电荷泵锁相环电路建模与仿真

电荷泵锁相环是一种能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统,此类电路具有负反馈闭环特点,系统状态多,工作特性复杂,其设计与仿真分析一直是电子设备时钟系统的难点问题。针对上述问题,研究了电荷泵锁相环电路的设计步骤与仿真分析方法。首先,推导电荷泵锁相环各模块的数学模型;其次,建立了各模块电路仿真模型,仿真分析了环路稳定性以及各模块对环路整体性能的影响。研究结果为电荷泵锁相环电路的设计与仿真提供了理论依据,对实际电路设计具有一定参考价值。     

一种用于频率驾驭系统的快速捕获锁相环设计

锁相环是一种能够完成两个信号相位同步的负反馈控制系统,其滤波作用可以使其通频带很窄,且自动跟踪输入频率,因此锁相环常用于原子钟、频标驯服系统以及时间同步系统中,是通信、卫星导航以及电子测量系统的重要组成部分。锁相环中相位噪声和捕获时间是两个相互制约的指标,在减少锁相环捕获时间的同时抑制相位噪声是目前锁相环技术研究中的重要问题之一。针对这一问题,基于模拟锁相环的基本理论和构成,根据环路带宽和捕获时间的数学关系,设计出一种辅助捕获电路,并应用于铷铯组合钟的频率驾驭模块。此电路可根据检相输出信号动态调整环路滤波器的阻值以改变环路带宽,从而实现快速捕获。实验表明,所设计的快速捕获锁相环的捕获时间为5.71 ms@1 Hz,锁相环输出信号杂波抑制优于-90 dBc,谐波抑制优于-55 dBc。     

基于数字化直接线性相位比对新型动态锁相环

针对传统锁相环的鉴相都是在两信号同频或者频率成整倍数关系的条件下进行,必须利用一定的频率变换电路处理频率信号而产生鉴相频率与频率转换时间之间的矛盾问题,研究了一种动态锁相环技术。该技术能在环路中的频率变换电路的变频系数不变的情况下实现一种输出频率可微调的锁相环。设计环路中的鉴相器部分能高分辨的测量出输入的两不同频信号的相位差,环路工作时控制器部分能根据实际求得的相位差变化率以及理论上两不同频信号(参考信号和输出信号)的相位差变化率,利用一定的算法生成一个控制电压并实现环路锁定。实验结果表明,新型动态锁相环可以通过0.1 ps相位调整分辨率实现对输出频率优于μHz量级的精细调整,调整范围可达Hz量级。     

一种适用于多普勒高阶变化率的载波跟踪算法

针对多普勒高阶变化率的载波跟踪问题,分析了现有二阶锁频环辅助三阶锁相环的局限之处,设计了一种三阶锁频环辅助四阶锁相环的载波跟踪算法,从理论上证明了该算法可以对多普勒高阶变化率信号进行无误差跟踪,并根据环路传递函数和环路带宽,推导出了环路所有参数的计算方法,最后通过环路模式切换及环路带宽设置策略,既加快了整个载波跟踪环路的收敛速度,又提高了载波频率跟踪精度,保证了跟踪的稳定性。仿真结果表明,对于多普勒高阶变化率信号,该算法能够有效地完成信号的载波跟踪并正常解调出原始数字信息,因此有较高的应用价值。     

射频指标自动测试及故障诊断系统研究

自动测试与故障诊断的联合研究已经在电子设备实际工作中得到较为广泛的应用。文章针对通信设备研发阶段射频指标测试效率低下以及测试故障定位难度较大等问题,开发了基于虚拟仪器技术的自动测试系统以及适用于射频指标自动测试问题定位的智能故障诊断系统。故障诊系统采用基于专家系统的知识库及推理机制,解释机制采用预制文本法进行设计。实际运行结果表明该系统能够高效准确地完成射频指标自动测试,并对测试过程中出现的问题进行较为准确的定位。     

基于故障传播的模块化BP神经网络电路故障诊断

大规模的数模混合电路所含故障模式众多,电路故障状态复杂,且易发生传播,因而电路故障诊断难度较大。针对大规模电路发生故障时存在故障传播的问题,提出一种基于故障传播的模块化BP神经网络（MBPFP）故障诊断方法。首先,在电路模块划分的基础上分析子电路间的故障传播,并将故障源和故障传播源"模块化";然后,通过子电路的异常检测模型进行一级定位,缩小故障原因集合,确定故障模块;最后,利用目标模块的BP神经网络模型进行二级定位,实现故障诊断并识别故障模式。与传统BP神经网络等方法进行比较的实验结果表明,MBPFP故障诊断方法具有较高的故障覆盖率,在定位准确率方面提高了至少8个百分点,其性能优于传统BP神经网络等方法。     

深空探测航天器姿态控制系统故障定位

执行机构与敏感器故障检测与定位是深空探测任务卫星平台可靠运行的前提和保障.本文从数据的角度出发,结合姿控系统工作机理,提出一种基于神经网络和支持向量机结合的故障诊断方法用于检测并定位故障.故障诊断方法分为3步,首先采集姿控系统的状态信息,采用神经网络对闭环姿控系统中未知动态特性建模并进行预测;然后将姿控系统敏感器信号与神经网络预测输出比较生成残差并提取故障特征;最后采用支持向量机辨识残差特征检测故障,并结合运动学特性分析定位故障.仿真结果表明本文所提方法可以有效提取、辨识故障特征,实现执行器与敏感器的故障检测定位.     

