用于3D打印喷头的温控集成电路架构与设计

3D打印技术作为新兴的增材制造技术领域的重要技术装备,正在向各领域拓展其应用范围。在3D打印机的工作过程中,需要对打印材料进行温度控制,以确保打印质量和打印效果。对于微滴喷射式的阵列打印头的研发而言,考虑到其体积、功耗等边界的严格约束条件,传统的可编程阵列逻辑(FPGA)、单片机等电路实现方案不再适用,需要开发与之配套的温控集成电路,并以裸硅片的形式与其他控制电路等进行集成封装。本文基于阵列打印头研发的边界条件限制,采用模块化集成电路设计方法,提出一种打印头温控集成电路架构,完成前端设计、原型验证、后端设计等开发工作。芯片版图面积740μm×740μm,符合设计需求,满足3D打印头的系统开发需要。

基于SMPTE 272M标准的音频加解嵌系统设计

基于SMPTE 272M标准,提出了在标准清晰度视频信号中加嵌和解嵌音频信号的硬件实现方案,详细分析了这两种系统的组成工作原理与设计过程,并介绍了音频加解嵌在数字广播系统中的应用。

三维集成电路中硅通孔缺陷建模及自测试/修复方法研究

硅通孔(Through Silicon Via,TSV)是3维集成电路(3D IC)进行垂直互连的关键技术,而绝缘层短路缺陷和凸点开路缺陷是TSV两种常见的失效形式。该文针对以上两种典型缺陷建立了TSV缺陷模型,研究了侧壁电阻及凸点电阻与TSV尺寸之间的关系,并提出了一种基于TSV缺陷电阻端电压的检测方法。同时,设计了一种可同时检测以上两种缺陷的自测试电路验证所提方法,该自测试电路还可以级联起来完成片内修复功能。通过分析面积开销可得,自测试/修复电路在3D IC中所占比例随CMOS/TSV工艺尺寸减小而减小,随TSV阵列规模增大而减小。

长互连链延时功耗建模与基于混合粒子群算法的优化

延时和功耗已经成为VLSI两个关键因素,该文提出一种用于综合考虑功耗和延迟的片上寄存器长链设计方法,首先建立由基于Elmore延时模型和综合功耗模型的能量延时积模型。提出一种混合进化粒子群算法,通过引入新的惯性权值算子和混合变异操作,克服了传统算法收敛速度慢,早熟及局部收敛等缺陷,同时采用基准函数对该算法进行测试,验证了算法的有效性。最后,将该算法应用基于最小能量延时积的长链设计中,和最小延时模型相比,该方法所得到的功耗延时积减少26.34%,能量延时积减少18.74%,HSPICE仿真验证了设计方法的有效性。

65nm闪存芯片擦除时间退化的优化设计

随着制造工艺进入65 nm节点,闪存的可靠性问题也越来越突出,其中闪存芯片擦除速度随着擦写循环的增加出现明显退化。该文从单个存储器件的擦写退化特性入手,详细讨论了隧穿氧化层缺陷的产生原因、对器件性能的影响及其导致整个芯片擦除时间退化的内在机理,并提出针对性的优化方案:采用阶梯脉冲电压擦写方式减缓存储单元退化;对非选中区块进行字线浮空偏置以抑制擦除时的阵列干扰。该文基于65 nm NOR Flash工艺平台开发了128 Mb闪存芯片,并对该方案进行了验证,测试结果表明,采用优化设计方案的芯片经过10万次擦写后的Sector擦除时间为104.9 ms,较采用常规方案的芯片(大于200 ms)具有明显的提升。

基于参数化模型的FPGA时钟网络设计和优化

本文在FPGA时钟网络(Clock Distributed Network,CDN)关键结构尺寸的参数化建模基础上,提出一种针对全定制FPGA CDN的设计和优化方法.本文所建立的参数化模型将结构尺寸分为拓扑结构和电路与互连两类,分别给出了这两类尺寸参数的设计原则.在标准CMOS 0.13μm工艺下,对H树型、鱼骨型以及混合型三种类型时钟网络设计了2组结构参数,分别代表优化前和优化后,对比分析延时、偏斜、功耗和面积等性能参数.实验结果显示:混合型结构在绝对延时和时钟偏斜上减小最多,分别达到20.89%和63.20%;鱼骨型结构的面积减小达到50.14%;H树型结构的绝对延时和功耗则均降低了7.37%和8.33%.以上结果充分证明了本文所提设计优化方法的有效性.

非线性延时模型及逻辑门优化设计

为了解决信号斜率对逻辑门延时的影响,提出一种基于逻辑努力的非线性逻辑门延时模型。模型引入非线性修正因子,该修正因子通过对仿真数据的模拟,由优化算法求得。针对不同的连线负载,提出模型得到的延时与仿真得到的延时误差小于3%。仿真结果表明,在不同的连线负载下,采用该模型优化设计的译码器延时最小,验证了模型的有效性。

Flash存储器中负压电荷泵的研究与设计

本文提出了一种适用于单电源,低电压供电的Flash存储器的负压电荷泵实现方法.在分析电荷泵工作原理的基础上,结合NOR Flash存储器电路系统对该负电压的要求,提出了用于抑制编程串扰的负压电荷泵电路结构,并详细分析其工作原理.最后针对不同工艺角、电源电压和温度对该电路进行系统的仿真验证,结果显示对于上述各情形该电荷泵系统均可以在2μs内稳定输出-300mV的电压,达到设计要求.

补中益气丸的主治功效及毒性评价

目的以低蛋白低喂养量的限量营养摄入方法建立脾虚小鼠模型,并通过BDI-GS体系评价补益类中药复方补中益气丸的药效和30天喂养的安全性。方法在健康断乳2周KM小鼠基础上以低蛋白低喂养量的限量营养摄入的方式建立脾虚小鼠模型为模型对照组),补中益气丸的高剂量组(750mg/kg),中剂量组(300mg/kg),低剂量组(120mg/kg),另设正常对照组,连续灌胃给药30天,于第31天取血样检测血常规和血生化指标,并解剖取出8种脏器组织,观察用药对脾虚小鼠的影响,并采用损益指数-总积分(BDI-GS)体系评价补中益气丸的功效和安全性。结果模型对照组小鼠与补中益气丸各剂量组小鼠体重无显著性差异,模型对照组和补中益气丸各剂量组小鼠的WBC比正常对照组低(P<0.05),限量营养摄入导致肝脏损害,ALT、AST水平明显上升,喂食补中益气丸后各剂量组小鼠的ALT、AST比模型对照组小鼠低(P<0.05),雌性给药组小鼠的心、脾、肺、肾、胸腺、性腺的BDI值均>1,各脏器总累计GS值随剂量增加至中剂量和高剂量时>10,雌性的股骨头、大脑和胰腺BDI值均<1;而雄性给药组小鼠心、脾、肾、胸腺、性腺和大脑的BDI值均>1,肺、股骨头、胰腺BDI值<1,但雌雄各脏器总累计GS值随剂量增加至中剂量和高剂量时>10。结论补中益气丸有通过"补肝实脾"补益机体的作用,且安全性良好。