基于贪婪算法的树形WSN低功耗路由算法

PEGASIS算法是无线传感器网络中的经典分簇算法,因其易于实现而被广泛应用,然而该算法通过单链进行数据传输的方式可能使单链上相邻节点距离过远,导致网络中部分节点能量消耗过快,进而缩短网络的生命周期。针对PEGASIS算法存在的问题,提出基于贪婪算法的树形WSN低功耗路由算法。通过贪婪算法使节点形成树,并在形成树时避开剩余能量过低的节点,形成树之后再将剩余能量过低的节点加入树;然后将树中距离树外节点最近的节点作为树的根,并将树根延伸到距离最近的节点,从而实现树的融合,直到所有树的根都延伸到基站,使整个网络形成从叶节点到基站的数据传输路径。仿真结果表明,该算法下网络的生命周期相较于PEGASIS算法延长了27.1%,该算法在网络生命周期和网络能耗均衡方面表现更好。

一种低延时低功耗PWM比较器电路设计

设计了一种基于HHGrace 0.35μm BCD工艺的低延时低功耗电压型静态脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)比较器,主要应用于高频低功耗的开关电源系统。设计中包含动态尾电流源和改进型正反馈放大器,以改进传统跨导放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA)型比较器高延迟和高功耗等问题。仿真结果表明:在1.2~5.0 V供电电压范围内稳定工作,最大上升沿延时35 ns,最大下降沿延时41 ns,支持6 MHz开关频率的系统,比较精度8 mV,失调电压439μV,静态功耗仅为2.5μA(1.2 V供电)和4.4μA(5.0 V供电)。

基于嵌入式设备的低功耗工业读码器系统设计

针对目前国内读码器产品种类稀少、成本过高,功耗和热量过高、识别率低等问题,提出了一种结构紧凑、性价比高、功耗低、稳定性强的智能读码器系统设计方案。该系统方案主要基于ARM平台和Linux系统开发,硬件方面采用NXP MX8Mini作为主控芯片,搭载XILINX的XC7A50T FPGA器件,配置2G容量的LDDR4内存用来做图像预处理工作,采用AR0144CS芯片作为图像传感器,并支持多种通讯协议和扩展。软件方面,主要介绍了系统FPGA图像预处理及高斯滤波具体实现、ARM与FPGA的通讯、上位机功能设计。经过测试,该读码器系统运行稳定、体积小、功耗低,一维码8mil Code128识别率达到99.99%,为当前国产读码器市场提供了一种新的解决方案。

基于条件预充电技术的低功耗真单相时钟触发器

基于条件预充电技术,设计了一种高速低功耗真单相时钟触发器。在存在冗余开关活动的关键路径中,通过增加场效应管和控制条件,控制内部节点的冗余预充电活动;通过消除冗余结构,消除冗余的场效应管,从而改善电路结构,降低功耗和总功耗延时积。通用电路分析程序(simulation program with integrated circuit emphasis,HSPICE)仿真结果表明,在100 MHz的工作频率与低阈值电压下,触发器功耗低至158.6127 nW、总功耗延时积低至0.048735 fJ,电路具有正确的逻辑功能,且在功耗、延迟方面均优于近几年提出的电路。

一种用于宽电源电压域的高速低功耗动态比较器

针对工业生产和车机系统中电压摆幅过大影响传统动态比较器精度和稳定性的问题,基于SMIC 90 nm CMOS工艺,设计了一种面向浮栅型的一次性可编程非易失性存储器的动态电流比较器。并设计了一种随电源电压变化的偏置电路,为比较器提供基准电压和电流。在动态电流比较器的第一级中,利用电流缓冲器结构隔离后续电路对输入信号的影响,通过比较存储单元电流与基准电流,生成比较结果,同时通过基准电流限制高压时的电流。比较结果经共源极放大器放大后与基准电压进行二次比较,以提升读取的准确性和速度。流片验证结果表明,与采用传统动态比较器的存储器相比,本设计读取速度提高了73.2%,低压工作条件下的读取准确性提高了95.2%,同时功耗降低了35.7%,外围电路面积减小了79.1%。

一种低功耗高稳定性的LDO设计

基于Nuvoton 0.35μm CMOS工艺,设计了一种低功耗、高稳定性、高瞬态响应的无片外电容低压差线性稳压器(LDO)。误差放大器为交叉耦合结构,通过调节耦合对的比例可在低电流下获得相对大带宽和高增益,从而保证系统稳定性。电路基于自适应偏置结构,动态跟随负载电流变化,为前级误差放大器提供偏置电流,提高环路带宽进而提高LDO的瞬态响应。仿真结果表明,LDO的输入范围为1.3~3.3 V,输出电压稳定在1.2 V,压差仅为100 mV;全负载范围内相位裕度(PM)最差为64.4°;负载电流在0.1μA~20 mA跳变时,欠冲电压为71.52 mV、恢复时间为526 ns,过冲电压为90.217 mV、恢复时间为568 ns,最小静态电流为5.17μA。

