一种快速响应的超灵敏仿生压力电子皮肤

文章首先通过仿人体指纹脊状结构,基于改性多壁碳纳米管填充紫外固化胶制备导电复合材料,借助丝网印刷制作具有规则裂纹结构的柔性压力传感单元;然后通过仿生物体的神经元信息传输方式,设计基于异步编码的总线式电路结构;最后通过将所设计的电路系统结构与传感单元相结合,得到一种快速响应的超灵敏仿生压力电子皮肤。结果表明,通过引入仿生表皮结构,所设计的柔性压力传感单元具有高灵敏系数(1914.701)、快速响应(52 ms)和高稳定性的特点。基于异步编码设计的串行-并行信号传输模式可有效提升信息传输速度,显著提升电子皮肤信息感知的实时性,此外,仿神经元信号传输模式使得电子皮肤只要信息传输通道不受到破坏,仍能保留完整的传感功能。

MRNDA:一种基于资源受限片上网络的深度神经网络加速器组播机制研究

片上网络(Network-on-Chip,NoC)在多处理器系统中得到了广泛的应用.近年来,有研究提出了基于NoC的深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)加速器.基于NoC的DNN加速器设计利用NoC连接神经元计算设备,能够极大地减少加速器对片外存储的访问从而减少加速器的分类延迟和功耗.但是,若采用传统的单播NoC,大量的一对多数据包会极大的提高加速器的通信延迟.并且,目前的深度神经网络规模往往非常庞大,而NoC的核心数量是有限的.因此,文中提出了一种针对资源受限的NoC的组播方案.该方案利用有限数量的处理单元(Processor Element,PE)来计算大型的DNN,并且利用特殊的树形组播加速网络来减少加速器的通信延迟.仿真结果表明,和基准情况相比,本文提出的组播机制使加速器的分类延迟最高降低了86.7%,通信延迟最高降低了88.8%,而它的路由器面积和功耗仅占基准路由器的9.5%和10.3%.

我国学术英语教材编写与出版现状研究——以当当网2012-2022年学术英语教材为例

文章对当当网目前在售的2012-2022年学术英语教材进行数据调查发现:其一,在出版总量增长的趋势下,不同年份的出版数量呈现波动;其二,专业出版社的出版数量最多,承担出版的主要任务;其三,教材分类日趋细致。笔者发现,学术英语教材出版存在的主要问题是内容实践性不足、文化和交际差异信息不足、教材立体化建设不足。因此,对学术英语教材,出版机构应建立科学、公正、有效的评价机制,加强出版立体化建设,加强出版管理建设,推动学术英语教材出版。

基于肌电控制的半定制柔性康复训练手套

针对现有康复训练手套舒适性差、适用范围窄、康复训练效果不佳等问题,文章设计一种由柔性执行器和肌电控制系统组成的半定制康复训练手套。基于Yeoh理论建立执行器弯曲模型,借助有限元仿真对执行器气腔进行分析,研究执行器气腔压强、高度、底层厚度对弯曲角度的影响;选取柔性执行器尺寸参数,采用3D打印技术制作长度可调的连接部件实现半定制;利用Myoware传感器采集皮肤表面肌电信号同时进行滤波处理,利用Arduino UNO单片机执行特征提取,由支持向量机(support vector machine,SVM)算法完成运动意图识别,并依据识别结果控制气动系统驱动康复训练手套。结果表明,SVM算法分类准确率高,所研制的半定制柔性康复训练手套结构简单,与手部贴合度高,性能可靠。该康复训练手套对主动式镜像康复训练具有积极的效果。

神经网络压缩联合优化方法的研究综述

随着人工智能应用的实时性、隐私性和安全性需求增大,在边缘计算平台上部署高性能的神经网络成为研究热点。由于常见的边缘计算平台在存储、算力、功耗上均存在限制,因此深度神经网络的端侧部署仍然是一个巨大的挑战。目前,克服上述挑战的一个思路是对现有的神经网络压缩以适配设备部署条件。现阶段常用的模型压缩算法有剪枝、量化、知识蒸馏,多种方法优势互补同时联合压缩可实现更好的压缩加速效果,正成为研究的热点。本文首先对常用的模型压缩算法进行简要概述,然后总结了“知识蒸馏+剪枝”、“知识蒸馏+量化”和“剪枝+量化”3种常见的联合压缩算法,重点分析论述了联合压缩的基本思想和方法,最后提出了神经网络压缩联合优化方法未来的重点发展方向。

