关键词： 无线远程通信   低速传输   LoRa技术   低功耗   通信控制   SX1278   LPWA   WiFi6  

摘要： 从煤矿无线通信应用现状出发,分析煤矿井下复杂环境对无线通信的影响,研究无线宽带和窄带通信在矿井中的应用特点和发展方向,提出了一种新型的无线远程低速通信系统。LoRa作为迅速发展的最新物联网LPWA无线接入技术,具有低功耗、低成本、远距离、大规模、自组网和抗干扰、穿透性强的明显优势,设计矿井新型低速数据远程传输系统,充分发挥LoRa的技术特点。实践表明,基于LoRa技术的无线低速数据传输技术适用于矿井复杂环境下的数据传输要求,具有较好的推广应用价值。

关键词： Anomaly detection   cyber security   programmable logic controller   malware   resilient control  

摘要： We propose a novel methodology for real-time monitoring of software running on embedded processors in cyber-physical systems (CPS). The approach uses real-time monitoring of hardware performance counters (HPC) and applies to multi-threaded and interrupt-driven processes typical in programmable logic controller (PLC) implementation of real-time controllers. The methodology uses a black-box approach to profile the target process using HPCs. The time series of HPC measurements over a time window under known-good operating conditions is used to train a machine learning classifier. At run-time, this trained classifier classifies the time series of HPC measurements as baseline (i.e., probabilistically corresponding to a model learned from the training data) or anomalous. The baseline versus anomalous labels over successive time windows offer robustness against the stochastic variability of code execution on the embedded processor and detect code modifications. We demonstrate effectiveness of the approach on an embedded PLC in a hardware-in-the-loop (HITL) testbed emulating a benchmark industrial process. In addition, to illustrate the scalability of the approach, we also apply the methodology to a second PLC platform running a representative embedded control process.

关键词： 逐次逼近算法   模数转换器   数模转换器   比较器   数字逻辑  

摘要： 目前我们国内的集成电路事业正在取得较大的发展,模数转换器作为其中的一个非常重要的方向,它的性能往往决定着整个系统信号处理的准确性。由于大自然中的温度、力、声、光、磁等物理信号都是模拟量,模数转换器(简称ADC)作为一个桥梁,用来将模拟信号转化成数字信号,被广泛应用在各种片上系统。低功耗一直是学术界和工程上的重要研究方向,逐次逼近模数转换器(SAR ADC)是模数转换器其中的一种类型,面积小、功耗低、并且大多是数字电路,随着CMOS工艺向着更小尺寸发展,SAR ADC的优势愈加明显,因此其成为低功耗模数转换器的典型代表,也成为一种趋势。本研究旨在完成极低功耗的SAR ADC设计。SAR ADC中需要设计的主要模块包括数字逻辑电路、比较器、数模转换器(简称DAC),论文详细的分析了这三个模块的基础概念和最新研究,并在此基础上研究低功耗SAR ADC的设计方法。因为DAC是功耗的大部分来源,故本文在分析目前已有的先进的开关方式之后,再在此基础之上进行创新,提出了两种开关切换方式,一种能够显著降低功耗,一种共模电平稳定、面积较小,各有优劣。对于整个逐次逼近模数转换器系统的设计,本文DAC部分选择一种对于功耗降低其优势最明显的DAC开关切换方式,并在此基础之上,采用改进的动态锁存比较器和简单的数字逻辑,完成一个超低功耗的SAR ADC系统设计。设计一个在80nm的工艺下,电源电压为1.8V,10位,采样速度为200KS/s的低功耗逐次逼近ADC,单位电容值为20f F,最后有效位为9.72位,功耗780n W,品质因数为4.2 f J/step。

