A New Single-Photon Avalanche Diode in 90nm Standard CMOS

A New Single-Photon Avalanche Diode in 90nm Standard CMOS

Technology

Mohammad Azim Karami*a, Marek Gersbach, Edoardo Charbon a

a Dept. of Electrical engineering, Technical University of Delft, Delft, Netherlands;

ABSTRACT

A single-photon avalanche diode (SPAD) fabricated in a 90nm standard CMOS process is reported. The detector comprises an octagonal multiplication region and a guard ring to prevent premature edge breakdown using exclusively standard layers. The proposed structure is the result of a systematic study aimed at miniaturization, while optimizing overall performance. The device exhibits a dark count rate of 16 kHz at room temperature, a maximum photon detection probability of 16% and the jitter of 398ps at a wavelength of 637nm. Applications include time-of-flight 3D vision, fluorescence lifetime imaging microscopy, fluorescence correlation spectroscopy, and time-resolved gamma/X-ray imaging. Standard characterization of the SPAD was performed in different bias voltages and temperatures.

Keywords: single-photon avalanche diode, CMOS image sensors, deep-submicron CMOS technology

1.INTRODUCTION

Among solid-state single-photon detectors, CMOS single-photon avalanche diodes (SPADs) have demonstrated their usefulness in applications where single-photon sensitivity, low-noise, high timing resolution, and high dynamic range are important or even critical [1]. Integrating SPADs with high-resolution time-to-digital converters (TDCs) gives them the ability to determine the photon time-of-arrival with an accuracy of a few tens of picosecond [2]. Moreover thanks to CMOS-mediated miniaturization, the integrations of millions of pixels with single-photon detection capability on a single chip is becoming feasible [3]. Hence, the reduction of pixel pitch which is bounded by the scalability of the pixels would facilitate having more electronics on a single imager chip hus putting more functionality for sensing applications [4].

Generally speaking, SPADs are characterized in terms of Photon detection Probability (PDP), dark count rate (DCR), timing resolution, afterpulsing probability, dead time, and the overall speed of operation [5]. Although the smaller CMOS feature sizes advantageously enable smaller pitch, the integration of smaller electronics on-pixel may result in higher fill factor, which, in turn, enables better photon statistics and higher quality imaging. Unfortunately, using deep-submicron CMOS processes involves higher doping, thinner profiles and thicker optical stacks, thus increasing noise and decreasing photon sensitivity.

In this paper we describe the implementation of a SPAD in 90nm standard CMOS technology. By implementing different SPAD structures in this technology we could study the geometric trade-offs involved in the design of deep-submicron SPADs. The paper is organized as follows. After describing the fundaments of CMOS SPADs, we outline the optical characterization of the device in terms of various parameters.

2.SPAD PRINCIPLES AND STRUCTURE

A SPAD is based on a p-n junction biased in the reverse mode of operation above breakdown voltage (Geiger mode)

[6]. In Geiger mode, electron and holes generated by photon absorption may initiate a process known as avalanche multiplication [7], whereby each free electron or hole causes a large number of free electrons and holes by impact ionization. The avalanche caused by photon or noise sources must be quenched to prevent destruction of the device by excessive current; this process is known as avalanche quenching and it can be performed using passive or active methods [8].

In this paper passive quenching resistor is being used for simplicity to explore the highest levels of miniaturization possible in this technology. The avalanche pulse is converted to a digital signal by using a simple inverter. Again, in order to explore miniaturization trade-offs, more complex circuits are intentionally avoided [8].

The noise performance of SPADs is mainly characterized by dark counts which are spurious pulses quantified in terms of mean frequency, or dark count rate (DCR), and afterpulsing [9]. In order to reduce the DCR of a SPAD, different methods should be employed to decrease the Shockley-Read-Hall (SRH) generation, and Tunneling [10]. The sensitivity of SPADs is evaluated by the probability that an impinging photon triggers an avalanche, known as Photon Detection Probability (PDP), that is characterized for different SPADs at different wavelengths. Finally, the timing resolution or timing jitter is defined as the uncertainty of the time delay between the photon impingement and the leading edge of the pulse generated by the sensor.

Fig. 1 shows the cross-section of the SPAD implemented in the 90nm CMOS technology. Note that all the layers used in designing this family of SPADs are standard in this CMOS technology. A combination of Shallow Trench Isolation (STI) and n-well is used as a guard ring for preventing the premature edge breakdown. Different types of guard ring with different size and depths were integrated and characterized. The purpose of using a guard ring is to shape the electric field in the active area so as to maximize the high electric field present in the design at the center of the multiplication region and to decrease it at the corners. However, the introduction of some annealing steps near the STI structures which are used in this design can lead to detrimental effects to the noise performance [11].

Fig. 1. Cross-section of the implemented SPAD

Fig. 2 shows the photomicrograph of the implemented SPAD in the planar 90nm standard CMOS technology. The photon sensitive area is in the center of the octagonal shape and the other parts are covered with metal in order to reduce the side effect of the absorption of the photons in the guard ring area. The SPAD can be fabricated in different sizes with regarding to the application which is targeted for designing. For the prototype of the SPAD in 90nm technology we used the 8μm diameter size of the octagonal shape.

Fig. 2. Photomicrograph of the octagonal SPAD

3.EXPERIMENTAL RESULTS

In order to characterize the number of spurious pulses being generated by tunneling and SRH process the Dark Count Rate (DCR) is being measured. Designing the low DCR SPAD is important for photon-starved applications that are highly sensitive to noise. However, medium or high range noise SPADs can be used in the commercial imaging systems, e.g. 3D vision systems that can use high amount of frame number to omit the intrinsic noise from the device or that are receiving significant background illumination from the scene. Fig. 3 shows the DCR of the fabricated SPAD at different temperatures and excess bias voltages. Passive quenching is being used in the first prototype of the implemented SPAD.

Although tunneling effects increase the DCR with the temperature, the major temperature-dependent DCR contribution is SRH. The SPADs being introduced in this paper exhibit 16 kHz of DCR noise at room temperature with 0.15 volts of excess bias voltage. The DCR can be decreased by further decreasing temperature and/or excess bias voltage. Due to relatively large dead time, the SPAD enters saturation relatively early. The DCR in the plot of Fig. 3 is not being shown after saturation is reached.

