异步电路的设计方法及其应用

由于异步电路不仅具有高性能、低功耗、模块性等优势,而且有望解决微系统芯片中存在的模块互联难题,并被越来越多地应用于芯片的设计中,因而近年来引起了人们的高度重视.文章对研究较多的Huffman电路、延时无关电路、速度无关电路以及定时电路等的设计风格及其工具进行了对比分析,并提出了异步电路的发展趋势及其应用领域.     

一种热感集成电路功耗模型及其对动态电压调整技术的影响

提出了一种新型热感功耗模型,该模型能够准确估计出电压调整情况下的功耗和温度.实验结果表明如果忽略热效应,泄漏功耗将会被低估最高达52%.使用电压调整技术对电路的能量消耗和温度进行协同优化时,两者具有不一致的优化方向.温度是未来集成电路发展的一个重要限制因素,而温度优化方法可以降低电路温度最高达12℃,同时其能耗的增长低于最优解的1.8%.     

使用赛道存储单元的近阈值非易失SRAM

利用在一个单元上可以存储多位信息的赛道存储单元,设计了在近阈值电源电压下工作的非易失SRAM。通过恰当选择赛道存储单元的设计参数,并利用正向衬底偏压等技术,使其能在近阈值电源电压(0.5 V)下可靠工作。该非易失SRAM与电源门控技术配合使用,可以解决在近阈值环境下泄漏电流占比过大的问题。仿真结果显示,在典型应用下,可降低传感网芯片中存储器部分能耗的40.9%。     

基于马尔可夫-蒙特卡洛采样的电源网络分析

电源网络分析是深亚微米集成电路设计的关键因素之一.针对高性能芯片采用IBM C4封装和网状结构片上网络的特点,首先通过随机游走模型推导出电源网络的三个性质,接着基于这些性质给出了深亚微米电源网络的分析框架,最后提出了基于马尔可夫-蒙特卡洛采样的电源网络求解算法.仿真实验表明,与随机采样求解电源网络方程相比,马尔可夫-蒙特卡洛采样在不降低计算精度的前提下,运算速度提高了近两个数量级.     

近阈值标准单元库和其在传感网芯片中的应用

将电源电压降低到晶体管阈值电压附近可以有效提高数字电路的能效,而近阈值标准单元库是近阈值数字电路设计的基础.通过分析逻辑门间静态噪声容限的兼容性、逻辑门在宽电压范围下延时变化情况,并通过求解最大包问题等的相关算法,对现有的商用数字CMOS标准单元库进行有效筛选,得到适用于低电压工作的近阈值数字CMOS标准单元库.通过一个应用于传感网中的双电压域、双核微控制器流片测试,对此标准单元库进行了验证,结果显示其中工作在0.5V下的高能效核的能量效率相较传统工作电压下提高到2.76倍.     

一种热感集成电路功耗模型及其对动态电压调整技术的影响

提出了一种新型热感功耗模型,该模型能够准确估计出电压调整情况下的功耗和温度.实验结果表明如果忽略热效应,泄漏功耗将会被低估最高达52%.使用电压调整技术对电路的能量消耗和温度进行协同优化时,两者具有不一致的优化方向.温度是未来集成电路发展的一个重要限制因素,而温度优化方法可以降低电路温度最高达12℃,同时其能耗的增长低于最优解的1.8%.     

基于混合遗传算法的输入向量控制漏电优化

提出了一种用于输入向量控制漏电优化的混合遗传算法.该算法首先根据输入信号对电路泄漏功耗的不同影响,将其划分为关键输入信号和非关键输入信号;接着将输入向量空间划分为子空间,混合遗传算法对子空间实施多样性控制实现全局搜索,在子空间内爬坡实现快速局部搜索.对采用HJTC (和舰科技)0.18 μm工艺的ISCAS85电路的泄漏功耗进行了优化.结果表明,混合遗传算法的优化范围最大可达111.85%,而且其收敛速度更快.     

一个应用于PHS系统的低噪声低功耗全数控LC振荡器

针对PHS通信系统,综合采用了反型数控MOS变容管、数控MOS变容管单元矩阵、动态元素匹配、流水线MASHΣ△调制器等多项旨在提高新型全数控LC振荡器(DCO)性能的电路技术,在SMIC 0.18μm CMOS工艺下设计了一种低噪声低功耗的DCO.经测试得到,该DCO的中心振荡频率为3.1GHz,频率调节范围为120MHz,电源电压为1.8V,电流为2.8mA.当振荡在3.1GHz时,该DCO输出信号在100kHz与1.2MHz频偏处的相位噪声分别为-102.3和-122.6dBc/Hz.测试结果表明,该DCO与国际上DCO设计的最新水平相比,在相位噪声与功耗等方面具有较高的优势.     

一个应用于PHS系统的低噪声低功耗全数控LC振荡器

针对PHS通信系统,综合采用了反型数控MOS变容管、数控MOS变容管单元矩阵、动态元素匹配、流水线MASHΣ△调制器等多项旨在提高新型全数控LC振荡器(DCO)性能的电路技术,在SMIC 0.18μm CMOS工艺下设计了一种低噪声低功耗的DCO.经测试得到,该DCO的中心振荡频率为3.1GHz,频率调节范围为120MHz,电源电压为1.8V,电流为2.8mA.当振荡在3.1GHz时,该DCO输出信号在100kHz与1.2MHz频偏处的相位噪声分别为-102.3和-122.6dBc/Hz.测试结果表明,该DCO与国际上DCO设计的最新水平相比,在相位噪声与功耗等方面具有较高的优势.     

无线传感器网络分布式一致时间同步协议的收敛分析及加速设计

该文研究了基于分布式一致的无线传感器网络时间同步协议的收敛和加速问题。通过将其同步迭代过程映射到马尔可夫链的状态转移过程,推导出了分布式一致时间同步协议在循环网中的收敛速度与节点邻居数和网络规模有关。Matlab仿真实验表明该结论对类均匀规则网和类均匀网也是正确的。此外,对于类均匀网,邻居数分布也会影响协议的收敛速度。因此该文提出了基于改变网络邻居数分布的加速算法来提高分布式一致时间同步协议的收敛速度。规模为100个节点的类均匀网络实验结果表明,该文提出的加速算法在没有显著改变节点平均传输半径的情况下可使分布式一致时间同步协议的收敛迭代次数降低约25%。