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关键词： 空间相干光通信   高速电路设计   FPGA   IQ失衡   载波频偏估计  

摘要： 空间光通信因其容量大、传输速率高、保密性和抗干扰性强等特点备受研究人员的关注和青睐。而相干光通信由于其灵敏度高、中继距离长、容量大、支持多种调制方式等特点逐渐成为空间光通信未来发展方向之一。在相干光通信系统的接收端,经过相干探测后的信号还需要通过数字信号处理技术(Digital Signal Processing,DSP)补偿信号中存在的损伤。设计并实现实时、并行的DSP算法一直是当前研究的热点和难点,与此同时对于支撑DSP算法研究的硬件接收系统的设计与实现也尤为迫切与重要。本文围绕10GBaud空间相干光通信,研究设计硬件接收电路系统,并针对16QAM调制格式下的并行IQ不均衡补偿算法和并行载波频偏估计算法展开研究。主要研究内容如下:(1)完成10GBaud-16QAM空间相干光通信系统接收端电路设计。包括接收电路系统的功能设计、模块划分、芯片调研及选型等工作。(2)基于 FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片,设计并实现了 10GBaud-16QAM调制系统接收端的IQ不均衡补偿算法模块。所设计算法通过并行化处理数据和对关键计算步骤进行优化,可以在低资源消耗的前提下,在FPGA中实现10GBaud传输速率下对接收信号中存在的IQ不均衡损伤进行补偿。经功能仿真实验验证,在发送光功率为-1dBm,接收光功率为-32dBm,传输距离为2km的条件下,所设计的并行IQ不均衡补偿算法能够完成对接收信号中存在的IQ失衡损伤进行补偿。经解调后系统整体的BER(Bit Error Ratio)在10-5量级。(3)基于FPGA芯片,设计并实现了 10GBaud-16QAM调制系统接收端的载波频偏估计算法模块。所设计的算法能够实现在FPGA中对接收信号中存在的频偏损伤进行估计并补偿,且有效降低了 FPGA的资源占用量。在发送光功率为-1dBm,接收光功率为-32dBm,传输距离为2km,频偏为1GHz的条件下,所设计的并行载波频偏估计算法能够完成对接收信号中存在的频偏损伤进行估计和补偿。经解调后系统整体的BER在10-5量级。

关键词： 集成电路设计   培养模式   集成电路产业   技能型人才培养  

摘要： 在新工科的背景下，具有创新型和技能型的集成电路设计人才是集成电路产业高效发展的重要保障，也是当前高校人才培养的目标。针对目前人才培养的现状和存在的不足，本文以集成电路设计课程为例，提出面向技能型“三位一体”的培养模式。通过反转课堂，激发学习的内生动力和创造性，建立校企合作和科技创新活动，加强实践和动手环节，深化工程应用能力，培养具有现代“工匠”精神的集成电路设计人才。

摘要： 论文主题:电子学、电信技术、电力工程、计算机技术、自动化控制、仪器仪表、材料学、电光学、智能制造、智能建筑、智能汽车、能源管理、工业经济、科学管理、教学实践。栏目:市场分析、研究与设计、工艺与制造、创新应用。投稿邮箱:appic@***,微信:17717632153。

