关键词： 双边沿触发器   低功耗   抗毛刺   时钟树   钟控CMOS  

摘要： 由于集成电路的快速发展,集成电路所采用的工艺尺寸不断缩减,集成电路所集成的晶体管数也在随之急剧增加,所需要的时钟频率也大幅增加,因此随之而来也伴随着功耗的迅速增长。近年来,电子穿戴技术的应用越来越广泛,发展速度突飞猛进,造成集成电路的小型化、集成度以及低功耗要求也越来越高。作为数字集成电路的基本组成单元,触发器广泛存在于大规模数字集成电路中。相关研究表明时序电路的时钟功耗在数字集成电路总功耗中是占有很大比重的。在超大规模集成电路中,时钟系统主要由时钟树电路和时序电路组成。因此,在超大规模集成电路设计中,对于低功耗触发器的研究是非常必要的。影响CMOS电路的功耗的因素主要包括:电源电压、时钟信号频率、节点电容以及输入信号的开关活动性等。现有的低功耗技术实现方法主要包括:时钟门控技术、降低电源电压、采用更小的工艺尺寸、减少电路的冗余跳变等。时钟门控技术的工作原理是关断暂时不工作的电路。电源电压由于和具体的工艺尺寸相关,一旦集成电路所采用的工艺尺寸确定了下来,电源电压的大小不可以随意改变,另外一种能够有效降低电路功耗的方法就是尽可能地减少电路中的冗余跳变。由于毛刺广泛存在于数字电路系统中,本文提出了一种能够抗毛刺的低功耗双边沿触发器,其整体思路是采用了C单元成功地阻塞了电路的输入毛刺,减少了电路中的冗余跳变,减少了电路的总功耗,又实现了双边沿触发的功能。双边沿触发器较单边沿触发器的优势是,在实现相同电路功能的情况下,双边沿触发器采用的时钟频率只有单边沿触发器的一半,能够大大减小时钟树的功耗。电路设计需要权衡电路的面积开销和功耗开销,本文中采用了功耗延迟积、面积开销以及时钟树功耗等参数来比较电路的性能,这在一定程度上是相对比较公平的。本文通过使用HSPICE软件全面仿真了提出的电路结构和相关的电路结构,大量的仿真实验结果比较表明,本文提出的双边沿触发器能够有效屏蔽毛刺对电路产生的影响,该双边沿触发器在功耗、延迟、面积开销之间取得了良好的折中,和其他5种双边沿触发器相比较,本文提出双边沿触发器的总功耗平均降低了40.8%2.6%,有毛刺情况下的总功耗平均降低了70.1%0.2%,仅仅增加22.9%的平均面积开销、5.9%.8%的平均延迟开销。

关键词： LoRa定位   TDOA   轨迹挖掘   低功耗  

摘要： 目前室外定位主要依赖于全球定位系统,但它的信号易受遮挡,数据通信需要借助3G/4G网络,而基站的架设成本十分高昂。LoRa作为一种新兴的物联网接入技术,信号的穿透力强,网络部署成本低,覆盖面积广。因此,本文选择基于LoRa的定位技术作为研究内容。定位时可以利用无线信号传播过程中的各种特征参数,主要有接收信号强度、信号到达角度、信号到达的时间、信号到达不同网关的时间差这四种。本文对利用这四种特征参数进行定位的方法进行了介绍、分析,根据LoRa的技术特点选出最合适方法,即TDOA方法来进行LoRa定位。影响TDOA定位精度的一个主要因素是网关之间的同步效果,本文针对网关之间由于不严格同步导致存在相对时间误差,影响定位精度的问题提出了一种基于信标节点辅助的LoRa定位算法,仿真结果表明,在网关之间相对时间误差较大时,该算法相比于传统的chan、Taylor、遗传算法定位精度更高,并且在某些网关出现比较大的时间偏差的情况下,仍能精确定位,具有更强的鲁棒性。本文提出的基于信标节点辅助的LoRa定位算法只需要数据包到达网关的时间信息,当待定位终端的位置固定或移动的周期与业务报文发送周期相对一致时,不需要发送特定的定位报文,可以使用业务报文的发送和到达时间戳信息来进行位置解算。当待定位终端的移动的周期与业务报文发送周期不一致时,如果业务报文发送的发送周期不便调节或终端本身没有业务报文要发送时,就需要终端以一定频率发送定位报文。定位报文的发送频率与物体的跟踪定位效果成正比,如果要实时掌握移动物体的位置情况,必然要求一个较高的发送频率,这会破坏LoRa的低功耗特性。所以本文中提出一种根据运动目标未来运动趋势来自适应调整定位报文发送频率的算法。移动物体的行为自然存在周期性和规律性。例如,鸟类每年都有迁徙模式,人们通常会在固定时间沿固定轨迹活动,例如上下班,从公司到食堂等。因此,本文提出一种发现移动物体活动的热点和周期性行为的算法,通过一个概率分布矩阵来描述移动物体在不同时刻位于不同地区的概率。通过这个概率分布矩阵来预测移动物体未来的运动趋势,进而调节终端节点发送定位报文的频率,即本文提出的移动终端的低能耗BALPA算法。本文在一个真实的数据集进行测试,测试结果表明该算法针对周期性比较高的移动物体的轨迹,能够在不增大轨迹误差的前提下,降低定位报文发送频率,节约终端能耗。但具体的节约效果要视物体在一个周期内位于热点的时间占整个周期的比例和热点面积占整个活动范围的比例而论。

