摘要：生物阻抗测量技术是各种新兴医疗仪器进行医学诊断、健康监测的重要手段,而高精度的读出电路是实现精确诊断的关键。传统生物阻抗测量系统的读出电路常采用逐次逼近模/数转换器(SAR ADC)实现,在不采用校准算法时,其精度通常不超过12位,无法满足日益提高的生物阻抗读出精度要求。针对该问题,设计了一款面向生物阻抗信号测量的24位增量式Σ-ΔADC,采用三阶四比特单环前馈结构,在降低量化噪声的同时加快转换速度。在设计中使用数据加权平均(DWA)技术,降低了多比特反馈数/模转换器(DAC)失配引起的非线性,显著提升ADC精度;采用系统级斩波消除ADC前端系统失调。另外,本文采用了可配置的数字滤波器设计,通过配置不同的过采样率(OSR)可实现测量时间与输出精度的灵活折衷。采用180 nm工艺对该ADC进行流片验证,测试结果表明,在128个时钟周期的测量时长条件下(等效为128倍过采样率),ADC的有效位数达到17.8位,信噪比为108.9 dB,总谐波失真为-113.3 dB,等效输入RMS噪声为2.95μV RMS,工作时整体功耗为930μW。

摘要：针对超高清视频编码的实时性需求以及高效视频编码熵编码系统中存在的数据吞吐率瓶颈,提出了一种基于波前并行处理(WPP)技术的硬件架构,在提高编码并行度的同时保留了行与行的依赖性,提升了编码系统的数据吞吐率与压缩效率。该架构可以进行三线程编码树单元同步编码,提高了近3倍的编码并行性;采用同步更新单元保证线程之间概率模型的同步更新;单线程内的概率模型支持多个二元的符号的并行更新;初始化单元支持对多种模式下编码单元的概率初始化;支持在线模式和离线模式,可以更好地平衡熵编码与其他模块的吞吐差异。本设计实现的熵编码器单周期处理的平均数据量为5b,在SMIC 55nm工艺下,其综合频率达到300MHz,吞吐率为1 512Mb/s,与参考设计相比,数据吞吐率提升了89%。本设计提出的熵编码器性能满足超高清视频的实时编码需求。

摘要：针对植入式医疗设备中关键模块模数转换器(ADC)的超低功耗设计问题,以低功耗的逐次逼近型ADC为基础,提出了低位逐次逼近量化逻辑的模数转换器。量化逻辑主要用于以心电信号为代表的低活动度生物信号,在采用固定分辨率和采样率的情况下,根据信号的变化幅度调整量化次数,以达到降低功耗和压缩数据量的目的,在信号处于基线或缓变间期最少只需要3次量化就可以得到ADC转换结果。采用Global Foundry 0.18m标准CMOS工艺对该ADC进行了电路和版图设计,仿真结果显示,在1.8V的电源电压和1kHz的采样率下,ADC的有效位为9.6b,核心电路平均电流功耗为64~131nA。该低位逐次逼近模数转换器特别适合应用于植入或可穿戴医疗设备中低活动度生物信号的模数转换,在保证量化精度的同时显著降低了ADC的功耗。

摘要：针对传统级联型ΔΣ调制器中运算放大器(OTA)增益要求过高和功耗过大的问题,提出了一种用反相器实现积分的级间反馈级联型低压低功耗调制器。该调制器采用带有级间反馈的级联型结构,从系统上消除了传统级联结构中传递函数失配的风险,大大降低了模拟积分器的设计要求,不再需要高电源电压、高增益的OTA实现积分来保证传递函数的精确性。此外,采用低增益、低功耗的C类反相器实现积分功能,节约了芯片功耗和面积,用0.5μm互补型金属氧化物半导体(CMOS)工艺设计了一个两级级联的四阶ΔΣ调制器,仿真结果表明,所设计的调制器版图核心面积仅为858μm×525μm,调制器可工作在低至1.4V的电源电压下,在信号带宽为3.9kHz、过采样率为128的情况下,信噪失真比(SNDR)最大为99.8dB,平均电流消耗仅为58.6μA。该调制器适用于低频信号的高精度处理,具有低压低功耗优势。

摘要：针对轻量化神经网络中大量1×1卷积操作限制网络模型压缩的问题,提出了轻量化神经网络模型压缩算法,并对网络结构进行了搜索。根据有限长单位冲激响应滤波器线性相位特性思想,设计了具有线性相位约束的1×1卷积滤波器,将其应用在MobileNet网络中验证了有效性。采用遗传算法对MobileNet网络中具有线性相位约束的1×1卷积滤波器比例进行搜索,使用权重共享算法对遗传算法搜索过程进行加速,使用相对适应度指导算法进化方向。实验证明:具有线性相位约束滤波器的MobileNet网络在Cifar10数据集上的网络参数量降低为原始MobileNet网络的51.24%,网络准确率下降0.38%;在ImageNet数据集上的网络参数量降低为原始MobileNet网络的62.88%,网络top5准确率下降1.44%,具有线性相位约束的1×1卷积滤波器可以对网络模型进行有效压缩;遗传算法搜索出的最优结构网络准确率与MobileNet网络的相仿,网络参数量下降为原始网络的83.54%,网络模型更小,性能更优。

