关键词： 流水线模数转换器   环形运算放大器   低功耗   自动清零技术   乘法数模转换器   开关电容运算电路  

摘要： 在信息化的高速发展时代,应用于数据收集和模拟信息监测等方向的高速高性能模数转换器（ADC）也正面临一个巨大发展的机遇。传统的流水线模数转换器在速度和分辨率上均有着较好的表现,自被提出以来,一直是学术和工业界广泛关注的对象和发展的重点。随着商用产品的推出和更新迭代,流水线模数转换器在通讯、汽车电子、智慧医疗、工业制造等方向的应用也更加广泛。但是,由于应用场景对ADC性能指标的要求逐渐提高,在设计流水线ADC时候,内部每一级的运算放大器的增益和带宽设计也需要在各性能之间做出折衷,因此功耗上的缺点也逐渐体现出来。为了适应更多应用需求,探索低功耗流水线ADC设计方法的重要性日益凸显。 在水下超声探测系统中,高速、高性能的ADC是电路中最关键的核心部件。此外,探测过程中应具备的小体积性和便携性极大地限制了电路功耗。为了控制流水线ADC的功耗,国内外研究人员进行了广泛的研究和深入的探索并提出了一系列技术方法,本文的研究目标是面向水下超声探测系统应用,结合环形运算放大器技术,在一款典型65 nm工艺下设计一个分辨率12位、采样速率100MS/s的流水线模数转换器。同时,为满足低功耗应用的需求,整个芯片的功耗应低于15 m W。 论文设计的流水线模数转换器采用首级采样-保持,后十级1.5 bit,最后一级2 bit的系统架构。同时,芯片使用片外1.2 V数字、模拟电路供电和100 MHz频率的片外时钟输入,在奈奎斯特输入频率,摆幅1 VPP的输入条件下,仿真测试的SNR为67.59 d B,SFDR为67.16 d B,同时具备10.81 bit的有效位数,整片功耗仅为12.8 m W。 论文从基本原理出发,结合水下超声探测需求和环形运放技术,设计了一个具有12 bit分辨率,100MS/s采样速率的流水线ADC,对高性能、低功耗应用的流水线ADC设计具有借鉴意义。同时,本文深入探索了环形运算放大器的电路结构,提出了一种新型MOS自偏置环形运算放大器及自动清零电路,为具有高稳定性和抗PVT特性的环形运放设计提供了参考价值。

关键词： 雷达测试仿真系统   嵌入式Linux   Zynq   多线程  

摘要： 随着电子技术的飞速发展,传统的雷达现场测试已经逐渐被雷达测试仿真系统所代替。近年来,雷达测试仿真系统功能逐渐复杂化、多样化,而测试软件作为整个雷达测试仿真系统的控制中心,关系到整个雷达测试仿真系统硬件功能能否实现、性能能否充分释放,所以构造一个满足多功能需求、高集成度的嵌入式系统成为了核心问题。本论文在Zynq主控平台下,基于Linux操作系统开发了一套雷达仿真测试系统软件,以解耦的设计方法,实现软件的可重用性,并根据硬件通信、数据存储、信号输出等多方面需求,采用多线程设计方式实现功能,并开发自定义文件系统来管理多样数据文件。本文完成的主要工作如下:1.实现Zynq环境下Linux操作系统的移植,包括系统引导文件u-boot、kernel、设备树文件的创建,并在根文件系统下设计自定义文件系统,用以管理校准数据,FPGA在线升级bit流等文件。2.采用多线程架构,通过设置线程优先级、控制共享内存读写、合理设计线程间同步互斥等多种调度方法实现通信、处理、监测、传输四部分线程协同工作。3.完成系统通信模块设计与实现,包括同外部的以太网通信驱动配置及应用程序设计、串口通信驱动及应用程序设计以及同内部的AXI总线通信驱动程序及应用程序开发。4.实现单控器件ModBus指令集与总控指令集,并为数据指令集设计数据报文校验机制,为指令集的精准传递提供保障。5.实现雷达测试仿真系统硬件相关功能的控制,包括1-18GHz上下变频信号输出、多普勒频移、延时、调制、FPGA在线升级,硬件状态实时监测功能。经过对以上内容研究开发,本文最终实现了雷达测试仿真系统软件,并对以太网接口通信、串口通信以及硬件各功能及性能进行验证,通过验证,本嵌入式系统软件基本满足各功能控制需求,已应用在雷达测试项目中。

