关键词： 水声通信   水声遥控   频移键控   低功耗   相干解调  

摘要： 本文基于频移键控相干解调技术，设计了一款低功耗高可靠性的水声遥控系统。发射机发射50 kHz和60 kHz的信号作为编码信号，接收机采用高Q值LC选频放大作为前级放大电路，能够有效抑制频带外噪声。接收信号经过相干解调得到编码信号，该信号经双路AD采样后，进行差值计算，得到编码信息，利用此方法，能够有效降低解调误码率，提高通信的可靠性。水声通信信道复杂，多径效应明显，本文通过增加保护时间的方法，抑制了多径效应造成的混响问题。接收机采用低功耗设计，整机功耗低于65 mW。试验结果表明，该水声遥控系统待机时间长，可靠性高，误码率低于1%。

关键词： 现场可编程门阵列   无线传感   Powerlink   高速传输   低功耗  

摘要： 针对目前箭载无线传感器网络数据可靠采集与能源消耗间的矛盾,在研究Powerlink工业以太网特点的基础上,设计了多路采集的低功耗箭载监控系统。该系统将Powerlink网络搭载在现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台,通过修改硬件参数,将Microblaze软核重新配置并规划FPGA片上资源,实现数据高速传输;采用实时时钟芯片DS1306部署多个自定义触发中断作为主节点唤醒标志信号,在保证系统可靠性的情况下,实现系统功耗动态管理。搭建实验平台对监控系统进行测试。实验结果表明:系统数据采集无误码,平均通信周期450μs,最大偏移量仅为25μs,启用功耗管理模块后,系统功耗降低54.6%,在一定程度上,可以改善传统传感网络在箭载监控过程中的局限性。

关键词： 片上变压器   数字隔离器   编解码   脉冲调制   高速率   低延时   高可靠性   低功耗  

摘要： 文中利用层叠式微型片上变压器的隔离传输方式设计了一种应用于隔离驱动电路的数字隔离器编解码方案。针对现有隔离器主流编解码方案中射频调制功耗过高和脉冲调制速率限制及可靠性问题,文中采用单双脉冲编解码技术降低功耗并优化编解码方式。相较于传统单双脉冲解码方式,将解码电路中采样脉冲信号改为边沿触发信号可提高可靠性,信号传输速率提升近两倍,降低了延时时间,并可结合刷新计时电路和看门狗电路实现数字隔离器的可靠传输。实验结果表明,在新设计下,数字信号可实现DC~90 Mbit·s^(-1)的隔离传输,编解码整体静态功耗为0.574 mA,动态功耗为0.257 mA·(Mbit·s^(-1))^(-1),延时时间小于18 ns,脉宽失真小于2 ns。

关键词： 远距离无线电(LoRa)   分布式光伏电站   低功耗通信网络  

摘要： 随着分布式光伏电站的规模不断扩大,低功耗、高效的通信网络架构成为主要需求。远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)技术为分布式光伏电站的通信提供了理想解决方案。文章提出一种基于LoRa技术的分布式光伏电站低功耗通信网络架构,从整体架构设计、LoRa网络的组网方式、通信协议数据帧结构、无线自组网按需距离向量(Ad-hoc On-demand Distance Vector,AODV)路由算法及混合加密机制等方面进行详细阐述。通过实验测试,验证了该架构在提高数据传输效率、降低功耗及扩展信号覆盖范围方面的显著优势。

关键词： 度量   可信根   信任链   龙芯处理器  

摘要： 传统的可信计算平台大多采用PCIE密码卡或贴片式密码模块提供可信服务,无法解决控制电路暴漏等诸多问题,随着国产处理器技术的成熟,龙芯中科将密码模块以IP核形式置入处理器内部,形成了一系列安全处理器。基于龙芯处理器的内置硬件模块研发与之配套的可信软件实现可信根与信任链,能够提升国产平台的安全水平,实现芯片级可信安全能力。同时我国的可信标准正在对标TPM2.0逐步更新,具有增强授权、灵活策略等特点。本文遵循新版可信密码模块标准基于龙芯处理器内置硬件密码模块提出了一种可信根与信任链的软件设计,利用处理器的内部硬件设计实现可信计算,降低成本的同时又增强了可信管理的灵活性,并在LS3A4000计算平台上实现验证,结果表明该设计在增强计算平台安全能力的同时具有良好的实用性,适用于通用的龙芯平台,且具备较高的密码运算性能,满足计算平台的多并发应用需求。

