关键词： 无线传感器网络   低功耗模数转换器   逐次逼近   开关算法   比较器  

摘要： 在应用无线传感器网络的医疗监测、移动设备等场合,设备需要较长的使用寿命,而电池很难频繁更换。模数转换器（ADC）作为其中的重要模块,亟需进行低功耗处理。逐次逼近模数转换器（SAR ADC）结构简单、能效高,在低压低功耗设计上具有很强的竞争力。论文设计了一款应用于无线传感器网络的12bit 500k S/s低电压低功耗SAR ADC。提出了一种基于半休眠结构的低功耗开关算法,将每步切换引起的电容型数模转换器（DAC）顶板电压变化均增加至一般开关算法的两倍,因此在相同量程下,DAC最高参考电平降至原先的一半,过程中多次使用“合并开关”无源产生所需第三电平,大幅降低开关功耗,只在比较最低位码值时进行单端切换,使DAC输出共模电平仅发生0.5LSB偏移。与传统开关算法相比,本文开关算法节省了99.22%的开关功耗和75%的单位电容数量。设计了基于该开关算法的ADC架构及其具体电路,其中,比较器采用预放大级动态偏置的级联输入结构,动态偏置结构无需复杂的控制逻辑即可避免输出节点完全充放电,降低比较器功耗,级联结构则有助于提高增益,减小比较器噪声;采样开关为双倍的栅压自举结构,在低电压下可维持较小的导通电阻,保证采样精度和线性度。基于SMIC 180nm CMOS工艺绘制版图,ADC核心版图面积为755μm×555μm,后仿真结果表明,电源电压为0.6V,采样率为500k S/s时,在近奈奎斯特输入频率下,ADC有效位数（ENOB）为11.44bit,信噪失真比（SNDR）为70.63d B,无杂散动态范围（SFDR）达到79.41d Bc,功耗仅为1.96μW,品质因数（Fo M）为1.41f J/conv-step。实现了本次的设计指标。

关键词： 室内定位   位置估计   定位算法   Kalmn Filter   Particle Filter  

摘要： 近年来,由于人们对室内定位的要求日益增加,然而技术方面尚未能实现一个完备的室内定位方案,所以提高室内定位可靠性、提升室内定位准确率成为备受关注的研究点。所以,论文主要针对基于TDOA的室内定位系统展开了探讨研究,以提高室内定位的精度,主要工作如下:（1）室内定位系统的同步模型很大程度上影响了定位性能,因此需要建立一个能真实反映定位系统同步特性的定位模型。论文主要探讨和研究了TDOA的时间同步和定位模型,并给出了时间同步和位置联合计算的终端节点与基站节点的距离估算方式,并简单阐述了基站节点与终端节点位置距离估算的基本理论,基于TDOA技术,分别考虑了不考虑时差和考虑时差的距离估算方式,并分别做了仿真试验与研究分析,检验了距离估算算法的复杂性和准确性。（2）针对终端节点运动过程中的定位误差处理问题,在研究了EKF技术的理论前提,提出了自适应EKF算法。仿真结果显示,通过自适应EKF算法实现的终端节点定位误差相比较于传统的EKF算法,其定位误差平均降低了超过三分之一,其中动态终端节点的定位误差平均为0.239米,静态终端节点的定位误差平均为0.106米。（3）在经典卡尔曼滤波的定位算法基础上,研究出了一种融合粒子滤波与卡尔曼滤波的优化算法,以此进行基于TDOA技术的室内定位。这种方法可以通过粒子滤波实现对终端节点的位置预测,然后通过卡尔曼滤波来对粒子滤波预测的终端节点位置进行调整。在室内环境中,分别对处在运动和静态情况下的终端节点位置距离进行了测量,结果表明本文给出的方法可以对处在静态情况下的终端节点位置距离有94.5%的几率实现米级的定位精度。对经过改进的室内定位方法进行了仿真试验和效果分析,结果显示,本文中给出的室内定位算法的定位精度及稳定性要高于现有位置估计算法,在相对繁冗的室内环境中也能够达到米级的定位精度标准。静止的终端节点其定位误差减少了28.7%,而运动状态下的终端节点的定位误差减少了35.9%,已达到提高室内定位精度的要求。

