关键词： 仪表放大器   高输入阻抗   片上自校准   有源屏蔽   干电极  

摘要： 对于慢性疾病来说,可穿戴式医疗设备的监控十分有效和及时,所以得到了越来越多的关注,而影响可穿戴式医疗设备的关键模块便是模拟前端的仪表放大器的性能。所以模拟前端应该被认真地设计以满足生物电信号的信号特征,它的输入阻抗和共模抑制比应该比较高,功耗应当比较低。目前大部分设计的输入阻抗都比较有限,对于共模抑制比和抑制电极失配的效果都较为一般。由于交流耦合型仪表放大器没有使用斩波器,不会引入电流噪声,而且功耗也较低,满足本论文的设计需求,因此本论文采用交流耦合型仪表放大器来实现功能。但是交流耦合型仪表放大器存在着高阻抗的负反馈电阻带来的低频闪烁噪声问题和输入阻抗很低的问题,为了提高输入阻抗以提高电路的共模抑制比和增强电路从电极获取生物信号的能力,所以本论文针对仪表放大器的输入阻抗而提出了一种采用片上自校准技术的交流耦合型仪表放大器。在完成了对片上自校准算法的建模与设计中的传输函数分析,输入阻抗的构成分析和仪表放大器中的难点分析之后,在0.18μm工艺下设计并完成了采用片上自校准技术的交流耦合仪表放大器(AC-Coupled Instrumentation Amplifier,IA),它的供电电源电压是1.2 V,核心的跨导放大器的供电电流是1.2μA。所设计出的仪表放大器的输入阻抗大于14 GΩ,功耗是1.44μW,在0.5 Hz到200Hz的信号带宽内输入电压参考噪声为4.1μV,在更宽的0.3 Hz到3 kHz的信号带宽内的输入电压参考噪声为6.4μV,噪声功率因子NEF的值是5.42,共模抑制比是96 dB。

关键词： 低功率消耗   切换活动   扫描移入模式  

摘要： 超大型积体电路（VLSI）技术的推进，压缩技术使得单个晶片中存在数十亿个逻辑闸。VLSI技术的快速发展给设计和测试工程师带来了新的困难，在这些困难中，大型测试的功耗是重要的问题之一。 本文介绍了一种扫描架构，通过修改测试应用程序中的测试样本，实现了高质量和低功耗测试。当测试样本在每个移位中切换大量的扫描正反器，会降低电路的稳定性，造成故障验证困难，产品良率下降和寿命缩短等，是个严重的问题。论文架构中解决了部分的位移功率，使用一个方法来降低扫描正反器切换次数，减少由测试样本移入而引起的切换活动，该方法在扫描移入操作期间计算扫描正反器的切换活动，选择合适的扫描路径以移入测试样本。

关键词： 电压基准源   电流基准源   标准CMOS工艺   高精度   低功耗  

摘要： 近年来,随着军用和民用市场的需求,图像传感器和图像传感器读出电路被大量使用,使得图像传感读出ADC的设计得到了快速的发展,同时对电路性能的要求也不断的提高。基准源网络作为ADC电路的基本标尺,为图像传感读出ADC提供稳定高精度的偏置电压和偏置电流,从根本上决定了ADC电路的整体功耗和稳定性能,所以设计高精度低成本低功耗的基准源网络对图像传感读出ADC的发展至关重要。本文基于GSMC 0.13?m标准CMOS工艺,设计了新颖的带隙基准电压源、基准电流源电路,使得每种电路相比于传统电路结构在精度、功耗、成本方面均得到了提升,达到了高性能混合信号集成电路的性能要求。论文基于传统带隙基准电路结构,针对其结构中的运放失调电压和运放噪声电压进行电路优化,提出了一种可应用于低压环境下,显著降低运放失调电压和运放等效输入噪声电压对基准输出电压影响的新型电路结构,并且实现了输出电压任意可调。仿真和理论分析显示其最低工作电压为0.8V,温度系数为26ppm/℃,低频电源抑制比为102.45dB,TT下功耗为10.88?W,并且相比于传统结构,该结构将电路中运放失调和噪声对基准输出电压的影响降低了88.5%。论文采用电流求和模式设计了一种片内全MOS基准电流源,利用工艺中提供的厚栅氧化层MOS管和标准CMOS管的亚阈区特性,实现了片内正温度系数电流和负温度系数电流进行补偿。仿真结果显示其最低工作电压为0.8V,温度系数为298ppm/℃,输出基准电流2.7?A,TT下总功耗为3.2?W,版图有效面积为0.00285mm。

