An Implantable CMOS Front-End System for Nerve-Signal Sensors

An analog front-end dedicated to processing of cuff-recorded human nerve signals is presented in this paper. The system is comprised of a low-noise preamplifier and an A/D converter (ADC) for quantizing the recorded nerve signal. The instrumentation amplifier utilizes CMOS transistors biased in the weak/moderate inversion region at a relatively high current for low thermal noise performance and achieves low flicker noise performance through chopper stabilization. The resulting measured equivalent input referred thermal noise is 6.6 nV/√Hz at a chopping frequency of 20 kHz. A two-stage design is implemented which achieves a measured amplification of 72.5 dB over a signal bandwidth of 4 kHz. For the ADC, a third order ΣΔ-modulator employing a continuous-time (CT) loopfilter was implemented. Each of the integrators in the loop-filter are implemented as G _m ?C elements. For a sampling frequency of 1.4 MHz, the measured SNDR for the ADC is 62 dB, whereas the dynamic range (DR) is 67 dB over a 4 kHz bandwidth, equivalent to a resolution of 10 bits. The system draws a current of 196 μA from a 1.8 V supply thus consuming approximately 350 μW excluding buffers and bias circuitry.     

光学遥感器偏流调焦控制单元集成仿真测试系统

为了实时监测空间光学遥感器偏流调焦机构控制单元的工作状态,测试其性能及可靠性,设计了一种集偏流与调焦控制单元仿真测试于一体的系统。该系统并行采集控制单元的多路控制信号,基于频率检测和幅值检测的模型应用FPGA进行逻辑分析,提取控制信号的频率、幅值、转向等检测信息和编码器反馈信息;检测信息通过PCI总线传输给计算机存储和显示,闭环控制反馈信息发送给控制单元。经过信号采集实验表明:该系统能够并行采集与处理工作频率1kHz、控制电压12V的8路控制信号,由计算机实时显示各路信号的工作参数及状态,满足实时监测控制单元工作状态的需要。     

大型结构角度变形测量中的光学方法

根据工程实践中大型结构三维角度变形的产生原因和测量需要,对目前能实际应用到工程场合的光学小角度测量方法的研究现状进行了叙述和分析,着重介绍了自准直法,偏振光法、光源靶标法、莫尔条纹法、像形畸变法、摄影摄像测量法等,对比各方法的特点,探讨了光学三维角度变形测量技术面临的问题和未来的发展趋势。     

CMOS Microsystem Front-End for MicroTesla Resolution Magnetic Field Measurement

In this paper we discuss the conception and performances of a monolithic microsystem for magnetic field measurement built in standard 0.6 m CMOS technology. It is shown that 5.2 microTesla resolution over 1 kHz bandwidth (5 Hz to 1 kHz) can be achieved by combining a particular Hall effect based sensing device and appropriate analog conditioning electronics. The study focuses on the methods used to drive up the sensor's sensitivity and to drive down the system's noise level in order to achieve the above-mentioned resolution. A specific circuitry is proposed for biasing the sensor.     

A Smart Sensor System for Carbon Monoxide Detection

This paper illustrates a smart sensor system for carbonmonoxide detection. An innovative technological approach hasbeen pursued to fabricate gas sensors on silicon substrate, compatiblewith IC fabrication. A mixed analog-digital electronic interfaceprocesses the outputs of three sensors to compensate relativehumidity and interfering gases. Sigma-delta signal processingand low-frequency noise reduction techniques are used to minimizesilicon area and to meet the required performance in a standardCMOS technology.     

环形波导谐振腔集成光学器件

介绍环形谐振腔光波导器件,包括波导材料和制作工艺,分析它在光通信和光传感领域中的应用,表明环形波导谐振腔是一种非常有应用价值的光波导器件。     

光纤温度传感器的发展动向

光纤温度传感器的研究,除对现有器件进行外场验证、完善和提高外,目前有以下几个发展动向:①大力发展测量温度分布的测量技术,即由对单个点的温度测量到对光纤沿线上温度分布,以及大面积表面温度分布的测量;②开发包括测量温度在内的多功能多用途传感器;③研制大型传感器阵列,实现全光学遥测。     

CMOS光接收机主放大器设计

利用CMOS工艺设计一种用于SDH STM 4速率级(622 Mb/s)光纤用户网的光接收机放大电路。此电路由输入/输出缓冲、主放大单元、偏置补偿电路4部分组成。通过直接耦合技术提高增益,降低功耗;利用有源电感负载提高系统带宽。采用商用SmartSpice电路仿真软件和CSMC HJ 0.6μm工艺参数对该电路进行仿真。结果表明,该电路在5 V工作电压下中频增益为81 dB,3 dB带宽为470 MHz。     

光纤传感器在带传动参数测量中的应用

提出一种用光纤传感器测量高速旋转构件微小位移量的新方法,实现了非接触式高速、高精度的位移测量。在介绍光纤传感器测量原理的基础上,得出光强与测距之间关系式。将光强转为电压信号,建立电压商值与测距之间的拟合公式。设计V带参数测量实验台,对V带稳定运转时其在轮槽中的径向位移进行测定,进而得出V带在带轮中的轨迹,测量出滑动角的大小。针对原有V带滑动角计算公式中的不足进行优化,得出新的滑动角计算公式。对比实验结果,新公式更接近实验结果,误差更小,为V带的精确设计提供理论依据。     

光学层析成像空间阵列传感器研究

在讨论光学层成像系统基本结构和原理的基础上,分析了光学层析成像技术国内外发展现状、趋势及要解决的关键技术,并给出了几种典型的基于光学层析成像技术的和互相关分析技术结合的阵列传感器空间布置、讨论了空间传感器结构、分辨率及灵敏场分布之间的关系。     

应变和温度同时测量的交叉灵敏度分析

运用高双折射椭圆纤芯光纤应变和温度灵敏度的公式及相应的泰勒展开式.给出了估计交叉灵敏度大小的公式,阐明了文物理意义,并结合实际数据估计了忽略交叉灵敏度.对于任意应变和温度变化值,由线性方程组求得的解与实际值间的误差.得出了一些具有实际意义的结论.     

