关键词： 采样电路   电力物联网   温度值   低功耗  

摘要： 采样电路是设计电力物联网平台的基础,同时也作为采集电池电压从而获得温度值的重要依据.电路功耗的高低将直接影响电池连续工作的时间.采样电路在规定的时刻采集电池的电压值并在输出端保持该电压,再将其上传.设计采样电路来采集电压值从而得到温度值,该方法在电路正常工作的情况下有较高的可靠性,但是按照该方法来实施,调试时发现低功耗状态下电路的功耗为15ua,与理论上的低功耗值2ua相差较大,没有真正实现采样电路具有功耗低的特点.本文提出的优化方法在原本的采样电路基础上,增加一对MOS管,在休眠前断开MOS管从而断开AD采样电路,延长了电池的工作时间,降低了功耗.

关键词： 低功耗蓝牙   嵌入式系统   电位型传感器   无线传感   监测  

摘要： 设计并制作了一种可用于电位型传感器的小型嵌入式无线监测系统,此系统以精密双路运放TLC4502为前置放大器,低功耗蓝牙（BLE）芯片CC2541作为主控制器,主控制器集成14位模数转换器（ADC）。此系统使用BLE开发应用程序（App）,与CC2541建立蓝牙连接,实现对传感电位的无线实时读取。监测系统软件部分由嵌入式开发软件IAR Embedded Workbench在BLE-CC254X-1.41协议栈基础上开发。为验证系统可靠性与精度,采用精密稳压电源进行模拟电位采集测试,并使用p H复合电极对pH值变化进行监测。测试结果表明,此系统能对电位进行实时测量,信号放大3倍,精度达到0.4 mV,对pH值变化能快速输出一致性响应,监测响应的线性相关系数R2=0.9994;同时,应用自制的L-半胱氨酸（L-cys）传感器结合本系统对L-cys浓度变化进行实时检测,动态响应变化与商品化数字万用表的结果一致,进一步表明此蓝牙监测系统可实现电位型传感信号的快速传输与实时监测。

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： 射频识别   后端物理设计   低功耗   拥塞优化  

摘要： 射频识别技术是一种无线通信技术,可以通过无线电讯号识别特定目标并完成相关数据的读写,而且不需要在识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。与其它识别技术相比,射频识别技术具有速度快、距离远、灵活性高和数据密度高等突出特点。因此近年来射频识别技术被广泛应用在金融、物流、交通、防伪、证件等领域,也是物联网数据采集的支撑技术之一,具有巨大的市场和光明的前景。目前制约无源射频识别技术应用的有两个主要问题:一是功耗问题,对于无源标签,由于其工作所需的能量完全来自于阅读器发出的射频能量,在实际应用中,标签获得的能量往往只有数百微瓦,能量受到很大限制,如果芯片的功耗过高,将大大缩短标签芯片的识别范围;二是成本问题,相对其他识别技术例如条形码识别技术,射频识别设备的成本要高很多,因为射频识别技术需要在每个被识别目标上放置射频识别标签芯片。所以目前寻找降低标签芯片成本的技术就显得尤为重要。针对以上情况,本文对集成电路中的功耗问题进行了详细的研究,分析了各种功耗产生的机理,并对当前的低功耗技术进行了研究,之后使用时钟门控技术对本设计进行了低功耗优化;之后对设计进行了低功耗时钟树综合,对本设计的时钟树的各项参数和结构进行了针对性的优化,进一步降低了设计的功耗;同时还设计了一种在布局阶段降低设计拥塞的算法,能够优化芯片的总线长、时序和拥塞等关键参数,并使用TCL脚本语言将其实现,最终应用在本设计的后端物理设计中,提高了芯片布图的利用率;之后完成了本设计从综合到最后版图实现的完整数字集成电路后端设计流程,在布局阶段使用本文设计的拥塞优化算法对布局结果进行了进一步优化,将芯片的面积进一步缩小,降低了芯片的成本;最后从物理版图设计和后仿真两个方面对本设计进行了验证,保证了最终实现的版图的有效性。本文设计的芯片使用中芯国际65nm标准单元工艺,供电电压为1.2v,芯片的面积为9900 μm2,功耗为6.936 μW。通过了版图验证和后仿真,表明其能够正常工作,达到了预期设计要求。