Fig. 3. DCR vs excess bias voltage in different temperatures of the SPAD The PDP is measured for the entire spectrum of interest (360-800 nm). Fig. 4 shows the PDP of the SPAD at room temperature. The figure shows that the detection probability can be as high as 12% at 460nm wavelength of the light. The shallow doping profile in the 90nm CMOS technology is resulting in a higher PDP in the ultraviolet region and a shift in the peak of the highest PDP to points between 400-600nm. The maximum PDP in different SPADs is in the range of 12-16 %. The lower amount of PDP is predictable due to the shallower multiplication region. This shallow region itself is causing more tunneling.

Fig.4. Photon Detection Probability of SPAD at room temperature

The timing jitter is also being characterized in this work. Two fast laser sources with a pulse width of 40ps and repetition rate of 40 MHz emitting a beam of light with the wavelength of 637nm and 405nm, respectively, are being used for the jitter measurement. The time interval between the laser output trigger and the leading edge of the SPAD signal is measured via a high performance oscilloscope operating as a TDC. A histogram is constructed from the time difference of the edges of the laser light and sensing signal. Fig. 5 shows the histogram of this time difference at a wavelength of 637nm. The Full Width at Half Maximum (FWHM) of the time difference histogram was measured to 398ps and 435ps at wavelengths of 637nm and 405nm, respectively.

Fig. 5. Histogram of the time between the laser pulse and the SPAD receiving digital pulse.

The performance of the SPAD implemented in the 90nm standard CMOS technology is summarized in Table 1. While the high DCR is expected because of the tunneling and high doping profiles, the PDP is lower due to high, unoptimized optical stack.

Performance Min Typ Max Unit Comments

SPAD diameter 8 μm

DCR 16 KHz At 0.15 V e

Timing jitter 398 ps FWHM at 637nm

wavelength

Timing jitter 435 ps FWHM at 405nm

wavelength

PDP 12 16 % 0.15V e changing

with depth and

doping of guard

ring

Afterpulse probability 32 % At nominal dead

time

Breakdown voltage 10.28 10.4 10.43 V

Wavelength range 360 800 nm

Table-1. Summary of experimental results. All measurements were conducted at room temperature.

4.CONCLUSION

The new SPAD reported in this paper, to the best of our knowledge, is the first fabricated in 90nm standard CMOS technology; it comprises a multiplication region and a guard ring to prevent premature edge breakdown, all implemented using standard layers. The breakdown voltage of the SPADs is well-controlled and in a range of 10.28V to 10.43V, while the dark count rate (DCR) tops 16 kHz at room temperature but it can be reduced significantly by cooling. A maximum photon detection probability (PDP) of 16 % was measured while a 398nm FWHM of jitter was achieved in the standard temperature range (-20o C ~ +60o C). Applications include time-of-flight 3D vision, fluorescence lifetime imaging microscopy, fluorescence correlation spectroscopy, and time-resolved gamma/X-ray imaging.

REFERENCES

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示波器的使用方法 示波器虽然分成好几类，各类又有许多种型号，但是一般的示波器除频带宽度、输入灵敏度等不完全相同外，在使用方法的基本方面都是相同的。本章以SR-8型双踪示波器为例介绍。 （一）面板装置 SR-8型双踪示波器的面板图如图5-12所示。其面板装置按其位置和功能通常可划分为3大部分：显示、垂直（Y轴）、水平（X轴）。现分别介绍这3个部分控制装置的作用。 1．显示部分主要控制件为： （1）电源开关。 （2）电源指示灯。 （3）辉度调整光点亮度。 （4）聚焦调整光点或波形清晰度。 （5）辅助聚焦配合“聚焦”旋钮调节清晰度。 （6）标尺亮度调节坐标片上刻度线亮度。 （7）寻迹当按键向下按时，使偏离荧光屏的光点回到显示区域，而寻到光点位置。 （8）标准信号输出 1kHz、1V方波校准信号由此引出。加到Y轴输入端，用以校准Y 轴输入灵敏度和X轴扫描速度。 2．Y轴插件部分 （1）显示方式选择开关用以转换两个Y轴前置放大器Y A与YB 工作状态的控制件，具有五种不同作用的显示方式：

“交替”：当显示方式开关置于“交替”时，电子开关受扫描信号控制转换，每次扫描都轮流接通Y A或YB 信号。当被测信号的频率越高，扫描信号频率也越高。电 子开关转换速率也越快，不会有闪烁现象。这种工作状态适用于观察两个工作频率较高的信号。 “断续”：当显示方式开关置于“断续”时，电子开关不受扫描信号控制，产生频率固定为200kHz方波信号，使电子开关快速交替接通Y A和YB。由于开关动作频率高于被测信号频率，因此屏幕上显示的两个通道信号波形是断续的。当被测信号频率较高时，断续现象十分明显，甚至无法观测；当被测信号频率较低时，断续现象被掩盖。因此，这种工作状态适合于观察两个工作频率较低的信号。 “Y A”、“YB ”：显示方式开关置于“Y A ”或者“YB ”时，表示示波器处于单通道工作，此时示波器的工作方式相当于单踪示波器，即只能单独显示“Y A”或“YB ”通道的信号波形。 “Y A + YB”：显示方式开关置于“Y A + YB ”时，电子开关不工作，Y A与YB 两路信号均通过放大器和门电路，示波器将显示出两路信号叠加的波形。 （2）“DC-⊥-AC” Y轴输入选择开关，用以选择被测信号接至输入端的耦合方式。置于“DC”是直接耦合，能输入含有直流分量的交流信号；置于“AC”位置，实现交流耦合，只能输入交流分量；置于“⊥”位置时，Y轴输入端接地，这时显示的时基线一般用来作为测试直流电压零电平的参考基准线。 （3）“微调V/div” 灵敏度选择开关及微调装置。灵敏度选择开关系套轴结构，黑色旋钮是Y轴灵敏度粗调装置，自10mv/div～20v/div分11档。红色旋钮为细调装置，顺时针方向增加到满度时为校准位置，可按粗调旋钮所指示的数值，读取被测信号的幅度。当此旋钮反时针转到满度时，其变化范围应大于2.5倍，连续调节“微调”电位器，可实现各档级之间的灵敏度覆盖，在作定量测量时，此旋钮应置于顺时针满度的“校准”位置。 （4）“平衡” 当Y轴放大器输入电路出现不平衡时，显示的光点或波形就会随“V/div”开关的“微调”旋转而出现Y轴方向的位移，调节“平衡”电位器能将这种位移减至最小。 （5）“↑↓ ” Y轴位移电位器，用以调节波形的垂直位置。 （6）“极性、拉Y A” Y A通道的极性转换按拉式开关。拉出时Y A 通道信号倒相显示，即显示方式（Y A+ YB ）时，显示图像为YB - Y A。 （7）“内触发、拉YB ” 触发源选择开关。在按的位置上（常态）扫描触发信号分别