基于小波包Tsallis熵和RVM的模拟电路故障诊断

针对模拟电路故障难以识别等问题,提出一种基于小波包Tallis熵和多分类相关向量机(Rele-vance Vector Machine,RVM)的模拟电路故障诊断方法.该方法采用脉冲信号仿真模拟电路,应用小波包变换对采集到的故障响应信号进行分解,通过提取不同频带内的Tsallis熵作为故障特征值,利用相关向量机对各种状态下的特征向量进行分类决策,实现模拟电路的故障定位.实验结果表明,提出的故障诊断方法相较于现有的故障诊断方法能较好地提取故障特征,极大地提高模拟电路故障诊断的效率.     

基于射频技术的数字集成电路老化故障智能定位系统

针对现有集成电路老化故障定位方法中存在的故障定位精度低,定位耗时较长等问题,提出设计基于射频技术的数字集成电路老化故障智能定位系统.通过小波变换与神经网络组建激活函数型网络,通过频率域与时间域中信号识别电路老化故障,构建射频功率放大器,通过传感器发放定位信号至定位通道内,在射频功率放大器收到信号后,收集放电中信号,拟定...     

一种压力传感器单故障实时诊断方法研究

研究对象为容式变极距型液位压力传感器,分析了传感器测量电路的工作原理与特性;故障诊断首先用压力变化率判断测量电路故障存在性;再得到额定输入信号下电路电桥输出信号和运算放大器输出这两个检测信号的表达式,各表达式均以电路相关元件为自变量,因不同元件发生数值漂移故障时,对检测信号的影响趋势各不相同,使得精确到元件的故障定位得以实现;确定故障位置后将正常元件值代入检测信号表达式联立方程组求解,以实现精确到元件的故障定值;仿真显示该故障诊断方法所求得故障值非常接近真实故障值。     

基于WPEE-RF的模拟电路故障诊断

为实现高效的模拟电路故障诊断,提出了基于小波包能量熵(WPEE)和随机森林(RF)的模拟电路故障诊断方法;选择合适的测试激励信号,监测电路收集数据,对模拟电路监测数据进行5层小波包分解,计算多频带WPEE向量表征故障特征,由RF分类器实现故障诊断;仿真实验结果表明,该方法在双二次滤波电路、Sallen-key滤波电路容差故障诊断以及对数放大器综合故障诊断中体现出良好的性能,故障诊断准确率达99%以上,且该方法具有参数鲁棒性,RF模型训练时间短;较支持向量机和BP网络方法相比,表现出更好的综合性能,更能贴近工程实践应用。     

A phase-locked loop frequency tracking system for portable microelectromechanical piezoresistive cantilever mass sensors

A closed-loop circuit is developed in this work for tracking the resonant frequency of silicon microcantilever mass sensors. The proposed closed-loop system is mainly based on a phase-locked loop (PLL) circuit. To lock onto the resonant frequency of the resonator, an actuation signal generated from a voltage-controlled oscillator is fed back to the input reference signal of the cantilever sensor. In addition to the PLL circuit, an instrumentation amplifier and an active low-pass filter are connected to the system for gaining the cantilever output signal and transforming a rectangular PLL output signal into a sinusoidal signal used for sensor actuation, respectively. To demonstrate the functionality of the system, a self-sensing silicon cantilever resonator with a built-in piezoresistive Wheatstone bridge is fabricated and integrated with the circuit. A piezoactuator is employed to actuate the cantilever into resonance. From the measurement results, the integrated closed-loop system is successfully employed to characterize a 9.4 kHz cantilever sensor under ambient temperature cross-sensitivity yielding a sensor temperature coefficient of ?32.8 ppm/°C. In addition to it, the sensor was also exposed to exhaled human breath condensates and e-cigarette aerosols to test the sensor sensitivity obtained from mass-loading effects. With a high frequency stability (i.e., a frequency deviation as low as 0.02 Hz), this developed system is intended to support the miniaturization of the instrumentation modules for cantilever-based nanoparticle detectors (CANTORs).     