关键词： 潜标   浮力调节   STM32   低功耗   QTcreator  

摘要： 近些年来,随着海洋传感器的发展,传感器的种类和精度不再制约海洋监测的发展。但是由于受到海洋环境的特殊性影响,传统浮标受监测区域、监测深度限制,不能广泛应用到深海中。近几年来,通过浮力调节机构使海洋设备测量不同深度剖面的海洋数据逐渐成为现阶段海洋监测的主力。本文研究了一款以浮力调节装置为核心的潜标,通过调节浮力大小使其可以上浮或者下潜获取不同深度的海洋数据。本文研究内容具体如下:1、通过查阅国内外资料,介绍各类浮力调节的原理以及特点。根据本次潜标项目的设计需求,集中阐述了阀门式浮力调节机构与柱塞式浮力调节机构的优缺点,最终选择柱塞式浮力调节装置。2、根据潜标项目要求,完成潜标浮力调节机构的设计,具体包含:根据潜标使用深度和浮球舱体大小计算出浮力调节量的大小,完成对油囊的选型;完成的浮力调节装置传动机构的设计和选型;通过计算和Solid Works仿真完成对活塞舱密封设计和耐压校核;在使用过程中对浮力调节量电机限位进行监测,选择拉线传感器和限位微动开关方案。3、完成潜标主控系统的设计,具体包括:完成对主控芯片选型、监测模块选型和数据采集、SD卡存储;根据潜标运动流程和周期,通过硬件继电器方式以及STM32待机模式完成潜标系统的低功耗设计。4、基于拟定的串口通信协议,在QTcreator上实现对潜标上位机的程序编写、UI界面设计。5、在打压仓模拟深海压力的环境下,对浮力调节油囊进行打压测试,同时测试潜标不同阶段电机功耗。然后,根据实际装配结果在水池内完成对潜标的重浮心调整。最后论文对码头试验、千岛湖综合试验进行介绍和小结。针对试验中出现的问题做出判断和修正,为后续深海测试提供了试验依据。

关键词： 锁相环   低电源电压   低功耗   小数分频   C类VCO   电荷泵   数字ΔΣ调制器   相位噪声  

摘要： 随着移动医疗技术的不断发展,一些可穿戴和植入式的健康监护设备开始普及,这些设备依赖无线通信系统进行信息传输。但是,这些设备难以获得持续有效的能量来源,所以需要低能量消耗的无线通信系统来满足其正常使用。锁相环作为无线通信系统中的重要单元电路,其功耗占据了系统功耗的主要部分。此外,随着集成电路领域的持续发展,CMOS制造工艺的尺寸不断减小,电路设计的电源电压不断降低。因此必须设计低压低功耗的锁相环来满足以上的发展趋势。本文围绕低压低功耗锁相环进行展开,完成了一款低压低功耗小数分频锁相环芯片的设计,并对其中的关键模块电荷泵和VCO着重进行了优化设计,本文的主要工作包括以下三个方面:首先,对锁相环的整体和模块进行了详细研究,并建立了锁相环的S域线性时不变模型,分析了环路的稳定性和动态特性。此外,推导了锁相环内部模块的相位噪声传输函数,得到了锁相环环路的相位噪声传输函数,为相位噪声优化提供了理论依据。然后本文提出了两个主要创新点。1、提出了一种基于动态电流补偿的低功耗低电流失配电荷泵电路。通过基于电阻的精确电流复制结构,实现了电荷泵的电流失配降低到1%以下。同时,所提出的结构引入了一路额外的补偿电流,这降低了电荷泵的功耗,最终其功耗仅为0.64m W。2、低电源电压条件下,B类VCO的低相噪设计变得十分困难。而C类VCO适合于低压条件下的设计,但实际设计中,C类VCO存在起振困难和相噪对PVT变化敏感的问题。为此,本文提出了低功耗低相位噪声的双数字环路控制C类VCO。振幅控制环路稳定振幅,降低了VCO对PVT变化的敏感程度。自适应偏置环路调节交叉耦合对管的栅极电压来优化VCO的相噪性能。同时,该VCO在不同PVT条件下都能可靠起振。基于SMIC 0.18μm射频CMOS工艺实现了该VCO芯片,芯片面积为1.05×1.05mm。测试结果表明,该VCO的相位噪声为-121.3d Bc/Hz@1MHz,整体功耗小于1.45m W。对于锁相环的其它模块,如数字ΔΣ调制器和分频器等,本文也进行了详细的研究。最终,基于SMIC 0.18μm射频CMOS工艺设计了一款低压低功耗的小数分频锁相环芯片。芯片的总面积为1.5×1.5mm,最低供电电压为0.8V。仿真结果表明,锁相环的四个子带覆盖2.24-2.85GHz的输出频率范围,锁定时间不高于60μs。锁相环在0.8V电源电压下整体功耗小于2.66m W。锁相环在1MHz频率偏移处的相位噪声小于-120.1 d Bc/Hz,且由温度和工艺角变化造成的相位噪声性能偏移不超过2.8d B。