关键词： MEMS加速度计   sigma-delta调制器   低功耗   反相器  

摘要： 微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS),指尺寸可以达到毫米及以下的高集成化科技装置,在此技术基础上产生的MEMS加速度传感器由于功耗低、体积小、价格低廉等优点,广泛应用于麦克风、姿态控制、振动检测等方面。由于MEMS加速度计在日常生活中的广泛应用,在保持其精度的同时,如何降低功耗,是当下研究的热点。MEMS加速度计检测电路是MEMS传感器的核心模块之一,其性能优劣、功耗高低能直接影响到传感器的整体水平,本论文设计研究一款应用于振动监测的低功耗MEMS加速度计检测电路。本文通过调研,选取了精度和实用性更高且与CMOS工艺更为兼容的电容式闭环反馈结构进行设计。电容式MEMS加速度计闭环检测电路由MEMS敏感单元、电容电压转换(Capacitor Voltage Conversion,CVC)电路、噪声整形模块、比较器和静电力反馈模块构成。加速度信号通过敏感单元转化为电容信号,再通过CVC电路转换为电压信号,噪声整形模块对模拟电压信号进行滤波去噪,进而比较器对噪声整形后的电压信号进行处理,从而输出数字比特流信号,静电力反馈模块将输出的数字信号反馈至敏感单元,最终实现整体sigma-delta闭环控制。同时为提高整个闭环系统的精度、信噪比和稳定性,还需要对噪声整形模块进行优化设计。使用反相器代替运算放大器搭建CVC电路,降低整体功耗,并通过简化噪声整形函数、选择可再生比较器进一步降低电路功耗。针对MOS开关的电荷注入、时钟馈通效应,采用互补开关、使用两相不重叠时钟和延时时钟来降低误差;针对积分器的运算放大器引入的非理想性,本文引入了相关双采样。本设计使用MATLAB/Simulink对整体系统进行建模、系统搭建与行为级仿真,使用Cadence Virtuoso软件进行电路设计与仿真,采用高温0.18μm工艺,进行版图设计,并使用veriloga进行建模与电路级系统仿真,结果表明,在5Hz～200Hz范围内的输入加速度信号,仿真精度可达107.7197d B,有效位数为17.6013bit,3.3V电源电压下功耗为1.345m W,检测电路结果满足设计要求。

关键词： 片上网络   功率门控   旁路   拥塞感知   路由算法  

摘要： 随着制造工艺的精进,静态功耗逐渐成为路由器的主要功耗来源之一。同时为了解决片上网络中长距离多跳传输带来的高延迟和高功耗,将无线通信技术加入片上网络芯片中,从而产生了无线片上网络。无线收发器的加入和布置,使得无线片上网络中的流量更加不均衡,普通的路由技术不考虑拥塞信息,加剧了片上网络的拥塞,使得网络很快达到饱和。基于以上发现及考虑,本文针对NoC提出高效的功率门控策略,针对Wi NoC的拥塞问题提出了新的拥塞感知路由机制。论文的主要工作如下:(1)对基于片上网络架构的多核系统高功耗问题,本文提出了一种基于数据包分类的功率门控策略,并修改路由器架构。在本文方案中,首先对数据包进行分类,其次利用旁路对分类数据包进行不同的处理,来绕过休眠路由器,从而降低由于功率门控的应用而导致的额外数据包延迟和功耗。旁路可以保证路由器休眠时的数据包传输,增加休眠路由器的休眠时间,减少静态功耗。数据包的分类处理使得路由器的休眠和唤醒更加合理高效。仿真结果表明,本文方案能明显减少路由器的静态功耗和网络的延迟,相比传统的功率门控技术,最大减少72.4%静态功耗和16.8%平均数据包延迟;相比经典的采用功率门控的旁路路由器,减少12.4%静态功耗和4.7%平均数据包延迟。路由器的额外硬件开销仅增加了3.2%。(2)对基于无线片上网络中子网内和无线节点拥塞问题,本文提出了一种轻量级的拥塞感知路由机制。在本文方案中,首先通过信息捎带方式将拥塞信息写入Head Flit中进行传播,信息捎带方式不引入拥塞信息传播开销,其次通过三跳拥塞感知路由算法进行端口选择,选择拥塞值最小的端口进行传输,减少子网内的拥塞,然后通过新的有线无线数据包划分方式减轻无线节点拥塞,最后通过动态MAC机制,降低无线节点功耗。实验结果表明,本文方案能减少子网内拥塞,平衡子网间负载,降低无线节点功耗,与采用自适应路由算法的基础无线片上网络相比,本文方案能够降低44.6%的延迟;与采用全局拥塞感知路由算法的无线片上网络相比,本文方案能够降低21.8%的延迟;且在各种流量模式下都提高了饱和吞吐量,路由器的额外硬件开销仅增加0.04%。

