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电磁脉冲攻击下片上配电网络IR Drop分析方法

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第4期36卷 582-590页

作者：刘强张培然天津大学微电子学院天津300072 天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072

电磁脉冲攻击对集成电路的安全具有很强的威胁性.为了有效地抵御电磁脉冲攻击,针对片上配电网络易受电磁脉冲影响的问题,提出了一种电磁脉冲攻击下片上配电网络IRdrop分布的分析方法.首先,在集成电路布局规划阶段,基于有限元仿真构建片... 详细信息

电磁脉冲攻击对集成电路的安全具有很强的威胁性.为了有效地抵御电磁脉冲攻击,针对片上配电网络易受电磁脉冲影响的问题,提出了一种电磁脉冲攻击下片上配电网络IRdrop分布的分析方法.首先,在集成电路布局规划阶段,基于有限元仿真构建片上配电网络模型和电磁脉冲攻击模型,仿真获得电磁脉冲下配电网络上感应电流密度的分布并计算感应电流,然后将感应电流加载到配电网络模型上,使用IR分析工具分析IRdrop分布.基于TSMC180 nm工艺版图的IR drop分析结果显示,电磁脉冲攻击能够在电源和地网络中引入2.3 V以上的IR drop.与现有基于电流分布理论值的分析方法相比,该分析方法能够更准确地获取电磁脉冲下配电网络中的IR drop分布.该分析方法可用于指导改进配电网络的设计,提升抗电磁脉冲攻击能力.实验结果显示,增加一组供电端口后,电源和地网络中的最大IR drop分别降低了28%和24%.

关键词：集成电路片上配电网络电磁脉冲攻击电压降

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具有快速再锁定特性的亚采样锁相环设计

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第7期57卷 711-720页

作者：赵毅强叶泽宇叶茂宋毅恒段文浩李尧天津大学微电子学院天津300072 天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072 电磁空间安全全国重点实验室天津300308

相较于传统的电荷泵锁相环,亚采样锁相环以其优良的带内噪声抑制作用,近年来得到了关注和研究.但传统的亚采样锁相环由于其辅助锁频环路中三态鉴频鉴相器较长的固定死区,一旦受到干扰失锁后,需要较长的再锁定时间.针对这一问题,本文在... 详细信息

相较于传统的电荷泵锁相环,亚采样锁相环以其优良的带内噪声抑制作用,近年来得到了关注和研究.但传统的亚采样锁相环由于其辅助锁频环路中三态鉴频鉴相器较长的固定死区,一旦受到干扰失锁后,需要较长的再锁定时间.针对这一问题,本文在传统的亚采样锁相环设计基础上,设计了一种低噪声、短死区的整数分频亚采样锁相环电路架构,其包含了核心亚采样环路、辅助锁频环路.在辅助锁频环路把输出信号频率锁定至预设频率附近后,环路切换至亚采样环路.亚采样环路通过亚采样鉴相器实现低频参考时钟对高频输出时钟的采样,并将参考时钟和输出时钟之间的相位差转化为输出电压差;该输出电压差控制亚采样电荷泵对环路滤波器充放电,调节输出时钟频率和相位.双环路之间的切换通过辅助锁频环路中的短死区鉴相器实现,这使锁相环既避免了长死区导致的长再锁定时间,也避免了分频器额外的带内噪声放大作用,在兼顾亚采样锁相环良好的带内噪声抑制性能的基础上,有效提高了电路的鲁棒性.本文基于180 nm 1P6M CMOS工艺,完成了800 MHz输出频率的整数分频亚采样锁相环的电路设计、版图绘制和后仿真验证.核心电路版图面积为0.114mm2,功耗为10.8 mW.仿真结果表明,所设计的亚采样锁相环相较于传统结构将再锁定时间降至1.18μs,同时带内相位噪声为-117dBc/Hz@200kHz,参考杂散为57.8 dBc-.

