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2021年  第38卷  第7期

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面向高精度随机计算单元的加法运算电路与MAX运算电路设计
周游, 李杰, 贺光辉
2021, 38(7): 1-6.
摘要(138) HTML (65) PDF (28)
摘要:
随机计算(Stochastic Computing, SC)是一种以概率编码数值的新型技术,可以有效减小电路功耗和面积,但其所固有的随机特性会导致计算精度损失,从而限制了其应用范围.为提高随机计算的准确性,提出了基于误差补偿原理的高精度随机计算加法运算单元,设计了一种计算随机序列最大值的SC-MAX单元.仿真结果显示:与同类设计相比,两种计算单元的计算精度明显提高,其中同等SC序列长度下加法单元的相对误差降低了80%以上,SC-MAX计算单元的相对误差减小了90%,且LUT与FF开销减小了10%以上.将两种计算单元运用于神经网络,在MNIST及CIFAR10数据集上的推理结果显示:精度损失跟浮点数相比分别可低至0.04%和0.86%.
一种基于电流差值的低工艺漂移的BiCMOS过温保护电路
张洪凯, 王立新, 陈润泽, 郭敏
2021, 38(7): 7-12.
摘要(79) HTML (60) PDF (10)
摘要:
过温保护电路是功率集成电路中一个重要的功能模块.本文设计了基于电流差值的过温保护电路,基于XFAB0.6μm BCD工艺,完成了全工艺角模拟仿真.在100多个工艺角下的仿真结果表明:基于电流差值的过温保护电路过温关断阈值点和过温恢复阈值点的波动相比于传统的电压型结构的过温保护电路减小了50%以上,表明提出的基于电流差值的过温保护电路具有低工艺漂移的特性.
电导调制的相减拓扑可重构多相开关电容DC-DC
康昊鹏, 王霄飞, 金晶
2021, 38(7): 13-17.
摘要(106) HTML (67) PDF (7)
摘要:
提出了相减模式的可重构多相位开关电容DC-DC变换器,实现1/2和2/3两种转换比.在2/3模式下,利用减法拓扑降低了传统串并联架构中的寄生损耗.给出了多相位开关电容DC-DC在脉冲频率调制下的环路小信号模型;提供了开关频率和开关管尺寸在给定负载条件下的最佳选择方案.采用比较器实现了开关管尺寸的自适应调制,进一步提升了效率.仿真结果显示:基于40 nm工艺,该变换器的输入电压为2.2 V,环路带宽达到了20 MHZ,瞬态响应的恢复时间为40 ns;变换器在1/2模式下,达到了85.2%的峰值效率和280 mW/mm2的功率密度;在2/3模式下,达到了83.7%的峰值效率和320 mW/mm2的功率密度.
多策略改进哈里斯鹰优化算法
郭雨鑫, 刘升, 高文欣, 张磊
2021, 38(7): 18-24.
摘要(183) HTML (99) PDF (18)
摘要:
为解决基本哈里斯鹰算法(Harris hawks optimization,HHO)易陷入局部最优和收敛精度低的问题,提出多策略优化的哈里斯鹰优化算法(Multi-Strategy Harris hawks optimization,MHHO).在探索阶段,引入柯西分布函数变异全局位置,增加种群多样性;在过渡阶段,利用随机收缩指数函数非线性化能量方程,更好地协调全局探索和局部开采;在开采阶段,引入自适应权重因子更新局部位置,提高局部开采能力.通过求解多个单峰、多峰和高维度测试函数,结果表明融合三种策略的MHHO算法具有更好的寻优精度和稳定性.
基于龙芯的高可靠性卫星数据处理系统
石龙龙, 林宝军, 王正凯, 祁见忠, 涂珍贞
2021, 38(7): 25-29.
摘要(74) HTML (33) PDF (7)
摘要:
为满足长寿命中高轨卫星对数据处理系统的可靠性和系统更新能力的高要求,提出了基于龙芯的高可靠性数据处理系统设计方案.系统以"龙芯+双NorFlash"为硬件架构,设计软件在轨重构方案,采用双冗余总线子板交叉备份设计.实现了系统软件可在轨重构升级,并且显著提高系统可靠性.该系统在MEO卫星上进行了在轨验证.通过在轨运行数据分析,验证了设计的有效性和高可靠性.
零和博弈对抗中的代价函数选择与性能评价
卢向日, 汪湛清, 马宏宾
2021, 38(7): 30-35.