摘要： 天佑电器(苏州)有限公司专利名称:低功耗唤醒电路、供电控制器、供电装置和电动工具申请公布号:CN109256826A申请公布日:2019.01.22发 明 人:张天才; 陈飞; 杨春来; 崔东升一种低功耗唤醒电路、设置有低功耗唤醒电路的供电控制器、供电装置和电动工具.低功耗唤醒电路具有用以连接一电源的电源输入端、输出模块、供电支路和控制支路.所述供电支路,连接在电源输入端和输出模块之间,并具有一开关模块.控制支路对供电支路进行供电控制,以在电源处于欠压状态时控制开关模块断开供电支路,并使控制支路处于低功耗状态.所述控制支路中设有一唤醒模块,所述唤醒模块具有将控制支路自低功耗状态唤醒的唤醒开关.通过所述唤醒模块的设计,使得在不会增加电源的静置功耗的同时,还可有效减少本发明低功耗唤醒电路从低功耗状态的唤醒时间.

关键词： 强化学习   异步方法   多线程   改进框架   动态权值  

摘要： 强化学习是一种重要的机器学习方法。强化学习基于动物心理学的相关原理,采取了人类和动物学习中的“尝试与失败”机制,强调在与环境的交互中学习,利用评价性的反馈信息实现决策的优化。基于异步方法的强化学习是一种最近流行起来的强化学习方法,它采取了不同的智能体并行探索环境的方法,每个智能体独自探索并在线更新全局策略参数。通过这种方法,缓解了传统强化学习算法收敛缓慢、容易陷入局部极小的问题。但是,在面对离散状态空间的问题时,现有的异步强化学习算法没有能够与基于模型的方法很好地结合在一起,这导致其收敛精度受到一定限制。同时,其收敛速度仍需进一步提高。此外,在面对连续状态空间的问题时,通常采用神经网络与强化学习相结合的方法,各个智能体向全局线程推送梯度信息,全局线程需要利用各个智能体推送的信息进行更新。但是,现有的异步强化学习算法不能很好地区分不同智能体推送的更新的价值,导致其收敛速度受到了一定的限制。本文从异步强化学习算法的学习方式入手,结合多种手段,改进异步强化学习算法,提高算法的收敛速度与收敛精度。本文的主要研究内容如下:1.研究了基于模型的异步强化学习算法。在面对离散状态空间的问题时,为了使智能体充分利用探索到的信息进行异步更新,本文将基于模型的方法引入到异步强化学习算法中,提出了异步Dyna-Q算法。异步Dyna-Q算法将智能体分为探索者与学习者两种,探索者对环境进行探索,在探索的同时更新自己的参数,并将探索到的经验存储到经验池当中;学习者根据探索者探索到的经验,对全局参数进行更新,并以此来指导探索者的下一步探索。同时,为了提高算法的收敛速度与收敛精度,本文对异步Dyna-Q算法进行改进,将分阶方法引入到异步Dyna-Q算法当中,提出了异步分阶Dyna-Q算法。异步分阶Dyna-Q算法将智能体学习的过程划分为不同阶段,并使它们在不同阶段执行不同的学习策略,通过这种方式,来使智能体充分利用探索到的知识来进行参数的更新。实验结果表明,本文提出的异步Dyna-Q算法与异步分阶Dyna-Q算法是有效的,较传统强化学习算法与现有的异步强化学习算法能够极大地提升算法的收敛速度与收敛精度。2.研究了基于改进框架的异步强化学习算法。现有的异步强化学习算法可以解决离散空间的强化学习问题,但它也存在一些问题。首先,在现有的异步强化学习算法中,全局线程仅用于更新参数,其信息未被充分利用。同时,不同线程之间的通信方式仍需进一步改进,需要通过不同的线程之间的信息交互来提高算法的收敛速度。基于以上考虑,本文提出一种针对离散空间问题的通用异步强化学习框架,通过该框架,能够使异步强化学习算法高效求解离散状态空间问题,提高收敛性能。本文将该框架与四种异步强化学习算法——异步Q学习算法、异步Sarsa算法、异步Sarsa(λ)算法、异步分阶Dyna-Q算法相结合,提出四种高效的异步强化学习算法,并通过仿真实验验证了所提出算法的有效性。3.研究了基于动态权值的异步强化学习算法。在现有的异步强化学习算法中,当每个线程将更新推送到全局线程时,采用的是统一的学习速率,并没有考虑每次更新时不同线程传输的信息的差异。当单个智能体对全局线程推送的更新偏向于失败信息时,其对学习系统的参数更新没有明显的帮助。所以,本文将动态权值引入了异步强化学习算法,提出了基于动态权值的异步优势行动者-评论家算法。基于动态权值的异步优势行动者-评论家算法充分考虑到不同线程之间的学习状态,根据单个智能体向全局线程推送的内容的不同,能够动态更新其权值,使得算法的收敛效率和收敛性能均有显著提高。实验结果表明,本文提出的基于动态权值的异步优势行动者-评论家算法是有效的,较传统强化学习算法与现有的异步强化学习算法能够提升算法的收敛速度与收敛精度。

