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关键词： 有机场效应晶体管   CMOS电路   稀土金属   电接触  

摘要： 作为未来柔性电子学的基石,有机场效应晶体管(Organic field-effecttransistor,OFET)还没有被充分开发利用,一个重要原因是源漏电极和有机半导体之间的电接触较差,影响了器件性能和稳定性。互补MOS(Complementary MOS,CMOS)电路对P型和N型器件要求互补对称的电学特性,以及较好的稳定性。相较于发展较为成熟的P型OFET,N型OFET器件性能还远未达到可以匹配的水平,严重限制了有机CMOS电路的发展,而电接触是其中的关键。为提升有机CMOS电路性能,本文以CMOS反相器为例,从分立器件入手优化N型OFET器件的电接触。经过调研选用稀土金属Sc作为源漏电极,并针对CMOS反相器与分立器件的联系展开研究,主要内容如下:以Au和Sc为接触电极制备了 DPPT-TTOFET,通过比较两种器件的曲线和参数发现Sc-OFET表现出更优异的N型特性,更好抑制了 P型特性;以Sc为接触电极制备了不同的DPPT-TT和N2200 OFET。通过对不同厚度器件的饱和区转移特性曲线测试分析,基于N2200的器件表现出了更好的单极性,且各方面性能参数优于前者;以DPPT-TT为机半导体层,改变源漏电极的厚度来制备不同厚度的Au、Sc器件,结果表明随着电极厚度增加,器件有源层成膜变得不均匀从而影响器件性能;因此20 nm厚度的源漏电极为最佳工艺条件;通过改变DPPT-TT退火温度,结果表明高温退火会引入缺陷,同时造成内部无序,最后确定DPPT-TT最佳退火条件为150℃/1 h,器件性能较优;通过改变N型OFET电极,我们发现稀土金属Sc接触电极的确可以提升N型OFET器件性能,从而提升CMOS反相器性能。

摘要： 全球领先的连接和电源解决方案供应商Qorvo推出新一代电路仿真软件QSPICE，通过提升仿真速度、功能和可靠性，为电源和模拟设计人员带来更高水平的设计生产力。除了推动模拟仿真技术的发展外，QSPICE还助理设计人员实现仿真复杂数字电路及算法。它将现代原理图捕捉技术和快速混合模式仿真独特地结合在一起，使其成为解决当今系统设计人员所面对日益复杂的软硬件挑战的理想工具。

关键词： 动态信号分析仪   可变带宽处理   通带补偿   触发存储  

摘要： 动态信号分析仪是一款高性能的机械、声学、力学信号处理与分析仪器,具有大动态范围、多模式分析、带宽可变等优点。该仪器能够快速、准确地完成数据采集、存储和实时分析操作,在信号处理、声学测试、故障诊断等领域发挥重要作用。本文针对基带信号、声学信号、旋转机械振动信号等动态信号的处理需求,提出了相应的数据处理方案,并结合触发存储的系统功能,完成了基于FPGA的动态信号处理逻辑设计与优化。具体研究内容如下:(一)基带数据处理与传输方案的设计:针对动态信号分析仪5种不同的工作模式(FFT分析、倍频程分析、阶次分析、相关分析、直方图分析)的算法需求,通过数字下变频与多级抽取结构完成可变带宽设计,并实现了选带细化与频带搬移功能。在数据处理过程中,采用了CIC补偿滤波器以确保通带平坦度,同时对信号位宽进行有效截断,提高计算精度。系统采用PCIe传输接口完成上位机和逻辑电路之间的数据交互,并对指令进行统一规划和分类,开发了相应的控制协调操作机制,实现更高效的数据处理与传输。(二)触发存储功能的逻辑设计:为了满足不同应用场景下用户对特定信号捕获的测试需求,动态信号分析仪设计了通道触发、源触发、GPIB触发等多种触发模式,并优化基带数据的触发捕获逻辑,有效截取触发时刻前后的波形数据。结合外部DDR3存储器,本文提出了深存储方案,存储模块充分利用内部地址,进一步优化触发机制,消除了内部资源问题带来的预触发深度限制。此外,存储模块还加入了重叠帧设计,解决了窗口效应和窄带数据刷新率缓慢的问题,显著提高了动态信号分析仪的性能。基于动态信号分析仪测试平台,对各个模块进行了功能性测试和指标分析。测试结果表明,优化后动态信号分析仪的动态范围达到120d B,滤波后信号通带平坦度小于0.1d B,分析带宽、中心频率、频率分辨率等参数可根据测试需求切换,并且源触发功能保证了激励源信号的稳定显示,深存储模式下的最大存储深度可达256Mpts。