摘要(120) HTML (48) PDF (5)
摘要:
为了解决零和博弈(Zero-sum Game)的GAN(Generative Adversarial Networks)模型中传统对抗性神经网络的判别器损失值过高问题,改进了对抗性神经网络的代价函数.在零和博弈的非完备信息中,由于博弈对抗的生成器与判别器双方互知的MNIST数字图像信息是有限的,为了恰当的分析出博弈过程中某种因素在对抗中的作用,代价函数在零和博弈对抗神经网络中显得尤为重要.对零和博弈对抗环境中的代价函数选择与性能评价进行相关研究,进而实现获取较大优势的零和博弈.实验表明:改进型对抗性神经网络的代价函数优于传统对抗性神经网络损失函数方法.
基于互信息特征选择的电子鼻传感器阵列优化算法
陶洋, 刘翔宇, 梁志芳
2021, 38(7): 36-41.
摘要(112) HTML (87) PDF (5)
摘要:
电子鼻传感器阵列目前面临传感器数量过多、数据维数过高等问题,导致电子鼻系统体积臃肿、模式识别算法精度差.基于互信息的特征选择算法筛选出电子鼻传感阵列中传感器的最优子集,可以在降低电子鼻系统体积的同时,获得更好的模式识别精度.目前传统的互信息特征选择算法没有考虑到气体与传感器的特性,应用于电子鼻系统获取的特征子集识别精度较低.针对上述问题,提出一种基于电子鼻系统性能权重的互信息特征选择算法, 该算法能够衡量特征的区分性、冗余性和敏感性并筛选出更适合电子鼻阵列系统的传感器子集.将提出的方法应用于流量调制传感器阵列数据集和伤口细菌电子鼻数据集中进行传感器筛选,获得的特征子集在相同的模式识别算法中达到了更高的精度.
物联网异构融合数据延迟保护传输策略
徐九韵, 孙姗
2021, 38(7): 42-47.
摘要(58) HTML (48) PDF (2)
摘要:
物联网中部署在不同监控区域的传感器传递监控数据到融合中心,所有链路试图通过不公平地获取信道访问来增加它们的传输机会.但是,单条链路的自私行为将会加剧链路之间的传输冲突,这使得对延迟敏感的实时数据吞吐量恶化,严重影响数据融合的性能.为了保障融合数据实时可靠地传输,提出了一种基于博弈论的分布式调度策略NCG-CSMA.在参与者不需要彼此进行信息交互的前提下,以分布式的方式引导每个参与者做出理性决策,为带有严格时延约束的异构融合数据提供传输服务,同时保障对数据融合价值大的数据包的传输,保障数据融合的性能.实验结果表明:提出的策略与其它现有的策略相比具有更好的实时性能.
基于单电感双输入双输出Boost-buck DC-DC的高转换效率能量收集电路
岳宏卫, 杨俊, 王桉楠, 肖鑫, 韦保林
2021, 38(7): 48-53.
摘要(95) HTML (57) PDF (5)
摘要:
基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种应用于物联网(IoT)无线传感器节点的双输入双输出高转换效率能量收集电路,在最大功率点跟踪技术和整流技术支持下实现对压电能(PZ)和热电能(TEG)两种能量源的自主能量收集.电路在轻载状态下,Boost升压回路对超级电容和负载供电,实现双路输出;在重载状态下,Boost升压和Buck降压回路同时对负载供电,弥补了能源不足的缺陷.通过引入非连续导通模式(DCM)、连续导通模式(CCM)的自主切换技术,有效减少电感上的电流反向泄漏,显著提高了电路转换效率.仿真结果表明峰值转换效率可达到90.6%.
采用相关性区域修正的背景感知相关滤波跟踪
王涛, 徐子钦, 高赟, 张晋
2021, 38(7): 54-59.
摘要(47) HTML (59) PDF (3)
摘要:
相关滤波类跟踪算法采用循环矩阵生成训练样本进行相关性检测时会导致边界效应问题,目标偏离检测区域中心位置越远,边界效应问题越严重.为解决上述问题,在BACF算法基础上提出了基于相关性区域修正的背景感知相关滤波跟踪方法.该方法针对灰度和彩色视频采用不同的多特征融合方式进行特征提取,对于新视频帧采用边缘轮廓检测算法使其修正相关性检测区域的范围及中心位置,使被跟踪目标的相关性检测区域更加合理,让被跟踪目标尽可能的位于相关性检测区域的中心位置,从而达到缓解边界效应的效果.使用OTB100数据集进行验证,结果表明改进后的算法有效促进了基础跟踪算法的精度和成功率性能.
