制方式，提高了控制精度。采用限流方式，解决了因寄生效应而产生的振荡现象，提高了通信的可靠性。采用TSMC 018 μm CMOS工艺设计驱动电路并流片。测试结果表明，在BMC方波外的接频率为300 kHz时，线缆上电压信号的上下边沿时间都为340 ns，无明显振荡。该电路的静态功耗小于400 μA，具有较好的实用价值。

分析了传统边沿检测算子的优缺点, 引入LVQ神经网络检测图像边沿; 阐述了其以传统算子检测结果为教师信号, 以灰度图像5×5邻域的中值特征量、方向特征量、Kirsch算子方向特征量为一组特征量作为输入信号训练权值的检测原理与训练过程, 给出了特征量的计算公式; 以检测脐橙图像边沿为例, 设置了不同阈值、不同教师信号类型。结果表明, LVQ神经网络检测边沿, 不依赖于教师信号的类型和阈值, 在提高边沿连续性和抑制过度曝光点两方面比传统算子检测有显著优势。

格雷码辅助实现的相位测量轮廓术具有较好的鲁棒性和抗噪能力,是三维测量领域的一个研究热点。在已有测量方法的基础上,提出了一种把格雷码嵌入相移条纹进行复合图案投影的三维面形测量方法,通过将传统的3幅格雷码图案整体向右移动半个条纹周期,共得到6幅格雷码图,将其交替嵌入三组相同的四步相移条纹中并结合二值离焦技术依次进行投影。通过拍摄得到一系列变形复合条纹图案后,沿时序综合前后三组变形复合图案信息并进行解码,从而获得两组错位的条纹级次,这可从源头上避免格雷码级次边沿的错误;同时采用传统相移算法计算得到对应的截断相位分布,时序上的综合解码结果可用于指导截断相位产生并重建被测物体的三维面形信息。静态和动态场景的三维测量实验结果验证了该方法的可靠性、高效性和鲁棒性。该方法每多记录5幅图案就可以对应新重建出一个三维面形,在高速动态三维测量中具有较好的实用性。

建立时间是边沿触发器的一个重要技术参数, 在设计跨时钟域电路和高速数字电路时起着关键性的作用。介绍了一种对集成边沿触发器或自制边沿触发器的建立时间进行物理测量的方法, 利用同一脉冲分别作用于触发器的时钟端和输入端, 通过延时器对两个端口的脉冲进行时延扫描调节, 就可测得该触发器的误码统计分布曲线, 从而获得较为精确的建立时间参数。对集成边沿触发器74LS74芯片进行了实测, 测试精度可达1ps。

为了提高光纤光栅解调仪表的速度与精度, 提出了一种双边沿解调及非线性修正方法对PZT(压电陶瓷)的迟滞效应进行补偿。通过对PZT两端电压的上升、下降沿同时采集数据并进行交叉解调的方式, 在提高解调速度的同时有效地消除了迟滞效应。利用1个10探测点的C波段光栅对该修正方法进行检验, 修正效果较为理想, 各波长的解调误差小于±5 pm。