摘要：针对超低频信号测量装置对模数转换器(ADC)的高精度、低功耗和小面积要求,提出了一种带有斩波稳零(CHS)和自校准技术的增量式模数转换器(I-ADC)。I-ADC带有复位操作,可避免超低频信号带来的模式噪声。为了尽量降低功耗和芯片面积,I-ADC采用一阶结构,并通过增加一定的转换时间来实现14bit的转换精度。该I-ADC采用斩波稳零技术来消除运放低频噪声和失调对其精度的影响,I-ADC的系统失调则采用上电自校准技术来消除。采用DongBu 0.5μm BCD工艺完成了I-ADC电路及其调制器版图的设计。仿真结果表明:在-156.25~156.25 mV输入范围内,I-ADC转换误差的绝对值最大为21μV,微分非线性误差的绝对值最大为0.12bit,积分非线性误差的绝对值最大为0.21bit,调制器的平均电流消耗仅为20μA;调制器的版图面积仅为150μm×310μm;所设计的I-ADC可满足锂电池电量计等超低频测量系统所需的14bit转换精度,并具有显著的低功耗和小面积优势。

摘要：针对传统植入式医疗装置中无线通信电路功耗高、面积大、通信距离短且通常不具备能量收集功能的问题,提出了一种高效率的无线通信和能量收集电路。无线通信电路通过采用脉冲幅度调制的近场通信方式,与传统的开关调制方式相比,其功耗更低,并且在相同误码率的情况下能够实现更远的通信距离;能量收集电路通过使用低功耗的MOS整流和稳压电路,其具有高转换效率、小面积的优势。采用0.35μm CMOS工艺,完成了电路的设计和仿真,通过搭建实验平台,对所提无线通信系统进行了验证。实验结果表明:所提电路可在2.0~2.8V电源下工作,在误码率不超过10-5的情况下,最远无线通信距离可达12cm,并且工作时的电流低于26μA;无线能量收集电路在输入800mV、128kHz正弦信号时,输出直流电压为1.73V,能量转换效率达到20%。所设计电路可应用于起搏器等植入式医疗装置中,可实现高效率的无线通信和能量收集。

摘要：针对传统片上振荡器设计面临的时钟频率难以实现高精度校准的问题,提出基于二分搜索法的数字校准方法,实现了振荡频率校准并提高了校准的线性度。校准算法采用了粗校准加细校准的两步式校准过程,大大增加了频率校准范围。针对振荡频率的温度漂移问题,提出了新的温度补偿方案,在传统一阶温度补偿的基础上,增加了亚阈值电流自补偿的高阶补偿机制,大大降低了温度变化对输出频率的影响。在校准电路的设计中,合理设置开关电阻阵列的温度系数以保证输出频率的校准不影响输出频率的温度稳定性。对振荡器版图提取了寄生参数,并进行了仿真,仿真结果表明:经过所提频率校准和温度补偿方案,典型情况下振荡频率误差小于0.04%;在-40~125℃温度范围内频率误差小于±0.12%;2.5~5.5 V电源电压范围内频率随电源电压变化误差小于±0.13%;电路工作电流为47.6μA,完成一次校准时长不超过2.7 ms。该振荡器可用于物联网、处理器等应用,可以取代片外晶体振荡器,能够降低系统成本和体积。

摘要：针对传统CMOS温度传感器芯片精度低,功耗高和温度范围窄的问题,提出了一种采用电荷平衡模数转换器(ADC)的高精度CMOS温度传感器。为了避免使用高精度带隙基准源,传感器中基于寄生双极晶体管的温度感知电路分别产生与温度成正比和反比的两个电压,再用一个电荷平衡ADC对这两个电压交替量化,得到与实时温度对应的数字量;工艺波动引起的感知误差采用一个外置基准电压来校准;整个温度传感器电路采用0.18μm CMOS工艺设计。仿真结果表明:在-40～125℃的温度范围内,传感器的测量精度可达±0.2℃,完成一次测量的时间仅为42ms,工作电流为130μA,芯片版图面积为0.55mm^2。该温度传感器可应用在植入式医疗、射频标签和物联网等系统中实现对温度的高精度测量。

摘要：针对芯片制造和应用环境引入的大寄生电容严重降低飞法级电容传感器读出电路输出动态范围的问题,提出了一种带有自动增益控制的电容传感器全差分读出电路。该电路采用基于开关电容电路实现电容电压转换,利用带3位自动增益控制的全差分放大器放大传感器信号并自适应地抑制大寄生电容产生的电压;放大器输出的差分电压信号由一个12位逐次逼近型模数转换器转换为数字量并输出。该电路采用0.18μm CMOS工艺设计实现,电源电压为3.3 V。仿真结果表明,该电路的电容检测范围大于1 pF,检测精度小于1 fF,能容忍的寄生电容范围为2~10 pF,单次测量时间为1.2 ms。该电路的功耗为1.8 mW,版图面积为1.2 mm×0.89 mm,可应用在电容型触摸屏和微型加速度计等设备中以提高电容测量的精度。