关键词： CMOS温度传感器   低功耗   电压补偿   亚阈值区电流   浅槽隔离效应  

摘要： 随着科学技术的快速发展和社会发展水平的不断提高,半导体器件性能的不断研究和突破,使得相同面积上电路的集成度越来越高,导致整个电路的温度不均匀性问题不断增加。由此可知,温度传感器对于现代高性能微处理器和片上系统的温度管理越来越重要。通常数十个温度传感器会安装在同一颗芯片上,用于实时冷点和热点检测。在不同应用条件下温度传感器对应不同的性能要求,如在工业控制领域,传感器应该具有宽量程指标,对感温精度的需求却较为宽泛;在智能可穿戴消费电子领域,传感器应该具有低功耗和小尺寸的特点;而对于片上温度管理而言,传感器需要具有低功耗,小尺寸,宽量程以及高电源抑制能力的特点。CMOS温度传感器,其具有小尺寸,低功耗,低成本以及易于集成的突出优势适合片上热管理应用,因此得到学术界科研人员的广泛关注。本文对CMOS工艺的温度特性进行了仔细研究并且综合上述应用领域温度传感器的性能要求,设计出一款温度传感器。此温度传感器由电压补偿模块,感温模块,电流-频率转化模块以及计数器模块构成,具有低功耗、小尺寸、宽量程、以及高电源抑制能力。电压补偿模块利用栅极隧穿电流产生CTAT电压对感温模块进行电压补偿;感温模块中利用亚阈值区电流比值进行感温,满足低功耗小尺寸的要求;电流-频率转化模块采用电流比较器的方式,减小了电路的面积和功耗;计数器模块利用可编程计数器,在将频率比值转化为数字信号输出的同时可以实现分辨率可调。此外,基于对浅槽隔离效应和衬底偏置效应仔细分析和充分利用,克服了传感器感温精度随工艺角恶化严重的缺点。基于40nm CMOS工艺,对本文提出的温度传感器进行设计验证。整体电路的功耗为73n W,符合低功耗的应用要求。在-40℃-125℃的感温范围内,所有工艺角能满足-1℃/+0.7℃的感温精度,并且其电路面积仅为0.004mm,适合多集成领域的应用。在1.4V-1.8V电源电压范围内,温度传感器的感温精度优于1.3℃,电源灵敏度小于1.5℃/V。

关键词： 数字集成电路   设计   低功耗  

摘要： 为降低数字集成电路功耗、提高数字集成电路的使用性能，本文将从数字集成电路设计的角度出发，进行电路低功耗优化设计方案分析，明确数字集成电路及其系统架构功耗与低功耗优化设计要点，重点对数字集成电路设计中门级电路设计进行研究，逐步分析门级层面低功耗设计的方法，同时对低功耗设计与物理实现进行阐述。通过对数字集成电路低功耗设计的可测性分析，降低电路低功耗优化测试的误差，明确有效测试电路能耗的方法与注意要点，以期为数字集成电路低功耗优化设计项目提供参考。

关键词： 物联网   嵌入式系统   低功耗   调度策略   模糊逻辑   5G通信  

摘要： 区别于普通计算中函数与变量的一一对应关系,模糊计算中的变量可以对应多个状态值。针对模糊计算的这个特性,本文提出了一套基于模糊逻辑的调度策略,在保证测量数据精度的前提下,有效减少物联网应用在测量环境数据时的功耗,给出了小型嵌入式物联网应用测量环境数据时优化功耗的可行性策略。并搭建了一个基于ARM微处理器的小型测试平台,对该调度策略进行了基于实测数据的验证,证明了其可行性。

关键词： 测井仪   煤矿井下   数据采集   低功耗   控制电路  

摘要： 数据采集与控制电路是测井仪核心电路之一,具有对钻孔轨迹信息及地层信息进行采集、存储及上传的纽带作用。基于煤矿井下实际的应用环境,提出了数据采集与控制电路设计的要求及其应该具备的功能电路。设计了以微功耗、高性能、高集成度的STM32单片机为核心的数据采集与控制电路并在实验室环境下,对设计电路进行了测试,测试结果表明:设计的电路能够按照下发的工程参数有效采集并存储待测信息,经无线WiFi进行测量数据上传,电路运行稳定、体积小、实测功耗低,满足预设的技术要求。

