芯粒功能划分方法与互连体系综述

目前,芯片设计面临“面积墙”的挑战,这为芯片制造带来了高昂的流片成本。芯粒技术可以通过成熟的工艺制程制造较小面积的芯片,然后通过先进封装方式打破面积墙的限制,实现芯片的敏捷设计,降低设计成本。而设置多大的芯粒颗粒度可以满足芯片设计的灵活需求,是利用芯粒技术的一个核心问题。芯粒功能的划分也影响着芯粒间的互连结构,如何实现各功能芯粒间互连是最终实现芯片功能的关键。因此,本文综述国内外近年来对芯粒功能划分上的研究、在芯粒设计空间上的探索以及芯粒功能划分对芯粒间互连网络影响,并指出芯粒的设计方法学是未来芯粒技术发展的重要研究方向。

一种基于模式布线的柔性电路板布线规划算法

为解决柔性电路板整板自动化布线算法布线效率低、布线效果较差的问题,提出基于模式布线的柔性电路板布线规划算法,采用模式布线近似拟合详细布线,缩小详细布线和布线规划之间的精度误差。同时,根据人工经验设计4种布线模式和若干扇出模式,模拟扇出区内部资源分配和扇出区间排列组合可能出现的情况。针对层分配问题,设计了根据当前布线结果以及未来对其他线网的影响综合评价的层分配算法,针对通道区不允许打孔的约束,根据通道连接扇出区的位置顺序求得通道内布线线网拓扑不交叉序列,并作为分割线上过点位置排列顺序约束。最后,综合比较每个模式下的结果,选择代价最小的结果作为最终布线规划的结果。使用多个工业用例进行测试,实验结果表明,与已有柔性电路板布线规划算法相比,本文布线规划算法可以提升详细布线效率和布线结果。

基于嵌入式技术的运动目标控制与自动追踪系统设计

针对目前移动机器人运动目标定位不准确和追踪过程中容易丢失的问题,设计了一种基于嵌入式技术的运动目标控制与自动追踪系统。本系统以光斑模拟运动目标,通过算法编程不但可以实现目标的运动轨迹控制,还可对其运动轨迹进行自动追踪。本设计以嵌入式芯片STM32F103为核心,通过OpenMV进行图像数据处理,并由PID精确算法调节舵机,从而控制光斑在屏幕上按照设定程序进行移动和追踪。经测试,该系统能够准确地完成运动目标的控制和自动追踪任务,反应灵敏,性价比高,可广泛应用于运动目标追踪等智能控制设备中。

系统级单粒子效应试验方法研究

为评估星载电子系统抗单粒子效应敏感性及验证系统级加固方法有效性,本文开展了系统级单粒子效应试验方法的相关研究。验证了采用地面模拟装置以逐一辐照系统中器件方式评估系统功能中断率的可行性,提出可通过多种方式获取器件的敏感性数据,指出直接将系统中器件对应的功能中断截面进行加和求取系统截面曲线的不合理之处,本研究为开展系统级单粒子效应试验提供了技术支撑。

集成电路固有失效机理的可靠性评价综述

ULSI/VLSI集成电路芯片的可靠性既与设计有关,也与工艺加工过程有关,即芯片的可靠性是设计进去、制造出来。设计是集成电路芯片可靠性的基础,工艺制造是集成电路芯片可靠性的实现。要使超大规模集成电路在特定的寿命期间内能够稳定地工作,必须对影响集成电路芯片可靠性的固有失效机理进行评价。评价的目的是确定磨损失效的机理,通过改进设计和工艺加工水平确保集成电路芯片在整个产品寿命期间有良好的可靠性。本文梳理了国内外集成电路芯片固有失效机理的可靠性评价标准,阐述了这些固有失效机理的产生机制,总结了不同固有失效机理的试验方法,提出了固有失效机理的可靠性评价要求。这些标准、方法和可靠性评价要求具有很强的时效性,集成电路芯片固有失效机理的可靠性评价将在工艺开发、建库及工程服务中发挥作用,并有助于推动国内合格生产线认证的开展。

VDMOS单粒子效应简化电路模型研究

通过在功率VDMOS器件的等效电路模型中引入电阻分析器件的表面电压对其单粒子效应的影响。根据仿真数据,分析颈区宽度、P+注入和反向传输电容等参数对器件的影响,设计了250 V器件并进行辐照试验。仿真结果及试验结果与模型分析的结论一致:辐照条件下,表面电压由电阻分压确定;增加P+注入剂量和减小颈区条宽能够减小电阻,提高器件抗单粒子效应的能力;通过降低颈区浓度减小反向传输电容的方法,无法提高器件的抗SEE能力;颈区条宽增加,器件辐照后漏电增加。