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示波器的使用方法教程 ST-16示波器的使用 示波器是有着极其广泛用途的测量仪器之一〃借助示波器能形象地观察波形的瞬变过程，还可以测量电压。电流、周期和相位，检查放大器的失真情况等〃示波器的型号很多，它的基本使用方法是差不多的〃下面以通用ST一16型示波器为例，介绍示波器的使用方法。 面板上旋钮或开关的功能 图1是ST一16型示波器的面板图。 示波器是以数字座标为基础来显示波形的〃通常以X轴表示时间，Y轴表示幅度〃因而在图1中，面板下半部以中线为界，左面的旋钮全用于Y轴，右面的旋钮全用于X 轴。面板上半部分为显示屏。显示屏的右边有三个旋钮是调屏幕用的〃所有的旋钮，开关功能见表1。其中8、10，14，16号旋钮不需经常调，做成内藏式。

显示屏读数方法 在显示屏上，水平方向X轴有10格刻度，垂直方向Y轴有8格刻度〃这里的一格刻度读做一标度，用div表示〃根据被测波形垂直方向(或水平方向)所占有的标度数，乘以垂直输入灵敏度开关所在档位的V／div数(或水平方向t／div)，得出的积便是测量结果。Y轴使用10：1衰减探头的话还需再乘10。 例如图2中测电压峰—峰值时，V／div档用0〃1V／div，输入端用了10 ： l 衰减探头，则Vp－p＝0〃1V／div×3〃6div×10＝3〃6V，t／div档为2ms／div，则波形的周期：T＝2ms／div×4div＝8ms。 使用前的准备 示波器用于旋钮与开关比较多，初次使用往往会感到无从着手。初学者可按表2方式进行调节。表2位置对示波器久藏复用或会使用者也适用。

使用前的校准 示波器的测试精度与电源电压有关，当电网电压偏离时，会产生较大的测量误差〃因此在使用前必须对垂直和水平系统进行校准。校准方法步骤如下： 1〃接通电源，指示灯有红光显示，稍等片刻，逆时针调节辉度旋钮，并适当调准聚焦，屏幕上就显示出不同步的校准信号方波。 2〃将触发电平调离“自动”位置，逆时针方向旋转旋钮使方波波形同步为止。并适当调节水平移位(11)和垂直移位(5)。 3〃分别调节垂直输入部分增益校准旋钮(10)和水平扫描部分的扫描校准旋钮(14)，使屏幕显示的标准方波的垂直幅度为5div，水平宽度为10div，如图3所示，ST一16示波器便可正常工作了。 示波器演示和测量举例 一，用ST一16示波器演示半波整流工作原理： 首先将垂直输入灵敏度选择开关(以下简写V／div)拨到每格0〃5V档，扫描时间转换开关(s／div)拨至每格5ms档，输入耦合开关拨至AC档，将输入探头的两端与电源变压器次级相接，见图4，这时屏幕显示如图5(a)所示的交流电压波形。 如果将探头移到二极管的负端处，这时屏幕上显示图5(b)所示的半波脉冲电压波形〃接上容量较大的电解电容器C进行滤波，调节一下触发电平旋钮(15)，在示波器屏幕上可看到较为平稳的直流电压波形，见图5(c)。电容C的容量越大，脉冲成分越小，电压越平稳。

2018计算机应用基础答案

期末作业考核 《计算机应用基础》 满分 100分 一、判断对错(每小题1分，共10分) ( √ )1(冯.诺依曼提出的计算机体系结构奠定了现代计算机的结构理论基础。( × )2(DOS操作系统是一个单用户多任务操作系统。 ( √)3(没有装配软件系统的计算机不能做任何工作， 4没有实际的使用价值。( × )4(Windows中的记事本和写字板都不能插入图片。 ( × )5(Windows回收站中的文件不占有硬盘空间。 ( √ )6(在Word中可以实现文字环绕图片的效果。 ( × )7(在Excel中，选取连续单元格必须用ALT键配合。 ( × )8(在PowerPoint中，只有备注视图和母版视图状态可以对母版进行编辑和修改。 ( √ )9(用户可以对某张幻灯片的背景进行设置而不影响其它幻灯片。 ( √)10(文件型病毒传染的对象主要是.COM和.EXE类型的文件。 二、计算题(每小题8分，共16分) 1(设汉字点阵为32×32，那么100个汉字的字形码信息需占用多少字节, 解:32×32?8×100,12800 2(将二进制数100101转换对应的十进制数和对应的十六进制数。 解:1)二进制100101?十进制的过程 方法: 二进制:1 0 0 1 0 1