关键词： 气象雷达   龙芯   多线程   自主可控  

摘要： 终端系统是气象雷达的一个重要组成部分,是由运行在计算机上的各类应用软件组成,主要完成雷达系统的控制、故障检测、自动标校、数据采集、数据存储、数据处理、气象产品制作和显示等。目前,国内气象雷达的终端系统多基于Windows及Intel CPU平台,存在较大信息安全隐患,信息安全不受控。在这种情况下,我们进行了基于国产CPU及国产操作系统的气象雷达终端系统的研究。论文主要工作是在龙芯CPU和中标麒麟操作系统环境下,研究气象雷达终端系统实时控制软件的开发设计。论文介绍了气象雷达组成以及工作原理,对终端系统实时控制软件进行总体结构设计,软件采用服务器/客户端结构,以监控采集软件为服务器端,实时显示软件为客户端,并对其进行功能模块划分。在中标麒麟操作系统平台下使用QT开发工具进行开发设计,为解决国产CPU主频较低的实际情况,软件主要采用模块化和多线程设计方法,设计了数据采集、天控线程、状态监视、雷达控制、雷达测试、图像显示、数据存储等模块,并对各模块进行功能集成,实现了龙芯CPU和中标麒麟操作系统平台下气象雷达终端系统实时控制软件的数据采集存储、系统监控、图像处理、数据分发共享等功能,并在雷达整机上进行真实环境下的验证测试,测试结果达到设计需求。项目研发成功,得到完全自主可控、安全的气象雷达终端产品,并将其逐步取代现有基于Intel CPU和微软Windows操作系统的气象雷达终端系统实时控制软件,消除目前因使用进口设备以及芯片在信息处理和交换过程中存在的信息安全隐患,实现了气象雷达终端系统实时控制软件的研发、生产、升级、维护的全程自主可控。

