关键词： 集成电路   门级网表   LP模块   芯片设计   ECO  

摘要： 现有的对LP模块进行修改或调整的流程一般分为人工调整和重新综合两种，且存在明显不足与局限之处。若使用人工，在集成电路规模较大时会耗费大量时间，得到的结果也极其容易产生错误。若使用修改后的UPF与RTL文件重新综合出门级网表，此举相当于将之前已经走过的设计流程重新走一遍，会耗费大量时间，大幅拉长芯片更新迭代的周期。基于现有流程存在的不足与局限性，提出4种对LP模块进行ECO的自动化新流程，通过自动化对功耗模块进行电路设计变更处理，降低出现错误的情况，同时能极大提高芯片设计流程更新迭代的效率和速度。

摘要： 随着半导体的快速发展，其集成度越来越高，半导体芯片的温度也随着指数的增长，数据表明，半导体芯片的功耗密度每3年就翻倍一次，进一步的，半导体芯片的故障率会随着温度升高10度而提高2倍，因此，在半导体芯片的研发过程中，功耗问题是始终无法逃避和回避的重要研究课题。

关键词： 低功耗广域网   一体化   OpenCPU   自组网  

摘要： 2021年10月,习近平总书记在十九届中央政治局第三十四次集体学习时强调,要推进数字经济发展和自主创新能力。随着智慧城市的建设和发展,人工智能和数字化技术正在推动物联网由局域网向广域网延伸。然而,广域网实现远距离通信需要较高的发射功率,且在大数据应用下的数据传输还受限于带宽和通信稳定性。因此,针对传统智能终端存在的功能单一、部署分离、成本高、功耗高等问题,亟需实现一种感算传一体化的低功耗广域物联网智能终端一体化架构,以满足不断增长的物联网应用需求,并为后台提供多维度、丰富的数据资源。 本文针对上述问题,结合低功耗广域网(LPWAN)实现了一种感算传一体化设计为核心的智能物联网终端一体化架构。在传统广域网的组网方式中,加入MANET(Mobile AdHoc Network,移动自组网络)方案,设计并实现一种多场景灵活部署且具备自组网能力的智能终端系统架构,以提高终端系统兼容性和可扩展性。为满足不同广域物联网应用场景的需求,根据终端硬件的共性特征,设计并实现了一种基于国产Open CPU(Open Central Processing Unit,开源中央处理器)的一体化智能终端硬件架构,此架构利用通信模块作为主处理器,能够有效减少布板空间、功耗与成本。同时,本文设计并实现了一套面向大数据边缘计算的插桩驱动嵌入式软件架构,该架构以算法为核心,兼容多种常用通信方式,并利用插桩驱动的设计方式来确保核心算法的稳定运行。利用此智能终端一体化架构将项目开发周期从10到12周缩减至6到8周,实现项目敏捷开发的目标。 本文所描述的基于低功耗广域网络的一体化智能IoT终端已成功部署于三个落地项目中。目前,物联网终端已在室分节能控制系统、宏基站节能控制系统、智能无线呼叫系统中已稳定运行了一年多时间。这些项目均已成功通过验收,并得到了用户的肯定。此外,本文的创新工作还获得了一项发明专利的公开,并在两个国家级竞赛中分别获得了华东赛区二等奖和国家三等奖,从而验证了该架构在实际应用中的价值。

关键词： 语音活动检测   关键词检测系统   短时能量   短时过零率   双门限检测  

摘要： 语音活动检测（Voice Activity Detection,VAD）是指从一段语音信号中检测出语音段和非语音段的一种语音信号处理技术。其常被当作声学系统的开关,被广泛应用于语音识别系统或关键词检测系统中,语音活动检测的准确性直接影响到后续语音识别系统或关键词检测系统的识别准确率,因此如何提高语音活动检测芯片的检测准确率成为了智能感知研究领域的一个热点之一。随着物联网的发展,语音活动检测模块被广泛应用于仅依靠电池供电的边缘智能终端设备中,且采集这些声音片段的传感器始终处于常开状态（Always On）,因此如何降低语音活动检测电路模块的功耗,从而降低关键词检测系统的功耗,成为了智能感知研究领域的另一个热点。本文以低功耗混合信号域VAD设计为研究重点,进行了芯片设计并成功的在TSMC 180nm工艺下流片。最后对所设计芯片进行了测试子板PCB和测试方案的设计。 本文首先对语音信号的产生机理和常见的语音活动检测算法中遇到的问题和算法原理进行了调研,通过在芯片识别准确率、功耗和算法复杂度之间折衷考虑。并基于所采用算法以模拟特征提取的方式对低功耗混合信号域VAD模块进行了实现,之后对电路测试所需的PCB进行了设计,本文的主要研究内容和成果如下: 1.通过MATLAB对芯片所采用的算法进行了建模,并在传统原理的基础上做了小的改进,提高了算法在低信噪比环境下的鲁棒性。实验结果表明,在10d B的非特定噪声环境下,算法建模后识别准确率达到了97%。 2.基于TSMC 180nm工艺对低功耗混合信号域VAD模块进行设计,优化其晶体管参数确保电路功能正确使芯片能够产生相应的脉冲信号,其中高电平的脉冲信号代表语音信号,低电平的脉冲信号代表非语音片段。芯片总功耗为14.4u W,总面积为0.029mm。相较于其他实现的方案,由于没有引入ADC,所以整个系统功耗更低。且芯片面积较小。 3.对低功耗混合信号域VAD的各个模块和整体的版图进行了分析和设计,完成了所设计芯片的整体版图,并进行了后仿真,最后成功投片。 4.设计了芯片测试所需的PCB子板和测试方案。