关键词： MPRM逻辑电路   极性转换   面积优化   功耗优化   面积和功耗优化  

摘要： 目前,芯片逐渐向高集成度、低功耗的方向发展。对于集成电路设计而言,电路面积优化和功耗优化已成为电路逻辑综合中重要优化目标,也是电子设计自动化(Electronics Design Automation,EDA)的重要内容。数字逻辑电路既可以由基于AND/OR/NOT运算的布尔(Boolean)逻辑实现,也可以由基于XNOR/OR运算的混合极性 Reed-Muller(Mixedpolarity Reed-Muller,MPRM)逻辑实现。对于大部分电路,例如算术逻辑电路和奇偶校验电路,MPRM逻辑实现形式相比于传统的Boolean逻辑实现形式在功耗、面积、速度以及电路的可测试性等方面都具有明显优势。因此,基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路优化是当前国内外研究热点。然而,目前大量的研究集中于XOR/AND逻辑,有关基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路优化方法的研究还处于初级阶段,存在极性转换效率低且缺乏普适性、面积和功耗优化效率低、效果差等问题。本文针对上述问题,研究基于XNOR/OR的MPRM表达式并行极性转换方法,以减少极性转换操作,提高极性转换效率;研究基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路面积优化方法,搜索具有最小面积的最佳极性,以提高面积优化的效率,改进面积优化的效果;研究基于XNOR/OR的MPRM逻辑功耗优化方法,搜索具有最小功耗的最佳极性,以提高功耗优化效率,改进功耗优化的效果;研究基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路面积和功耗优化方法,搜索更多的面积和功耗折中解,以提高MPRM电路多目标优化的效率,改进MPRM电路多目标优化的效果。本文主要工作如下:(1)基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路面积优化方法针对基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路面积优化效率低的问题,提出一种MPRM 逻辑电路面积优化方法(MPRM Area Optimization Approach,MAOA)。MAOA基于提出的全退火自适应细菌觅食算法(Whole Annealing Adaptive Bacterial Foraging Algorithm,WAA-BFA)搜索具有最小面积的最优极性。WAA-BFA将马尔可夫链和Metropolis接受准则应用到细菌的趋化算子,以改变细菌无方向性的觅食行为,并利用个体适应度与迭代次数、控制常数等之间的关系,采用自适应概率进行个体突变以进一步提高算法的收敛速度、优化精度和整体性能。此外,针对现有的基于XNOR/OR转换方法只能实现Boolean逻辑至RM逻辑的极性转换、效率较低、且不能处理极性之间的转换的问题,提出一种高效率的基于XNOR/OR的MPRM表达式并行极性转换方法(Parallel Polarity Conversion Algorithm,PPCA)。实验结果表明,与现有的极性转换方法相比,PPCA节省极性转换时间百分比最高为99%;与现有面积优化方法相比,MAOA可显著提高解的质量,MAOA最高面积节省百分比和最高平均面积节省百分比分别为45.65%和 67.71%。(2)基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路功耗优化方法针对基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路功耗优化效率低的问题,提出一种MPRM 逻辑电路功耗优化方法(Power Optimization Approach,POA)。POA 基于提出的多级自适应模因算法(Multilevel Adaptive Memetic Algorithm,MAMA)以搜索具有最小功耗的最优极性。MAMA包括基于种群的全局搜索、基于个体的局部启发式搜索和基于初始种群的数据匹配算法。MAMA充分考虑个体适应度值与迭代次数、目标向量上下限之间的关系并结合概率跳跃特性在解空间中寻找目标函数的全局最优解。实验结果表明,与现有功耗优化方法相比,POA最高功耗节省百分比和最高平均功耗节省百分比分别为63.15%和66.40%。(3)基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路面积和功耗优化方法针对基于XNOR/OR的MPRM逻辑电路面积和功耗优化效率低的问题,提出一种MPRM逻辑电路面积和功耗优化方法(Area and Power Optimization Approach,APOA)。APOA基于提出的多策略细菌觅食算法(Multi-strategy Bacterial Foraging Algorithm,MBFA)以获得一组具有较低功耗和较小面积的极性。MBFA包括非支配添加算子、双种群协作算子、高质量复制算子、分布式迁徙算子和终止准则。MBFA的主要特点是充分利用细菌个体携带的信息进行全局勘探和局部开发,使MBFA拥有较高的种群利用率,并找到多样化的解决方案。实验结果表明,APOA相比较于现有的MPRM电路面积和功耗优化方法能获得更多的Pareto最优

关键词： 集成电路企业   税收优惠   企业研发投入  

摘要： 纵观人类历史,科技创新是实现经济长足发展的核心驱动力量。面对动荡变革的当今世界,二十大报告提出,“要坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,加快实现高水平科技自立自强,加快建设科技强国。”集成电路行业作为现代信息业的核心,在推动经济社会发展、保护国家信息安全以及国防安全方面发挥着重要的作用。然而,我国集成电路行业目前面临着严重的技术封锁,因此,推动集成电路行业技术创新刻不容缓。企业的研发投入是其进行技术创新的基础,税收优惠则是政府调节企业行为的重要工具。有鉴于此,研究税收优惠对集成电路企业研发投入的影响,对于促进集成电路企业研发投入的增长,推动集成电路产业的技术进步具有较强的理论和现实意义。本文第一部分为绪论,阐述了研究背景与意义,最后提出了本文的创新点以及不足之处。第二部分为理论分析与文献综述,介绍了集成电路企业、研发投入以及税收优惠三个基本概念,并对相关文献进行了梳理和述评。接着进行理论分析,介绍了市场失灵理论、技术创新理论和税收效应理论。最后对税收优惠影响集成电路企业研发投入的作用机理进行了分析。第三部分,本文分析了集成电路产业目前的发展状况,发现我国集成电路产业的市场规模不断扩大、产量大幅上升、产业结构更加合理,但由于核心技术的限制仍然存在贸易逆差。之后对现行集成电路企业适用的税收优惠政策进行了整理归纳,发现其存在税收优惠法律层次较低、税收优惠覆盖面窄、税收优惠方式单一、缺乏人才激励政策、缺乏产业针对性、缺乏风险补偿政策的问题。第四部分为实证研究,本文根据集成电路行业上市公司2016—2021年的面板数据建立了固定效应模型,同时构建了随机效应模型与混合OLS模型以验证结果的稳健性。通过回归分析与异质性分析,得出结论:第一,全样本回归结果显示,企业税收优惠对集成电路企业研发投入起促进作用。政府每增加1%税收优惠,企业研发投入增加0.574%。第二,产权性质、所属地区与企业年龄分组回归结果显示,税收优惠对于非国有企业的促进作用要大于国有企业,对东部地区企业的促进作用大于中部和西部,对企业年龄10—15年的成长期企业的促进作用大于企业年龄超过15年的成熟期企业。第五部分,本文介绍了美国、日本和韩国这3个集成电路产业较为发达的国家促进研发投入相关税收优惠政策,与我国现行政策进行对比并得出启示。第六部分,结合理论分析和实证分析结果,为完善我国集成电路企业税收优惠政策,从提高税收优惠法律层级、扩大税收优惠覆盖面、丰富税收优惠方式、建立健全人力资本发展体系、提升税收优惠针对性、加强风险投资优惠等方面提出了对策建议。