权值:5 4 3 2 1 0 幂的底数:2 2 从右往左方向计算: 1×2o+0×2?+1×2?+0×2?+0×2+1×2=1+4+32=37 所以二进制数100101=37D 2)二进制100101?十六进制的过程 方法:每4位一组，即得: 0010 8421=2 0101 8421=4+1=5 45 两边合并得25 所以二进制100101=25H 三、简答题(每小题8分，共40分) 1(计算机由哪五部分组成,请解释各部分的功能，并画出它们的工作原理图。 答:计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成。运算器是执行算术运算和逻辑运算的功能部件。控制器是按照人们预先确定的操作步骤，控制计算机各部件步调一致的自动工作的功能部件。存储器是用来存储信息的功能部件。输入设备是用来接受用户输入的原始数据和程序，并把它们转变为计算机能识别的形式存放到内存中。输出设备是用于将存放在内存中由计算机处理的结果转 3 变为所接受的形式。

威搏PF1020电参数测量仪用户使用手册

目录 前言 (2) 开箱检查 (2) 安全警告事项 (3) 标志说明 (4) 第一章概述 (5) 第二章技术指标 (6) 第三章工作原理 (8) 第四章前后面板主要功能 (9) 第五章使用步骤 (19) 第六章检定或核准 (20) a) 注意事项 (22) b) 产品维护及常见故障排除 (23)

前言 1、感客户购置和使用威博科技的产品，为保 证安全、正确地使用本公司产品，敬请用户在操作之前详细阅读本产品说明书的全部容。 2、本说明书适用于PF1020系列电参数测量仪。 3、本说明书含有开箱检查、安全警告事项、产品的主要技术指标、工作原理、产品使用操作方法和常见故障处理等一系列容。在编写过程中，我们已经尽力确保本说明书容的全面性和准确性。如果用户在使用过程中有疑问，或者发现有不足和错误之处，欢迎直接与本所或本所授权的代理商进行联系。用户对说明书如果有不同理解，以本所技术部的解释为准。 4、本说明书的容或个别地方可能发生改变，恕不另行通知。 5、请用户妥善保管本说明书，以保证仪器的正常使用。 6、没有本所书面许可，不得抄袭或改编本说明书的容，否则被视为侵权。

开箱检查 用户在打开产品的包装后，请取出装箱清单，并对照本说明书逐项检查清单所列容与实物是否完全一致，并核对主机型号与你们的订购单是否相同，如果发现有不一致的地方，请与本公司或本公司授权的代理商联系。 所有的附件和文件，请妥善保管，以便日后的操作和维护之用。 本成套设备的配件和资料包括： 1.PF1020(PF1022) 电参数测量仪１台 2.使用说明书1本 3.产品合格证1份 4.电源线1根 5.产品维修卡1份 6.质量跟踪卡1 7.保险丝(0.5A)2只

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接地电阻测试仪操作规程

接地电阻测试仪操作规范 文件编号版 本 受控状 况 编制 审 核 批准 日期：日期：日期：

接地电阻测试仪操作规程 1.0接地电阻测试仪的使用目的 规范接地电阻测试仪器操作方法，提高产品的安全性、稳定性，使产品保证不可能产生的危险，确保产品质量和使用安全。 2.0接地电阻测试仪器的使用范围 所有产品在研发、生产、抽样检验环节中的检测，使产品符合、满足国家标准（《GB4943》《GB8898》）的相关要求。 3.0相关权责 3.0.1质量部负责拟订、修订本规程的内容，及接地电阻测试仪对产品检测标准的拟订。 3.0.2设备操作者负责按照本操作规程，结合“产品使用说明书”进行使用，维护和设备保养。 4.0接地电阻测试仪安全须知 需达到符合国家GB4943安全标准和企业设备检验的“安全防护措施”的要求。在操作前须佩戴绝缘手套、绝缘脚垫等防护措施。 5.0接地电阻测试仪安全使用须知及注意事项 5.0.1该仪器接触的电源地线必须良好接地，依次保证人体安全和测量的精度。 5.0.2测试产品接地电阻值的时间应根据产品测试标准要求，一般情况测试完成后，尽快将“电流调节”旋钮调至“MIN”最下值位置，以免造成测试品或仪器烧坏。根据设备使用的要求，仪器在连续测试状态下，当输出电流大于20A时，测试所用（时间不能超过2分钟，以免造成该仪器的损坏。） 5.0.3操作人员一定要熟悉该测试仪的操作程序方可使用，在调试中不能随便调节其它按钮。

5.0.4该仪器应防止在干燥阴凉处，避免放在潮湿、强光直射的地方。 5.0.5接地电阻测试仪应由质检部负责使用保管；工程部负责产品使用监督。 5.0.6经常搞好仪器及测试桌的清洁，仪器的保养，确保仪器能处于良好的工作状态。 5.0.7本产品不得个人随意拆开，维修调适后应到相应的部门进行校准，检测后方可继续使用。 5.0.8当在测量的时候，如发现测试上的LED面板出现乱码时，请直接关闭电源，10秒后重新开机便可以解决。 5.0.9本仪器接地电阻测试仪330B缺省值：接地电阻判定值0.1Ω，定时时间为60S。 6.0测试前准备工作 6.0.1按检验规范或生产工艺检验标准准备仪器、备件等相关设备材料。 6.0.2插上设备电源插头，将面板电源开关置于关闭状态。 6.0.3将被测试的产品依次分开，清晰划分“产品待检测区”和“产品已检 测区”。 6.0.4对研发产品进行的耐压测试应配备、填写“产品试验测试记录表”。 7.0接地点测试仪操作流程

