荧光光纤温度传感器利用光纤技术的远距离传输, 避开了恶劣的测温环境, 相较传统有源测温设备的接触式测量, 更适合在强电磁场、高压腐蚀等极端环境下的温度检测。针对传统的单通道电路读出结构易受外界干扰的弊端, 本文设计了一种双通道的小型实用的荧光测温系统。整个测温系统分为光路设计、电路设计和程序设计 3个部分。采用两路通道差分相减的创新思想, 完全消除了直流分量且基本不含有随机噪声, 从而得到了单一光滑的荧光衰减信号。最后通过标定实验, 得到荧光寿命与温度之间的函数关系。实验结果表明, 在 10~130 ℃的温度范围内, 标准温度偏差为 0.5 ℃, 基本满足强电磁场、高压腐蚀、微波热疗等一些恶劣环境下的测温需求。

忆阻理论的提出极大地推进了混沌系统的发展, 丰富了混沌电路的动力学行为。运算放大器因其强大的信号处理能力, 成为忆阻器电路模型的重要组成部分。本文基于低功耗差分对构建了一种极简化的运算放大器, 该运算放大器将所需晶体管数目减少至 2个; 以此运算放大器为基础, 设计了新型二阶磁控忆阻器的模拟等效电路模型和硬件实验电路。结果表明: 激励信号频率增加, 斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积减小; 激励信号幅度增加, 斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积增加。电路仿真结果与硬件电路实验结果验证了新型磁控忆阻器模型的有效性与设计方法的正确性。

高光谱成像技术（HSI）是基于非常多窄波段的影像数据技术, 将成像技术与光谱技术相结合, 获取高光谱分辨率的连续、 窄波段的图像数据, 因其快速、 无损的特点, 被广泛应用于食品、 农产品、 中药材等样品的快速鉴别。 道地药材新会陈皮具有较高的市场价值, 且陈化（贮藏）年份越久市场价格亦越高, 市场人工鉴别准确率低、 难度大。 基于高光谱技术结合化学计量学方法, 建立不同陈化年份新会陈皮的快速无损鉴别方法。 采集5个陈化年份样品在可见-近红外波段（400～1 000 nm）的高光谱信息, 提取高光谱图像感兴趣区域（ROI）的平均光谱值作为样本原始光谱。 经黑白校正后获得标准数据, 通过多元散射校正（MSC）、 一阶导数（D1）、 二阶导数（D2）、 SG平滑（SG）和标准正态变量变换（SNV）5种预处理方法对数据进行降噪处理后, 结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA) 、 随机森林（RF）和支持向量机（SVM）等方法建立分类鉴别模型, 以预测结果的准确率作为评价指标筛选最佳模型, 使用混淆矩阵（confusion matrix）评估模型分类性能。 结果表明, 外表皮数据以MSC结合PLS-DA方法为最优鉴别模型, 预测集鉴别准确率达到97.59%； 而内表皮数据则以原始数据结合PLS-DA方法为最优鉴别模型, 预测集鉴别准确率亦达到97.59%。 采用内表皮数据, 进一步采用连续投影算法（SPA）选择19个特征波长建模, 整体判别准确率仍可达90%以上。 通过SPA方法提取的特征波长建模可以达到与全波长模型相似的识别效果, 去除冗余变量可以大大降低模型的复杂性, 减少模型的运算时间。 该研究建立的高光谱技术结合化学计量学的方法可实现不同陈化年份新会陈皮样品的快速无损鉴别, 为专属小型化仪器装备系统的开发提供了理论依据。

设计了一种无运放带隙基准电路，该电路采用电压自调节技术来稳定输出基准电压，并实现该带隙基准电路在较宽频率范围内的高PSRR。该基准采用无运放结构，在降低电路复杂性的同时，避免了运算放大器的失调电压对输出基准的温度系数的影响。基于0.18 μm BCD工艺，在Cadence环境下仿真得到该电路在10 Hz时，PSRR为-94 dB，在1 MHz时，PSRR为-44 dB；在-40~125 ℃温度范围内，温度系数为4×10-6/℃；包含启动电路在内，该电路静态电流约为14 μA，片上面积约为0.016 mm2。