关键词： 三维集成电路   硅通孔   热管理   代理模型优化  

摘要： 三维集成电路(Three-dimensional Integrated Circuits,3D IC)包含着大量的硅通孔(Through Silicon Vias,TSV)和微凸点,并且拥有着复杂和跨尺度的封装结构,因此快速精确地对其进行热分析十分困难。对于所构建的3D IC热分析模型,物性参数和热源排布优化会消耗大量计算资源,并且其优化结果容易陷入局部最优之中。本文结合有限元和等效热网络法提出了一种3D IC快速热分析方法,并且构建了一种人工神经网络代理模型和贝叶斯优化算法结合的流程方法,可以对TSV的物性参数和热源位置进行高效寻优。所提出的方法可以快速准确地获得3D IC的温度分布,并且能够对其物性参数进行优化分析,有利于3D IC的热设计参数计算,也有望为其热管理问题提出相应的解决方案。首先,本文提出了一种可用于包含锥形TSV的3D IC高效热分析方法。所提出的方法基于有限元和等效热网络法且结合了两者的优点,能够快速准确地提取3D IC中TSV和微凸点的等效热导率。通过与前人的实验结果和详细的三维有限元模型的对比,验证了所提出方法的有效性。其次,该方法被应用于所构建的6层堆叠的3D IC模型的热分析中,与详细模型相比网格数量降低了84.5%,计算时间缩短了88%,且得到了良好的精度(最大温差≤1%)。此外分析了不同物性参数对锥形TSV和微凸点等效热导率的影响,用于选取3D IC热设计中最佳的物性参数。最后,构建了神经网络和贝叶斯优化相结合的代理模型参数寻优流程。基于所提出的快速热分析方法,采用拉丁超立方抽样进行数据采样,将热源位置信息参数化,通过MATLAB批量计算并将结果生成了相应的数据集。通过选用合适的目标函数,对不同热点位置情况下的3D IC的温度分布数据进行拟合,得到了3D IC的温度分布预测的神经网络代理模型。通过对比分析算法的寻优结果和效率,针对本文所用模型最终选取了贝叶斯优化算法,仅用了4.07 s和250次迭代便寻找了全局最优值,得到了针对所构建模型最佳的功率分布策略。本文所提出的等效热导率计算方法可以适用于含锥形TSV的3D IC热分析中,并且考虑了层间传热面积在降维过程中对等效导热率计算的影响,兼顾了计算的效率与精度。并且在计算面内等效热导率时,采用了具有接触热阻的圆柱形分散体单元模型的等效热导率表达式,与实际模型更加吻合,获得了更高的精度。

关键词： NB-IoT智能传感器   能量管理电路   软件策略   低功耗  

摘要： 近年来,物联网技术发展迅速,NB-IoT已成为物联网技术中增长最快的技术之一。对于如智慧矿山的长距离无线通信应用场景,NB-IoT智能传感器节点的功耗问题也一直是热点话题。目前NB-IoT智能传感器节点主要是电池供电,电池的能量有限,由于节点数量多,电池更换艰难,在电池容量有限的前提下,为了提高节点的使用寿命,降低节点的功耗尤为重要。NB-IoT智能传感器主要由:敏感器件、信号调理电路、MCU电路、NB-IoT电路和电源电路等组成。这些电路在静态和动态情况下都会产生能量的损耗。低功耗电路设计和软件控制策略对延长传感器的使用工作寿命十分重要。本文通过设计低功耗能量管理电路和低功耗软件策略,来实现NB-IoT智能传感器节点低功耗的功能。本文具体研究内容如下:首先,本文研究了NB-IoT智能传感器的能耗特点,通过设计低功耗能量管理电路,实现对负载工作状态的检测,通过对能量变换器输出能量的控制,进而降低了NB-IoT智能传感器的静态能耗。使得电池能量的利用率大大提高,增加了传感器电池的使用寿命。其次,本文研究了NB-IoT智能传感器的数据传输特点,通过全连接神经网络建立传感器数据与能量的映射关系。传感器的数据作为全连接神经网络的输入层,通过中间层的计算,在输出层得到能量控制的结果,实现了NB-IoT智能传感器数据对能量的控制。通过低功耗软件策略,提高了电池能量的利用率,增加了传感器电池的使用寿命。最后,本文对低功耗能量管理电路和低功耗软件策略进行了仿真实验。通过对低功耗能量管理电路的仿真可以发现,该电路进一步减小了NB-IoT智能传感器的静态电流。同时低功耗软件策略的实验表明,全连接神经网络的决定系数达到了0.99,实现了传感器数据对能量的控制。通过低功耗能量管理电路和低功耗软件策略的联合仿真与分析,实现了NB-IoT智能传感器硬件和软件的低功耗,进一步提高了电池能量的利用率,增加了传感器电池的使用寿命。