关键词： 大规模机器类通信   非连续接收   功耗需求   时延  

摘要： 第五代移动通信系统（5th Generation Mobile Communication System,5G）的诞生极大地扩展了通信连接范畴。随着大规模机器类通信（massive Machine Type of Communications,mMTC）的商业化,各产业对低功耗需求不断增加,因此合理优化终端功耗具有一定的实际意义。第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project,3GPP）提出非连续接收（Discontinuous Reception,DRX）节能关键技术,主要应用于下行数据周期性地传输,可有效抑制终端功耗增长。为了满足mMTC场景中时延和可靠性敏感与非敏感业务的终端功耗需求,可优化主要能耗状态RRC＿CONNECTED的DRX机制。综上,本文主要研究内容如下:1、针对mMTC场景中时延和可靠性敏感业务,比如会话语音,本文提出一种基于5G业务质量标识（5G Qo S Identifier,5QI）的参数动态调整DRX优化方案。根据标准流量模型和三态半马尔可夫模型推导出节能因子和平均等待时延性能指标,并进行仿真分析。仿真结果表明,优化方案优于ACTIVEDRX方案,满足时延和可靠性敏感业务要求。2、为了进一步地满足时延和可靠性敏感业务需求,本文提出一种基于灵活帧结构的DRX优化方案。该优化方案DRX参数的调度单位取决于变量μ;建立DRX马尔可夫模型,并推导1所述的性能指标;仿真与分析不同μ值对性能造成的影响。仿真结果表明,随着μ的增加,DRX节能和等待时延性能均减小。为了满足时延和可靠性敏感业务需求,以牺牲部分能量而换来更短的时延是可行的。3、针对mMTC场景中时延和可靠性非敏感业务,比如智能抄表,本文提出一种以业务时延为约束并且禁用短周期的长周期动态扩展DRX优化方案。该优化方案的长周期扩展由业务时延阈值和调度因子β约束。为了适应时延和可靠性非敏感业务,本文采用简化后的标准流量模型即一次分组呼叫仅有一个数据包。根据流量模型与基于长周期的半马尔可夫模型推导1所述性能指标并仿真分析。仿真结果表明,优化方案的时延和省电能力优于标准DRX方案。

关键词： SPCE061A   高精度   UART   低功耗  

摘要： 本作品以凌阳16位单片机SPCE061A为核心,使用YZC-516C,E6B2-CWZ5G和MPS1100这三类高精度传感器模块,从而实现对用户体重、身高、肺活量的数据采集,由单片机综合分析评定,得到用户的体质状况信息,再通过外设的无线蓝牙及短信发送模块SIM900A,可向安卓用户发送实时数据.基于需要多个UART口通讯的需求,采取了模拟UART口,解决了多个模块均需占用UART口通讯的问题,实现了多模块同时工作.相对传统测量仪,此测量仪操作更加简单,不仅能通过RMD6300ID读取校园卡显示用户信息,而且能向基于安卓系统的产品发送实时信息,使用户快速了解当前体质情况.经检验,整机设计可靠性高,信息采集准确,低功耗且实用性较强.

关键词： 低功耗   隧道二极管   反向散射通信技术   阻抗匹配   调制  

摘要： 随着物联网技术的迅猛发展,传感器网络、无人机和卫星已经广泛应用于医疗保健、智慧城市和精准农业等许多行业中。作为物联网中的关键应用,RFID（射频识别）也逐渐开始发展于各行各业,其功耗问题也日益加重。射频识别的核心技术——反向散射技术由于其低功耗、支持小速率通信的特点成为了解决射频识别功耗问题的关键点,因此低功耗物联网行业的研究人员开始研究反向散射技术。但由于反向散射信号存在路径损耗以及功率受限问题,现有的反向散射技术只能达到短程通信,尚不能与Wi-Fi等能够广泛覆盖的无线通信技术相竞争。本文主要研究一种新型低功耗反向散射通信技术,通过对现有的几种反向散射信号放大器样机的设计方案进行研究对比,我们提出了一种新型的基于隧道二极管的低功耗反向散射信号发射器。与现有的RFID标签相比,该信号发射器具有功耗低、反向散射信号功率高等特点。本文的主要工作如下:首先,本文调研了国内外研究现状,分析并对比了几种新型反向散射信号放大器,总结当前反向散射技术的发展方向和发展趋势。其次,我们研究了反向散射技术的基本理论,介绍了现有的几种最新型反向散射技术,分析了一些可用于实现放大作用的双端口器件。本文的重点工作是对基于隧道二极管的反向散射放大器进行性能分析,对反向散射链路的放大和调制工作进行研究,并选用AI301A型隧道二极管为核心,设计了一种新型低功耗反向散射信号发射器。电路主要包括阻抗匹配模块、反射放大模块、直流偏置模块和信号调制模块。根据设计方案,我们对基于隧道二极管的信号发射器进行实物的制作和详细的测试。通过在UHF频段下的系统测试,信号发射器样机在低至-50dBm的入射信号下可产生超过40dB的反射增益,其偏置功率低于250μW,性能优于同类型的研究结果。另一方面,我们设计的阻抗匹配网络能够很好的调节中心频率。通过手动调节旋钮,我们可以进行电路中心频率的调节,调节精度高、范围广且可以反复操作,这在已知的研究工作中属于首创。在场景测试中与市面上常用的电子标签进行对比,反向散射信号发射器样机的反向散射信号功率明显增强,二者反向散射信号功率的差值最高可达21.45dB。调制模块电路通过直流偏压对反向散射信号进行调制,样机能够完成正常的帧头传输。测试结果表明本文已经很好的完成了基于隧道二极管的低功耗反向散射信号发射器的设计、制作和调试工作。最后,本文对工作内容进行总结,并指出未来需要完善的工作内容。