关键词： 远程监测   主动队列管理   多线程   物联网  

摘要： 目前，各级医疗机构广泛使用医疗设备和仪器进行诊疗，医疗设备的重要性与日俱增，保障其稳定和无差错地运行，不仅是对患者负责，也为医疗机构降低维修开支提供了保证。现阶段，我国对于医疗设备的监测手段多数为人工观察和定期巡查的方式，但上述方法无法及时发现医疗设备外围环境和机械部件运动状态的异常，也不能精确定位问题所在。因此，这将极易导致设备故障扩大，并给医疗机构和患者带来风险。　　推进物联网技术在医疗设备监测系统的应用，是保证医疗设备正常运行、降低风险的有效途径，能够加快医疗服务业智能化管理。NB-IoT技术、IP拥塞控制以及多线程数据接收技术的运用，对于实现高效、低成本的远程数据监测系统起到了关键作用。本文结合物联网相关概念和技术，设计并完成了基于NB-IoT的远程医疗设备监测系统的相关研究。具体研究工作如下：　　（1）结合远程医疗设备监测系统的发展背景、应用现状和实现方法，在现有问题与实际需求的基础上，对系统业务流程及功能需求进行分析，并依托NB-IoT、主动管理算法、WinForms窗体程序对系统架构进行总体设计。整个系统包含数据节点模块、服务器软件和终端程序三个部分。　　（2）数据节点模块由STC12C5A60S2MCU与M5311系列NB-IoT模组构成，并嵌入到已有医疗设备当中。MCU将医疗设备数据以自定义数据帧格式发送至NB-IoT模组，NB-IoT模组后续使用AT指令完成与服务器建立TCP通信，最终实现数据上传。　　（3）服务器软件负责上行数据的接收，并转入数据库存储。为降低丢包率，系统采用了基于IP拥塞控制的主动管理队列算法的改进方案，优化了TCP数据传输效率;采用了多线程双缓存结构，保证了数据解析的可靠性。　　（4）基于WinForms窗体的Windows应用程序构成操作终端，监测维护人员能够方便地用此进行远程设备的监控管理，完成对数据库数据的可视化操作，实现即时数据查看、历史数据回顾以及设备状态查询等功能。

关键词： 电流模   模数转换器   电流比较器   基准电流源  

摘要： 相比于电压模,电流模电路在扩展频带、简化电路、降低功耗方面有巨大优势,但受限于CMOS工艺的限制,很多电流模电路只停留在理论阶段,而随着互补双极工艺、互补金属氧化物工艺和砷化镓工艺的成熟,许多早期提出的电流模电路的理论得以实现,采用电流模形式的模数转换器的研究也逐渐收到重视。本文基于0.13μm Bi CMOS工艺设计了一种用于温度控制的高精度低功耗电流型模数转换器,它用于微环调制器反馈调节电路,调节微环调制器处于最佳工作温度。它可以直接将输入的电流信号转换为12比特数字信号而不需要额外的电流转电压模块,该模数转换器的核心电路包括电流比较器、电流舵数模转换器、带隙基准电流源以及时钟逻辑电路。所设计的电流舵数模转换器采用混合译码的方式,有效降低了数字信号翻转过程中的竞争与冒险造成的动态性能下降并且降低了电流源阵列的失配。将提供参考电流的带隙基准电流源电路补偿为二阶基准,使得基准电流的温度系数减小至6.5ppm/℃,有效降低了温度对模数转换器的影响。本文设计的12比特电流型SAR ADC版图尺寸为0.52mm×0.38mm。后仿真结果显示:最大输入电流能达到3.4m A,转换速率达到79k Hz,DNL、INL均小于0.5个LSB,ENOB达到11比特以上,SFDR大于70d B,功耗小于30m W,各项指标的后仿真结果都满足原定设计目标,而且裕量充足,性能良好。

