关键词： 超导混频多波束接收机   低温放大器   低温隔离器   铁氧体材料  

摘要： 大规模超导混频多波束接收机是射电天文接收机技术重点发展方向之一。通过长期实践，虽然多波束接收机技术已得到显著发展，但是在小型化和多像元方面仍面临诸多技术挑战。如嵌入式本振分配网络和平面超导混频器集成阵列技术、低温低功耗MMIC放大器技术和低温多路中频传输技术等，仍无法满足大规模多波束接收机的应用需求。　　本论文主要面向多波束接收机前端中频部分的技术挑战，开展低温低功耗MMIC放大器以及相关低温隔离器研究工作。低温放大器是超导多波束接收机前端系统的关键部件，其噪声性能显著影响着接收机系统噪声。目前商用低温放大器功耗相对较高，成为前端系统的主要热源，在制冷功率一定的情况下，限制了阵列接收机像元数目的扩展。因此低功耗低温MMIC中频放大器的研制，将有助于扩大像元规模。另外，与分立器件相比，MMIC放大器具有较小的面积、较高的可靠性、较宽的工作频带和较高的拓展性，能够应用于大规模多波束接收机的基本集成单元。在自主研制器件的基础上，开展了低温MMIC放大器与SIS混频器的系统集成研究，并在3mm波段对其进行了特性表征，以验证低温放大器的实用性。另外，低温隔离器件也是射电天文接收机前端系统关键器件之一，它能够显著提高射电天文接收机系统的稳定性。本论文主要探索了适合低温应用的铁氧体材料自主制备技术，实现了低温C波段隔离器的研制。该部分研究结果有助于未来针对多波束接收机系统应用的低温隔离器件集成化和小型化研究。　　本论文取得的主要研究成果如下:　　通过在最佳低功耗偏置点处建立HEMT晶体管低温小信号模型和噪声参数模型，完成低温低功耗MMIC放大器的自主研制。在功耗1.2mW的条件下，实现2.5-5GHz频段内增益大于25dB，典型噪声水平约11K的工作特性。在噪声性能可比的情况下，其功耗比商用放大器大约低一个量级;完成了基于自主MMIC放大器芯片的SIS/LNA超导集成前端系统研制，并在3mm波段对该集成前端系统进行了特性表征，其性能达到实用水平;基于传统固态烧结工艺，完成高纯度的YAlIG铁氧体材料自主制备，并应用于S波段隔离器设计及特性表征，从而验证了铁氧体材料自主制备的可行性;完成了基于谐振式和场移式两种类型的C波段低温隔离器的研制，取得较好的低损耗-高隔离特性，实现了适用于低温工作的隔离器件自主研发。　　本论文研究工作实现了低温低功耗MMIC放大器和低温隔离器的研制，为未来大规模多波束接收机的中频研发提供了重要的经验和技术基础。