基于遗传算法的电路故障诊断超参数优化算法框架

针对基于SVM的模拟电路故障诊断中诊断参数的调节是通过试凑法或按照全局最优的原则确定的,没有考虑实际诊断要求,无法进行各诊断环节参数同时调整优化的现状。提出一种适应度模型用于遗传算法参数寻优,把实际电路诊断要求量化成参数指标引入模拟电路故障诊断的优劣评估中;建立了基于遗传算法的电路诊断模型参数闭环寻优框架,对诊断系统的各部分参数优化进行整体度量,并分析了参数搜索算法的收敛性。通过实例诊断分析了闭环故障诊断参数寻优框架下各部分的参数制定对决策的影响,说明了建立的闭环故障诊断模型参数寻优框架和搜索算法的有效性和实用性。     

基于相位控制的硅微机械陀螺驱动控制技术

全面分析、研究并实现了一种基于相位控制的硅微机械陀螺(Silicon micromechanical gyroscope, SMG)驱动控制技术. 分析了硅微陀螺驱动模态的动力学特性,阐述了相位控制方案的基本原理; 在此基础上建立了控制环路,采用自激振荡理论分析了其稳定性; 建立了环路的相位模型,引入特异因子实现相位控制误差到频率差 (工作频率与驱动模态谐振频率之差)的转换; 建立了对应于相位控制环路的频率模型,当环路滤波器为一阶模型时, 与传递函数为二阶的信号跟踪锁相环(Phase locked loop, PLL)不同,总的闭环模型仅为一阶; 最后基于FPGA平台,采用线性鉴相方式设计了数字化相位控制环路, 并结合幅值控制实现了双闭环驱动控制电路.测试结果表明, 该方案可实现硅微陀螺驱动端的高精度控制.     

一种基于核密度估计的模拟电路故障诊断方法

为解决模拟电路中含有噪声等异常信息给支持向量机的最优分类面建立带来的困难,提出了一种基于核密度估计方法的模拟电路故障诊断新方法。首先提取电路的时域信号统计参数作为故障特征,然后运用核密度估计方法构造模糊隶属度函数,将该隶属度函数应用到模糊支持向量机上进行故障诊断。通过训练模糊支持向量机获得故障诊断模型,实现对电路单故障和多故障的诊断分类,能有效消除特征中噪声和野点的影响。将该方法应用于CSTV滤波电路进行仿真实验,结果表明该方法能突出不同故障的特性并正确有效地诊断出多故障类型,综合诊断正确率达到95%,为模拟电路故障诊断提供了新的技术途径。     

Tutorial on dynamic analysis of the Costas loop

Costas loop is a classical phase-locked loop (PLL) based circuit for carrier recovery and signal demodulation. The PLL is an automatic control system that adjusts the phase of a local signal to match the phase of the input reference signal. This tutorial is devoted to the dynamic analysis of the Costas loop. In particular the acquisition process is analyzed. Acquisition is most conveniently described by a number of frequency and time parameters such as lock-in range, lock-in time, pull-in range, pull-in time, and hold-in range. While for the classical PLL equations all these parameters have been derived (many of them are approximations, some even crude approximations), this has not yet been carried out for the Costas loop. It is the aim of this analysis to close this gap. The paper starts with an overview on mathematical and physical models (exact and simplified) of the different variants of the Costas loop. Then equations for the above mentioned key parameters are derived. Finally, the lock-in range of the Costas loop for the case where a lead-lag filter is used for the loop filter is analyzed.     

基于小波分析的气动调节阀反馈杆松动故障在线诊断研究

针对气动调节阀定位器反馈杆松动导致阀位无法按照设定信号运动，影响工业生产的问题，提出了一种基于小波分析的在线故障诊断方法。选取工业闭环控制回路中调节阀阀位响应信号作为目标信号，采用 Db3小波基对目标信号进行6层分解，得到d6特征细节参数，可以实现对故障发生时间点的准确检测；之后分段计算其平均值AV、方差VAR、均方根值RMS，通过对其平均值AV、方差VAR、均方根值RMS进行曲线拟合划分正常状态运行区与故障状态运行区，实现气动调节阀定位器反馈杆松动故障的在线诊断。通过仿真和在线闭环系统测试验证了文章中诊断方法的有效性和实用性。     

基于仿真的电路板级故障诊断测试方法

针对某雷达定时器板的电路特点,提出了一种基于仿真的电路板级故障诊断测试方法。首先,利用pspice对被测电路进行功能模型建模和故障模型建模,根据功能模型构建电路仿真原理图进行功能仿真,进而利用故障模型做故障注入进行故障仿真,仿真结束获取功能仿真和故障仿真数据,通过小波分析的方法提取仿真数据的特征,包括能量分布特征提取、极值特征提取和熵特征提取,并做测试节点优化删除冗余数据,最后通过概念格的方法对特征数据做训练,生成应用于被测对象的故障诊断模型。通过获取的故障诊断模型对诊断数据进行故障推理,验证了测试方法的可行性。     

基于SSTDR技术的战机电缆隐性故障检测仿真分析

飞机尤其是战机电缆故障会造成重大事故和财产损失,实际飞机制造、维护和修理中电缆隐性故障的发现和排除是一项重要而又困难的工作。首先对国内外电缆隐性故障检测技术进行综合分析论述。断路故障和短路故障是航空电缆中最为常见的故障类型,但由于战机线缆多段、多接头的特性使得检测信号会发生衰减和扰动变形,传统的信号时域反射(TDR)方法对电缆的故障定位存在误差。针对航空电缆中断路和短路这两种故障类型提出了扩展频谱时域反射的方法(SSTDR),该方法利用检测信号反射的延迟特性来定位系统中故障点,从而有效避免测试信号衰变对故障定位的影响。最后使用仿真技术对不同损伤状态进行仿真分析,形成理论结果,供相关技术人员学习参考。