关键词： 网络化城市   井盖监控   安全管理   边缘计算   低功耗设计  

摘要： [目的/意义]随着我国智慧城市基础设施的快速发展，分布广泛、数量巨大的井盖因自然或人为移动被损坏的现象屡见不鲜，为此研究智能化井盖监测系统、减轻网络化智慧城市井盖安全管理和人力成本具有现实意义。[方法/过程]基于物联网和边缘计算，提出了一套基于边缘计算的网络化智慧城市井盖安全管理系统。系统通过感知层、网络层、信息层，实现了对井盖的更加安全和低成本的有效管理。此外，实现了硬件控制和软件控制的低功耗安全设计方案。首先，采用了电源稳定电路为LoRa通信提供稳压电压，从而延长设备的使用时间；其次，通过工作、睡眠和传输模式转换缓解了通信功耗；最后，通过实验验证所提方案具有一定的应用价值。[结果/结论]系统切换不同工作模式能够节省能耗，同时所有异常状态平均响应时间为10.34秒。基于此，系统为网络化城市井盖智能监控，即安全管理提供了一定的借鉴经验。

关键词： 流水线逐次逼近型模数转换器   高速   低功耗   亚稳态   比较器  

摘要： 大数据时代为了满足高速的信号传输,数据中心一直保持着对有效位数不低于5位、采样率为56GS/s时间交织模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)的需求,此ADC通常采用6-8bit高速单通道ADC进行几十条通道的交织来实现。考虑ADC多通道的失配和功耗,单通道ADC追求高采样率、高有效精度和低功耗。流水线逐次逼近型模数转换器(Pipeline SAR ADC)以其兼顾三者的结构特点,在中等精度高速ADC中被广泛使用。针对数据中心的应用场景,本文设计了一款8bit 1.2GS/s的电压域Pipeline SAR ADC,该ADC使用开关进行余量电压的高速无源传递。其系统架构分为两级,分别实现4bit和5bit的数据量化,设置了1bit的级间冗余。在第一级SAR ADC中,采用减小电容耦合的栅压自举开关电路以保证采样开关的线性度;分析了高速动态比较器中的回踢噪声和记忆效应,在此基础上对电路进行改进,加入PMOS尾电流管和交叉耦合的Dummy管,在复位时将输入管的源端电压抬为VDD,加快比较器的复位。级间采用时钟电压倍增电路控制开关管,在输入小信号的情况下相比栅压自举开关提高了采样速度,并设计了相应的共享数字控制逻辑。在第二级SAR ADC中,由于采样信号幅值较低,提出了一种高速低噪声动态比较器,并设计了亚稳态检测和校正模块。仿真结果表明,比较器引入少量延时的情况下显著降低了等效输入噪声,并进行有效的亚稳态校正,确保了第二级SAR ADC的精度与线性度。为了降低比较器失调的影响,设计了电荷共享式的前台失调校准方案,降低比较器的绝对失调且避免引入额外的校准时间。本文基于TSMC 28nm CMOS工艺,设计了电路与版图。后仿真结果表明,1V电源电压,1.2GS/s采样率,在TT工艺角下奈奎斯特频率输入时有效位数(ENOB)可以达到7.61bit,无杂散动态范围(SFDR)为56.9d Bc,功耗为3.26m W,后仿真结果满足了设计指标。