关键词： 芯片测试   电路逻辑结构   向量生成   可靠性  

摘要： 基于扫描结构的测试由于结构简单、覆盖率高以及良好的诊断能力而成为可测性设计技术中使用最为广泛的设计方案之一。传统的自动测试向量生成技术为了追求测试质量和降低测试开销，希求用尽可能少的测试向量达到尽可能高的故障覆盖率，由此带来新的问题，即测试功耗的问题。扫描模式下的测试向量可能会使芯片处于功能模式下无法达到的状态，因此扫描测试的测试功耗很可能比正常功能模式下的功耗要高很多。在扫描移入移出阶段产生的功耗称为移位功耗，在扫描捕获阶段产生的功耗称为捕获功耗，过度的移位功耗会因热积聚导致很高的局部温度而损坏芯片，降低芯片的可靠性，过度的捕获功耗会因高翻转引发压降问题，增大路径延迟导致瞬时错误，进而出现良率降低的问题，因此降低扫描模式下的测试功耗具有很重要的意义和很大的商业价值。　　针对扫描测试功耗面临的问题，本文对电路逻辑结构和扫描测试向量的可靠性进行深入分析，从移位测试功耗、捕获测试功耗以及可靠性扫描测试向量生成的三个角度提出了一系列优化方案并做了实验评估。本文的主要贡献点和创新点包括:　　1、提出了一种基于电路结构的移位测试功耗优化方法。该方法充分利用芯片内部的电路结构，分析扫描单元的扇出结构及其控制值，并根据分析结果和权重分配规则动态规划扫描单元的优化顺序，减少处理扫描单元的数量，避免产生冗余的测试开销。同时保证组合逻辑在移位过程中保持不翻转或者尽量不翻转，从而达到降低移位测试功耗的目的。在ITC'99基准电路上的实验结果表明采用该优化方法后，组合逻辑的移位功耗降低了8.18％到96.98％，时序逻辑的移位功耗降低了41.92％到71.74％，与现有修改扫描单元的方法相比，扫描单元的替换率降低了6.71％到20.95％。　　2、提出了一种基于电路结构的捕获测试功耗优化方法。该方法充分利用芯片内部的电路结构，分析扫描单元之间扇入扇出的关系，并根据分析结果规划扫描单元在捕获阶段的捕获顺序以及需要修改结构的扫描单元，然后依据扫描链的条数添加相应的时钟控制结构，并提出一种新的扫描单元结构来避免数据捕获违例问题，在不增加测试向量的前提下降低捕获测试功耗。在ITC'99基准电路上的实验结果表明采用该优化方法后，扫描单元的替换率在50％左右，捕获阶段的功耗能降低40％以上，且扫描链条数越多，优化效果越明显。　　3、提出了一种基于压降分析的可靠性测试向量生成方法。该方法将电源分布网络设计对同时刻翻转次数的容忍度考虑在内，对扫描测试向量的VCD文件进行压降分析，甄别出全局翻转过高或者局部翻转过高而导致严重压降的测试向量，并从launch和capture两个阶段进行被测故障点的分析和统计，挑选出重复检测的故障点，通过修改扫描单元在移位阶段的值来消除这些被测故障点在捕获阶段的翻转，并通过新生成低功耗测试向量弥补损失的故障覆盖率，在尽量不增加测试向量的数量以及保证故障覆盖率的基础上得到安全可靠的扫描测试向量。在龙芯3A4000芯片的处理器核上的实验结果表明采用该方法后，所有非可靠的测试向量均能准确筛选出来，并且修改后均能保证压降在安全阈值范围内。