关键词： 微发光二极管   薄膜晶体管   模拟PWM驱动   像素电路   行驱动电路  

摘要： 微发光二极管(micro-LED)显示作为下一代显示技术,相比于传统的TFT-LCD和AMOLED显示,具有更低功耗、更长寿命、更快响应速度和更高亮度等优势,受到研究机构和产业界的广泛关注。虽然micro-LED有上述诸多优势,但micro-LED显示在产业应用过程中存在一些技术瓶颈,包括芯片、巨量转移、全彩显示、驱动方案等。其中基于薄膜晶体管(Thin Film Transistor:TFT)驱动micro-LED的驱动电路研究还处于初始阶段。TFT背板技术已成熟的应用在TFT-LCD和AMOLED显示技术中,相比于PCB(Printed Circuit Board)背板和硅基CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)背板技术,TFT背板技术驱动的micro-LED显示的应用场景更广,覆盖现阶段大部分的消费电子产品。本文基于金属氧化物TFT背板技术提出了集成PWM(Pulse Width Modulation)整形的micro-LED像素电路,所设计的像素电路驱动方式为模拟PWM驱动,并且设计了面向micro-LED显示的行驱动电路,为像素电路提供行扫描信号。提出了集成PWM整形的micro-LED驱动架构,在常规的模拟PWM驱动像素电路中加入整形模块,减小通过micro-LED电流脉冲的上升下降时间。基于此架构设计了集成PWM整形的像素电路,其中整形模块由时序控制的反相器和正反馈晶体管组成,在60 Hz刷新率下通过micro-LED电流脉冲的下降时间由0.53 ms提升至25.5μs,极大的改善了micro-LED在低灰阶显示下的色偏问题。进一步,设计了PWM和PAM(Pulse Amplitude Modulation)混合调制的micro-LED像素电路,通过仿真验证了micro-LED通过的电流脉冲的下降时间为1.7μs。相比PWM驱动的像素电路,通过micro-LED的电流幅度能被单独调控,而且具有更好的低灰阶显示效果。同时还提出了两个行驱动电路,单一负电源行驱动电路和耐阈值电压偏移的柔性行驱动电路。设计的单一负电源行驱动电路利用电容耦合效应产生抑制输出级下拉晶体管漏电的负电位,实现在输出级仅采用单一的负电源就能输出全摆幅的行扫描信号。设计的耐阈值电压漂移的柔性行驱动电路利用反馈级抑制行驱动电路中关键节点漏电,使得其在TFT器件的阈值电压偏移至-4V时还能正常输出行扫描信号,同时在柔性TFT背板上制备了60级行驱动电路和TFT器件,对其施加不同种类的应力、3.5 mm弯曲半径、10万次动态弯折,结果表明,该行驱动电路的输出信号仅有很小的电压波动。

关键词： 空气耦合   超低噪声设计   换能器   高压脉冲   超声检测  

摘要： 空气耦合超声检测技术以其无损、检测效率高、可靠性高等特点,被广泛应用于航空航天、军工和建筑等领域的材料检测,具有不可替代性。但是由于空气的声阻抗极低,导致超声波从换能器发出、穿过检测材料时都经历了巨大的能量损失,因此对检测系统的噪声要求极高,目前国内的空气耦合超声检测设备严重依赖进口。本论文针对这些问题进行了研究和设计,搭建了可用于空气超声检测的实验平台。在级联放大系统中,前置放大器的噪声性能非常关键,本设计采用的方法是以极低噪声的JFET为作为差分输入级并与其余部分共同组成组合前置放大器。后级增益使用常见的低噪声可变增益放大器AD603进行设计,通过高精度的DAC控制,使得增益步进达到了 0.1dB。经过测试,检测系统的实际电压增益范围约为-5dB-115dB;-3dB带宽约为50KHz-1.1MHz;等效输入电压噪声则达到了1.5nV/√ Hz左右的超低水平。空气超声检测灵敏度的提升离不开高能量的发射脉冲电路,设计中使用LM3481设计了工作于DCM模式下的反激式高压电源,并通过控制高压功率MOS的导通与关断,进而实现了高压、高能量的脉冲发射。其中,高压发射脉冲的幅度为400V,脉冲宽度可以调节,调节范围在200ns-5μs。该检测系统具有的其它功能和指标为:200MHz/10bit数字采样、波形数据显示与存储、波形幅度获取、数据导出等。此外,使用阻抗分析仪对设计中所选用的换能器进行了阻抗测试,并建立其等效BVD电路模型。在使用性能方面,利用穿透法检测有缺陷的复合材料试块,结果表明该实验平台能够满足空气耦合超声检测的基本要求。

