《VLSI设计综合实践》课程建设与思考

为提高微电子及相关专业研究生VLSI设计实践能力,国防科学技术大学开设了《VLSI设计综合实践》课程。介绍了该课程的教学内容、教学方法、教学团队的情况。该课程参考借鉴了国内外同类课程的先进理念,在教学内容和方法上进行了创新性的探索与尝试,取得了良好的教学效果。     

低偏斜、高变化容忍的层次化无缓冲谐振时钟分布网络

无缓冲谐振时钟分布网络能够最小化同步系统的时钟功耗。但由于没有缓冲器,时钟网络的偏斜受到多方面因素的影响,例如时钟互连线寄生参数的差异,非平衡时钟负载以及工艺、电压温度变化。本文提出了一种层次化的两相无缓冲谐振时钟互连网络结构,将网格型和树型结构的各自优点相结合。在TSMC 65nm标准CMOS工艺下,通过一个流水线乘法器电路分析了该结构时钟网络的偏斜及变化容忍特性。版图后仿真结果表明,层次化时钟网络的偏斜分别比纯网格和纯H树结构时钟网络降低超过75%和65%,而且在非平衡时钟负载或工艺、电压温度变化的情况下,时钟网络偏斜最高小于7ps,不超过整个时钟周期（约760ps）的1%。     

CABAC熵编码机制下有效的变换域码率估计技术

 CABAC是H.264/AVC视频压缩标准中采用的一种熵编码机制,结合RDO模式选择技术,可以降低20％的码率.在RDO模式选择过程中,需要对编码块的每一种候选模式进行熵编码以获得编码位数,这在很大程度上增加了视频编码的计算复杂度.为了避免复杂的Lagrange耗费计算,本文第一次提出了一种CABAC熵编码机制下的变换域码率估计方法,基于量化变换系数和运动向量差对熵编码位数进行估计.在此基础上,本文将码率估计技术应用在RDO模式选择中,提出了基于码率估计的快速模式选择算法,减少了模式选择的计算时间.模拟结果显示,本文提出的CABAC熵编码机制下的变换域码率估计技术在对编码性能影响不大的情况下,减少了模式选择中51％的率失真耗费计算时间,采用全搜索运动估计算法时,节省33％的总编码时间.     

一种低延迟低功耗的片上全局互连方法

提出了一种用于片上全局互连的混合插入方法. 该方法利用中继驱动器和低摆幅差分信号电路在驱动不同长度连线时的优点，将它们混合插入到连线的合适位置，从而降低互连的延时和功耗. 模拟结果表明，该方法与已有方法相比在延时、能耗、能耗延时积以及面积等方面都获得了一定程度的改善.     

基于加权Gray码及实时状态检测的异步FIFO设计

本文提出了一种新颖的异步FIFO设计，它采用加权Gray码进行指针编码，采用实时的全局状态检测器来控制写／读，是一种高性能的异步FIFO。模拟结果表明，在FIFO深度为4～16的情况下，该设计与已有的FIFO设计相比在性能以及面积开销等方面都获得了明显的改善。该异步FIFO在多核SoC互连设计中具有广泛的应用前景。     

高性能VLSI设计中时钟分布网络的问题与解决方法

本文介绍了深亚微米工艺下高性能VLSI芯片中时钟分布网络设计所面临的问题,总结了时钟分布网络设计的一般方法,最后指出了时钟分布网络设计研究的发展方向。     

YHFT-XX芯片中长线延时优化策略

结合YHFT-XX芯片中存在很多长路径的特点,对物理设计中长线的优化进行了研究,主要研究了三种中继器的插入对延时的影响,得出了不同长线下插入中继器的最优尺寸以及最优延时。结合具体的工程实践,运用得出的结论优化了长路径的延时。通过规整的中继器插入,将长线上中继器单元以及中继器单元间的间距进行优化,使得路径延时更小,通过跨模块的中继器插入优化,采用穿通技术,有效减小了延时,提升了芯片的时序性能。     

基于Tube不变集的直流微电网鲁棒模型预测控制

由多个分布式发电单元(Distributed Generation Units, DGUs)互联组成的直流微电网中,DGU的投入或退出使微电网结构具有不确定性。针对这一问题,将基于Tube不变集的鲁棒模型预测控制策略应用于直流微电网,离线设计,在线实时控制,使直流微电网在结构具有不确定情况下的状态始终收敛于终端干扰不变集,保证DGU投入或退出时直流微电网的母线电压稳定。首先分析了系统的状态方程,并推导出线性化模型。然后设计鲁棒模型预测控制器。最后利用Matlab进行数值仿真,验证了该控制方法的可行性。     

基于融合模型的锂离子电池荷电状态在线估计

针对锂离子电池荷电状态（Stage of charge,SOC）在线估计精度不高,等效电路模型法估计精度与模型复杂度相矛盾的问题,本文对扩展卡尔曼滤波算法进行了改进,并以电池工作电压、电流为输入,对应等效电路模型法的SOC估计误差为输出,采用极限学习机算法,建立基于输入输出数据的SOC估计误差预测模型,采用物理–数据融合方法,基于误差预测模型,建立了等效电路模型法结合极限学习机的锂离子电池SOC在线估计模型。仿真结果表明,改进扩展卡尔曼滤波算法提高了算法的估计精度,而物理–数据融合的锂离子电池SOC在线估计模型减小了由电压、电流测量所引入的估计误差,克服了等效电路模型法估计精度与模型复杂度之间相矛盾的问题,进一步提高了SOC的估计精度,满足估计误差不超过5%的应用需求。      

一种高性能的异步FIFO结构

针对现有FIFO设计方法的不足,本文提出一种新的异步FIFO结构——WG-FIFO,采用加权Gray码进行指针编码,采用实时状态检测器控制写/读操作.模拟结果表明,在FIFO深度为4~16的情况下,该结构与已有的FIFO结构相比在性能、面积开销以及写/读操作效率等方面都获得了明显的改善.特别地,当FIFO的深度为8、宽度为32时,相比B-FIFO,WG-FIFO的最高时钟频率提高31.6%,单元面积减少17.1%,且写/读效率最大能提高47%.