关键词： 开关柜   智能化   低功耗   FFT   跳频  

摘要： 开关柜是电力系统配电环节中重要的控制设备,高压开关柜中的设备长时间处在强磁场、大电流、高电压的工作状态下,对其进行正常运行寿命周期的监测和保护至关重要。然而,目前通过人工监测开关柜温度、巡查运行状态的传统监测控制方式,在可靠性、精确性、实时性上都存在严重不足。因此,开关柜向无人值守的高智能化方向发展,将会是智能开关技术发展的必然趋势。本文针对传统开关柜体积大,智能化程度低以及集中控制度低的现状,设计一种基于ARM技术的智能化开关柜监测系统。本文的主要研究内容如下:（1）为了防止高压开关柜操作人员带电误操作,本文设计一种高压带电闭锁显示器模块,当三相母线中任意一相或者两相带电时,带电闭锁显示器将会使电磁锁实施强制闭锁操作。利用信号隔离的方法使高压侧与低压侧隔离,将高压母线带电信号接入主控MCU模块中,并在显示屏中显示母线的带电状态,将高压信号准确实时上传到监测系统云平台。（2）设计低功耗无线温度监测模块,首先,分析开关柜内热的产生和传导过程,通过Comsol软件分析关键测温点温度传导过程中温度变化及传热导体的电场分布,通过低功耗温度传感器监测开关柜关键点温度变化,提出可预测关键点绝缘状态模型。其次,该模块通过Keil软件完成微处理器RTC定时唤醒温度传感器采集温度,并通过无线模块将温度传感器采集到的数据实时传送给主监控模块。最后,测试计算出不同配置时模块的功耗,相比目前同类设计的功耗更低,运行时间更久,具有一定的工程应用价值。（3）为了提高无线温度监测模块在高电压、大电流、强磁场环境下通讯的可靠性,采用不同距离衰减不同信号提高数据传输的成功率,实验测试计算出在短距离和长距离时最优衰减信号。其次,设计采用跳频通信方式,通过Matlab软件对跳频通信系统仿真分析,结果表明跳频通信系统能够提高无线温度监测模块的抗干扰性和数据传输保密性。（4）为了采集电能质量指标参数,利用FFT算法的加速原理,设计了一种改进的FFT算法,该算法利用电能计量芯片对互感器中的二次电流电压信号进行转换采集,将转换完成后的信号数据通过改进FFT算法计算分析。实验结果显示:改进的FFT算法不仅能够满足指标参数数据的准确性,而且还能减少计算误差。（5）本文采用DHT11传感器采集开关柜中温湿度的变化,对测得数据进行校验,提高数据采集的可靠性,控制加热片进行除湿,保证柜内环境干燥不产生凝露。为了保证系统中信号的精度,充分考虑PCB设计中信号干扰的因素,抑制各种信号干扰,改善电磁干扰对各个系统模块的影响。（6）分别设计多个监测系统云平台显示操作界面,将多个监测模块采集到的数据及设备状态信息通过网络上传到监测系统云平台,将已经投入运行的智能开关柜前端监测采集的数据及状态信息,与监测系统平台对接完成监测系统对智能开关柜的监测及运行管理,能够更好实现电力物联网对电力设备远程运维和管理。

关键词： NB-IoT   监控系统   机车油量   低功耗  

摘要： 传统的监控系统多采用2G、Zigbee、WIFI等通信技术,但是这些通信技术存在距离与功耗的矛盾,功耗低的通信技术通常传输的距离比较近,而传输距离远的功耗比较高。随着时代的发展,通信技术日新月异,NB-IoT技术横空出世。针对这种功耗与距离的矛盾,本课题设计并实现了基于NB-IoT的监控系统,该系统具有功耗低、传输距离远、接入量大等优点,为长距离低功耗的监控场景提供了新的选择。论文的主要内容包括NB-IoT技术的研究以及监控系统的设计、实现、应用等四方面。文章首先对NB-IoT技术进行研究分析,重点介绍NB-IoT的网络部署模式和低功耗特性,总结分析了NB-IoT技术当前发展的机遇与挑战;然后对监控系统的功能需求进行分析,设计了通用型的监控系统,构建了以NB-IoT终端设备和监控平台为主体的总体结构,分别从监控系统的终端设备、监控平台、通信协议、数据库等方面进行设计,创新性的提出TCP与UDP共存的监控通信方式,TCP通信负责传输控制信息,UDP通信负责传输监测数据;接着对监控系统中主要部分的实现给出了具体的说明,包括终端设备各部分的电路原理图和驱动程序运行流程以及监控平台中TCP和UDP两种服务程序的具体实现方式,其中TCP服务程序利用了linux epoll技术、线程池与数据库连接池等技术,实现高并发服务,至此通用型的监控系统可以正常工作。最后,本课题以机车油量测量为具体应用,将监控系统安装在某机务段的内燃机车上进行测试,系统运行状况良好,能够满足基本的功能需求。本课题所研究的监控系统为NB-IoT技术的推广起到积极的作用,同时本监控系统具有一定的实际应用价值,对NB-IoT技术的研究具有参考价值。