计算机应用基础知识总结

计算机应用基础知识总结 第一章 1. 1946年第一台电子计算机ENIAC（埃尼阿克）在美国问世。 2. 计算机的时代划分：电子管计算机时代、晶体管计算机时代、集成电路 计算机时代和大规模集成电器计算机时代。 3. 计算机的主要应用：网络应用电子商务科学计算 4. CAD计算机辅助设计CAM计算机辅助制造CAT计算机辅助测试 CAI计算机辅助教学 5. 计算机的特点：运算速度快，、计算精度高，存储量大、记忆功能强，具 有逻辑判断能力、运算自动化。 6. 计算机系统有硬件系统和软件系统两大部分组成。 7. 硬件系统由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 8. 控制器和运算器合成为中央处理器CPU CPU和内存又称为主机。 输入设备和输出设备又统称为外部设备。 9. 运算器的运算分为算术运算和逻辑运算。 10. 存储器按功能不同可分为内存储器和外存储器。 11. 内存储器又称为内存或主存，主要用来存放CPU工作时用到的程序和数据 及计算后得到的结果：CPU只能直接访问内存，外存中数据需要先调入内存再读取。 12. 随机存储器（RAM）允许用户随时进行数据读写的存储器，断电后数据全 部丢失。 13. 只读存储器（ROM）只允许用户读取数据，不能写入数据的存储器，断电后数据不丢失。 14. 外存储器主要用来存放需要长期保存的程序和数据。 15. 软磁盘又称软盘速度慢容量小；硬磁盘又称硬盘，寿命长、存储量大。 16. 速度、容量、价格：硬盘>光盘>软盘 17. 高速缓存 18. 计算机主要的输入设备有键盘和鼠标；主要的输出设备有显示屏和打印机。 19. 微机的总线根据功能不同可分为地址总线、数据总线和控制总线三类。 20. 软件是各种程序的总称，不同的功能的软件由不同的程序组成，这些程序 经常被存储在计算机的外存储器中，需要使用时装入内存使用。 21. 微机软件系统通常可以分为系统软件和应用软件2大类。 22. 系统软件是微机必备软件，它是操作使用计算机的基础。操作系统是最重 要的系统软件。 23. 应用软件是人们为了解决某种问题而专门设计的各种各样的软件。 24. 计算机操作系统有：DOS操作系统、Windows操作系统、Unix操作系统、 Linux操作系统。 25. 计算机性能指标：字长、速度、容量、带宽、版本和可靠性。 26. 计算机中的数据、信息都是以二进制形式编码表示的。 27. 二进制八进制十进制十六进制 28. 二进制的优越性：技术可行性、运算简单性、温和逻辑性。

示波器的使用方法

示波器的使用 【实验目的】 1.了解示波器的结构和示波器的示波原理； 2.掌握示波器的使用方法，学会用示波器观察各种信号的波形； 3.学会用示波器测量直流、正弦交流信号电压； 4.观察利萨如图，学会测量正弦信号频率的方法。 【实验仪器】 YB4320/20A/40双踪示波器，函数信号发生器，电池、万用电表。 图1实验仪器实物图 【实验原理】 示波器是一种能观察各种电信号波形并可测量其电压、频率等的电子测量仪器。示波器还能对一些能转化成电信号的非电量进行观测，因而它还是一种应用非常广泛的、通用的电子显示器。 1．示波器的基本结构 示波器的型号很多，但其基本结构类似。示波器主要是由示波管、X轴与Y轴衰减器和放大器、锯齿波发生器、整步电路、和电源等几步分组成。其框图如图2所示。

图2示波器原理框图 (1)示波管 示波管由电子枪、偏转板、显示屏组成。 电子枪：由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。灯丝通电发热，使阴极受热后发射大量电子并经栅极孔出射。这束发散的电子经圆筒状的第一阳极A1和第二阳极A2所产生的电场加速后会聚于荧光屏上一点，称为聚焦。A1与K之间的电压通常为几百伏特，可用电位器W2调节，A1与K 之间的电压除有加速电子的作用外，主要是达到聚焦电子的目的，所以A1称为聚焦阳极。W2即为示波器面板上的聚焦旋钮。A2与K之间的电压为1千多伏以上，可通过电位器W3调节，A2与K之间的电压除了有聚焦电子的作用外，主要是达到加速电子的作用，因其对电子的加速作用比A1大得多，故称A2为加速阳极。在有的示波器面板上设有W3，并称其为辅助聚焦旋钮。 在栅极G与阳极K之间加了一负电压即U K﹥U G，调节电位器W1可改变它们之间的电势差。如果G、K间的负电压的绝对值越小，通过G的电子就越多，电子束打到荧光屏上的光点就越亮，调节W1可调节光点的亮度。W1在示波器面板上为“辉度”旋钮。 偏转板：水平(X轴)偏转板由D1、D2组成，垂直(Y轴)偏转板由D3、、D4组成。偏转板加上电压后可改变电子束的运动方向，从而可改变电子束在荧光屏上产生的亮点的位置。电子束偏转的距离与偏转板两极板间的电势差成正比。 显示屏：显示屏是在示波器底部玻璃内涂上一层荧光物质，高速电子打在上面就会发荧光，单位时间打在上面的电子越多，电子的速度越大光点的辉度就越大。荧光屏上的发光能持续一段时间称为余辉时间。按余辉的长短，示波器分为长、中、短余辉三种。 (2)X轴与Y轴衰减器和放大器 示波管偏转板的灵敏度较低(约为0.1～1mm/V)当输入信号电压不大时，荧光屏上的光点偏移很小而无法观测。因而要对信号电压放大后再加到偏转板上，为此在示波器中设置了X轴与Y轴放大器。当输入信号电压很大时，放大器无法正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器损坏，因此在放大器前级设置有衰减器。X轴与Y轴衰减器和放大器配合使用，以满足对各种信号观测的要求。

EPM5600多功能电参数测试仪使用说明书

EPM5600多功能电参数测试仪使用说明 主要技术指标： 供电电压AC85V~265V功耗<1.5W工作频率45~65Hz 功率测量范围0~2000W功率分辨率0.01W[1]功率测量精度0.5%FS 电压输入范围AC2V~300V电压分辨率0.1V电压测量精度0.5%FS 电流输入范围AC0~10A 电流分辨率0. 001A 电流测量精度0.5%FS 功率因素测量范围0~1.000 功率因素分辨率0.001 功率因素测量精度0.5%FS 年用电量测量范围0~9999 KWh 年用电量分辨率0.01KWh[2]年用电量测量精度0.5%FS 年度电费测量范围0~9999 年度电费分辨率0.01[3]年度电费测量精度0.5%FS 采样速率2次/秒显示方式6组5.6寸数码管显示 超限显示"HHHH"安装方式螺钉安装 外形尺寸128.0mmx135.0mmx32.0mm[4] 工作环境温度0~50℃工作环境湿 ≤85% RH 度 注：[1]功率小于100W时测量分辨率为0.01W，功率大于等于100W时测量分辨率为0.1W，功率大于等于1000W时测量分辨率为1W [2] 年用电量小于100KWh时分辨率为0.01KWh，年用电量大于等于100KWh时分辨率为0.1KWh，年用电量大于等于1000KWh时分辨率为1KWh [3] 年度电费小于100时分辨率为0.01，年度电费大于等于100时分辨率为0.1，年度电费大于等于1000时分辨率为1 [4]该尺寸为含面板的尺寸，不含面板深度为29.0mm 面板布局及接线说明：