关键词： Java   多线程   学习思路  

摘要： 本文分析Java多线程的传统学习思路的利弊,并介绍基于多线程执行机理的学习思路以及优势分析,为初学者学习多线程提供更为合理的途径。

关键词： 超低功耗   集成电路   应用分析  

摘要： 随着现代化进程的加快,我国对于电子信息科技的投入不断加大,尤其是集成电路和芯片技术的研发投入占比越来越大。对于集成电路而言,需要在性能和功耗之间进行二选一,一般性能越高的集成电路,功耗也相对较高。因此,对于超低功耗的集成电路的研究迫在眉睫。一种性能良好的电子产品必须具备相匹配的低功耗设计方式,基于此,本文对超低功耗集成电路的应用进行分析讨论。

关键词： Electrical engineering  

摘要： The world embraces the dawn of 5G implementation, and there is much work to be done. Companies, researchers, engineers, and many more posterities of people are pressing into high-frequency ranges, which presents a plethora of challenges. In the Radio Frequency Integrated Circuit Design (RFIC) field, dividers have received widespread interest. A frequency divider is a pivotal component of a Phase Lock Loop (PLL). The frequency divider is the feedback portion of the PLL, which receives the open-loop output. Thus, frequency dividers are the point of interest in this thesis. A frequency divider takes the input signal and divides it for reduced frequency output. Bandwidth is expensive; therefore, being able to reduce the frequency channels is of significant importance. The frequency divider reduces the frequency channels distance of a PLL, which is a significant factor when trying to return the open-loops output signal into the original reference frequency of the oscillator. Finally, a tunable divider would make this even more ideal. Being able to divide input frequencies by integer or fractional values would enable more applications for the finished PLL product.

关键词： 薄膜晶体管   溶液法   金属氧化物   低功耗   反相器  

摘要： 薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)作为平板显示设备中的核心开关元件,其重要性不言而喻。目前,基于金属氧化物半导体的TFT由于其较高的光学透射率,较高的迁移率及优异的稳定性受到了商业和科研领域的广泛关注。同时,采用具有高介电常数的铪基氧化物材料代替SiO不仅可以降低栅介质层的漏电流密度,还可以降低TFT器件的驱动电压和功耗。本论文通过低成本的溶液法制备了铟基氧化物薄膜及铪基栅介质层,并成功构筑了低压驱动的高性能铟基TFT器件;基于TFT器件构筑了反相器,并研究了其增益特性及响应行为。本论文的具体研究内容及结果如下:1.基于环保的水溶液法制备了新型HfGdO栅介质薄膜,研究了退火温度对HfGdO薄膜的物理性能及化学组分的影响。基于HfGdO薄膜,通过水溶液法构筑了低压驱动的InO/HfGdO TFT器件,其表现出11.2 cm V s的迁移率及4.1×10的开关比。基于InO/HfGdO TFT构建了可用于逻辑电路的反相器,其表现出高增益及良好的全摆幅特性。研究结果表明溶液法制备的HfGdO薄膜在低压驱动的TFT及反相器领域具有诱人的应用前景。2.基于环境友好的水溶液法制备了InZnO薄膜,系统地研究了元素摩尔比(In:Zn)对InZnO薄膜的光学性能、微结构及化学组分的影响。基于InZnO/SiO TFT器件的电学性能分析,得到了InZnO薄膜的最佳元素摩尔比。基于最佳元素摩尔比,构筑了低压驱动且迁移率为9.1 cm V s及开关比为1.5×10的InZnO/HfO TFT器件。基于InZnO/HfO TFT,构筑了增益高达8.8的反相器。这些优异的电学参数表明溶液法制备的InZnO薄膜在低成本、低功耗电子器件领域具有潜在的应用前景。3.基于溶液法制备了Ca掺杂的InO薄膜,研究了Ca掺杂浓度对InO薄膜的光学性能、表面形貌、微结构及化学组分的影响。X射线光电子能谱测试表明Ca掺杂能够有效地调控InO薄膜内部的氧空位。InCaO/HfGdO TFT器件的性能测试表明0.5%的Ca掺杂能够有效地调控TFT器件的迁移率、开关比及偏压稳定性,使得性能最佳化。基于InCaO/HfGdO TFT构筑的反相器的增益值为6.0,其足以驱动集成电路中的信号持续传播。该研究结果表明适量Ca掺杂的InO薄膜在TFT以及反相器领域具有广阔的应用前景。

