热式MEMS流量传感器的设计及测试

根据已有的热式MEMS气体微流量传感器芯片的各部分热敏电阻热串扰现象严重,造成很大的测量误差,改进设计了一种MEMS热式流量传感器,将加热电阻和上下游测温电阻采用悬臂梁隔离结构,并相互隔离,有效的避免了热膜流量传感器各部分热敏电阻间相互热串扰现象。基于改进的MEMS热式流量传感器,设计了流量传感器的测试系统,包括恒温差电路、桥式测量电路及放大、滤波电路,所采集的流量信号经过滤波放大后输入AD模块进行模数转换,最后经过单片机处理,利用单片机与计算机串口通信功能,在不同流速下打印出不同的电压值;通过Matlab对所测出的数据进行拟合,完成对传感器性能的检测。测量结果表明:在一定的流量范围内,该流量传感器具有测量精度高、响应速率快、输出信号平滑等特点,能够广泛应用于工业、医疗领域的流量测量。     

基于片上网络的多核芯片组通讯方案

多芯片协同工作是一种廉价、低风险的高密度计算应用解决方案。由于片上网络(Network On Chip,NoC)的数据通讯具有并发、分离的特性,因此可以方便地在板级集成多块NoC多核芯片协同工作,构成NoC多核芯片组,快速提供更强大的处理能力。基于某高性能图像处理项目,其硬件系统主要由4块NoC多核芯片构成,4块芯片采用全互连方式,研究了报文数据在不同多核芯片间的传输问题,提出了一种通过硬件实现的多核芯片组通讯方案,该方案已应用在某高性能图像处理项目。     

基于SRAM的通用存算一体架构平台在物联网中的应用

最近，存算一体(IMC)架构引起了广泛关注，并被认为有望成为突破冯诺依曼瓶颈的新型计算机架构，特别是在数据密集型(data-intensive)计算中能够带来显著的性能和功耗优势。其中，基于SRAM的IMC架构方案也被大量研究与应用。该文在一款基于SRAM的通用存算一体架构平台——DM-IMCA的基础上，探索IMC架构在物联网领域中的应用价值。具体来说，该文选取了物联网中包括信息安全、二值神经网络和图像处理在内的多个轻量级数据密集型应用，对算法进行分析或拆分，并将关键算法映射到DM-IMCA中的SRAM中，以达到加速应用计算的目的。实验结果显示，与基于传统冯诺依曼架构的基准系统相比，利用DM-IMCA来实现物联网中的轻量级计算密集型应用，可获得高达24倍的计算加速比。     

基于 STR 的两级差分的高精度低功耗 TDC

随着集成电路工艺的发展和集成度的提高,电路延时显著降低,传统的时间数字转换器(TDC)的研究趋向于兼具高分辨率和高精度的电路设计。近年来,摩尔定律逐渐失效,物联网大背景下轻量化,微型化,低功耗的边缘设备得到了飞速发展,用于片上延时测量的微型化TDC的研究重点逐步转向高精度的低功耗设计。基于Xilinx Virtex-6 XC6VLX240T现场可编程门阵列(FPGA)开发平台,提出了一种以游标自定时环(vernier self timing ring, VSTR)代替直接计数法的粗测结构,和两条对称的延迟链组成的细测结构。通过边沿重合检测单元和锁存单元将粗测结构的游标STR与细测的对称延迟链结合,设计结果表明该结构量程可达到491 ns,分辨率为14.8 ps,最高精度为12.9 ps,功耗为0.068 W,说明了提出的两级差分结构具有高精度低功耗的特点。     

基于量子元胞自动机的5输入择多门设计与应用

随着量子元胞自动机(quantum-dot cellular automata, QCA)电路复杂度不断上升,传统的3输入择多门逐渐无法满足现有的需求.为了在减少QCA电路的逻辑深度的同时降低开销,提出一种5输入择多门以实现高效的单层QCA电路.首先将输入元胞进行分散排列,通过中间元胞相连,保证5输入择多门的逻辑正确性;然后根据元胞电子间库仑作用力确定输出元胞的位置,构造出一种低功耗的5输入择多门;最后基于所提出的择多门设计一种D触发器,其具有低复杂度和低开销等特点.采用QCADesigner和QCADesigner-E工具对所提设计的功能、性能和功耗进行评估,结果表明,与现有的结构相比,所提出的5输入择多门不仅总功耗平均减少约57%,而且实现了高极化的输出;所提出的触发器总功耗减少约78%,复杂性、面积和延迟分别降低约35%, 28%和28%.     