手术导航综合运用器官分割建模与手术规划、位姿标定与跟踪定位、多模态图像配准与融合显示等技术，使医生精确定位病灶与手术工具的位置，透过组织表面对内部组织进行观测，可大幅提升手术的安全性，缩短手术时间并提高手术效率。常规手术通常使用超声、内窥镜或X光等单模态影像进行手术过程引导，信息单一且均为二维影像，空间立体信息缺失，手术过程严重依赖医生经验；而多模态图像引导的手术导航技术通过融合多模态图像的优势，在三维空间提供病灶的结构或功能信息，大幅提升医生对血管、神经以及重要组织结构的空间辨识力。由此，本文针对多模态图像分割建模、手术方案决策、手术空间位姿标定与跟踪、多模态图像配准、图像融合与显示等多模态图像引导手术导航的关键技术进行总结和分析，提出其进一步发展面临的挑战并展望其未来发展趋势。多模态图像引导手术导航技术已成为神经外科、颅颌面、骨科、经皮穿刺、血管介入等临床科室精准治疗的新兴手段，具有重要的应用前景。

基于半导体工艺器件仿真软件和Matlab编程，对光子探测概率（PDP）进行了建模和实验表征。进一步考虑器件表面二氧化硅薄膜的光透射性，可以准确预测单光子雪崩二极管（SPAD）的性能。将模拟结果与采用0.18 μm标准双极-互补金属氧化物半导体-双重扩散金属氧化物半导体（BCD）工艺设计和加工的SPAD的结果进行比较。结果显示，PDP的预测结果与实验结果之间具有良好的一致性，平均误差为1.72%。该模型可以减少商用器件仿真软件中存在的不收敛问题，极大减少了开发SPAD器件新结构所需的时间和成本。

当前忆阻器等效电路中的传统运算放大器存在功耗高、噪声大等问题。针对这些问题,基于简化差分对设计了两种极简化的运算放大器。通过电路仿真对两种简化运算放大器与传统运算放大器进行功耗与噪声仿真分析。结果表明,与三种传统运算放大器相比,该简化运算放大器的功耗最低,抗噪声性能最优。运算放大器的总功耗为15 mW,等效输出噪声电压为11.55 nV·Hz-1/2,噪声系数为35.873 dB。基于两种简化运算放大器,设计了一种二阶荷控忆阻器等效电路。通过理论分析、电路仿真和硬件电路板基实验,对该等效电路的忆阻特性进行了分析与验证。

设计了一种应用于有源箝位正激变换器拓扑的线缆压降补偿电路。在适当时刻对电路CS引脚进行采样,得到负载电流信息,再根据该信息自适应调整误差放大器的基准电压,有效降低了负载调整率,提高了输出电压精度。该电路基于0.18 μm 40 V BCD工艺设计。仿真结果表明,在3~30 A负载电流范围内,未经线缆补偿时,有源箝位正激变换器的整体负载调整率为9.8 mV/A;引入线缆补偿后,整体负载调整率降低为0.096 mV/A,仅为未经线缆补偿前的0.98%。

基于正激变换器结构,设计了一种实时自适应前沿消隐电路。通过振荡时间消隐和振荡幅度消隐,对最优消隐时间进行追踪,实现实时自适应的前沿消隐,在保证消隐可靠性的基础上降低了系统体积与成本,并确保不限制电路高频化发展。设计的前沿消隐电路能获得消除尖峰振荡的输出电流信息,保证系统能对输出负载变化做出快速响应。基于0.18 μm BCD工艺,对电路进行设计。仿真结果表明,该电路在没有其它额外限流功能条件下,启动过冲电压只有50 mV,负载切换时的下掉电压与过冲电压分别为519 mV和578 mV。