融合C语言特性的ST语言的扩展与编译

针对标准ST语言无法完全适应风机控制等应用场景的问题,提出并实现了一种融合C语言特性的扩展ST语言及其编译系统。该扩展ST语言将递归函数、无返回值函数、动态数组、功能块数组以及调用程序等特性融入标准ST语言内;在完全兼容标准ST语言的同时弥补了其不足。该编译系统支持扩展ST语言的词法分析、语法分析、语义分析与交叉编译,并生成控制器能够识别的可执行文件。扩展后的ST语言及其编译系统能够完全适应风力发电控制以及其他应用场景。在实际工程中的应用表明,扩展ST语言能够完全支持实际工程中的特殊应用,并能提高控制程序的编写及执行效率。

基于SRIO的双备份数据传输

为了解决在特殊条件下数据通道受到外界因素影响导致数据无法传输的问题,提出一种基于SRIO的双备份数据传输设计方案。设计中使用两个独立的SRIO IP核来实现主路通道和备份通道数据的独立传输,同时通过通道选择模块对数据传输通道进行备份选择。该方案以Xilinx的Kintex 7系列FPGA为SRIO的连接设备,物理层以FPGA芯片内部集成的GTX高速串行收发器作为传输基础;传输链路采用“光模块+光缆”代替电缆实现数据的高速可靠传输,该方案已运用到遥测系统数据采集装置项目,实现了FPGA设备间双备份数据传输。

一款高效率宽输入电压边界导通模式反激变换器

本文提出了一款高效率、宽输入电压的边界导通模式反激变换器结构。为了防止负载切换过程中芯片过压和欠压,提出了一种由电流调节电路(CRC)与自适应频率控制电路(AFCC)组成的新型模式切换环路,实现了芯片在不同模式之间的平滑切换,提高了负载的瞬态响应和转换效率;通过在环路中引入电流调节控制技术,减小了低纹波突发模式(LRBM)下的原边充电电流和输出最小负载电流,从而减小轻负载下的开关频率,降低功耗。基于0.18μmBCD工艺,实现了电路设计和版图设计,芯片面积为1.48×2.5mm^(2)。仿真结果表明,变换器在输入电压为3~32V、输出电压为5V时,轻、重负载切换过程中的输出电压瞬态响应最大变化为6%,峰值转换效率为88.6%。

基于后量子密码算法的安全SoC芯片设计

后量子密码算法已经成为当前安全领域的研究热点。本文通过对NIST后量子密码算法竞赛候选的Saber算法进行研究,提出一种基于后量子密码算法的安全SoC芯片设计方案。该方案首先分析算法的硬件架构,优化矩阵运算和数值拼接等操作提升硬件效率,采用二次验证方式加强算法解密过程的安全性;然后,设计Hash随机数拓展生成模块、加解密模块和数据存储器以及随机数种子生成器,完成Saber算法的硬件IP核;其次,在RISC V处理器、总线和接口电路的基础上,结合时钟门控技术降低功耗,设计基于后量子密码算法的安全SoC芯片。实验结果表明,所设计的安全SoC芯片面积为2.6 mm^(2),等效逻辑门数为90k,芯片内核面积占比为75.2%,PAD面积占比为24.8%,芯片功耗为9.467 mW。

蓝牙Mesh网络AODV路由改进算法

蓝牙Mesh网络使用泛洪进行多跳通信,在没有路由机制的情况下,由于消息的连续广播,原有泛洪机制会导致网络开销增大和通信延迟。本文基于能量有效的AODV改进算法E AODV使用MATLAB进行仿真,根据跳数、节点剩余能量、链路质量来选择最优节点进行数据包的转发。仿真结果表明,E-AODV算法可减小蓝牙Mesh网络中RREQ数据包传输数量,通过与传统泛洪、AODV算法比较,该算法能够有效降低数据包传输时延,降低网络能耗,提高网络性能。

基于均衡损耗的数据存储系统设计

针对目前存储器使用寿命短、成本高的问题,选择使用国产微控制器GD32降低成本,采用均衡损耗算法延长存储器寿命,设计了大容量数据存储系统。系统以GD32为控制核心,两片NAND Flash为存储介质,通过GD32自带的EXMC接口进行连接,使用两路RS422与上位机进行数据通信,一路传输存储数据,一路进行命令控制,利用上位机控制存储器的状态,通过均衡损耗算法控制NAND Flash块的磨损程度。经过测试,系统存储容量达到32 GB,写入速度达到1 MB/s,NAND Flash使用寿命提高,性能稳定,能够满足长时间使用、大容量数据存储的需要。

一种高效16位有符号数乘法器设计

为了进一步优化乘法器的性能,提高乘法运算单元的运算速率,本文基于Radix 4 Booth算法和Wallace树压缩结构提出了一种改进的16位有符号数乘法器。其特点包括优化Radix 4 Booth编码方式,有效减小部分积选择电路的面积;改进部分积计算过程,通过优化取反加1的方法直接生成被乘数的相反数,同时采用经典的符号位补偿算法使得部分积阵列变得规整易压缩;提出一种新型42压缩器,采用单个全加器处理压缩器的中间进位,针对每行部分积不同的数据特征,细化处理了Wallace树压缩结构,提高了部分积的压缩效率。基于SMIC 180 nm标准单元库进行了综合与验证,结果表明本文所设计的乘法器关键路径延时为3.94 ns,面积为16246μm^(2),相比于现有的乘法器,本文乘法器的运算速率和综合性能都得到显著提升。