关键词： 射频接收机   超宽带低噪声放大器   低功耗   高增益   低噪声  

摘要： 近年来,无线通信领域的进步以及高速数据通信的需求促使了通信技术的快速发展。超宽带系统由于具有高吞吐率的优点,目前已成为非常受欢迎的通信技术。超宽带低噪声放大器作为超宽带接收机的第一级系统,它性能的好坏直接对其后各个系统有较大的影响,因此对于超宽带低噪声放大器的研究很有必要。在文中首先讲述了超宽带低噪声放大器的研究背景和近几年国内外的研究现状,其次简要阐述了低噪声放大器的主要性能参数,如噪声性能、输入阻抗匹配性能、线性度以及电路的增益性能,并且分析了三种无源器件的特性。在第三章中主要总结了各类常见的低噪声放大器电路结构及其优缺点,另外,片上电感作为超宽带低噪声放大器设计中最常见的无源器件,对其模型的研究是很有意义的,因此,在本章中也提出了一种改进型单π模型。通过对各种电路成果进行改进,设计了分别工作在4-18GHz和3-5GHz的高增益、低功耗的超宽带低噪声放大器电路。主要的研究工作和成果为:(1)针对片上螺旋电感提出了一种改进型单π集总参数等效电路模型。提出的模型可以很好地模拟高频下的衬底耦合效应、趋肤效应以及邻近效应;利用RL-C并联结构实现衬底的寄生耦合效应;使用二端口分析方法和拟线性函数方法可以很容易地得到参数值。提出的片上电感的模型与HFSS软件仿真的结果相比,模型在0-20GHz时拟合度很高。(2)设计并研究了一种工作频带为4-18GHz的超宽带低噪声放大器,该放大器基于TSMC 0.18μm RF CMOS工艺,通过在放大级采用三谐振匹配网络技术不仅提高了电路的增益,而且拓宽了电路的频带。此外,通过引入衬底偏置技术使电路的功耗下降。利用ADS软件对电路进行优化仿真,并分析了温度以及工艺角对电路的影响。最终的仿真结果表明,该放大器在室温25℃的状态下,工作带宽为4-18GHz,增益为15.95-18.73dB,增益的平坦度为2.78dB,噪声系数小于4.9dB,其中最小的噪声系数为3.22dB,电路的工作电压为0.9V,功耗仅为5.715mW,该放大器可广泛应用于低功耗、宽频带的射频集成电路中。(3)设计了一种3-5GHz的超宽带低噪声放大器电路,该放大器基于TSMC0.18μm RF CMOS工艺。在此电路中,通过将跨导增强技术和噪声抵消技术相结合,使得电路的增益、功耗、噪声有了一定的改善。在输入级中,利用跨导增强技术实现了电路输入阻抗的匹配;在放大级中,利用跨导增强技术以及电流复用技术使得电路增益有了明显提升,并且利用噪声抵消技术、跨导增强技术使电路的噪声性能和功耗有了明显改善。同时,为抑制电路中的密勒效应和进一步减小电路功耗,在电路中引入了PMOS管。利用ADS对电路进行优化仿真,结果表明,该放大器具有平坦的增益20.02-21.6dB,噪声在1.17-1.63dB之间,工作电压为0.8V,功耗为9.44mW。

关键词： 布尔混沌   物理随机数发生器   现场可编程逻辑阵列  

摘要： 随着信息技术的飞速发展,大数据和云计算时代已经到来,信息安全问题日益突出,加密技术发挥着至关重要的作用。对一个加密系统而言,信息系统的安全性很大程度上取决于随机数的质量,高性能的物理随机数发生器是信息安全的基石。物理随机数的产生方法通常包括四种:电子热噪声放大、振荡器采样、混沌电路、亚稳态采样。电子噪声放大,由于噪声幅值较小,需要运放器进行放大,而放大器有限的带宽及失调会降低随机性;振荡器采样,为了降低输出序列之间的相关性,慢时钟的振荡频率远远低于快时钟,从而限制了随机数的产生速率,有些虽然满足了速率的要求,但是功耗较大;对于亚稳态采样,由于电路中亚稳态持续的时间比较短,且对温度和电压的变化比较敏感,随机数的生成速率比较慢;相比其他方法,基于混沌电路的随机数发生器可实现芯片化设计,通常混沌信号由模拟电路实现,不仅电路结构复杂,而且存在稳定性问题。基于此,本文设计并实现了一款全数字电路产生布尔混沌的物理随机数发生器,并完成随机数测试标准的检测。随机数发生器由熵源、采样电路及后处理电路三部分组成。熵源部分是由1个反相器及12个2输入数字逻辑门构建的自治型布尔网络,并从熵值计算、时域及频域分析等方面研究熵源输出信号的动力学行为,最大李雅普诺夫指数的计算结果确定了其混沌特性。由于熵源较强的鲁棒性,产生的序列随机性较强,因此,在经过D触发器采样后,后处理只进行了简单的异或,在不影响原始序列随机性的情况下进一步消除了序列之间的统计偏差。本设计在Altera Cyclone IV EP4CE10F17C8N FPGA上实现。并使用NIST SP-22、Diehard、AIS 31等测试包进行随机性检测,结果表明,本设计能够通过以上测试。单个随机数发生器模块输出速率最高为100Mbps,由于本设计所用到的逻辑资源不到整个FPGA资源总量的0.1%,因此,可在其内部构建数万个本文提出的物理熵源,此时随机数的实时产生速率高达Tbit/s。因本文设计的物理随机数发生器具有高速、低功耗的特点,可广泛应用于高速片上加密系统中。