关键词： STM32   NB-IoT   低功耗   放射源  

摘要： 放射源监测的广泛应用关键在于在线监测装置小型化及长巡航,针对此问题,本研究构建和设计了一套基于STM32和NB-IoT的超低功耗的放射源监控系统.以STM32作为系统微控制器,BC20模组作为NB-IoT通信模块,完成低功耗硬件设计和软件算法开发,实现放射源实时剂量监测和定位监测.结果表明,设备尺寸小,功耗低,续航时间长,可以满足实际应用需求.

关键词： 低功耗   低噪声   时钟同步  

摘要： 高精度磁场测量模块主要用于地质、地球物理、国防等科学领域。现有的三分量磁场测量模块存在便携性差(需要连接PC交互)、本底噪声水平高、续航时间短等不足。针对现有磁场测量模块的不足,对便携式三分量磁场测量模块进行研发,研制了高精度数据模块,开发了Android手机端控制程序,并进行了性能指标测试。测量模块支持Android手机端交互,具有本底噪声水平低(动态范围>121dB@fs=1000 Hz)、同步精度高(时间漂移±0.87 ms/day)、续航时间长(可连续工作一周)、扩展性强(支持多种磁通门传感器)的特点。便携式三分量磁场测量模块设计便携、简单易用,适合野外测试使用。

关键词： 片上网络   多线程应用程序   拥塞避免   路由算法   虚拟通道  

摘要： 在多线程程序执行过程中,遇到同步屏障(Barrier)时,进度快的线程需要等待进度慢的线程,导致执行进度快的处理器处于等待状态,不仅影响性能且浪费功耗。对基于片上网络的多核处理器来说,数据包在网络中的路由过程所耗费的时间占据了较多的线程执行时间。为了均衡多线程的执行进度提升性能,本文提出了线程感知的虚拟通道分配和片上网络路由方案:一种动态的为执行进度慢的线程优先分配虚拟通道的机制AVCA和关键线程拥塞避免的路由策略CTCAR。实验结果表明,与传统没有线程感知路由算法相比,本文所提出的组合方案可以有效降低多线程应用程序数据包在片上网络传输时的平均延迟。

关键词： 433 MHz   2.4 GHz   仓储显示标签   低功耗  

摘要： 由于传统有线仓储显示标签在可移动等方面的局限性,基于433 MHz的无线标签系统是替代有线标签系统的最佳方案之一。为解决无线方案的功耗问题,通过硬件选型、设计开关电路和优化软件工作流程实现系统低功耗设计。测试结果显示,优化设计后的系统平均静态电流为1.768μA;系统唤醒工作时,平均动态工作电流约为5.417μA;每天刷屏6次以内,满足纽扣电池供电条件下,5年以上的使用寿命。通信性能方面,当通信距离小于20 m时,丢包率低于5%,通过重发机制,可以将丢包率控制在3‰以内,优于2.4 GHz方案。该应用场景下,两种频段标签的通信速度无显著差异。

关键词： 输电线路   无信号区   通信装置   MESH组网   低温电源  

摘要： 对一款无信号区通信装置进行研发,此装置可与输电线路监测装置配合使用,实现对无信号区的输电线路状态的全面监控。依次从无信号区通信装置的硬件设计、无信号区高性能低功耗通信模块的通信算法优化、太阳能供电和低温电源技术设计、无信号区自组网方案设计四个方面对这个装置的关键技术进行分析。分别介绍了技术难点、关键点和实施方案。解决了项目中无信号区通信装置的硬件设计问题、无信号区通信装置的通信算法优化问题、太阳能供电和低温电源技术设计以及无信号区自组网方案设计的问题。得出依据此方案设计研制的装置可以满足项目的需求,实现无信号区通信的功能。