关键词： 模数转换器   逐次逼近型   低功耗   无杂散动态范围  

摘要： 随着便携式电子终端设备、生物医疗设备和无线传感网络等领域的发展,对信号进行采集和处理变的至关重要,模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）是信号转换系统的关键模块。并且这些应用要求电池的供电时间持久,系统需要低功耗的设计。在各类ADC中,逐次逼近型（Successive Approximation Register,SAR）ADC在功耗和精度之间有很好的折中,SAR ADC的结构简单、面积小和功耗低,所以SAR ADC适用于低功耗和中高精度。SAR ADC主要由DAC电容阵列、比较器和SAR的数字逻辑电路组成,其中DAC电容阵列对整体电路的功耗和线性度有着很大的影响。本文将对DAC电容阵列和其他模块电路进行深入的研究。本文设计了一种在1.2V电源电压下采样率为100k S/s的伪差分型12位SAR ADC,由于传统的DAC电容阵列的电容数量随精度呈指数上升,所以本文设计了4位电阻式和8位电容式混合的阻容式DAC,减小电容的数量和电路的面积,提高了电路的集成度和线性度。在SAR ADC中采用单端输入会影响电路的线性度,采用差分输入会增加电路的功耗,本文运用了伪差分的输入结构在保证了线性度的同时降低了整体电路的功耗。在低电源电压和低采样速率的条件下运用了两倍自举的采样开关,提高了采样信号的精度。在比较器电路中增加了时序开关进一步降低了整体电路的功耗。通过skill语言,开发了一个用于DAC电容阵列版图布局的脚本自订制可编程单元（Pcell program cell）,能够通过设定单位电容的长宽值,以及电容阵列的行列数,完成DAC电容阵列的自动布局。提升了版图绘制效率,也保证了电容阵列布局的匹配性。本文基于SMIC 0.18μm工艺对电路和版图进行设计,电路数字部分和模拟部分都是采用1.2V的电源供电电压,芯片的核心面积为410μm?435μm。后仿实验结果表明,当输入49.96k Hz的正弦波时,所设计的SAR ADC的无杂散动态范围是68.63d B,信噪失真比为62.37d B,有效位数为10.07bit,电路的整体功耗为75.85μW。

关键词： 低功耗蓝牙   iEB110   Imagination   v5.2IP  

摘要： Imagination Technologies宣布推出其最新的低功耗蓝牙(BLE)半导体知识产权(IP)产品,它可支持蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)最新的v5.2版规范。新推出的iEB110IP产品是一个完整的BLE解决方案,其中包括射频(RF)电路、控制器软件和低功耗蓝牙主协议栈。该款完整的解决方案采用了广受欢迎的开源Zephyr和Cordio主协议栈以及丰富的配置文件,从而使希望在其芯片方案中集成BLE IP的开发商能够从更便捷的集成和更低的开发成本中获益,并加速产品上市。