关键词：亚采样锁相环短死区再锁定时间

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应用于半导体激光器的高精度温控系统设计

红外与激光工程 2024年第4期53卷 67-77页

作者：叶茂杜恩斯王秋玮赵毅强天津大学天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072 天津大学微电子学院天津300072

面向半导体激光器温控系统的高精度、高速与高集成化的需求,设计了一款高精度、快速响应、高集成化、低成本的数模混合架构温控系统。该系统以FPGA为控制核心,硬件部分包括由三线制惠斯通电桥、仪表放大器、模数转换器组成的温度信号采... 详细信息

面向半导体激光器温控系统的高精度、高速与高集成化的需求,设计了一款高精度、快速响应、高集成化、低成本的数模混合架构温控系统。该系统以FPGA为控制核心,硬件部分包括由三线制惠斯通电桥、仪表放大器、模数转换器组成的温度信号采集与调理模块,全桥降压电路驱动模块,热电制冷器模块等。针对热敏电阻和电桥的非线性误差,提出了一种可变控温零点的温度信号调理方法,该方法基于迭代与多目标最优化算法,提高了控温精度,同时降低了仪表放大器与模数转换器的指标要求,从而降低了系统成本。针对温度滞后大、延迟高的特点,控温策略采用了抗饱和积分的PID(AWPID)自动控制方法,从而降低超调,加快收敛速度。测试结果表明,该温控系统在-45~75℃的温度范围内,实现了±0.02℃的控温精度,相较于固定控温零点的温控系统最大0.1951℃的控温精度提高了89.7%。与传统PID控制算法相比,AWPID控制算法将超调从9.13%降低到1.5%,将稳定时间从41 s降低到30 s。稳定性测试表明,该温控系统能够在长时间内保持±0.02℃的控温精度,满足稳定性要求。该系统具有高精度、快速响应、高集成化、低成本的特点,为半导体激光器的复杂应用场景提供了高精度的温度保障。

关键词：半导体激光器高精度温度控制可变控温零点最优化算法抗饱和积分PID

基于二次谐波产生光谱与显微成像的CdS纳米线空间取向研究

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物理学报 2024年第16期73卷 102-109页

作者：任立庆杨强姬超燃池娇胡云魏迎春许金友榆林学院能源工程学院榆林市高分辨太赫兹振动成像重点实验室榆林719000 华南师范大学华南先进光电子研究院广州510006

作为一种非线性光学效应,二次谐波产生(second harmonic generation,SHG)因其良好的偏振敏感性在获得物质成分、结构、特性等信息方面具有广泛应用.尽管前人利用SHG光谱或SHG显微成像方法探索研究了纳米线的精密定位或追踪问题,但是结... 详细信息

作为一种非线性光学效应,二次谐波产生(second harmonic generation,SHG)因其良好的偏振敏感性在获得物质成分、结构、特性等信息方面具有广泛应用.尽管前人利用SHG光谱或SHG显微成像方法探索研究了纳米线的精密定位或追踪问题,但是结合使用SHG光谱与SHG显微成像方法实现纳米材料结构与晶轴空间取向方面的研究鲜见报道.本研究分别使用SHG光谱与SHG显微成像方法研究了CdS纳米线空间取向问题.首先,基于全光学分析方法从实验上和理论上研究了硫化镉(CdS)纳米线SHG光谱强度随入射光偏振方向变化的规律,并详细分析了晶轴方位角γ,ω,φ对CdS纳米线SHG花型图的影响.其次,通过理论计算与实验测量结果相互验证,成功确定了单根CdS纳米线的3个晶轴取向.最后,利用偏振相关的SHG显微成像方法研究了单根CdS纳米线的空间取向,发现单根CdS纳米线不同部位具有不同的SHG响应.研究结果为SHG光谱与显微成像在纳米材料空间高精度定位研究提供了新的思路与重要参考,并为纳米材料在生物医学方面的潜在应用提供了重要启示.