一款NoC总线的低功耗设计

随着集成电路技术的飞速发展,其集成度和复杂度越来越高,导致芯片功耗问题日益严重。文章提出一套兼容片上网络(Net on Chip,NoC)总线的功耗管理总线,针对不同电源域进行低功耗管理,通过电源域开关协议将电源域状态同步到事务活动,且不影响系统其他部分的操作。实验结果表明,功耗管理总线具有低成本、协议简单、兼容性好、轻量级等优势。

机载液晶显示模组轻量化及低功耗技术研究

针对机载设备轻量化和低功耗的要求,提出了基于支框的机载液晶显示模组加固方式,采用有限元迭代仿真计算,优化散热板加强筋设计,减轻结构重量;基于2 mm超薄导光板,通过LED选型、LED排布对现行背光灯板进行设计改进,提升了超薄导光板光耦合效率。经计算和测试验证,改进后的方法可显著降低液晶显示模组背光功耗。

嵌入式无线传感器低功耗控制方法设计

常规的嵌入式无线传感器低功耗控制方法主要利用智能拓扑控制算法收集节点功耗反馈信息,易受邻近节点遍历作用影响,导致不同条件下的控制功耗较高。因此,需要设计一种全新的嵌入式无线传感器低功耗控制方法。文章分析了嵌入式无线传感器节点功耗,生成了嵌入式传感器低功耗控制通信协议,设计了无线传感器智能低功耗控制放大器,从而实现了无线传感器低功耗控制。实验结果表明,设计的嵌入式无线传感器低功耗控制方法在不同的控制条件下的控制功耗较低,证明设计的无线传感器低功耗控制方法的效果较好,具有可靠性,为提高嵌入式无线传感器综合性能做出了一定的贡献。

针对边缘计算的低功耗通信优化方法研究

文章针对边缘计算环境下ZigBee通信的低功耗优化问题,提出一种基于动态功率控制的方法。主要介绍边缘计算的常见架构和ZigBee通信的基本原理,详细阐述自适应功率控制模型和,通过在MATLAB中进行仿真实验,分析不同发送功率和通信距离下的通信质量和能耗表现。实验结果显示,基于动态功率控制的ZigBee通信优化方法能够实现较高的通信质量和较低的能耗,相比传统ZigBee通信具有明显的优势。

铁路系统中传感器的低功耗电源管理系统设计

探讨铁路系统中无线传感器的低功耗电源管理策略,并提出一种创新的改进策略。先介绍了铁路传感器系统的架构和相关的能源管理电路设计,然后分析了系统的状态转换过程,包括状态切换时间点和功耗问题。基于这些分析,提出一种自适应功耗模块激活策略,该策略根据传感器传输数据的频率和重要性来动态调整功耗模块的激活频率。此外,还研究了基于状态切换的功率优化方法,以最大限度地减小功率消耗。

基于先进工艺的低功耗模拟集成电路设计

阐述先进工艺的低功耗模拟集成电路设计,探讨模拟集成电路的基础知识,低功耗设计原理以及先进工艺技术的应用,分析一个高效、精密的模拟电路设计案例。

我科学家研发出mW级超低功耗类脑芯片

据报道,来自中国科学院自动化研究所等单位的科研人员联合研发出一款新型类脑神经形态系统级芯片Speck。该芯片展示了类脑神经形态计算在融合高抽象层次大脑机制时的天然优势。相关研究成果在线发表于《自然·通讯》杂志上。人脑运行的神经网络虽然非常复杂且庞大,但总功耗却仅为20 W,远小于现有的人工智能系统。因此,在算力比拼加速、能耗日益攀升的当下,借鉴人脑的低功耗特性发展新型智能计算系统成为极具潜力的方向。

基于物联网的低功耗通信传输协议与安全接入机制设计

研究设计了一套低功耗通信传输协议及相应的安全接入机制。选择蓝牙低功耗(BLE)作为基础协议,其具有广泛支持、低功耗、实时性和安全性的特点。协议帧结构包括:起始标志、地址字段、数据字段、校验字段和结束标志,以确保稳定高效的数据传输。安全接入机制引入了双向认证、多因素认证、安全密钥交换和定期密钥更新等策略,确保通信机密性、完整性和安全性。该设计为物联网设备提供了可靠的低功耗通信和安全接入解决方案,平衡了通信效率与安全性的需求。

低功耗技术在嵌入式电子系统中的应用策略研究

嵌入式电子系统广泛应用于各类设备和产品中,其能耗问题受到了广泛关注。本文将重点研究和探讨新的低功耗技术策略,并进一步探索其在系统性能和电池寿命方面的影响。通过该研究,可以更好地应用低功耗技术,进一步改善嵌入式电子系统的能耗问题。低功耗策略在嵌入式电子系统中的应用至关重要。它不仅能有效减轻系统的热量分散问题,确保设备稳定运行,还能实现灵活的功耗管理。通过根据实际需求动态调整系统功耗水平,低功耗策略在满足系统性能要求的同时,尽可能降低能耗。在电池供电的嵌入式系统中,低功耗策略尤为关键,能显著延长电池使用时间,提高能源利用效率。因此,低功耗策略的应用可以显著提升嵌入式电子系统的性能和寿命。它能够优化系统设计,减少功耗,并改善系统的稳定性和可靠性。低功耗策略还能够实现灵活的功耗管理,提高能源利用效率。对于嵌入式电子系统而言,采用适当的低功耗策略是至关重要的。