关键词： 低功耗   动态功耗管理   动态电压频率调节   自适应电压调节   裕量码信息  

摘要： 随着物联网设备、个人终端设备等以微控制器为主的产品的迅猛发展,由功耗产生的续航、散热等问题也变得越加严重,而其中芯片功耗占有极大的比重。因此,通过采用动态功耗管理（Dynamic Power Management,DPM）技术、动态电压频率调节（Dynamic Voltage and Frequency Scaling,DVFS）技术和自适应电压调节（Adaptive Voltage Scaling,AVS）技术对芯片功耗进行优化来降低负载能耗的方式,能够显著提升设备的续航能力和使用体验。论文设计并实现了一款基于多方案联合节能优化策略的微控制器。通过DPM技术对系统电源架构进行设计,采用双电源多模式的方式设计实现了一种适用于低功耗微控制器的电源架构。并在此基础上,对其中部分电源域通过DVFS调压的方式对电压进行快速调整,之后再通过AVS技术进一步减小时序裕量,对功耗进行更深层次优化。同时在AVS电路中通过采用双堆叠型结构的延迟单元提升整个延迟电路在复制关键路径中所占延迟时长主导地位的比重。并且为了改善存在大量不同的复制关键路径的问题,提出并实现了通过可变边界的方式对复制关键路径进行复用,对未知的实际关键路径长度进行追踪的方法。论文采用SMIC 55nm CMOS工艺进行电源架构设计和功耗优化电路设计。在电源模式上,有NOMAL、LP＿RUN、AON等多种方式,同时根据芯片的测试结果显示,在LP＿RUN状态下运行内核、外设等功能时,功耗大小仅为NORMAL状态的1%到10%,而AON模式功耗大小仅为LP＿RUN状态的0.4%。在主电源域,采用DVFS和AVS技术联合调压的设计方案,得到的实际功耗优化效果能达到12.4%到58.3%之间。

关键词： 智能监测   NB-IOT   网络云平台   低功耗  

摘要： 传统的基于物联网的智能家居设备,一般通过zigbee或者蓝牙或者一些其他433Mhz的通信方式与网关交互,然后通过网关转发其设备信息。网关大多数情况采用Wi-Fi、GSM、3G或者4G的通信方式传输信息到网上。但是这种方式不仅需要考虑设备与网关之间通信,还需要考虑网关本身网络状态,而且设备与网关都需要保持在一定的距离以内,无法实现远距离传输。针对传统方式信号差、功耗高、覆盖窄、成本高等问题,本课题设计了一种基于NB-IOT的家庭智能监测系统。该系统是把基于NB-IOT(窄带物联网,Narrow Band Internet of Things)技术的监测设备与云平台相结合的一种监测方式。该方式的优点主要有:设备便携(设备脱离网关,可移动)、广覆盖(基于运营商基站)、低功耗(NB-IOT模块使用eDRX(Extended DRX,扩展不连续接收模式)省电技术,减少接收的不必要启动)、低成本(NB-IOT模块非常便宜)。通过研究NB-IOT传输机制,结合了传感器技术与互联网技术,实现用户可以查看家庭NB-IOT监测设备(比如温湿度设备的温湿度数据,以及设备本身电量等运行数据)的信息。该系统由终端监测设备,LinuxC数据服务器,云平台服务器构成。其中终端设备负责采集数据,以及数据处理打包,和NB-IOT网络传输。终端将从SHT31温湿度传感器以及其他传感器上采集数据,将数据检验打包通过NB-IOT网络发送到LinuxC数据服务器上,LinuxC数据服务器做一个暂存和转发,把数据转发到java后台服务器。Java后台服务器接收来自LinuxC数据服务器上的数据,进行解包以及把成功解包的数据保存到MySQL数据库上,同时Java接收来自前端界面的请求,执行前端的请求,并返回一个结果给前端。测试结果体现,该系统能够精确地采集和处理数据,并能与服务器保持良好的通信。NB-IOT的终端监测设备,在睡眠时间下,电流低于10微安,在唤醒之后发送电流在26毫安左右,接收电流在80到130毫安之间,满足低功耗的设计需求,该系统对于物联网条件下的智能居家设备的发展具有研究意义。