关键词： 逐次逼近型模数转换器   高线性采样开关   高速低功耗比较器   高速低噪声比较器   高速逐次逼近数字逻辑  

摘要： 作为模拟信号和数字信号之间的接口,模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)的性能是系统性能的决定性因素之一。和几种传统架构的ADC相比,由于逐次逼近寄存器型(Successive Approximation Register,SAR)ADC中不需要运算放大器对残差信号进行处理,使得SAR ADC面积和功耗明显降低。随着集成电路制造工艺的不断进步,MOS管的沟道长度和电源电压不断降低,工作频率不断提高,使得SAR ADC在保持其低功耗优势的同时,采样频率明显提高。因此,SAR ADC是当前ADC领域的研究热点之一。ADC的优值(Figure of Merit,FoM)是评价ADC综合性能的主要指标,目前,在55nm或者65nmCMOS工艺节点下,8位300MS/s左右以及10位150MS/s左右的单通道SAR ADC的FoM值大多在30fJ/conv左右。首先,论文介绍了ADC的几种主要架构、工作原理和应用场合,指出了SAR ADC在先进集成电路制造工艺下的优势。对SAR ADC在速度、精度和功耗优化方面的发展方向和需要突破的关键结构进行了介绍。进一步,论文对SAR ADC中关键模块的工作原理和设计难点进行了分析。重点对高速低功耗SAR ADC中关键模块的新结构进行了研究,提出了高速高线性采样开关、高速低功耗比较器和高速逐次逼近数字逻辑(SAR logic)等新结构,在55nm和65nm CMOS标准工艺下,解决了高速低功耗SAR ADC设计中采样开关线性度提升、高速低功耗比较器的亚稳态以及噪声抑制和高速逐次逼近数字逻辑等难点问题。并通过流片验证表明,上述结构使得SAR ADC的优值小于30fJ/conv。基于上述分析,论文的主要工作和创新点包括:(1)提出了一种基于寄生电容补偿技术的高线性采样开关结构。在采样开关的源/漏极到电源之间增加了一个寄生电容,这个寄生电容和采样开关原有寄生电容并联但电压系数相反,从而明显减小了采样开关寄生电容的电压系数,在单端输入信号峰-峰值(Vp-p)为1V的情况下,和现有结构相比,采样开关线性度提升5.5dB左右。(2)提出了高速低功耗比较器亚稳态抑制结构。通过在比较器的正反馈输出端和尾电流管之间引入反馈结构,和现有结构相比,比较速度提升30%的情况下,功耗降低15%;通过亚稳态抑制技术,在比较器信号通路不引入额外延迟的情况下,实现了亚稳态的检测和抑制,和现有结构相比,比较器比较延迟减小26%。(3)提出了一种并行旁路逐次逼近数字逻辑(SAR logic)结构。使得比较器和SAR logic并行工作,通过调整SAR logic的延迟,使其和比较器的延迟相匹配,从而捕获比较器的有效输出结果。改变了传统SAR ADC中的串行工作模式,使得SAR ADC的转换速度提升30%左右。(4)提出了一种基于衬底浮空技术的采样开关结构。通过两个电压系数相反寄生电容的串联,在减小采样开关总寄生电容的同时,进一步减小了采样开关总寄生电容的电压系数,提高采样开关线性度。在单端输入信号峰-峰值(Vp-p)从0.6V增加到1.2V的情况下,和现有结构相比,采样开关无杂散动态范围(SFDR)的衰减量至少减小了4.5dB。由于本结构实现了采样开关寄生总电容的减小,和现有结构相比,该结构具有更好的高频性能。(5)提出了一种高速低噪声比较器结构。通过改变比较器输入管的衬底电压,减小了输入管阈值电压的绝对值,提高了输入管的跨导,抑制了比较器的等效输入噪声;同时,减小了输入管的导通电阻,提高了比较器的比较速度。和现有结构相比,比较器在速度提升17%的情况下,平均等效输入噪声降低了31.5%。(6)提出了一种SAR ADC自适应采样结构。使得SAR ADC只要完成最后一次转换之后,立即开始下一次采样过程,从而最大程度上延长了SAR ADC的采样时间,提高了采样精度。