关键词： 压电能量采集   最大功率点追踪   AC-DC转换器   低功耗   预偏置  

摘要： 能量采集技术为无线传感网络节点(Wireless Sensor Networks,WSN)的大规模应用提供了可持续的供电方案,克服了传统电池使用寿命有限,更换困难等局限。环境中的振动能量分布广泛,压电能量采集技术能够利用压电换能器(Piezoelectric Transducer,PT)将振动的机械能转换为电能,并将其通过压电接口电路输出为负载供电。近年来的一些研究表明,对于弱耦合的压电能量采集系统而言,预偏置技术能够增大机电耦合系统的阻尼力,从而提高压电接口电路的输入功率,获取更高的输出功率。本文针对预偏置结构的预偏置电压调整问题展开研究,对基于预偏置的压电接口电路进行了损耗和输出功率分析,提出了现有预偏置方案采用固定最大预偏置电压的局限性,利用Matlab对输出功率进行了建模计算,得出在不同最大开路电压条件下的最优预偏置电压。基于理论分析建模,本文提出了一种基于预偏置电压自适应调整的最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)算法,在更大的振动条件范围内实现了输出功率的提升。本文中的预偏置结构压电接口电路采用Buck-Boost的基本拓扑实现,每半个周期进行一次能量提取与预偏置,预偏置的能量直接来源于前半个振动周期所采集到的部分能量,借助不完全的电压翻转实现预偏置。该电路避免了负电压的出现,利用检测技术对所有开关进行了自适应时序控制,能够自适应调整预偏置电压以应对不同的最大开路电压条件。基于TSMC 0.18μm BCD工艺在Cadence中对所设计的压电接口电路进行了仿真验证,压电换能器的固有电容为19n F,振动频率为146Hz,电感为47μH。后仿真结果表明,MPPT电路在最大开路电压低于0.7V时自适应的最优预偏置电压低于最大预偏置电压,高于0.7V时将预偏置电压调整到最大预偏置电压处。接口电路在0.29V～2V的最大开路电压范围内的输出功率为0.31μW～45.8μW,最高FOM为8.3。系统的静态电流只有400n A,芯片总面积为1.1mm×0.9mm。

关键词： “集成电路制造工艺与装备”   网络平台   启发式教学   思政融合  

摘要： 课程依托机械工程相关专业的专业选修课——“集成电路制造工艺与装备”的教学课堂，探索和实践课程教学的新模式。针对机械工程专业，了解并掌握半导体集成电路制造技术的基本原理、方法和流程等相关知识，对提高学生的专业素养十分重要。在教学过程中，既重视专业素养以及基础知识的教授，又提出在课堂中采用启发式教学方法弥补传统教学模式的不足，尊重学生的主体地位，探索多元化的教学手段在课程中的具体应用。此外，还将课程与思政教学融合，培养学生的匠心精神以及树立正确的价值导向，旨在有效提升该课程的教学质量。课程的改革和实践卓有成效，最终促进学生达到知识传授和价值引领相统一、教书与育人相统一的课程思政目标。

关键词： 体域网   植入式天线   可穿戴天线   射频能量收集   整流电路  

摘要： 体域网是由置于人体周围、体表以及体内的各种终端、传感器、组网设备等通信元素组成的以人体为中心的通信网络。通过体域网,可将人体变成通信网络的一部分,和其它数据网络通信和交互,具有在医疗健康、个人娱乐、抢险救灾及单兵系统等多个领域的广泛应用前景。在体域网的应用中,需实现设备的小型化来保障使用者的携带方便性,需实现设备的多频工作特性来满足体域网系统多模式工作的需求,需发展自主能量供给技术来减少碳排放。针对这些需求,本文对小型化植入式天线、双频段穿戴天线和柔性基底整流电路做了广泛研究,研究工作主要包括:(1)ISM频段植入式胶囊天线研究。针对植入式体温检测胶囊天线的设计需求,设计了一款工作于ISM频段的小型化植入式胶囊天线。天线平面布局结构充分利用胶囊半球空间,减少胶囊内部电子元件对天线信号干扰,通过折叠天线辐射体缩小天线体积。通过调节优化天线主要直接参数,使其工作在相应频段内。天线面对不同人体组织环境时,具有较强鲁棒性。仿真与实测结果表明,天线谐振在2.45 GHz频点,覆盖ISM频段,具有良好的辐射增益方向图,符合植入式设备安全性要求,在体域网植入式设备中有一定应用前景。(2)UHF RFID和WLAN频段可穿戴手套天线研究。针对可穿戴智能手套天线中的数据读取和数据联网问题,设计了一款工作于UHF RFID和WLAN双频段的小型化可穿戴天线。天线采用非对称共面(Asymmetrical Coplanar Stripline,ACS)波导馈电技术缩小接地面积,通过折叠天线辐射体实现双频工作,进一步缩小天线面积。仿真和实测结果表明,天线覆盖900 MHz和2.40 GHz频段,实现UHF RFID与WLAN双频段通信。将天线附着于不同材质的手套及不同穿戴者载体上时,天线具有较强鲁棒性。该天线设计简单、性能稳定,且辐射方向稳定,对人体危害较小,在体域网中的智能手套领域具有一定应用前景。(3)ISM频段可穿戴柔性整流电路研究。针对体域网设备无法长时间工作和穿戴共形问题,设计了一款工作于ISM频带的柔性整流电路。该电路由两个HSMS-285C整流二极管、两个100 p F电容和一个1000Ω负载电阻构成,采用柔性EPDM材料,T型结构匹配网络保证输入端与整流部分阻抗匹配,桥式整流电路结构保证较高输出电压,实现900 MHz射频能量收集。仿真与实测结果表明,该电路在不同低输入功率范围内能够产生不同大小电压输出,实际输入功率为10.0d Bm时,输出电压最大为2.039 V,转换效率最大为55.5%。