集成电路微组装用环氧粘接胶树脂析出及控制研究

环氧粘接胶常用作集成电路粘接材料。在其固化过程中,经常观察到树脂析出现象。树脂析出物会沾污键合区,带来键合可靠性问题。本文利用接触角的方法研究了树脂析出的机理,讨论了基板粗糙度和树脂析出的关系,初步得出真空烘培对于树脂析出有较大影响,而基板粗糙度和树脂析出的严重程度无必然关联。

三维激光扫描技术在建筑数字化中的研究

针对传统的单点测量效率低、工作量大、监测结果存在片面性的问题,该研究提出了基于三维激光扫描技术的建筑物模型重构方法,先用地面三维扫描系统获取建筑物三维模型,提取目标特征点,再将RANSAC算法与欧式聚类方法相结合分割建筑物立面,满足建筑数字化的要求。该研究在对三维数据预处理后进行半自动滤波去噪和平面拟合,能准确地提取建筑物立面信息。实验结果表明,本文模型产生噪声少,平面拟合优越性高,精度约在99%左右,能达到建筑物精细化建模的目的。

嵌入式操作系统加载模式选择方法研究

针对现有嵌入式操作系统加载模式选择方法会增加额外硬件开销和牺牲加载速度的问题,提出了一种基于链路状态信息的嵌入式操作系统加载模式选择方法。该方法利用上电后先复位PHY等外设再复位CPU,CPU运行BootLoader读取并判断PHY的链路建立指示信号确定加载模式,若链路建立指示信号指示网络已连接好,则选择以太网远程加载模式,其他情况下都选择本地存储器加载模式。工程应用实测结果表明,该方法稳定可靠。

基于导航卫星的高精度授时技术

基于导航卫星授时长期稳定度高的特点,结合铷原子钟优良的短期稳定度和低漂移率特性,提出了一种高精度授时技术。以导航接收机1 PPS为基准对铷原子钟进行驯服,通过高精度时差测量、卡尔曼滤波、增量式PID算法3个关键技术对外提供高精度授时服务。验证结果表明,输出1 PPS相位稳定性达到±0.2 ns以内,驯服期间1 s稳定度达到3.76E-12。

芯粒互连数据接口中用于噪声消除的弦和信令技术

芯粒(Chiplet)技术可以提升集成芯片良率、降低研发成本并提升效率,因此成为目前的研究热点。不同芯粒之间需要高速数据接口进行互连通信。为提升总带宽密度,芯粒互连多采用单端信号传输数据,因此会受共模噪声、同步开关噪声以及串扰噪声的影响。弦和信令通过对传输数据编解码将单端信号转换为伪差分信号,可以抑制噪声,提高信号传输质量。同时,弦和信令作为一种调制方式,与工艺、架构等无关,工艺移植性良好,因此得到广泛应用。本文对常见的弦和信令进行了回顾,并分析总结了其性能参数,最后对弦和信令的发展进行了展望。

北斗/SINS/OD组合导航定位终端设计

针对常见组合导航系统在隧道、峡谷、森林等卫星信号较弱甚至出现失锁状况的地区,定位精度会迅速下降的问题,设计了北斗/捷联惯导(SINS)/里程计(OD)组合导航定位终端。终端设计以OMAPL137处理器为核心,包括北斗、SINS、里程计、4G通信和电源等模块。数据处理部分以北斗导航接收机和根据SINS/OD推算分别得到的伪距、伪距率之间的差值作为量测值,使用拓展卡尔曼(EKF)滤波算法进行数据融合与误差估计。实验结果表明,北斗/SINS/OD组合导航定位终端在卫星失锁情况下行驶总里程5 km时最大位置误差为46.82 m,误差漂移为0.94%,能够有效解决卫星信号受遮蔽导致定位精度下降的问题,实现平滑载体运行轨迹并提高导航定位精度。

CAN总线错误检测系统设计与分析

为尽早发现CAN总线上数据传输时发生的错误、及时修复故障节点,设计了一种以FPGA为核心控制器的CAN总线错误检测系统。系统使用Verilog硬件描述语言编写CAN控制器,实现CAN总线协议的解析功能。分析总线上发生错误的类型,能够对位错误、填充错误、校验错误、格式错误和应答错误进行检测。检测结果以固定格式封装于UDP数据段,通过UDP驱动程序发送至上位机进行显示。模拟CAN通信环境对系统进行测试,结果表明,系统能够正确检测出CAN总线上发生的错误,对保障总线通信的稳定性方面具有一定的应用价值。