接线说明： 1，2脚接AC85V~265V范围内的交流供电电压，3，4脚接接负载供电电压，5，6脚接负载。1，2脚之间电压范围为AC85~265V,3，4脚之间电压范围为AC2~300V。接线一定要按照上图所示接法，否则可能对测试仪造成损坏。 注意：EPM5600为裸板设计,接通电源后板子带高压,禁止身体任何部分接触线路板。 按键设置说明 设置每天小时数 工作状态下按“每天小时数调节按钮”2秒以上进入小时数设置模式，再按一次该按钮每天小时数加1，小时数为24时再按该按钮小时数返回1，设置好之后2秒自动返回工作状态。调节过程中长按该按钮可实现快速调节。 设置电费费率 工作状态下按“电费费率设置按钮”2秒以上进入电费费率设置模式，再按一次该按钮电费费率增加0.01，该模式下按一次“每天小时数调节按钮”电费费率减小0.01，设置好之后2秒自动返回工作状态。电费费率可在0.01-99.99之间调节，调节过程中长按该按钮可实现快速调节。 注意事项 1.仪表不能工作在高温高湿环境，请按正常温湿度使用范围使用； 2.仪表用于交流电参数的测量，不能用于直流参数的测量； 3.仪表的工作电压不能超过AC265V，测量电压不能大于AC300V； 4.工作电流大于10A或者负载短路时可能会导致保险丝烧毁，更换新的保险丝一定要用10A的保险丝； 5.存储和使用时不要让仪表暴露在多尘、腐蚀性气体及其他有害物质的环境中； 6.使用过程中切莫碰触仪表除面板之外任何部分，使用过程中仪表都带高压电，以免引起触电。 常见问题 1.通电后仪表不亮，应检查电源线是否接好； 2.通电后仪表仅显示电压，其他参数显示全零，可能是保险丝烧毁，需要更换保险丝； 开孔尺寸(单位mm)：

智能电参数测量仪说明书

_________________________________________________________________ 智能电参数测量仪 IV-1001/1002/1003 使 用 手 册 ___________________________________________ 第一章概述 IV-1001/1002/1003智能电参数测量仪是集电压测试、电流测试、功率 测试、功率因数测试于一体的多功能测量仪。内部采用高速度处理器， 是一种智能式电工仪表。广泛应用于照明电器、电动工具、家用电器、

电机、电热器具等领域的生产企业的生产线、实验室和质检部门。 IV-1001/1002/1003智能电参数测量仪具有以下特点： 1、数字显示，读数直观； 2、四窗口同时显示真有效值电压、真有效值电流、峰值电流、功率、功率因数、频率，测试快速； 3、电压、电流量程自动转换，提高测量精度； 4、测量精度不受波形影响； 5、可靠性高，寿命长； *6、可自由设定上下限参数，有合格讯响功率。批量检测提高效率； 第二章 基本原理 基本原理如图1所示： 待测设备

图1 基本原理框图 如图1所示，仪器由模拟部分和数字部分组成。模拟部分主要由传感器、程控放大器、采样保持器和A/D 等电路组成。数字部分包含微型计算机、数据存储器和显示部分组成。 被测电压信号通过电压传感器后，信号降低为弱电压信号，根据信号大小，由微型计算机控制，进行程控放大，并通过采样保持器，由模拟/数字转换器A/D 把电压转换成数字信号，并把数字信号传输至微型计算机，计算出电压真有效值（U RMS ）并把数值输出到显示器显示。 被测电流信号通过电流传感器后，信号转换为弱电压信号，同被测电压一样，经过程控放大、采样保持、A/D 转换，在微型计算机里计算出电流真有效值（I RMS ）和电流峰值（I p ）后并显示。 电压真有效值（U RMS ）、电流真有效值（I RMS ）、有功功率（P ）、功率因数（PF ）峰值测量按如下公式计算： 上式中N 为以周期内采样的点数（周期取决于被测信号的频率），U i 和I i 为某一采样时刻的数值。 第三章 技术指标 一、测量范围和基本误差 IV-1001型 P =P U R M S I R M S ×P F = N 1 U i ×I i U R M S =Σ i =1 N N 1Σ i = 1N ()U i 2 I R M S =N 1Σ i = 1N (I )i 2

数字式电参数测试仪

数字式电参数测试仪 2010年安徽省大学生电子设计大赛 实验报告 竞赛题目：数字式电参数测试仪（F题）参赛队号： 2010232

系统总体设计方案 目录 一设计报告结构 (1) §1.1电子设计竞赛任务 (1) §1.2理论分析与计算 (1) §1.3摘要 (2) 二系统总体设计方案 (2) §2.1系统控制部分 (3) §2.2 A/D转换部分 (3) §2.3显示部分 (3) 三硬件设计 (4) §3.1电阻测量电路、电流测量电路、电压测量电路 (4) §3.2测频率电路 (5) §3.3 A/D转换电路 (6) §3.4 LED 显示电路 (6) 四软件设计 (7) §4.1软件流程图 (7) 五系统测试 (8) §5.1测试方法与仪器 (8) §4.2数据测量与分析 (8) 六总结 (10)