摘要： 钱月宝今年70岁了,个头不高,按她自己的话说,已经到了“越缩越小”的年纪,但她的手指依然细长.这是一双长满老茧的手,从8岁起她就开始用这双手绣花补贴家用,别人一天绣80根线,她能绣100根.凭着这双巧手,钱月宝一针一线地织出了梦兰这家中国纺织行业百强、中国家纺行业十强企业.也正是因为这双手,她竟在知天命之年改行去做一件一般人摸都没摸到过的东西——芯片,如今虽古稀之年,依然壮心不已.

关键词： Music  

摘要： Multithreading, or applying different analytical tools to a piece or work concurrently in order to produce an ultimate deduction. In this presentation, the author analyzes Manuel Ponce’s Variations sur “Folia de España” et Fugue, a sophisticated amalgamation of German counterpoint and French harmony, infused with Spanish music. Utilizing analytical tools such as Sonata theory, Schenkerian analysis, and Hermeneutic discourse, this analysis provides insight into the ways multithreading can produce a holistic analysis without being too broad or narrow. The author first applies a narrative to Ponce’s work, and proposes that its various tonal areas and orchestration are in dialogue with sonata form. The author then uses Schenkerian graphs to support this hypothesis by mapping out the piece’s harmonic landscape and identifying correlations between thematic areas at the deep middleground level. An underlying narrative regarding D minor’s role in the struggle between fate and free will in the piece is discussed.

关键词： 模拟信息转换器   电路设计   压缩感知   随机解调  

摘要： 现代通信系统中为适应信号宽带，高速的特性，在处理模拟时域连续信号时，要求数模转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)的采样频率要满足香农-奈奎斯特采样定理(Shannon-Nyquist Sampling Theorem)，即ADC的采样率至少为原始信号的带宽的两倍。伴随着通信技术的发展，信号带宽扩展，频率提升，对系统处理信号的能力有了更高的要求。针对信号宽频带具有频域稀疏性的特点，时域稀疏的特点，为达到降低系统采样率的客观需求，基于压缩感知(Compressed Sensing)原理的模拟信息转换器技术应运而生。　　压缩感知技术于2004年由***，***，***和***等科学家于2004年提出，作为一种数学理论，强调了对有限维向量进行稀疏投影得到的压缩向量在norm-11范数约束下具有高概率可恢复性。这为模拟信息转换器(Analog-to-Infomation Converter,AIC)的设计奠定了理论基础。AIC的主要设计功能为降低系统处理高速信号的采样率，并通过恢复算法对原始信号准确重构。目前对宽带高压缩比的模拟信息转换器硬件设计还十分有限，重构的信号的带宽和压缩比较低。在国内的研究中甚至还没有提出对模拟信息转换器高集成度的芯片级实现。我们的研究针对这些的问题展开，基于随机解调(Random Demodulation，RD)结构对模拟信息转换器进行优化，实现了一种能够以较高压缩比处理宽带频域稀疏信号的芯片。本文的研究内容如下:　　1.模拟信息准换的数学建模。我们根据压缩感知的原理，和基于RD结构的模拟信息转换理论，在Matlab软件Simulink平台上对模拟信息转换器进行数学建模，在实验室已有改进型OMP恢复算法压缩感知理论研究成果的研究基础上完成了模拟信息转换器的数学建模，包括信号模型的产生，随机序列的产生及混频，低通滤波器及低速采样的实现，以及信号的重构。另外我们以这个模型为基础，研究了滤波器阶数，类型，滤波器参数偏差对系统重构性能的影响。这为我们研究模拟信息转换器提供了有效的验证平台。　　2.在芯片级实现以随机解调为结构的宽带模拟信息转换器设计。本次研究专注于提高系统处理输入信号带宽，系统压缩比性能，提高重构精度。这三种性能对模拟信息转换器有重要的实际意义，提高输入信号带宽，表明系统对处理高速信号的能力，而提高压缩比则对模拟信息转换器中ADC的采样率有着直接关系。模拟前端电路采用SMIC180nm工艺设计，能够完成对信号的放大，混频，滤波，产生伪随机序列的任务，为使其能够处理更宽频带的信号，我们对随机解调结构模拟信息转换器电路进行了重新设计，优化了电路结构，修改了重构算法。　　3.提出了通过硬件补偿的方式提高系统的重构精度。已有的AIC重构实验中都存在着重构信号精度度不高的问题，我们从模拟信息转换器中最重要的线性时不变系统-滤波器的特性入手进行了深入研究，探明了滤波器的性能对AIC系统重构信号精度的影响。并改进了电路结构，使我们设计的AIC系统重构精度有了较大的提高。　　4.对设计的AIC系统的重构性能及硬件补偿功能进行了仿真验证。实验由集成电路专用设计软件Cadence后仿得出，采用改进型OMP重构算法对信号进行重构。大量的实验数据表明，在对512MHz带宽的频域稀疏信号进行压缩采样，仅需64MHz的采样率就能够对信号进行成功重构，远低于信号奈奎斯特频率，压缩比可达到16倍，对单频点信号的重构SNR可以达到45dB以上，多频点信号也可保持在14dB以上。实验还对重构信号精度与滤波器的阶数，类型进行了多组实验，探讨了其中的关系。