关键词： 近阈值   低功耗   标准单元   电源管理单元   特征化  

摘要： 近年来,随着消费市场对医疗电子芯片、可穿戴设备、物联网等极低功耗应用的需求激增,使得电路设计的低功耗特性逐步取代电路的高性能特性,成为电子电路芯片设计的首要目标。标准单元作为电路实现的基础,是底层电路与上层设计之间的桥梁。研究表明,近阈值电压下电路的能效最高,然而,近阈值电压下标准单元的各项性能恶化甚至不能工作,限制了低功耗电路系统的设计,因此,设计出在近阈值电压下稳定工作的标准单元库是高性能低功耗电路设计的前提。为支持高性能低功耗微处理器芯片的设计实现,我们设计了一套在近阈值电压下稳定工作的标准单元库,在这套近阈值标准单元的设计过程中,形成了一定的近阈值标准单元设计方法:通过深入分析近阈值电压下的晶体管特性和标准单元特性,并结合标准单元在电路系统中的应用环境,搭建了近阈值电压下进行标准单元设计的仿真环境;针对标准单元的电路设计,形成了根据单元特征结构确定单元电路尺寸的尺寸设计方法,并用于本次标准单元的尺寸设计。近阈值标准单元库是近阈值电路实现的基础,本文针对近阈值标准单元库进行了深入的研究分析,基于SMIC 55 nm CMOS工艺,完成了一套标准单元库的设计,包括电路设计常规逻辑单元与电源管理单元,共计35种单元类型,146个单元数量,所有单元都能在0.6V电源电压,-40至125摄氏度的宽温度范围下稳定工作,能承受10%VDD的噪声影响。相较商用标准单元库,对基准测试电路ISCAS’85和ISCAS’89验证结果表明,本次设计的标准单元库对组合逻辑电路和时序逻辑电路的性能分别提升了16.73%和32.57%。采用设计的标准单元库完成微处理器电路系统的实现表明,设计的这套标准单元库与主流芯片设计EDA工具兼容,对微处理器电路系统的功耗分析结果表明,相较采用商用标准单元库实现的微处理器,采用本次设计的标准单元库使微处理器电路系统的功耗降低了46.76%。

关键词： 摄像机   H.265   高性价比  

摘要： 记者观点一台合格的监控摄像机需要从两方面入手,一方面增强图像性能指标,让用户保证看得见、看得清的体验,另一方面创新应用功能,丰富用户体验。但两者的结合往往难以保证性价比,例如功耗与存储等对用户成本形成极大的挑战等。此次浩伟安防H.265+智能变光全彩摄像机采用

关键词： 双阈值   独立栅   隧穿场效应晶体管   低功耗   亚阈值摆幅  

摘要： 目前FinFET已成为当前集成电路的主流器件,其立体鳍状结构使栅极大面积覆盖了沟道,有效增加了栅极对器件的控制。该结构能改善器件亚阈值摆幅,降低泄漏电流并提升导通电流,3D结构FinFET在性能上远优于平面CMOS。但同时,集成电路的发展遵循着摩尔定律,器件尺寸不断缩减。当前最先进的工艺尺寸已达到7nm,FinFET器件在低功耗电路设计中的应用也受到不少限制。例如,FinFET器件存在60mV/dec的亚阈值摆幅极限,使得此类器件不再适合低供电电压的低功耗电路设计。因此,我们需要新型器件来满足此类电路设计需求。隧穿场效应晶体管TFET(Tunneling field effect transistor)的电流传输机制是带间隧穿,能够将亚阈值斜率降低至60mV/dec以下,且具有较大的开关电流比,适合低功耗集成电路设计。该器件优势非常明显,但也存在许多问题。因此,本文希望设计出一种独立栅TFET器件,能提升器件的导通电流,灵活运用于电路设计并增加电路集成密度。本文提出了一种独立栅高低阈值TFET器件,并使用TCAD进行了仿真验证。文章首先对TFET和FinFET进行比较分析,并从TFET结构和材料两方面提升器件性能进行了研究。最后,对独立栅器件进行了针对性的优化,使其具有更好的性能。本学位论文包括以下四个方面的研究内容:1.阐述了当前FinFET所遇到的问题,并将TFET和当前主流器件进行分析比较。分析了TFET作为新型器件的优势及不足。2.总结目前TFET器件设计中所面临的主要问题。查阅国内外文献,归纳并总结了解决器件主要问题的优化设计方法。3.对TFET进行了结构优化。使用TCAD器件仿真软件对单栅和双栅结构,栅极覆盖结构等结构优化方法进行仿真验证,并分析其器件性能。4.对TFET进行了结构优化。由于结构设计对器件性能的提升仍然有限,配合合适的材料优化能更有效提升电气性能。使用TCAD对硅锗和III-V族材料的同质结异质结器件进行仿真验证,并分析其器件性能。5.进行了独立栅高低阈值TFET器件的优化。由于独立双栅器件在不同栅极输入时需表达出“与”“或”开关逻辑,本文针对性的对该器件进行了再优化。使用TCAD仿真软件对所设计的独立栅高低阈值器件进行了性能分析,并对其开关逻辑进行验证。TCAD仿真结果表明,独立栅高低阈值TFET器件符合开关逻辑设计预期,即:所提出的独立栅低阈值TFET器件能表达出或逻辑,相当于两个分立器件并联;独立栅高阈值TFET器件能表达出与逻辑,相当于两个分立器件串联。此外,仿真结果也表明,相比硅基TFET,独立栅高低阈值TFET器件具有更高的导通电流和更低的亚阈值斜率,符合低功耗集成电路设计要求。