关键词：二次谐波产生硫化镉纳米线偏振晶体取向

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基于HAMEN的稀疏投影能谱CT重建方法

激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 230-239页

作者：齐俊宇史再峰孔凡宁葛天昊张丽丽天津大学微电子学院天津300072 天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072

能谱式计算机断层扫描(CT)可以提供不同能量下的衰减信息,有利于物质分解和组织分辨。稀疏投影可以有效降低辐射剂量,但会导致重建后的CT图像出现严重的伪影和噪声。基于卷积神经网络的深度学习重建方法虽在一定程度上改善了图像质量,... 详细信息

能谱式计算机断层扫描(CT)可以提供不同能量下的衰减信息,有利于物质分解和组织分辨。稀疏投影可以有效降低辐射剂量,但会导致重建后的CT图像出现严重的伪影和噪声。基于卷积神经网络的深度学习重建方法虽在一定程度上改善了图像质量,却存在组织细节特征丢失严重等问题。提出一个基于混合注意力与多尺度特征融合相结合的边缘增强型网络(HAMEN)的能谱CT重建方法。首先利用边缘增强模块提取边缘特征并将其叠加到图像上,用于扩充输入图像信息;然后采用混合注意力模块分别生成通道注意力图和空间注意力图,以细化输入特征;并在网络的编码器处引入多尺度特征融合机制,增加跳跃连接以减少卷积层堆叠导致的特征丢失。实验结果表明,所提重建方法得到的CT图像的峰值信噪比可达37.64 dB,结构相似性指数达0.9935。此方法可在抑制稀疏投影导致的伪影和噪声的同时最大程度地保留组织细节信息,为后续的诊断等工作提供高质量图像。

关键词：能谱式计算机断层扫描稀疏投影混合注意力多尺度特征融合边缘增强

一种采用可配置时序IP核的红外读出电路数字模块

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激光与光电子学进展 2024年

作者：杨铠睿赵毅强李尧张书博天津大学微电子学院天津市成像与感知微电子技术重点实验室

当前读出电路正不断向大面阵、小像元及先进工艺的方向发展，为实现读出电路工作状态和阵列开窗的灵活调节，本文开展了基于55nm CMOS工艺的2560×2048规模红外焦平面读出电路数字模块的定制化设计。提出了一种可配置时序IP核，采用独... 详细信息

当前读出电路正不断向大面阵、小像元及先进工艺的方向发展，为实现读出电路工作状态和阵列开窗的灵活调节，本文开展了基于55nm CMOS工艺的2560×2048规模红外焦平面读出电路数字模块的定制化设计。提出了一种可配置时序IP核，采用独热码编码的状态机对控制时序产生电路进行调控，为模拟电路提供可配置的控制时序，同时实现了阵列开窗功能。利用异步FIFO对量化数据进行位宽转换和跨时钟处理，保证数据传输的准确性。基于相同架构和工艺完成开窗规模缩小至128×128的验证芯片设计与多项目晶圆流片。经过测试验证，数字模块能够根据读出电路应用需求提供可配置的控制时序，并实现量化数据的准确传输。

关键词：读出电路数字模块可配置IP核控制时序

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一种机载激光测距仪的回波接收系统设计

激光与光电子学进展 2024年

作者：叶茂孙泽文赵毅强胡彬天津大学微电子学院天津市成像与感知微电子技术重点实验室

为满足激光测距仪在地形测绘、浅海岸探测等领域的应用需求，本文设计了一套适用于机载激光测距仪的回波接收系统。该系统基于时间数字转换器（TDC）技术测量设备与海表之间的绝对距离，结合模拟数字转换器（ADC）技术测量多目标的相对... 详细信息

为满足激光测距仪在地形测绘、浅海岸探测等领域的应用需求，本文设计了一套适用于机载激光测距仪的回波接收系统。该系统基于时间数字转换器（TDC）技术测量设备与海表之间的绝对距离，结合模拟数字转换器（ADC）技术测量多目标的相对距离，可实现对浅海岸地区海表和海底回波的接收和测量。针对激光回波信号与发射信号之间的时间间隔测量误差影响测距精度的问题，本文提出了一种自动参数控制算法，该算法能够根据回波信号自动调节电路增益和比较器阈值。同时，采用LM(Levenberg-Marquardt)算法对回波进行分解，有效提升了多目标回波分解的精度。通过搭建实验系统进行测试，结果显示该系统对单目标的测量均方根误差不大于2.89cm，对双目标回波分解精度不高于2.56cm。