关键词： 流片   低功耗SRAM   FinFET工艺   位线层树化   门控电源  

摘要： 新能源汽车逐步向智能化转变,其对芯片算力的需求飙升。汽车芯片国产化方能解除汽车芯片断供的掣肘,其中静态随机存储器是诸多车载芯片的重要组成部分,SRAM的低功耗和高速需求日益迫切。低功耗SRAM可以在为SoC降低功耗的同时降低工作温度、减缓老化速度、提升车载芯片的可靠性。本文研究了 Single Port SRAM的低功耗设计方法,并将其制作成了 SRAM Compiler。论文研究内容的选择上,研究的技术和方法易于应用于工程实践中,在实现SRAM低功耗目标的同时不会对其性能产生显著影响,基于此目标本文提出了位线层次化技术、门控电源、多阈值电压结合的SRAM低功耗技术。第一,本文总结了 SRAM低功耗的价值、Compiler的应用价值、市场情况、前沿研究热点。第二,设计了 SRAM电路架构、时序逻辑、驱动电路、预充电路、灵敏放大器、多路选择器、地址锁存和译码电路。分析了 SRAM性能指标、动态功耗和静态功耗构成并提出了优化方向。第三,针对位线全摆幅功耗提出了位线层树化的设计,针对字线功耗提出了字线分级和写功耗降低电路的设计。针对静态功耗主要由亚阈值漏电产生的原理给出了多阈值电压与门控电源相结合的设计,三种睡眠模式可以分级关闭电源供电降低亚阈值漏电流。第四,全流程设计SRAM Compiler,涵盖ETC电路设计和验证、批量后仿真、K库。第五,进行了版图设计的工作并且通过CCK、Aging、EMIR验证,与第三方功耗仿真对比,选取12颗SRAM实例在存储阵列电压域的读功耗、写功耗、待机功耗平均值均优于第三方。本文的主要工作:在14nm FinFET工艺下设计了一套Single Port SRAM Compiler并成功进行流片,并于爱得万V93000测试平台进行了测试验证。设计中提出的低功耗设计方案在静态功耗和动态功耗与第三方相比均有优势。

关键词： 近似计算   近似压缩器   近似乘法器   图像处理  

摘要： 近年来,嵌入式设备和移动终端设备的功能逐渐复杂化和多样化,对电路功耗和电池寿命提出了挑战。加载人脸追踪、图形识别等功能的设备对精度的冗余度较高,适当降低计算精度不会影响识别准确率,且其主要计算为乘法运算,因此设计具有近似运算功能的乘法器可以有效降低系统功耗、延长使用寿命。 本文提出了两种不同精度的高能效低功耗近似乘法器(Energy-efficient and Lowpower Approximate Multiplier,ELAM)以适应不同精度需求的应用,分别为ELAM-M1和ELAM-M2。两种近似乘法器均基于进位截断技术,其中ELAM-M1乘法器基于自主设计的近似4-2压缩器,主要用于精度需求较高的应用;在该4-2压缩器基础上,本文进一步简化运算和电路复杂度,提出了近似4-1压缩器,并设计了ELAM-M2乘法器,以应用于精度需求较低的应用场景。通过分析压缩器的错误特征,提出了基于最大误差概率补偿算法,降低近似压缩器引入的误差。此外,提出了两种对应的部分积压缩策略以减少补偿算法引起的资源消耗。本文提出的近似乘法器在Nangate 45nm工艺库下进行了验证,实验结果表明,ELAM-M1与现有的近似乘法器相比有明显的精度提升;相比于精准乘法器,ELAM-M1的延时、面积、功耗以及延时功耗积分别降低了10%、7%、12%以及21%,实现了精度与硬件消耗之间的最佳平衡。ELAM-M2与精准乘法器相比,其延时、面积、功耗以及延时功耗积分别降低了16%、28%、35%以及45%,并且ELAMM2的误差分布为双边误差分布,可以缓解单边误差分布在乘累加运算中引起的错误累计。 为了进一步说明本文设计的近似乘法器的有效性,本文在图像融合和边缘检测应用场景下分别进行了验证。ELAM-M1的图像峰值信噪比(Peak Signal-To-Noise Ratio,PSNR)在两种应用中分别达到了69.55和inf,与其他高精度近似乘法器处理得到的PSNR值相比,其PSNR值提升了9%-25%。而在两种应用中使用ELAM-M2处理得到的PSNR值分别为50.23和40.61,也达到了优秀图像质量的标准。因此,提出的近似乘法器在降低计算功耗的同时,保证图像质量,在图像处理领域具有良好的应用前景。