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

摘要： 金属氧化物半导体作为薄膜晶体管(TFT)的优良沟道材料,在液晶显示器(LCD),有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)以及其他新兴的电子应用领域(如互补型金属氧化物半导体(CMOS)和逻辑门器件)有重要的应用。与传统的硅基薄膜晶体管相比,金属氧化物薄膜晶体管由于其高迁移率,低温合成工艺,良好的稳定性和高光学透射率等优异的性能而被广泛研究。本论文基于节约成本,环境友好型的发展战略,采用了无毒,环境友好,低成本的水溶液方法(以水作为溶剂的溶液法)作为制备器件的关键技术,并引入high-k介电材料来替代传统的Si02绝缘层以追求低功耗的TFT器件,最后将性能优化的TFT器件应用于电阻负载型反相器,具体的研究内容和结果分为以下三个部分:1.引入水溶液法制备了In2O3薄膜,系统研究了水溶液法制备的In2O3薄膜的结构、光学、表面粗糙度、化学组分等性能,并探讨了其作为TFT沟道层的可能性。基于ALD 200 ℃低温制备了超薄(20 nm)A12O3绝缘层,构筑了In2O3/Al2O3 TFT器件,研究了退火温度对薄膜晶体管的电学性能的影响。280℃退火温度的器件显示了优化的电学性能,器件迁移率高达11.85 cm2V-1S-1,基于In2O3/Al2O3 TFT构筑的电阻负载型反相器也显示出良好的反相器行为特性。研究结果展现了In2O3薄膜晶体管在低成本、低功耗、大面积环保型氧化物柔性电子器件的潜在的应用前景。2.采用简单、低成本、环保的水溶液法制备了一种新型ZrA1Ox介电薄膜。研究了退火对ZrAlOx薄膜的显微结构、透光率、表面形貌、化学成分和电学性能的影响。结果表明,500 ℃退火的ZrAlOx薄膜具有良好的非晶态,高透光率,表面形貌光滑,大面积电容和低漏电流密度。采用全水溶液法成功制备了In2O3/ZrAlOx薄膜晶体管。TFT器件显示了优异的低压(3 V)驱动能力。电阻负载型反相器展现出良好电压传输特性和高的电压增益。此外,在2V的低电压下获得了具有全摆特性的动态响应特性,这些优良的参数展现了其在低成本、高透明度、便携式和低功耗电子器件中的巨大应用价值。3.首次采用水溶液法制备了新型ZrGdOx介电薄膜,并研究了其在TFT器件中的栅介质应用。结果表明400 ℃退火的ZrGdOx薄膜拥有极好的栅介质特性。利用全水溶液法成功地制备了InO3/ZrGdOxTFT并构建了一个电阻负载型反相器,优化后的250 ℃退火的TFT显示了高达18.82 cm2V-1S-1的迁移率和开关比为107的优异电学性能。电阻负载型反相器具有全摆幅特性,增益高达7.4。这是实现低成本、低功耗和大面积氧化物柔性电子的重要一步。