关键词： 行人定位   低功耗   LSTM   场景分类   Sage-Husa算法  

摘要： 针对基于GNSS/INS的足绑式行人定位系统,提出一种基于场景分类的低功耗定位方案,以解决室外复杂环境下的行人定位精度差与系统功耗高的问题。该方案采集GNSS和温湿度传感器信息,使用长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)对典型的几种室外场景进行分类并针对不同场景调整微控制单元的时钟频率。此外,该方案提出一种基于改进的Sage-Husa方法来减小GNSS异常值对定位结果的影响。实验结果表明本文方案的场景分类准确率达到了97.64%,系统功耗仅有193.074 mW,相比传统的零速更新(Zero Velocity Update,ZUPT)、GNSS、GNSS/INS组合与Sage-Husa方法,本文方案均方根定位误差降低了83.15%、42.88%、21.91%和11.49%。因此,本文方案能够在系统低功耗条件下改善室外行人的定位精度。

关键词： 神经信号采集IC   低功耗   小面积   低噪声放大器   带通滤波器   比较器  

摘要： 随着神经科学的发展,降低单位通道所消耗的功耗和硅面积成为设计多通道植入式神经接口电路的关键。提出了一种在通道内使用低功耗比较器将模拟信号转化为带有神经动作电位(AP)特征的数字信号的方式来降低单位通道的功耗和面积,所提出的原型电路包括低噪声放大器、带通滤波器和比较器,在中芯国际(SMIC)0.18μm CMOS标准工艺下设计和制造,核心电路面积为0.039 mm^(2)。在实验室测试环境中,电路的中频增益为63.2 dB,在0.3~10 kHz带宽范围内的总等效输入噪声为6.1μVrms,噪声效率因子(NEF)为2.2,该电路能够识别18μVPP的信号,在1.8 V电源电压下的功耗仅为1.66μW。

关键词： 嵌入式系统   GD32F470VGT6   EXMC   NAND Flash   数据存储  

摘要： 针对飞行器嵌入式系统对低功耗、高效数据存储解决方案的需求,设计并实现了一种基于GD32微控制器的存储系统,以解决传统基于FPGA的存储系统在高成本、高功耗和技术依赖方面的局限性。本研究采用GD32F470VGT6作为主控单元,结合EXMC接口连接外部存储器NAND Flash,利用USBHS进行数据通信。描述了NAND Flash坏块管理和存储逻辑以及低功耗模式管理。测试结果表明,在执行存储操作时,存储器功耗约为70 mA,平均存储速率达到10.6 MB/s,并且传输数据准确无误。

关键词： Sigma-Delta调制器   斩波稳定技术   多位量化   低功耗   高精度  

摘要： 为了解决模数转换器高精度、低功耗的问题,采用斩波稳定技术消除运放失调与电路噪声,使用多位量化架构技术优化电路性能,结合逐次逼近模数转换器(SAR ADC)功耗低、速度快的特点与Σ-Δ模数转换器(Sigma-Delta ADC)高精度的优势,提出了一种SAR Sigma-Delta混合型调制器.该调制器电路采用smic 180 nm CMOS工艺进行实现,在1.8V输入条件下,信号带宽为1 kHz,采样率为0.512MHz,输出信号的最大信噪比(SNR)达到115.05 dB,无杂散动态范围(SFDR)达到120.09 dB,有效位数为18.8 bits,面积仅为0.81mm^(2),功耗低至1.09mW.

关键词： 处理器安全   漏洞挖掘与利用   动态电压频率调节   故障注入攻击   隐藏通道攻击  

摘要： 低功耗是现代处理器设计的重要目标之一,为了降低功耗,现代处理器广泛应用了动态电压频率调节(dynamic voltage and frequency scaling,DVFS)技术.本文聚焦DVFS技术的安全性开展研究工作,发现主流处理器的DVFS单元在电压和频率管理方面存在安全缺陷,由此造成3个硬件漏洞:通用处理器的低电压故障注入漏洞、图形处理器(graphics processing unit,GPU)的低电压故障注入漏洞和通用处理器的频率隐藏通道漏洞.基于此,提出软件控制的低电压故障注入攻击和频率隐藏通道攻击两种新的攻击方法,整个攻击过程完全使用软件实现但是不利用任何软件漏洞.通过4个攻击实例验证了所提出的方法的有效性,实现了攻破主流可信执行环境ARM TrustZone和Intel软件防护扩展(software guard extensions,SGX)、使GPU上的人工智能模型失效以及构建数据秘密传送通道等目标.本文分别从硬件和软件两个角度提出防御措施,可助力处理器设计人员设计新一代安全低功耗技术.