一种基于C单元的三节点翻转自恢复锁存器

随着集成电路中工艺尺寸的不断缩减,锁存器也越来越容易受到粒子辐射引起的三节点翻转的影响。针对该问题,基于C单元的结构,提出一种低功耗、低延时和高鲁棒性的三节点翻转并自恢复的MKEEP锁存器。通过仿真实验和PVT的波动实验表明,相对于其他拥有三节点容忍或自恢复能力的锁存器,该锁存器拥有低功耗、低延迟和更小的面积开销,且对工艺、电压和温度的敏感度较低,优势明显。

具有可重构特征的轨道角动量天线技术研究进展

轨道角动量(OAM)因其模式具有理论上无穷且正交互不干扰的特点,在扩展信道容量方面展现出良好的优势,为解决日趋紧张的频谱资源提供了一种新型设计自由度。面对复杂多样的无线通信场景,设计具有可重构特征的OAM天线,是实现多模态复用、智能信息感知和人工智能天线的物理层基础。该文首先结合可重构天线实现机理,给出了OAM可重构天线设计的方法及具备的特点;然后,系统性综述了具有可重构特征的OAM天线的研究进展;最后,对未来设计具有可重构特征的OAM天线研究进行了展望。

专业学位研究生实践创新能力培养模式的探索与实践

专业学位研究生教育是培养高层次应用型人才的主渠道,是主动服务创新型国家建设的重要路径,办好专业学位研究生教育是新时代研究生教育改革发展的战略重点,对建设教育强国、科技强国和人才强国具有重大意义。针对专业学位研究生培养中存在的问题,合肥工业大学以培养研究生实践创新能力为核心目标,探索面向国家重大战略需求的“两融合、三并用、六协同”专业学位研究生实践创新能力培养新模式,取得了较好的成效,为深化专业学位研究生教育改革提供了有益的参考。

用于人体运动监测的双层柔性应变传感器

针对用于智能可穿戴设备的柔性应变传感器所存在的问题,提出一种通过使用逐层(LBL)组装技术和借助激光钢网模具在上导电层表面制造出规则裂纹结构的方法制备出基于双层导电结构(石墨烯/水性聚氨酯(GR/WPU)层和炭黑/水性聚氨酯(CB/WPU)层)的柔性应变传感器。该传感器具有高灵敏度系数(GF为466~1569)、宽工作范围(高达100%的应变)、出色的耐久性(1000次)、低检测极限(0.25%的应变)、快速响应时间(86 ms)以及良好的回弹性等优良特性,这使传感器不仅可以精确检测由于大幅度关节运动产生的信号,还可以对细微的生理信号进行实时监测,在未来的电子皮肤、人机互动和智能可穿戴设备领域具有广阔的应用前景。

一种研究线性霍尔传感器频率响应特性的测试平台

线性霍尔传感器被广泛用于测量磁场强度,但针对霍尔传感器动态响应特性的研究却很少。为此,设计并搭建了一种线性霍尔传感器的频率响应特性测试平台。该平台由可控恒流源、线圈、线性霍尔传感器、低噪声放大器和数据采集装置组成,通过构建系统传递函数并提出动态更新的传递函数的方法,实现了霍尔传感器动态响应特性的精确测量。利用该平台分别测试了NHE520F和P3A两款芯片的动态特性性能。结果显示,在2.5 kHz-2 MHz范围内,这两款霍尔传感器在幅频特性和相频特性方面的性能差异在测试平台上被充分显现,而且霍尔传感器的动态特性参数与静态特性参数并非必然一致,动态特性分布也不相同。此外,根据多种温湿度条件下测得的霍尔传感器幅频特性与相频特性,绘制了霍尔传感器的平均动态特性曲线和3个标准差包络曲线。基于该测试平台获得的实验数据对研究霍尔传感器动态响应特性具有重要意义。