关键词： 激光搜索跟踪系统   卡尔曼滤波   目标跟踪   数据滤波处理   多线程  

摘要： 随着光电对抗技术的不断发展,激光搜索跟踪雷达系统在现代战争中拥有着越来越重要的地位。激光搜索跟踪雷达系统的关键组成模块就是其控制及应用软件部分。软件模块旨在代替人工操作,对激光搜索跟踪雷达的探测数据进行处理分析,对雷达的工作过程进行全程自动控制,对目标的运动状态进行判断、预测,并调整和设定雷达的扫描策略,直观的显示敌方目标的方位、距离等信息。本论文即开展该软件的研究与编制工作。在此基础上,论文还重点研究如何提升系统的光学侦察能力、减少目标跟踪中的随机噪声、提升跟踪精度等问题。论文首先对系统中运用到的目标跟踪算法进行相关研究,提出在线性系统动态模型下采用卡尔曼滤波算法,并进行MATLAB仿真与分析;在非线性系统动态模型下通过扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波解决方案进行数据滤波处理,进行MATLAB仿真与分析。仿真结果表明卡尔曼滤波算法能够很好的进行线性系统的数据滤波处理,降低了系统中测量过程中的随机噪声引起的误差;针对非线性系统模型,扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波能够有效平滑随机噪声引起的误差,并且随着采样次数的增加,滤波效果明显,能够满足运动目标的实时跟踪。论文还在详细剖析了激光搜索跟踪系统框架的基础上,提出光学搜索的实现方案。在Windows操作系统下,使用Visual Studio 2017进行系统的智能软件终端的平台搭建,利用SQL Server 2008 R2数据库对系统用户信息进行管理,完成了软件终端的研发工作。软件终端研发过程中,在解决用户信息安全方面提出密码暗文解决方案,在上位机与单片机的通信方面提出多线程程序设计方案,并对数据滤波处理和界面扫描提出技术处理方案,为系统软件增加异常处理机制解决可能出现的系统异常和人为导致的异常,最大化保证软件终端的鲁棒性和稳定性。论文还对研发的系统软件终端各功能模块使用黑盒测试方法进行集成测试以及测试效果评估。结果表明,软件终端系统结构合理,能够正常完成系统登录退出、文件管理、系统调试以及数据处理等操作,实现了光学侦察和目标实时跟踪等功能,并且软件程序的异常处理机制和垃圾回收机制,使系统具备良好的鲁邦性,保证了软件系统良好的功能性和稳定性,满足了激光搜索跟踪系统工程应用中的实际需求。

关键词： 姿态测量   运动状态识别   嵌入式   低功耗  

摘要： 目前训练产品主要利用定位信息计算位移或利用六轴传感器采集姿态来识别当前运动状态,存在状态区分精细度不够、采集不及时的问题,影响产品的低功耗优化设计.本文设计了一个基于JY90X姿态测量模块的电子系统,运用姿态动力学算法,结合高动态卡尔曼滤波融合算法,实时解算出稳定的三轴姿态角度.该系统可准确且稳定检测训练产品的运动状态,从而有效优化训练产品的低功耗设计,降低产品功耗,具有较高的应用价值.