关键词： 增强现实   平面拟合   多线程   物体分割  

摘要： 增强现实可以将虚拟物体叠加到现实环境中,增强消费者对现实世界的感受和理解。相比于早期识别场景中的固定标志图,基于自然特征的增强现实系统成为了研究的重点。自然特征有很多,其中平面是最为常见且最易利用的结构,当识别到平面就能够通过三维注册技术将虚拟物体渲染到平面上,但是目前存在平面识别不够精确、平面特征点较少、匹配精度低、分割平面上的物体时间较长等问题。因此,本文针对以上几点不足做了以下三项工作:(1)本文以RANSAC为基础,提出了一种基于RANSAC的多平面拟合算法。在颜色特征的辅助下,利用轮廓信息找出平面范围并过滤噪点,对于过滤后的点进行了聚类,再将类别映射到三维空间中,为每一个类拟合平面,最终根据错误率划分权重,再根据法向量与距离将面片加权合并,得到精确的平面参数,该算法不仅能够拟合出多个模型,还能够得到更精确的平面,以改善增强现实的效果。(2)本文借助了投影思想,提出了一种基于投影生成平面上特征点的算法。该算法考虑相邻两帧,假设Z轴上没有伸缩,且由于相邻两帧时间较短,本算法首先将相邻两帧根据位姿投影到XOY平面上得到投影图,计算投影图ORB特征并匹配,根据RANSAC算法过滤误匹配点对得到提纯匹配,计算每一点对在X和Y轴的位移,由于仍存在误差,我们采用四分位数计算更精确的位移,最终根据已有的特征点生成许多新的特征点。(3)本文提出了基于MaskRCNN的实时平面物体检测算法。本算法基于多线程思想分为前后端线程,前端线程负责计算位姿及渲染图像,后端线程用MaskRCNN检测物体的像素点,由于图像模糊时检测效果较差,采用了 Laplacian梯度函数来估计图像的清晰度,若图像清晰则将该帧存入数组中,并选取相邻清晰关键帧,由于仅一帧无法通过三角化得到三维点,本文借助了投影思想推测另一帧的物体像素点,并通过三角化得到世界坐标,然后实时将物体世界坐标映射到当前帧的像素坐标系上,从而实现实时检测。

关键词： 无线传感器网络技术   智能家居系统   终端节点   低功耗   信息安全  

摘要： 本文通过对实现智能家居系统目标功能的关键技术进行研究,对当前智能家居系统存在的功耗问题、安全性及稳定性问题进行探索,对比智能家居系统中使用的关键性技术,设计功耗相对较低、安全性高及稳定性高的智能家居系统。在查阅国内外众多相关文献资料的基础上,探究智能家居的现状与发展趋势,对智能家居系统中的关键技术进行研究,提出基于无线传感器网络技术(Wireless sensor network technology,WSN)的智能家居控制系统进行验证。根据低功耗需求,节点采用SoC与射频芯片结合的设计方案,使用CC2538为节点硬件控制芯片。该芯片集成度高,并能够扩展不同种类的传感器,通过该芯片预留接口,连接不同的传感器实现了对智能家居内部环境包括光强、温湿度、有害气体等信息的采集。对智能家居系统采用动态电源管理方案,选用ZigBee短距离无线通信技术,采用唤醒休眠模式,通过测试表明该技术可以有效降低功耗。根据安全需求,采用SM4对称密码算法作为数据传输与接入认证的加密算法,保证组网内的信息安全传输。对系统进行组网通信测试、节点信息采集测试等,验证智能家居系统稳定性。测试结果表明,设计的智能家居系统平台可满足实际应用需求。