适用于Flash型FPGA的宽范围输出负压电荷泵设计

在Flash型FPGA的编程、擦除和回读检验等操作中,需要对Flash单元提供不同的正负高压偏置。提出一种适用于Flash型FPGA的负压电荷泵,该电荷泵采用三阱Flash工艺,消除了衬偏效应和衬底漏电的影响。电荷泵主体采用双支路并联结构,级数为6级。通过参考电压产生电路提供不同的输入参考电压,并结合电荷泵控制系统,可以实现电荷泵输出电压的自由调节,满足Flash型FPGA编程、擦除的负压要求。基于0.13μm Flash工艺对电荷泵进行设计及流片,在200 pF负载电容下,实测得到-5.5 V输出的建立时间仅为8μs,输出纹波为72 mV,-17.5 V输出的建立时间为30μs,输出纹波仅为56 mV,满足Flash型FPGA操作要求。

窄禁带半导体紫外光电探测研究进展(特邀)

紫外光电探测器具有比可见和近红外光电探测器更低的背景噪声、更高的灵敏度和更强的抗干扰能力,广泛应用于光学成像、安全监测、空间探测等领域。近年来,窄禁带半导体微纳结构在紫外甚至日盲紫外探测领域脱颖而出。本文介绍了两类半导体微纳结构(超细纳米线、超薄纳米片)中光吸收特性随材料特征尺寸的变化,揭示了窄禁带半导体应用于紫外探测的工作机理,综述了基于窄禁带半导体微纳结构的紫外光电探测器的研究进展,并对发展趋势进行了展望。与宽禁带半导体和Si基紫外光电探测相比,窄禁带半导体微纳结构提供了一种工艺条件更简单、制造成本更低的紫外光电探测方式。

一种高电源抑制比快速启动的带隙基准的设计

文章采用5 V、0.35μm CMOS工艺,设计一种适用于低噪声高速系统的带隙基准电压源电路。为了保证电路具有较高的电源抑制比(power supply rejection ratio,PSRR),设计一种抑制电源电压波动的负反馈回路,并且在电路中采用具有较高增益的两级放大器结构。针对某些系统快速启动的需求,设计快速启动电路,当电源上电时启动电路直接作用于基准电压,加速带隙基准电路的启动,在电路正常启动后通过开关管使启动电路停止工作。仿真结果表明,温度在-40~125℃范围内,带隙基准的温漂系数为13.05×10^(-6)℃^(-1);低频时PSRR为100.6 dB;线性调整率(line regulation,LNR)为0.024 mV/V;启动时间为4μs。

空间运动方程快速求解器设计与实现

文章基于四阶经典龙格库塔法(classical Runge-Kutta method of order four,RK-4)和四阶Adams预测校正法(fourth-order Adams predictor-corrector method,Adams-4),提出一种现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)实现的数据路径可动态配置的空间运动方程快速求解器(space motion equation fast solver,SMEFS)。SMEFS采用折叠式结构,借助高效的任务映射和精准的状态管理,通过资源复用和动态配置运算器内部连接关系实现数据路径的动态配置,快速求解空间运动方程,并有效节省硬件资源。采用某型运载火箭的相关数据对SMEFS进行大批量空间运动方程求解的性能评估,实验结果表明SMEFS能够快速可靠地求解发射坐标系下的五自由度空间运动方程,与软件求解的平均加速比为12.765,求解结果最大相对误差小于9×10^(-5,)具备较好的加速效果和较高的计算可靠性。

基于SoC的非对称数字系统算法设计与实现

文章提出一种在片上系统(System on Chip,SoC)实现高吞吐率的有限状态熵编码(finite state entropy,FSE)算法。通过压缩率、速度、资源消耗、功耗4个方面对所提出的编码器和解码器与典型的硬件哈夫曼编码(Huffman coding,HC)进行性能比较,结果表明,所提出的硬件FSE编码器和解码器具有显著优势。硬件FSE(hFSE)架构实现在SoC的处理系统和可编程逻辑块(programmable logic,PL)上,通过高级可扩展接口(Advanced eXtensible Interface 4,AXI4)总线连接SoC的处理系统和可编程逻辑块。算法测试显示,FSE算法在非均匀数据分布和大数据量情况下,具有更好的压缩率。该文设计的编码器和解码器已在可编程逻辑块上实现,其中包括1个可配置的缓冲模块,将比特流作为单字节或双字节配置输出到8 bit位宽4096深度或16 bit位宽2048深度的块随机访问存储器(block random access memory,BRAM)中。所提出的FSE硬件架构为实时压缩应用提供了高吞吐率、低功耗和低资源消耗的硬件实现。