关键词： 水文遥测   采集终端   低功耗   无线传输   实时监控  

摘要： 我国是一个国土资源广袤的大国,与之相对的,水旱自然灾害也更加频发,这对农业生产产出、效益以及水利行业产生了巨大的影响,因此对相关区域进行水文信息的监控就显得尤为重要。随着电子技术的高速发展,远程监控终端在水利行业的应用越来越广泛,遥测终端设备如何在稳定、高效地获取现场农业水利信息的同时,与远程操作平台配合实现全天不间断监控、预警就成为了当今农业水利智能制造的首要研究课题,水文遥测系统也由此应运而生。水文遥测系统采用遥测终端机对现场多种水文信息进行采集、处理,再将数据进行分段存储,在经过固定的时间间隔、或是接收到中心站查询指令时,终端机上传给中心站其需要的信息。中心站对现场信息进行分析、计算,最终在网站上向工作人员展示。在这一过程中,原始数据的采集和稳定上传是首要任务。如今,无线通信技术、传感器技术、计算机控制技术飞速发展,这为智能采集终端系统的研发提供了技术支持与理论支点。本文围绕农业水利数据采集终端的应用需求,针对当前市面上遥测终端机的不稳定、高功耗、维修成本高等缺点进行了硬件电路的设计以及各个模块嵌入式软件的开发。本文介绍的设计以低功耗芯片STM32L433VCT6为核心,囊括了多种工作模式以适应不同的现场环境,采用4G传输模组SIM7600C与中心站进行通讯,并且外接雨量、水位等传感器对水文现场实时数据进行采集,再通过铁电存储器FM24CL16以及NOR FLASH进行数据存储。终端机在监控数据的同时,一方面通过ADC实时监测设备其自身的供电电压以防止过压、欠压,另一方面通过配备自行设计开发的电量计量模组,对险情时泵机工作情况进行监控以确保后续排险工作正常展开。为了应对多种环境以及更多的现场需求,设备还预留了4-20ma电路、485、SPI以及多路开关量输入。终端机可以在实现低功耗的前提下满足设备稳定运行。与此同时,设备的唤醒按键以及ID门禁卡的存在等极大地方便了后期现场人员进行维护,设计还配备了相关的远程查询、控制软件来对水文现场进行全天不间断的数据采集与监控。为了终端机可以实际应用到现场中,本设计在完成功能诉求的同时,添加了国家标准的水利协议SL651-2014协议以及SZY206-2012协议,可以通过软件demo将水文信息清晰地展示在服务器界面上,并供给用户查询、监控。目前设计已经通过相关测试,并且已经投入生产。

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： 毫米波   超导纳米单光子探测器   可变增益放大器   超低温放大器   宽带   高增益   低功耗  