摘要： 纳芯微推出基于CMOS-MEMS的相对湿度(RH)和温度传感器NSHT30。NSHT30在单芯片上集成了一个完整的传感器系统，包括电容式的相对湿度传感器、COMS温度传感器和信号处理器以及I2C数字通信接口，采用2.5 mm×2.5 mm×0.9 mm的DFN和LGA封装。其I2C接口的通信方式、极小的封装和低功耗特性使得NSHT30可以更广泛地集成到各种应用中。从汽车智能化到智能家居，系统越来越依靠对周围环境的判断做出决策，

关键词： Defects  

摘要： Data races are common defects in multi-threaded programs. Traditional data race analysis methods are difficult to achieve both in recall and precision. Their detection reports are difficult to locate the root cause of the defect. Considering that Petri nets have the advantages of accurate behavior description and rich analysis tools in the modeling and analysis of concurrent systems, a new data race detection method based on Petri net unfolding technology is proposed. First, by analyzing a program running trace, a Petri net model of the program is mined. It implies multiple different traces of the program even though it is mined from only one trace, which can reduce the false negative rate of traditional dynamic methods while ensuring the performance. After that, a Petri net unfolding-based detection method of program potential data races is proposed, which has a significant improvement in efficiency compared with static methods. Furthermore, it can clearly show the triggering path of the data race defect. Finally, for the potential data race detected in the previous stage, a scheduling schema is designed to replay the defect based on the CalFuzzer platform, which can eliminate false positives and ensure the authenticity of detection results. The corresponding prototype system is developed, and the effectiveness of the proposed method is verified with open program instances. © 2023 Chinese Academy of Sciences. All rights reserved.

关键词： PXI总线   虚拟仪器   高速数据存储   多线程   飞行器  

摘要： 发射控制是保障飞行器顺利发射的关键所在。在飞行器的研发过程中,为验证飞行器的发射功能设计的正确性,需要进行对靶标的发射试验。随着航天科工集团某厂新型号飞行器的研发,旧型号的发射控制系统不能满足新型号的发射控制需求。故本课题以此为背景,诣在设计制作出一套针对新型号飞行器的发射控制系统。首先进行发射控制系统的需求分析,分析该型飞行器测试需求、功能性和非功能性需求。综合考虑后提出基于PXI总线和虚拟仪器技术的总体设计方案。系统采用PXI总线实现高速数据采集和控制,使用PXI机箱进行数据采集,并针对被测信号设计制作了一套信号调理单元,为发射控制系统软件设计提供了硬件基础。系统在Visual Studio开发平台上采用C#作为编程语言,利用Measurement Studio开发工具进行发射控制系统的软件研发。软件使用模块化设计,利用多线程技术实现并行控制,提高了软件的实用性和可靠性,结合SQL Sever数据库使用EF框架技术,在对测试数据进行管理的同时提高其可扩展性。飞行器在发射控制过程中的高速数据记录和回放,保证数据存储的高速和稳定是整个项目的重点和难点,系统使用高速存储设备、二进制序列化和压缩数据的方式提高了大容量数据的存储速度。在完成发射控制测试后,将测试结果通过报表输出。由此实现该型飞行器发射控制,信号实时监控,数据记录,数据管理和报表生成等功能。为验证发射控制系统的功能,设计了模块测试和集成测试的测试用例。并使用实验室开发的发射控制模拟器进行系统测试,结果表明系统功能正常。最后在航天科工集团某厂内使用工艺飞行器进行验收测试,确保本发射控制系统的功能达到设计目标。结果表明发射控制系统在功能和精度上均满足测试要求,目前已投入使用。