基于二阶边缘检测算法的随机架构设计

数字图像边缘是具有明显亮度变化的像素集合,边缘检测是识别图像边缘的最佳方法。其中,二阶边缘检测算法具有很强的边缘定位能力,但在硬件实现上需要消耗大量资源,且易受到电路的内部噪声影响。文章提出拉普拉斯(Laplace)和高斯拉普拉斯(Laplacian of Gaussian,LoG)2种常见二阶边缘检测算法的随机电路结构,并控制输入比特流的相关性来优化电路,进一步提高运行效率。实验结果表明,相比于传统的加权二进制实现,该电路消耗更少的功耗和电路面积,同时拥有更高的容错性。

基于量子元胞自动机的n位全加器设计

量子元胞自动机(Quantum-dot Cellular Automata,QCA)以其功耗低、纳米级设计、运算速度高等特点被认为是一门新兴技术,在不久的将来有望取代CMOS工艺,用于量子计算机的电路设计.近年来,在QCA电路中有很多使用三输入择多门(M3)和三输入异或门(XOR^(3))设计的全加器(Full Adder,FA).本文以这两种逻辑门为基础,结合QCA电路特有的时钟特点,设计了三种新型的n位全加器(FA1,FA2,FA3).FA1只使用了一个1位全加器,它的元胞的数量和电路面积比已发表的8位全加器至少减少了78%和90%,但一个时钟周期只能完成1位计算,延迟较大;FA2的元胞的数量和电路面积比已发表的8位全加器至少减少了47%和63%,可以在一个时钟周期内完成2位计算;FA3在一个时钟周期内可以进行4位计算,延迟最小.FA1、FA2和FA3作为n位全加器,随着全加器位数的增加,它们的元胞的数量和电路面积是不会改变的,这是以往设计所不能实现的.

DQ变换和MUSIC算法在ITER磁体电源信号间谐波检测中的应用

随着国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)计划的逐步开展,保证ITER磁体电源系统的稳定运行显得尤为重要。文章采用将DQ变换和多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法相结合的方法进行间谐波频率检测,信号的幅度和相位由最小二乘法来估计。DQ变换可以消除大幅度ITER基波分量,MUSIC算法可以通过矩阵特征分解检测出短数据条件下的谐波和间谐波,适用短时平稳的间谐波检测,两者相结合可以有效检测出大幅度基波附近存在小幅度间谐波。仿真实验表明,计算经DQ变换后检测出的ITER信号谐波频率时,取中间信号计算真实频谱较为正确,两侧信号则有较大的误差。

多负载环境下微加速度计的可靠性建模与分析

针对多负载环境下微电子机械系统(MEMS)微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题,提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程,分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲击载荷次数以及器件在振动负载下的疲劳退化过程,完成了微加速度计在广义极端冲击、广义δ-冲击和广义混合冲击条件下的可靠度建模。对比分析了三种模型预估的可靠度随时间的变化规律,分析得出,广义混合冲击模型的可靠度计算结果更具有指导意义。进一步对广义混合冲击模型进行参数敏感性分析,研究结果表明,冲击强度与冲击次数对微加速度计的可靠度具有显著影响。

一种面积高效的双态可配置NTT硬件加速器

矩阵向量乘法是基于格的后量子密码(Post-Quantum Cryptography,PQC)方案的主要计算瓶颈。利用数论变换(Number Theoretic Transform,NTT)能将矩阵向量乘法的计算复杂度从O(N^(2))降到O(Nlog_(2)N),从而可以进一步提高后量子密码方案的计算速度。文章基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)提出了一种面积高效的双态可配置NTT硬件加速器,能高效地执行Kyber和Dilithium算法中的NTT运算。文章所提方案使用的模乘器通过查找表(Look Up Table,LUT)技术压缩数据位宽降低取模成本后,利用KRED算法对结果约简。此外,结合优化后的无冲突NTT数据流,文章所提出的双态可配置NTT加速器可以高效完成计算。文章所提出的NTT硬件加速器在Xilinx Artix-7平台上进行了验证。相较于参考文献方案,文章所提出的双态可配置NTT硬件加速器在保持对Kyber和Dilithium算法通用性的同时,在计算性能和硬件开销等方面表现更好。