忆阻器的三值逻辑门和加法器设计
钟悦航, 武继刚, 刘鹏, 姚廉
2021, 38(7): 60-66.
摘要(100) HTML (68) PDF (15)
摘要:
现有忆阻器的三值逻辑电路设计中无法级联且无法保存输入输出值,导致面积开销和功耗增加.通过对忆阻器辅助逻辑进行扩展,设计了忆阻器的三值逻辑门,具备三值逻辑的完备性.在此基础上设计实现了三值译码器和三值加法器.使用Spice仿真软件对所设计的电路进行了验证.结果表明:与已有的文献进行比较,所提出的电路面积和功耗有所减少.
一种快速MCU修调测试方法
钟纬坤, 李景虎, 付方发
2021, 38(7): 67-72.
摘要(80) HTML (60) PDF (3)
摘要:
为降低具有高精度要求和功能丰富的MCU的修调测试成本,提出一种快速高效的MCU修调测试方法.此方法是将MCU芯片成品通过Flash自动修调补偿来控制电路的输出基准和频率,或者是调整电流,从而实现自动化修调MCU芯片的效果,同时控制MCU模拟从不同pin脚上输出到测试仪器,然后再由软件自动记录测试结果.修调测试使用的是一款工业级8051芯片.测试结果表明: 经过这种修调测试方法可以使MCU满足输出精度要求且能快速得到MCU模拟信号输出,并有效地降低MCU的修调测试成本.
基于预滤波技术的抗谐波混叠差分N通道滤波器
陈佳佳, 蒋品群, 宋树祥, 岑明灿, 吕芸芸
2021, 38(7): 73-78.
摘要(63) HTML (54) PDF (4)
摘要:
N通道滤波器因中心频率可调、线性度好等特性,在射频接收机前端应用广泛,但也存在抗谐波混叠能力弱的缺陷.设计了一款基于预滤波技术的抗谐波混叠的差分8通道带通滤波器.该滤波器由两个前置LC带阻滤波器和一个串联电感单端转双端差分8通道带通滤波器构成,前者用于抑制混叠最强的7次和9次谐波,后者用于抑制偶次谐波.基于TSMC40 nm工艺仿真结果表明:滤波器的中心频率fs可调谐范围为600 M~1.6 GHz,fs=1 GHz处的带外抑制为30 dB,7fs和9fs处的谐波混叠抑制均大于90 dB,偶次谐波最大抑制为120 dB,且增益大于5 dB,噪声系数(NF)小于5 dB,插入损耗(S11)小于-10 dB,带内IIP3在6 dB~17 dB之间.
基于联盟链的云访问控制技术研究
张艺帆, 庄富, 林果园
2021, 38(7): 79-84.
摘要(465) HTML (51) PDF (13)
摘要:
针对云存储环境中单授权中心的安全性问题,提出一种以CP-ABE模型为基础,同时基于联盟区块链的可撤销多授权机构访问控制模型(Revocable Multi-Authority Access Control Based on Consortium Blockchain, RMACB).该模型以树形结构描述属性授权中心(Attribute Authority, AA),同时利用可信证书链(Trusted Certificate Chain, TCC)和成员服务提供商(Membership Service Provider, MSP)对联盟链上的节点进行身份管理和权限控制.将用户密钥嵌入到密文中去,实现可撤销的云访问控制技术,由云服务提供商来执行重加密过程,减轻了数据所有者的加密负担.实验验证了提出方案具有更低的计算成本和较高的安全性.
一种时间敏感网络时钟同步的端口增强方法
曾宇涛, 刘泽响, 徐丹妮
2021, 38(7): 85-90.
摘要(80) HTML (34) PDF (13)
摘要:
围绕时间敏感网络(time-sensitive network,TSN)时钟同步过程中存在的同步信息浪费与可靠性问题,开展提高网络时钟同步性能的研究.在原有时钟同步生成树基础上,提出了一种包含新型同步端口角色和时钟修正算法的端口增强方法.该方法利用原本被丢弃的同步信息,不仅为从时钟节点的同步提供参考校正,还为该从时钟节点的同步建立额外的冗余路径.在OMNeT++上的仿真结果表明:该方法不仅提高了网络中同步信息使用率,而且在未增加网络负载的情况下,提高了节点时钟同步的准确性和健壮性.