基于自供电的低功耗电力设备监测系统设计与分析

针对智能化电网的需求以及电力设备温度监测节点的电源问题,研发基于自供电的低功耗电力设备监测系统。利用热电转换模块将热能直接转换成电能,基于FEH710热电管理芯片设计能量管理电路为节点提供稳定电能,节点由温度传感器DS18B20、低功耗单片机STC15W4K32S4、无线射频芯片nRF24L01P组成,电路采用低功耗设计,在程序和电路上对系统进行低功耗处理。实验结果表明,正常工作情况下节点的功耗为115.50 mW;热端温度为60℃时,能量管理电路可输出183.26 mW功耗,满足节点的电能需求,并可以将多余的电量进行储存。该系统能够为变压器的安全运行提供技术保障,推动电力设备的数字化发展。

一种6倍无源增益低OSR低功耗的二阶NS SAR ADC

针对一阶噪声整形(NS)往往需要增加功耗而以较高的过采样比(OSR)来实现较高的有效位数(ENOB),提出了一种低OSR、低功耗的二阶无源NS SAR ADC。该无源NS模块较高的无源增益可以更好地抑制比较器的噪声;其残差电压是通过开关MOS阵列复用积分电容实现采样,从而无需额外的残差采样电容,避免了残差采样电容清零和残差采样时kT/C噪声的产生,因此减小了总的kT/C噪声。180 nm CMOS工艺仿真结果表明,在不使用数字校准的情况下,所设计的10位二阶无源NS SAR ADC电路以100 kS/s的采样率和5的OSR,实现了13.5位ENOB,电路功耗仅为6.98μW。

一种基于分段电阻的低功耗电流舵DAC

基于SMIC 180 nm标准CMOS工艺,设计了一款面积仅为320μm×150μm的10 bit分段式电流舵数模转换器(DAC)。该设计采用“5+5”式分段,通过电阻实现高位子DAC的量化阶梯,从而减小高位子DAC所需电流。与原始的电阻量化结构相比,改变电流流向,节约了一半的电流源数量。同时通过校准电阻的方式,有效校准了结构中存在的特殊非理想特性。仿真验证结果表明,本分段电流舵DAC微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)最大值分别为0.09 LSB和0.34 LSB,无散杂动态范围为64.52 dB,功耗为8.58 mW。与传统结构相比,该结构面积减小约80%,有效减小分段式电流舵DAC的功耗以及面积。

空地一体化网络服务连续性保障的低功耗通信与控制联合优化方法

空地一体化网络(AGIN)充分利用了空中基站(ABSs)灵活部署的特点,为热点地区提供了按需覆盖与高质量服务。然而,空中基站的高动态性使得网络的服务连续性难以保障。而且,空中基站能量受限,提升服务连续性和降低功耗通常又对应不同的飞行动作,因此,低功耗的服务连续性保障尤为困难。针对上述问题,该文基于联邦深度强化学习(FDRL)提出了一种面向低功耗服务连续性保障的通信与控制联合优化方法。所提方法通过联合优化空中基站的移动控制、用户关联和功率分配来保障网络服务的连续性。针对空中基站的高动态性,通过在所提方法中设计了环境状态经验池来利用信道的时空相关性,并在奖励函数中引入速率方差来保障网络服务连续性。考虑到不同飞行动作的功耗差异,所提方法通过优化空中基站的飞行动作来降低网络功耗。仿真结果说明,该文所提算法在满足用户速率需求和速率方差需求的前提下,能够减小网络功耗,并且所提联邦深度强化学习的性能接近中心式强化学习的性能。

低功耗可穿戴式心电监测系统

日常心电监测对预防心血管病具有重要意义,但医用心电监测系统成本高、操作复杂且不适用于居家心电监测,可穿戴设备忽视了噪声干扰问题,难以利用采集信号来分析诊断病情。文中设计了一种低功耗可穿戴式心电监测系统,该系统由电源管理模块、心电采集模块、数据处理模块和延时开关模块4部分组成,通过BMD101芯片采集人体心电信号,使用低功耗蓝牙芯片nrf52832将心电数据发送到移动端。针对信号中易引入的肌电干扰噪声问题,文中提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)的去噪算法,利用非局部均值(Non-Local Mean,NLM)滤除心电信号中低频模态的噪声,离散小波(Discrete Wavelet Transform,DWT)阈值去噪算法消除心电信号的高频模态噪声,重构后的信号质量明显提高。实验结果证明,所提算法具有成本低、易便携和使用方便等特点,能够获取高质量的心电信号,满足用户的长程监测需求,解决了日常不方便监测心电和心电信号获取质量低的问题。