关键词： 盈余管理   芯片行业   科创板   IPO制度  

摘要： 近年来国际形势风云变幻,中美贸易战的打响,把芯片行业推向了大众视野的中央。芯片行业新兴公司如何有效获取资源,设立不久的科创板或许能给出新路径。然而科创板虽采取注册制和相对较低的上市门槛,但对许多初创公司仍有难度,其不惜通过盈余管理等方式冒险冲刺上市资格。部分盈余管理行为不仅人为制造了市场的信息壁垒,也为企业的未来发展埋下隐患。为了了解芯片企业在冲刺科创板过程中可能采取的盈余管理措施以及其动机,本文采用案例研究法,以“国产CPU第一股”龙芯中科为对象,开展了针对其拟科创板IPO过程中盈余管理行为的研究。首先本文通过基础理论和文献解释了盈余管理的概念、形式和后果,并进一步研究了IPO制度、行业等动机因素;其次对芯片行业的基本面和个别盈余管理事例进行了总结;论文的主体是对龙芯中科上市材料和其他披露信息的剖析,针对其疑似盈余管理行为进行了横向、纵向的分析和推断,并探讨其背后的内外部动机;最后结合理论、行业、案例的启示,提出了有关科创板IPO制度和会计政策的改良建议。本文通过分析和对比,推断出龙芯可能在研发支出资本化、存货跌价准备计提、销售与应收账款、政府补助等方面实施了盈余管理,其手段主要为应计盈余管理,兼具真实盈余管理;而后从企业的内部情况以及外部IPO制度和行业因素出发,发现龙芯具有实施盈余管理的压力和机会,包括利润边际微薄、损益管理空间大、注册制度宽松、美化估值动机强等。另外也对部分科目进行了重新核算以评估影响。本文的主要创新价值在于结合了备受关注的科创板和芯片行业。通过研究芯片业典型公司龙芯在科创板IPO过程中的盈余管理行为和动机,深入探讨了科创板信息披露标准和相关会计政策的合理性,并评价其在资源配置中的作用。此外,一方面要弥补市场信息差、保护投资者知情权、筛选优秀企业,另一方面要鼓励企业开拓融资渠道、支持技术创新,二者在科创板平台该如何取得平衡,本文提供了制度视角并以案例进行研究,具有实际参考意义。

关键词： 软件适配   诊断分析   迁移评估   关联规则  

摘要： 近两年,随着信息化基础平台国产化战略的提出,一些涉及到国家信息安全的业务领域的信息化平台,需要完成基于国产平台部署。论文针对当前运行于x86+Linux架构下的应用迁移至龙芯生态（龙芯3A5000CPU+Loongnix20）下的需求,研究了适配评估的模型和平台设计。本文主要围绕应用软件适配迁移评估所涉及的主要技术和问题开展相关研究,设计了基于关联规则的缺陷关联分析模型,在此基础上设计了应用软件适配迁移评估系统。主要研究内容如下:（1）论文首先设计了基于关联规则的缺陷关联分析模型。在采集分析缺陷评估历史记录的基础上,引入了关联规则,挖掘出各个缺陷之间存在的关系,根据关联关系为缺陷修复提供高效指导,通过评估模型算法,实现迁移评估、软件适配的智能化决策。（2）设计了基于关联规则的缺陷挖掘分析算法,完成了支持度和置信度两参数的计算算法的设计。（3）设计了基于关联规则的适配迁移评估平台。设计的系统模块包括应用管理、部署包管理以及诊断分析、迁移评估等,其中应用管理是对评估应用软件基础信息、安装包以及系统性能等方面的管理;诊断分析实现了对适配、迁移的应用系统全面的诊断,诊断类型包括系统内存泄露、内存是否越界、网络访问功能是否正常以及存储IO是否正常运行等;迁移评估报告是根据适配评估结果,动态生成迁移报告。本文的创新在于:根据应用软件在编译环境、运行软硬环境的同质化特征,引入了关联规则来挖掘分析评估结果中缺陷联系,提高了适配效率,使适配人员能够根据评估报告,在较短时间内完成适配工作。