关键词： 单总线通信协议   电压参考源   低压差线性稳压器   电荷泵   低电压   低功耗  

摘要： 在单总线通信协议下,主机和从机之间只用一条线进行通信,这根线既要充当信号线,又要充当电源线。在通信状态时,这根线不能一直为高电平,在有的时间段内会被切换到低电平,该时间段内芯片内部电路没有供电输入,只能由存储在电源电容上的电荷给电路供电,这样,对于内部电路来说,其输入电源就会发生掉电。信号线保持下拉的时间越长、内部电路功耗越大,电源电压将掉电越多。当电源电压值过小时,其所驱动的电路性能将变差,有的甚至无法工作,这就需要芯片内部电路模块采用低压低功耗设计,以保证电路即使在输入电源掉电情况下也能够正常工作。论文针对单总线通信协议下的打印机耗材芯片,就其内部三个常见的与电源管理相关的电路模块:电压参考源（Vref）、无大电容低压差线性稳压器（LDO）、用于FLASH或EEPROM浮栅管擦写所需的高压电荷泵（Pump）,提出了在2V～3.3V变化的电源供电下,也能正常工作的低功耗设计方法,具有较强的实用价值。电压参考源的设计选用电流模求和的带隙基准电压参考源结构,输入电压限为1.3V,小于最低输入电压2V;运放电路采用无偏置电路的单级运算放大器,减少了电路的支流条数,降低了电路的功耗。LDO采用PMOS型功率管架构,保证了电路在2V的低输入电压下也能实现1.5V的稳压输出;运放电路同样采用无偏置电路的单级运算放大器,并采用简单的密勒电容补偿法保证环路的稳定,减少了电路的总支流条数,使电路的功耗得到降低。电荷泵采用基于Dickson电荷泵架构下的优化CTS结构,消除了二极管在每级的阈值压损,提高了升压效率;级数采用2V输入电压下的最低功耗级数设计,保证低输入电压时也能有18V的高电位输出;并采用控制时钟驱动电路的开启与关断进行稳压,减少了时钟驱动电路的功耗。实现了三个模块各自的低压低功耗设计。论文采用Cadence Spectre仿真器,基于华虹宏力HHgrace 0.13um 3.3V FLASH工艺模型（tt）,对电路进行仿真。电压参考源,温漂系数为10ppm/℃,低频电源抑制比51.5d B,静态电流7.5μA,和传统的结构相比,静态降低约28%。LDO输出电压1.5V,低频电源抑制比83d B,负载电流在10μS内跳变5m A的情况下,瞬态响应良好,静态电流11μA,与传统架构相比,降低约21%。电荷泵输出电压18V,在2V最低输入电压下,驱动负载电流为2μA时,建立时间57μS,纹波电压小于400m V。