关键词： 阻变存储器   氮化硅薄膜   等离子体氧化   低功耗   单晶硅  

摘要： 随着大数据时代的到来,与硅工艺相兼容的高密度低功耗存储器成为了当前信息产业的研究热点,通过减小器件尺寸是获得高密度存储器的一条途径,但是当半导体器件工艺尺寸缩小到10 nm以下,传统的半导体存储器就遇到了物理极限的挑战。为了获得硅基高密度低功耗存储器,研究者探索了多种新型的存储机制,其中阻变存储器由于存储单元结构简单,特征尺寸小,具有非常好的可缩小性和可靠性,因此有望实现高密度集成。相比于过渡金属氧化物材料,氮化硅作为一种硅基半导体材料,较低的成本以及与传统CMOS工艺技术的完美兼容性,使得其在阻变存储器方面的应用具有得天独厚的优势。目前对于氮化硅基阻变存储器的研究主要集中在如何降低功耗的问题上,在我们课题组之前的工作中,江小帆通过调控氮化硅薄膜中的氮硅比,将器件的工作电流降低到了 1 uA以下,后续张辉通过在反应气体中通入N2O,利用掺氧进一步把氮化硅存储器的工作电流降低到皮安量级。在本文中,我们通过引入原位等离子体氧化技术获得掺氧的氮化硅,从而有效的降低了氮化硅阻变存储器的功耗,基于硅悬挂键导电通道模型,对其中的物理机制做出分析。在此基础上研究了不同生长温度条件下制备的氮化硅阻变存储器高低阻态电流的一致性,分析了生长温度对氮化硅阻变存储器微结构的影响。为了获得高密度的存储器,还可以在传统的Flash存储机制的基础上,采用全新的三维架构来提高存储器的密度。我们课题组在前期研究工作中,基于纳米硅量子点的分立电荷存储特性和超薄隧穿层的低功耗特性,在中芯国际集成电路工艺线上成功制备出了具有演示功能的纳米硅量子点浮栅存储器芯片,并首次提出将纳米硅量子点引入到3D NAND浮栅存储架构中。为了实现3D架构纳米硅量子点浮栅存储器,我们首先需要探究构成3D架构存储器的存储单元制备工艺和器件特性,由此我们采用SOI衬底上的单晶硅作为器件的沟道层,研究硅沟道的工艺关键技术,成功制备出具有耗尽特性的MOSFET,并探索了 3D架构纳米硅浮栅存储器单元的电容-电压特性,为构建多层沟道的纳米硅量子点浮栅存储器提供了重要的参考。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)在PECVD系统中通入硅烷、氨气和氮气,在250℃下制备出氮化硅薄膜,然后通入氧气进行原位等离子体氧化处理,获得Al/a-Si0.28N0.21O0.51:H/Si阻变器件,在0.5 V的读出电压下,器件低阻态电流可以降低到10-8A。X射线光电子能谱和傅里叶变换红外分析表明,对氮化硅薄膜进行等离子体氧化处理,可以使氧代替氢的位置,从而减小Si-H键的浓度和初始硅悬挂键的浓度,降低工作电流,实现超低功耗的特性。在此基础上研究了不同生长温度对氮化硅薄膜阻变器件一致性的影响,结合X射线光电子能谱和傅里叶变换红外分析,提出了基于O2-离子和H+离子移动的硅悬挂键导电通道模型,证明通过提高薄膜生长温度可以增加薄膜初始状态的预置硅悬挂键数量,在250℃的生长温度下可以制备得到薄膜质量良好的氮化硅薄膜,从而提高氮化硅薄膜阻变器件高低阻态电流的一致性和稳定性。(2)设计了 3D架构MOSFET器件单元,研究了 SOI衬底上单晶硅沟道层的刻蚀工艺,实现了单晶硅沟道层厚度的精确控制,成功制备出具有良好转移特性的耗尽型单晶硅沟道MOSFET器件,并研究了单晶硅沟道层刻蚀后的修复工艺和单晶硅沟道电阻率对器件转移特性的影响。转移特性表明:退火和等离子体氢处理可以有效地修复刻蚀后的的沟道层界面,从而优化器件的转移特性;通过调控单晶硅电阻率,可以有效的提高器件的开启/截止电流比。

关键词： 计量自动化   北斗时空量   北斗短报文   北斗定位   北斗授时   资产管理   通道免费   数据传输   微功耗  

摘要： 本文探讨一种新型基于SOC基带微功耗北斗芯片,使用微功耗标准通讯模块形态,应用北斗短报文的计量采集、北斗定位计量资产管理、北斗授时计量本地授时三合一的计量自动化系统信息化升级技术模式.经都匀供电局试运行发现上行通道采用微功耗北斗短报文传输的终端,运行稳定可靠,相对老式北斗设备,建设成本及维护成本低,是对以往北斗远程计量自动化系统建设的升级换代.并且其北斗定位功能、本地授时功能,切实解决广泛分布的计量设备露天定位问题和精准冻结数据时间问题.新一代微功耗北斗芯片,有效将北斗时空量运用到计量信息化自动化之中,将大大提高了计量信息化,管理智能化程度.

关键词： 磁力计   低功耗蓝牙(BLE)   校准  

摘要： 随着移动智能设备的发展,MEMS磁力计的应用也日渐非常广泛.从手机到无人机,从虚拟现实设备(VR/AR)到多自由度遥控器皆可见磁力计的身影.但是磁力计由于自身的一些特点如个体差异性比较大、容易受工程设计和应用环境的影响等,磁力计校准系统必不可少.而常见的磁力计校准算法对内存、CPU等资源的要求比较高,不适用于一些嵌入式的微型设备.本项目通过基于低功耗蓝牙(BLE)通信设计了一套自动化的在线校准系统,可以应用于工厂生产环境或者实际用户环境的磁力计校准.