关键词：激光测距仪自动参数控制波形分解

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海上无人机对运动船舶的长期检测跟踪算法

仪器仪表学报 2024年第3期45卷 326-335页

作者：范云生张凯牛龙辉刘婷费凡大连海事大学船舶电气工程学院大连116026 辽宁省智能船舶技术与系统重点实验室大连116026

针对无人机在海上对船舶进行长时跟踪时,由于船身被遮挡及船舶离开视野导致目标跟踪失败的问题,提出了基于YOLOv5和ECO_HC相结合的海上目标长时检测跟踪算法。首先,利用感知哈希与峰值比例综合评估跟踪过程的可靠性,目标丢失时利用YOLOv... 详细信息

针对无人机在海上对船舶进行长时跟踪时,由于船身被遮挡及船舶离开视野导致目标跟踪失败的问题,提出了基于YOLOv5和ECO_HC相结合的海上目标长时检测跟踪算法。首先,利用感知哈希与峰值比例综合评估跟踪过程的可靠性,目标丢失时利用YOLOv5检测器重新定位目标位置,并初始化跟踪器模型,消除累计错误信息。其次针对目标在跟踪过程中存在的旋转变化,利用傅里叶-梅林变换进行旋转参数估计,减少了目标旋转造成的跟踪器性能下降问题。本文算法在OTB-100数据集上的平均精确度和成功率为83.9%和76.7%;在无人机平台上进行实际海上场景船舶跟踪实验,在完全遮挡及离开视野两种情况下精确度和成功率分别为为80.9%,60.4%和90.2%,48.3%,实验表明本文算法可以有效抑制常见海面干扰因素的影响。

关键词：海上无人机长时跟踪相关滤波重新检测旋转跟踪框

以2022年马尔康震群为例研究震群发震机制

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2159-2174页

作者：肖阳单斌熊熊谢祖军周万里中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院地球内部多尺度成像湖北省重点实验室武汉430074

地震是人类所面临的危害最严重的自然灾害之一,了解地震的孕震、发震机理对防震减灾、国家地震安全等具有重要的科学和社会价值.相较于前震-主震-余震型、主震-余震型地震,震群型地震更易造成较大的灾害,因此对震群孕育发生机理的研究... 详细信息

地震是人类所面临的危害最严重的自然灾害之一,了解地震的孕震、发震机理对防震减灾、国家地震安全等具有重要的科学和社会价值.相较于前震-主震-余震型、主震-余震型地震,震群型地震更易造成较大的灾害,因此对震群孕育发生机理的研究刻不容缓.2022年6月10日四川省阿坝州马尔康市发生震群事件,其中包括MS5.8、MS6.0、MS5.2等三次较大震级的地震,此次地震序列的精定位结果、可靠的震源参数为开展震群孕震机制的研究提供了良好的数据基础.本文基于数值模拟的方法,利用断层的运动学参数建立黏弹模型,根据弹性位错、孔隙流体扩散等理论,从发震断层的能量积累、释放两个角度探讨马尔康震群可能的发震机理.对发震断层系统应力加载的模拟结果表明,震区的应力加载较均匀的分配到两条近平行发震断层上,使其在相同的时期内积累了相近的震间构造应力,进而发生相似震级的震群事件.考虑震群序列之间可能存在的应力触发作用,同震库仑应力计算的结果显示马尔康震群序列中各主要地震未受到同震静态应力触发作用.而对发震断层等效摩擦系数的判断及其附近流体扩散的研究认为马尔康震群发震断层震前受流体活动的影响,等效摩擦系数下降从而导致断层破裂,震后流体调整导致的孔隙压力变化进一步促进后续地震的发生.

关键词：马尔康震群近平行断层断层应力状态应力触发孔隙流体