一种研究线性霍尔传感器频率响应特性的测试平台（英文）

线性霍尔传感器被广泛用于测量磁场强度,但针对霍尔传感器动态响应特性的研究却很少。为此,设计并搭建了一种线性霍尔传感器的频率响应特性测试平台。该平台由可控恒流源、线圈、线性霍尔传感器、低噪声放大器和数据采集装置组成,通过构建系统传递函数并提出动态更新的传递函数的方法,实现了霍尔传感器动态响应特性的精确测量。利用该平台分别测试了NHE520F和P3A两款芯片的动态特性性能。结果显示,在2.5 kHz-2 MHz范围内,这两款霍尔传感器在幅频特性和相频特性方面的性能差异在测试平台上被充分显现,而且霍尔传感器的动态特性参数与静态特性参数并非必然一致,动态特性分布也不相同。此外,根据多种温湿度条件下测得的霍尔传感器幅频特性与相频特性,绘制了霍尔传感器的平均动态特性曲线和3个标准差包络曲线。基于该测试平台获得的实验数据对研究霍尔传感器动态响应特性具有重要意义。     

基于“包-电路”交换的双环片上网络设计

针对包交换片上网络(NoC)在大量数据通信情况下性能较差的弱点,提出了一种基于“包-电路”(PCC)交换的环形拓扑结构片上网络(DRNoC)设计架构。首先这种双环形拓扑结构由内外两环构成,可实现环内或环间双向通信,环上节点数目可拓展。其次DRNoC路由器通道可配置为桥节点或环节点路由器两种类型,相比于2D-Mesh型通道数减少,结构更加简单,资源消耗更少。最后提出了针对DRNoC的双环动态路由算法(DDRA),该算法无需在每个路由节点都进行输出方向的译码判断,在头包建立受阻时,根据网络情况选择其他路由路径,最大程度保证数据同环传输基础上跨环传输,有降低头包建立的等待时间,提高吞吐率。实验表明,在大量数据通信情况下,搭载DDRA算法的DRNoC的硬件资源开销降低的同时能够降低网络平均包延时提升平均吞吐率,有效地改善了网络性能。     

小量程高灵敏度压阻式表压压力传感器的设计北大核心CSCD

针对飞机供氧、液压、环控和燃油等系统故障预测与健康管理(PHM)对小量程压力传感器的重大需求,设计了一种新型梁膜复合结构微电子机械系统(MEMS)压阻式压力传感器,该研究通过小量程、高灵敏度的压力传感器力学机理分析和力学仿真建模,提出一种具有弧形膜和米字梁复合型结构,采用弧形硅杯支撑,通过结构和尺寸的优化设计以及压敏电阻位置的确定,在-2~12 KPa的量程内具有较高的灵敏度和线性度。利用ANSYS软件仿真分析得到设计的压力传感器灵敏度为21.801 mV/KPa,非线性度为0.02%。然后基于MEMS加工工艺设计了SOI表压压力传感器的工艺流程。     

应用于 ATE 的时间测量单元设计

集成电路飞速发展对集成电路自动测试设备(ATE)中时间测量单元(TMU)的精度提出了更高的要求。针对这一问题,本文使用电子学引脚测试芯片MAX9979对数字IC施加激励和捕获响应,结合Xilinx Artix-7 FPGA内部固化的时间数字转换器(TDC)设计了一种高精度的时间测量单元。时间数字转换器采用粗、细计数结合的内插方法,粗计数由参考时钟为200 MHz的32位直接计数器实现;细计数由超前快速进位链(CARRY4)级联的延迟链构成,通过对CARRY4进行专用配置来减小其超前进位功能引起的测量误差,使用码密度校准法对延迟链进行校准。实验结果表明,TMU量程为21.475 s,平均分辨率为34.7 ps, DNL优于2.5 LSB,INL优于4.5 LSB,精度为39.7 ps。     

甲酸预处理对基于Cu/Ag混合纳米颗粒的Cu-Cu键合的影响北大核心CSCD

针对功率电子器件中电气互连的需求,提出了一种适用于功率电子器件封装的Cu-Cu键合工艺。采用纳米尺寸的Cu/Ag混合颗粒浆料作为Cu-Cu键合的中间层,并利用甲酸气体在最佳预处理温度180℃对Cu/Ag混合纳米颗粒浆料进行预处理,之后在260℃的键合温度、外加5 MPa压力的情况下完成Cu-Cu键合。通过测试发现,甲酸气体预处理后混合纳米颗粒浆料中Cu纳米颗粒表面的氧化物得到了有效还原,使得混合纳米颗粒烧结得更充分,键合后的截面变得更致密。此外,甲酸气体预处理后的断面上产生了明显的韧性形变,且Cu-Cu键合的剪切强度平均值达到65.6 MPa。结果表明,该种键合工艺可靠,为功率电子器件封装中高可靠的Cu-Cu键合提供了新的解决方案。