液晶器件扭曲角与光延迟的光学外差法测试技术理论研究

将光学外差法应用于液晶器件扭曲角与光延迟的测试,提出了测试系统的光路简图,推导出了外差式测试方程,并对此方程进行了数值模拟与分析。此方法将液晶层的相位差转化为光学拍频信号的相位,由传统方法的测量光强转为测量拍频信号的相位差,能克服传统方法的缺点,因此具有较高的精度与抗干扰性。     

微光CMOS图像传感器读出电路研究

高性能的信号读出电路是微光CMOS图像传感器的重要组成部分,如何降低读出电路噪声,提高读出电路输出信号的信噪比成为读出电路设计的重点。本文设计了一种高增益低噪声的电容反馈跨阻放大器CTIA（Capacitive Trans impedanceAmplifier）与相关双采样电路CDS （Correlated Double Sampling）相结合的微光探测器读出电路。在CTIA电路中,采用T网络电容实现fF级的积分电容,并通过增益开关控制,来达到对微弱光信号的高增益低噪声读出。采用CSMC公司的0.5μm标准CMOS工艺库对电路进行流片,测试结果表明：在光电流信号为20~300 pA范围内,积分时间为20μs,该电路功能良好,信噪比（SNR）达到10,能应用于微光CMOS图像传感器。     

OCT系统纵深剖析能力分析

本文从理论上研究了ＯＣＴ系统的纵深剖析能力，结果表明ＯＣＴ系统具有很强的背景抑制能力．背景能量的影响随偏移量增大按指数规律急剧下降，同时还受到高频余弦调制，因而有极强的纵深剖析能力．本文的结论对实际应用中如何选择适当光源及定性理解与定量分析ＯＣＴ系统对未知结构的测量结果具有重要意义．     

应用于EMC测量的集成光学电场传感器性能分析

依据集成光学电场传感器的工作原理,研制了可用于电磁兼容性测量的分段电极结构与锥形天线结构的电场传感器.测试结果表明:分段电极传感器频响范围为10 MHz～6 GHz,最小可测电场强度达到30 mV/m,在频率为200 MHz时,线性动态范围可达90 dB;锥形天线传感器频响范围为10 kHz～10 GHz,最小可测电场强度达到20 mV/m,在频率为1 GHz时,线性动态范围可达100 dB.     

An Integrated Digital CMOS Time-to-Digital Converter with Sub-Gate-Delay Resolution

An integrated digital CMOS time-to-digital converter with sub-gate delay LSB width and 50 ps single-shot precision -value has been designed and implemented for a laser range-finding application. The measurement is based on a counter and a novel two-step parallel interpolation that uses only 32 delay elements to provide 128 LSBs in the interpolator within the reference clock cycle. The circuit was fabricated in the AMS 0.8 m CMOS process and the current consumption of the circuit is <20 mA from a single +5 V supply.     

基于菲涅耳反射的准分布式光纤温度传感器

基于菲涅耳反射原理和光时域反射(OTDR)技术,提出了一种新型的、结构简单的准分布式光纤温度传感器.传感器由两个端面抛光的光纤对接构成,并在两端面间隙中填充温敏材料.传感器周围温度变化改变温敏材料的折射率,从而引起菲涅耳反射强度的变化.将三个传感头串联,利用OTDR探测各传感器菲涅耳反射的微弱变化实现温度传感和传感器定位.在-30～80℃范围内,随着温度升高,该系统各个传感头的菲涅耳反射强度单调增大,且温度传感特性具有良好的重复性,同时具有极低的附加损耗.     

集成化的光因特网技术

未来的光网络在体系结构复杂程度方面必须降低,以便节省费用和便于管理。将IP构建于光层上无疑是正确的解决办法。通用多协议标记交换(GMPLS)技术的出现,为光因特网的实现提供了一种新的方式。分析了IP层与WDM层的组网模型,基于GMPLS技术,建立了新的集成化的光因特网网络体系结构,分析和讨论了基于GMPLS的光因特网的控制平面的特征。研究结果为实现光因特网提供了一种新方法。     

提高四眼式鲁棒性光纤接近觉传感范围的方法

介绍一种用于机器人的四眼式鲁棒性距离方位集成光纤接近觉传感器的工作机理,针对它的测量范围较小问题,提出几种扩大其测量范围的方法,使之满足实际使用的要求。这些方法也可以推广到其他相类似传感器的研究中。     

一种光波导的新颖数值算法的分析

本文采用了一种新颖的数值算法用来模拟计算光波导器件,主要以集成光学中重要的器件单元劈形与Y分岔为例,通过对数值计算引起的传播常数的误差以及传输系数的分析,对算法进行了简要评估,并将算法定量地与广为使用的有限差分光束传输法（FD－BPM）做了对比,从而突出了该算法的优点与不足之处。