摘要： 在无线通信及探测技术需求推动下,高数据速率毫米波通信、高精度毫米波成像、高安全性量子通信等技术快速发展。但我国核心芯片长期受制于人,严重制约我国通信与探测技术的发展。作为以上技术的核心基础,我国宽带硅基放大器芯片的研究具有重要意义。基于上述背景,本论文开展了面向通信与探测的硅基宽带放大器研究与设计,主要内容和贡献概括如下:1)重点研究60GHz毫米波接收机中高性能宽带可变增益放大器的设计和实现。基于CMOS工艺的低成本和高集成度优势,设计实现一种65nm CMOS高性能可变增益放大器。首先,为解决宽带问题,设计采用改进型的Cherry-Hooper结构作为可变增益单元,利用四级级联降低对单级可变增益单元增益带宽积的要求,有效增加可变增益范围,提高整个接收机的动态范围;其次,为解决群延时、带内平坦度及其引起的稳定性问题,采用串并结合的可变电阻阵列和零点补偿技术,并进行相应的理论分析和仿真验证;再次,为解决不同带宽需求和带宽一致性问题,引入可变电容阵列实现可调带宽;最后,为解决级联系统的直流失调问题,提出高效率的双负反馈直流失调消除电路,并通过理论分析和蒙特卡洛仿真验证该电路的高效性。测试结果表明,该可变增益放大器的可变增益范围达到-4.3～50.8d B,步长为1d B;3-d B带宽可变范围为0.7～1.9GHz,完全覆盖指标所要求的880MHz和1.76GHz;最大增益下噪声系数优于13d B,OP1d B最大为-1d Bm,带内群延时变化小于50ps。2)面向被动毫米波成像接收机应用,重点研究高性能宽带可变增益放大器的设计和实现。基于65nm CMOS工艺,首先提出具有更高共模抑制比、更大输入跨导的差分跨阻放大器,以进一步提高带宽,并降低功耗;其次在反馈电阻中引入模拟信号控制的MOS可变电阻以及可变电容阵列实现增益和带宽的可重配置性,以补偿PVT对电路性能的影响并兼容其它接收机;然后采用新颖的可变跨导阵列实现高精度3-d B增益步长,并结合可变电流源阵列最终实现步长误差小于0.1d B的高精度0.5d B增益步长的跨导级。在跨导级中,采用独立的中和电容拓展带宽,保证在整个可变增益范围内带宽具有不变性;最后,考虑到大信号输入的情况,在VGA前端引入R-2R衰减器,以增加VGA动态范围,进一步提高大信号输入下的线性度性能。最终测试结果表明该VGA可变增益范围达到-10～50d B,-3d B带宽可变范围为1.2～3.0GHz。在0～60d B可变增益范围,放大器带宽可变范围为0.82～2.1GHz。在特定带宽下,整个增益可变范围内带宽变化小于10%,OP1d B最大为4.5d Bm,0.5d B步长误差小于0.1d B。测试结果表明,增益幅频特性表明具有优异的增益平坦度且群延时变化小于25ps,性能优异,达到世界先进水平。3)重点研究应用于超导纳米单光子探测器中宽带放大器的设计和实现。基于Bi CMOS工艺,完成了两种低功耗宽带超低温放大器。为解决缺少超低温器件模型的问题,一方面根据现有参数随温度变化趋势,在电路设计中保留合理的设计裕量;另一方面简化电路结构,以增加电路可靠性。第一种超低温放大器采用基于并联电阻负反馈的放大器结构,在常温下通过对增益、带宽、噪声、稳定性等的理论分析和仿真验证进行最优化设计。测试结果表明,在4.2K超低温下可获得20.5d B的增益,-3d B带宽为120k Hz～1.3GHz,功耗仅为3.1m W。为获取更宽的带宽,第二款超低温放大器基于Cherry-Hooper放大器结构。测试结果表明,在4.2K超低温下可获得23d B的增益,-3d B带宽为130k Hz～3.4GHz,功耗仅为4.3m W。

关键词： 可视门铃   智能家居   待机时间   室内机   低功耗   LED   EMC   操作系统  

摘要： 第三方结论综合来看,该机性能、功能及外观在市面上脱颖而出。沉浸在智能家居多年,我们相信小豚当家的匠心品质;在功能性设定方面以场景优先,极为细致抓取了用户在应用中的难点与痛点,并且多功能展示都能有效解决用户之难;搭载了一个当下最强芯及LiteOS操作系统,这两大华为软硬件的完美结合,承载了该产品对多项

关键词： 低功耗蓝牙   智能语音   智能互联  

摘要： 本文在智能语音领域针对当前智能设备语音控制大多局限在一个房间内部的问题,设计了一种具有扩展性,支持多房间智能语音输入的方案。在原有智能设备的基础上扩展了低功耗蓝牙(BLE)语音传输功能,实现了远距离的语音传输,通过结合麦克风阵列算法使得每个智能终端都能实现精准的语音唤醒和控制语音拾取功能。支持语音输入和处理的BLE芯片越来越多,也使得该方案在成本和实施上变得更加容易。