数字式电参数测试仪 设计报告结构一电子设计竞赛任务1.1§设计并制作一台能测量电阻、电压、电流、频率等电参数的数字 式测试仪。理论分析与计算§1.2、基本要求1（1）电阻测量范围：100Ω～100KΩ，相对误差<2%； （2）电流测量范围：100μA～10mA（电流源开路电压为10V），相对误差<2%； （3）电压测量范围：100mV～10V，相对误差<2%； （4）频率测量范围：100Hz～10kHz，相对误差<1%，输入信号为1V 的方波信号； （5）具有相应的功率测量功能。 （6）显示刷新周期≤2s； 2、电子设计竞赛发挥部分 （1）电阻测量范围：10Ω～1MΩ，相对误差<1%； ），10V（电流源开路电压为10mAμA～100）电流测量范围：2（．数字式电参数测试仪 ；相对误差<1% ；，相对误差<1%）电压测量范围：（3100mV～10V，

示波器图文教程_非常详细讲解

看到论坛有很多新手在问示波器怎么用，苦苦寻找示波器的教程.....以前用的大多是那种很大台笨重的模拟示波十M的价格都要好几千，小弟我也买不起，所以至今是只见过猪走路，没吃过猪肉。现在都是数字时代了，现0M的不到两千MB可买得一台了，小巧、彩色、而且可说像傻瓜式的，操作非常方便面，只需测量时按下上面了。 其实示波器在实际维修运用中，用得最多的就是测量晶阵、时钟频率、检修PWM电路及一些关键信号的捕捉，今天闲来没事就简单给大家演示一下示波器实际维修的运用及所测到的波形。 主演：安泰信ADS1102C 配角：我是刚来的 首先先请主演先登场吧 第一：检修不触发故障主板时，可以用示波器测32.768和25M（NF的板）晶振是否起振，非常直观，非常准确，万用表测晶振的两脚的压差不是也可以判断其好坏吗？没错，但是我要告诉你你只对了一半，有压差只能初步判也经常碰到有压差但不起振的故障，在没示波器下最好的方法就是代换一个。但如果我们有示波器，测其晶振两且下面标有对应的频率数值没有偏移，那么晶振肯定是好的。如图为实测32.768的波形

第二：在检修能上电不亮机故障时，首先就是测量主板各大供电是否正常，而如今的主板的供电方式大多彩用了来检测PWM控制电路是否正常工作，也是比万用表更准确更直观，正常工作时的波形为脉冲方波。如：如图为方波，表明CPU电路正常工作

表明内存供电电路正常

桥供电正常

第三：对于主板不亮故障，如以上测完主板供电都正常情况下，就要检测主板各时钟是否正常了。这时示波器的常准确的测出该点的时钟频率的数值，正常为一个正弦波。万用表测也行，一般33M为1.6V左右，66M为0.6左右，只是个大概判断，当然没示波器来的准确。 如图为实测的33M频率波形（测量点可用打值卡上测，或在PCI槽B16测到）

电池测试仪操作规程

仪器、设备操作规程版本0 名称电池测试仪操作规程文件编号SWISA0080020 电池测试仪操作规程 一、注意事项： 1、电池安装时应注意电池极性，严禁装反，否则回造成电池严重 损坏。 2、装电池时，应先捏住电池，将底部夹具压下，使电池与上夹具 脱开，倾斜取出；不可从夹具上直接将电池拿出，避免损坏上 夹具的电压检测针。 3、调整上夹具位置时，应尽量使夹具与电池配合紧密，增加电极 和电池接触的可靠性（参考上图）。注意：调整夹具使夹具和 电池可靠的接触，不可靠的电极接触会使电池测试过程出现问 题。但也不要调整到过大的力度，以免夹具划伤电池底部。

4、电池安放在夹具上的角度为最佳视觉角度为好，以方便适时观 察电池和夹具的接触是否可靠，也方便取下电池。 5、测试电极一定要严格对准电池电极，以防止测试电极将电池正 负极短路，造成电池损坏。（参考下图） ６、电池在测试过程中，严禁将相邻通道的电池和测试电极连接，因为每个测试通道会工作在不同状态和不同的电流模式。 二、测试安全设置： 1、使用安全保护参数。对于锂离子电池，安全保护电压可以设定在2.2V~4.4V之间，安全保护电流应大于测试电流的1.5陪。例如：恒流充电1000mA安全保护电流就可以设定为1500mA。使用安全保护装置，就可以在电池测试和化成过程中找到一些有问题的电池。比如短路和开路的电池，会因为电压保护参数而退出测试。

2、锂离子电池做恒流充电和恒流放电时，电压限制条件是首选的关键参数。一般上限在4.20V，下限为2.75V。 3、锂离子电池做恒流充电式的时间限制条件应根据电池的容量和测试使用的电流值来确定，设定的时间限制应大于额定容量测试时间（=电池的额定容量/充电电流值）。如果时间限制小于电池的额定容量测试时间，电池可能会在充电电压低于4.2V时转到4.2V的恒压源上面，就会在电池回路产生高的尖峰电流。例如：一个额定容量是1000mAh的锂离子电池，使用1C=1000mA的电流充电测试，事件限制在大于60min，一般用80min比较合适；如果使用0.5C＝500mA 的电流，时间限制在大于120min，一般用160min比较合适。 4、负斜率一般作为电池测试中的充电结束判断条件。在锂离子测试中，负斜率可以使有微短路和测试中出现问题的电池退出测试。 5、锂离子电池做恒流充电或恒压充电时的容量限制条件一般为额定容量。 6、恒流充电转恒流充电或恒压充电时，恒压源的设定值应等于恒流充电的终止电压值。例如：恒流充电到 4.2V，转恒压充电时恒压源的设定值应等于4.2V。 7、要注意重启动后的是否接续当前的工作状态，可调整“从□步启动”选项，从需要的步骤开始工作。