关键词： 锂电池   多节   低功耗   保护芯片  

摘要： 随着电子科学技术的发展,移动电子设备的普及,电子设备的能源提供和续航问题日益受到关注。目前使用较多的移动电子设备电池为锂电池,锂电池由于其体积小,质量轻,能量密度高,使用寿命长,安全系数高,环保等优点,代替了铅猛电池等,成为当前电池领域的焦点。随着锂电池的普及,电池中普遍存在的安全问题,成为了需要重点研究的对象。在高温,高压,欠压,电流过大的情况下,锂电池本身存在着极大的安全隐患,对于日常的生产和生活会造成极大的损失和困扰。所以,应用于锂电池使用过程中的锂电池保护芯片应运而生。本文根据锂电池本身的特性,结合应用层面的考量,研究设计了一款低功耗的多节锂电池保护芯片,主要针对4-7节锂电池组进行监测保护,主要保障日常的电动工具内部电池的正常工作。本保护芯片模块集成了电压检测模块,电流检测模块,温度检测模块,带隙基准模块,休眠模块等工作模块,针对锂电池组在充电电压过高,放电电压过低,电池组工作电流过大,电池组短路以及充放电过程中的环境温度等情况进行监测。本芯片的研究设计工作在EDA工具平台中完成,同时完成的工作还有相关仿真和针对仿真数据对电路进行的修改,并最终在cadence平台下完成芯片的版图绘制,该芯片采用0.8μm工艺。芯片的大致数据展示如下:过充电检测电压为4.1V到4.35V,当电压高于4.35V时进入过压保护状态,在电压低于4.1V时解除保护状态;过放电检测电压为2.1V到2.9V,当电压低于2.1V时进入过压保护状态,在电压高于2.9V时解除保护状态。本芯片内置了三段放电电流检测和二段充电电流检测,包括了第一段放电电流检测,第二段放电电流检测,短路检测,第一段充电电流检测以及第二段充电电流检测,芯片内部还设置了充电高低温检测,放电高温检测和4-7节电池选择模式。值得注意的是,为了满足芯片的低功耗需求,芯片内部设置了动态功耗管理模块,使得芯片内部电路在进入非正常工作状态后,耗电部件的数量降到最低,通过降低动态功耗的从而降低芯片的整体功耗。同时,芯片内部添加了休眠模块,可以有效降低芯片不工作时产生的功耗。此方法控制了工作状态和非工作状态下芯片的功耗产生。该芯片的工作电流典型值为31μA,休眠时的电流典型值小于1μA。基于以上的研究报告和数据分析,本芯片功能正常,基本达到了设计要求。

关键词： 电子电路   集成电路   电路设计   低功耗  

摘要： 电子电路是现代电子设备中一项重要内容,其对于电子设备的性能,以及在具体应用过程中的功耗都会产生影响,因此,人们加强了对电子电路设计的研究.低功耗是现代电子电路设计的一项重点内容,本文针对电子电路低功耗设计办法进行全面分析,希望文中内容对相关工作人员,以及整个行业的发展都可以有所帮助.

关键词： 低功耗   低成本   二值神经网络   新型存储技术   权值搜索  

摘要： 如何减少面向物联网设备（如可穿戴健康监测设备、微型智能感知设备等）的神经网络处理器的功耗与成本,是实现人工智能物联网（AIoT）技术的关键问题。采用二值神经网络、新型存储器（如忆阻器RRAM、近阈值SRAM）等近似计算技术,可以大幅降低神经网络处理器的功耗与成本。然而,RRAM或近阈值SRAM存在较大电路参数偏差,导致神经网络的准确度下降较大。如何解决以上近似计算技术的问题,在降低神经网络处理器功耗与成本的同时,保证较高的准确度,是本工作的主要研究目标。针对以上问题,本文开展了如下研究工作:（1）通过模拟RRAM/近阈值SRAM的电路参数偏差,对二值神经网络的权值矩阵及准确度进行了大量实验,发现经过二值量化后的神经网络具有一定的容错能力,并且不同权值矩阵对神经网络准确度的影响不同。（2）通过分析新型存储器技术（包括RRAM和近阈值SRAM）与传统SRAM存储技术的优缺点,利用二值神经网络具有一定容错能力的特性,提出一种混合权值存储机制,将非关键权值矩阵映射到RRAM/近阈值SRAM,关键权值矩阵映射到传统SRAM,大幅降低了硬件功耗与成本,同时保证了足够的准确度。（3）针对如何搜索二值神经网络中的非关键权值矩阵,提出了两种搜索算法,一种是基于独立分析的权值搜索算法,对神经网络中的所有权值矩阵进行逐一搜索,从而找到非关键权值矩阵,并实现混合权值存储机制。但这种方法未考虑权值矩阵之间的相关性,可能导致得到一个较差的结果。针对该问题,提出了第二种搜索算法,即基于耦合分析的权值搜索算法,结合二进制粒子群优化算法对非关键权值矩阵进行组合搜索,并在此基础上改进算法的初始化方法,加快搜索速度,该方法可以提高搜索准确度,进一步降低硬件功耗与成本。以上工作已通过三个典型应用的神经网络进行了实验验证,通过基于耦合分析的权值搜索算法,在神经网络准确度损失值为1%、错误概率为5%的条件下,从三个神经网络中分别提取出超过47%、86%左右和超过95%的非关键权值参数,在混合权值存储机制下实现了超过35%、69%和77%的功耗节省,以及超过40%、78%和87%的硬件成本节省。