关键词： 物联网安全   ERS   联发科   智能手机平台   恩智浦   低功耗   阿里云   英特尔  

摘要： Mentor扩展解决方案以支持TSMC 5nm FinFET和7nm FinFET Plus工艺技术Mentor, a Siemens business（Mentor）近日宣布Mentor Calibre;nmPlatform和Analog FastS PICETM（AFSTM）Platform获得TSMC的7nm FinFET Plus和最新版本的5nm FinFET工艺的认证。此外,Mentor还将继续扩展XpeditionT M Package Designer和Xpe-

关键词： 开关电源   小型化   变压器   LTCF/LTCC   NiCuZn铁氧体   功耗  

摘要： 小型化、轻量化、集成化是现代电子产品发展的必然趋势,因此作为其内部重要供能模块的开关电源的小型化也成为了当今研究的一个热点。开关电源的小型化关键在于其内部作为电感或变压器的磁性元件的小型化,而作为目前无源集成主流技术的LTCF(LTCC)技术为其小型化提供了可能。通过LTCF技术制作的磁性元件不仅能实现电感或变压器功能,而且还可以用作电源模块的基板,这为整个电源模块成本的进一步削减提供了一个途径。针对本文在DC-DC开关电源中的LTCF变压器应用,需要研制出低功耗的低温烧结NiCuZn铁氧体材料。为了研制出该材料,首先需要实现NiCuZn铁氧体900℃左右的低温烧结。本文选择了VO和BiO两种低熔点氧化物助熔剂,尝试去将NiCuZn铁氧体的烧结温度降低到900℃左右。结果表明,掺杂适量的VO或BiO均可以降低NiCuZn铁氧体的烧结温度,但VO对NiCuZn铁氧体的功耗改善无益。0.2wt%的BiO既可以实现NiCuZn铁氧体900℃左右的低温烧结,也可以改善其功耗。因此,本文选择了WO、CoO和NbO三种氧化物与0.2wt%的BiO进行二元复合掺杂,对比它们对NiCuZn铁氧体功耗的影响。实验发现,低于0.04wt%的微量WO掺杂可以增加NiCuZn铁氧体的密度、起始磁导率和饱和磁感应强度,降低其矫顽力,从而在一定程度上改善其功耗;CoO掺杂虽然降低了NiCuZn铁氧体的密度、起始磁导率、饱和磁感应强度,增加了矫顽力,但适量的掺杂对一定范围内的最大磁感应强度下的功耗有一定的改善作用;低于0.1wt%的NbO掺杂既增加了NiCuZn铁氧体的密度、起始磁导率、饱和磁感应强度,降低了矫顽力,也对所有测试条件下的功耗有明显的改善作用。经过对所有掺杂样品进行对比,掺杂0.2wt%的BiO和0.1wt%的NbO的样品不仅具有几乎最大的密度(5.32g/cm)、起始磁导率(710左右)、饱和磁感应强度(360.96mT)和最小的矫顽力(75.96A/m),而且在所有测试条件下的功耗都几乎为最低。最后,基于掺杂0.2wt%的BiO和0.1wt%的NbO的NiCuZn铁氧体材料,利用Maxwell软件进行了LTCF变压器的仿真。经过开“口”字形空气腔的结构改进,得到了耦合系数始终大于0.97的LTCF变压器仿真模型。该LTCF变压器模型三维尺寸为20mm×20mm×1mm,初、次级电感分别为18.19μH和2.0445μH,初、次级饱和电流分别大约为0.28A和0.84A。