计算机应用基础知识概述

第1章 计算机应用基础知识概述 第2讲 计算机应用基础知识概述(二) 教学目标及基本要求： 1、掌握计算机软件系统的构成，软件的概念、特点及分类 2、了解指令、语言、程序的概念。 3、掌握计算机的基本工作原理。教学重点： 软件的概念、特点，存储程序原理。教学难点： 存储程序原理。教学内容： 1、系统软件、应用软件 2、程序设计语言、计算机的指令、计算机的程序 3、计算机的工作原理、计算机的基本工作过程教学时间： 1学时 主要内容： 1.3.3 计算机软件系统的构成 软件：在硬件设备上运行的各种程序以及有关资料，主要由程序和文档两部分组成。 1．系统软件 指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件。它是为整个计算机系统所配置的、不依赖于特定应用领域的通用性软件。它扩大了计算机的功能，提高了计算机的工作效率。系统软件是不可少，一般由生产厂家或专门的软件开发公司研发，其他程序都在它的支持下编写和运行。系统软件主要包括操作系统和实用系统软件。（1）操作系统 ? 概念：操作系统（Operating System ，OS ）是直接运行在裸机上的最基本的系统软件， 是系统软件的核心，其他软件必须在操作系统的支持下才能运行。它控制和管理计算机系统内各种软、硬件资源，合理有效地组织计算机系统的工作。 ? DOS 、Unix 、Windows （95、98，2000、xp 等） （2）实用系统软件 ① 语言处理程序 ? 概念：将非机器语言的程序通过解释或翻译成与其相对应的机器指令后，使其被计算机 执行。 ? 要点： ● 计算机只能直接识别和执行机器语言程序。非机器语言的程序必须通过解释或翻译 成与其相对应的机器指令后，才能被计算机执行 ● 一般将用高级语言或汇编语言编写的程序称为源程序，而将已翻译成机器语言的程 序称为目标程序，不同高级语言编写的程序必须通过相应的语言处理程序进行翻译。 ● 计算机将源程序翻译成机器指令时，通常有两种翻译方式：编译方式和解释方式， 具体如图1-7所示。 图1-7 计算机语言处理程序的翻译过程 ● 经编译方式编译的程序执行速度快、效率高。 ● 语言处理程序主要有：汇编程序、解释程序和编译程序。汇编程序用来处理汇编语

计算机应用基础完整版

计算机应用基础集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]

期末作业考核 《计算机应用基础》 满分100分 一、判断对错（每小题1分，共10分） （√）1．冯.诺依曼提出的计算机体系结构奠定了现代计算机的结构理论基础。 （×）2．DOS操作系统是一个单用户多任务操作系统。 （√）3．没有装配软件系统的计算机不能做任何工作，没有实际的使用价值。 （×）4．Windows中的记事本和写字板都不能插入图片。 （×）5．Windows回收站中的文件不占有硬盘空间。 （√）6．在Word中可以实现文字环绕图片的效果。 （×）7．在Excel中，选取连续单元格必须用ALT键配合。 （×）8．在PowerPoint中，只有备注视图和母版视图状态可以对母版进行编辑和修改。 （×）9．用户可以对某张幻灯片的背景进行设置而不影响其它幻灯片。 （√）10．文件型病毒传染的对象主要是.COM和.EXE类型的文件。 二、计算题（每小题8分，共16分） 1．设汉字点阵为32×32，那么100个汉字的字形码信息需占用多少字节？ 2．将二进制数100101转换对应的十进制数和对应的十六进制数。 三、简答题（每小题8分，共40分） 1．计算机由哪五部分组成？请解释各部分的功能，并画出它们的工作原理图。 答：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。运算器是执行算术运算和逻辑运算的功能部件。控制器是按照人们预先确定的操作步骤，控制计算机各部件步调一致的自动工作的功能部件。存储器是用来存储信息的功能部件。输入设备是用来接受用户输入的原始数据和程序，并把它们转变为计算机能识别的形式存放到内存中。输出设备是用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所接受的形式。 2．简述什么是裸机？ 答：把电脑的各个配件简单的组装了起来，而没有装上任何软件叫裸机 3．INTERNET提供的服务有哪些？ 答：INTERNET提供的服务功能有电子邮件（E-mail）、WWW(WorldWideWeb)、文件传输(FTP)、远程登录(TELNET)、菜单式检索器(Gopher)、查询(Archie)、 WIAS(WideAreaInformationService)、电子公告板（BBS）、电子论坛、名录服务等。 4．在Word中如何输入“二○一○年”的字样，有几种简便方法？ 5．

电参数动态平衡测试仪操作手册

DJ-33Ⅲ型电参数动态平衡测试仪 使用说明书 山东力创科技有限公司

1、功能与特点概述 ●电参数动态测试仪是一种体积小、结构紧凑、低功耗，便携式的适合于测量油田抽油 机性能的测量仪器。 ●该仪器采用电磁隔离和光电隔离技术，电压输入、电流输入及输出三方互相隔离。 ●电参数动态测试仪能在线（设备不停电）测量线路的电参数。 ●该仪器测量范围宽，能应用于不同的线路，该仪器能够测量三相三线制及三相四线制 的电参数。 ●该仪器能测量线路的线（相）电压、电流，功率因数、无功功率、有功功率、有功电 量，无功电量。 ●测量时不必外挂电源，开机后可以根据汉字提示进行操作，简单方便。 ●该仪器带有RS232通讯接口，与上位机接口方便，测量数据可以经过上位机处理后输 出，亦可以用微打输出，打印机为嵌入面板式微型打印机。 ●该仪器测量范围宽，具有自动切换量程功能，这是该仪器特有的功能，并在测量范围 内保证测量精度。 ●数据存储功能，该仪器能够存储30口抽油机的电参数，当仪器掉电后数据不丢失。 ●在测量中，所测量的电参数值能够在液晶屏上进行动态显示。 ●能够采集抽油机一个冲程的瞬时有功功率值，并根据有功功率值进行功率-时间曲线显 示。亦可通过串口将所采集有功功率值上传给计算机，在上位机上进行曲线显示。 ●能够分析一个冲程内的上冲程功率的最大、小值以及下冲程内的功率的最大、小值， 便显示其值，计算上下冲程内的功率最大值的比值。 ●能够计算一个冲程内的负有功总量与正有功总量的比值，从而可以知道目前油井配重 是否合理，此方法为利用有功功率法来判断油井配重是否合理。 ●能够采集上下冲程的电流，分析上下冲程的最大值以及最小值，计算上下冲程的电流 最大值之比，次方法为传统的电流法来判断抽油机是否平衡，也就是常说的电流法。 ●注：如何看待抽油机是否平衡？