关键词： 低功耗解调系统   光纤多参数传感器   乙炔吸收峰   垂直腔面发射激光器  

摘要： 光纤光栅具备本质安全、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优势。目前,基于光纤光栅的温度、压力、应变、位移等多参数传感器已经逐步应用于煤矿、桥梁,航天等领域。光纤光栅解调系统用于解调传感器的波长信息,是整个传感网络的重要一环。但现有的解调系统存在功耗高、成本高、体积大等问题,不适用于所需监测点较少、供电困难的场景中。为解决上述问题,本文开展低功耗、低成本、高精度的光纤光栅解调系统研究。主要研究内容如下: (1)说明了本文的研究背景及意义,并介绍了光纤多参数传感器的发展以及光纤光栅解调技术的进步。阐述了光纤光栅的结构以及光纤光栅的温度、应变感知原理,同时对比现有的光纤光栅解调方法,将扫描激光器法作为最终选择。 (2)提出了使用乙炔吸收光谱自校准的光纤光栅解调系统,该系统使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为光源,并利用乙炔吸收峰作为波长参考用于解调光纤光栅。其中为降低系统功耗未对激光器使用温度控制,通过研究激光器在0～40°C时的波长重叠范围,进而确定解调系统在该温度范围内运行时的波长解调范围。另外设计了散热装置促进激光器散热,使解调系统在间歇工作模式时提高了电能利用效率。在处理乙炔吸收峰的归一化数据中,根据吸收峰的强度不同作为重要的识别特征,提出了基于定位特征峰、辅助峰的吸收峰识别算法,另外使用吸收峰分割算法将识别后的吸收峰序列进行分割,对分割后的各个单峰区域单独寻峰。最终实验结果表明解调系统的波长重复性为±3pm,波长精度为±2pm,运行功耗降低至0.264W。 (3)基于低功耗解调系统,搭建了应用于煤矿巷道的多参数监测系统。为了满足实际监测需要,设计了一种大量程的光纤顶板离层传感器,并在实验室中使用低功耗解调系统对光纤顶板离层、锚索应力以及温度等多参数传感器进行测试,实验结果表明低功耗解调系统的位移解调精度为±2mm、压力解调精度为±4k N。在实际应用中使用容量为20Ah的电池供电,计算得到低功耗解调系统在间歇工作模式时的运行时长至少为100天。最终解调系统还监测到巷道顶板的伪顶岩层存在17.5mm的塌陷量,证明了该解调系统在实际应用中具备较好的可行性、可靠性。

关键词： 手持终端   小型化   低功耗   通信  

摘要： 随着蜂窝移动通信的发展，地面手持终端在高速数据支持能力及应用扩展能力上也飞跃式提升，终端硬件处理能力及软件复杂度不断升高，导致手持终端的小型化低功耗设计成为影响产品力的关键因素。尤其是随着卫星导航、卫星通信、近距离传输等技术的不断进步，在如今的商用手机中天地一体的多模通信成为各大手机厂商竞争的焦点，这给手持终端的小型化低功耗设计提出了更高的要求。本文针对手持终端的小型化低功耗技术进行探析。

关键词： 道岔基坑   低功耗   抽水装置  

摘要： 根据地铁系统对道岔基坑抽水装置的低功耗、高可靠要求,研究设计了道岔基坑抽水装置,依据不同应用场景提出三种道岔基坑抽水装置控制电路的设计方案,分别采用继电器、触发器、定时器进行设计。继电器方式简单可靠但体积大,触发器方式功耗低但PCB板工艺要求高,定时器方式抗干扰能力强、PCB布线要求低且功耗低。三种抽水装置适用于不同的应用环境,且都能够可靠降低隧道内道岔基坑的水位,目前已在运营线路上应用,有效避免了转辙机受积水的侵蚀,减少了道岔故障。