發(fā)布時間：2023-01-08 14:45:54
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的低功耗設(shè)計論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
20世紀70年代，英特爾公司(Intel)的戈登?摩爾(Gordan Moore)預(yù)言：芯片上晶體管的數(shù)量將每隔18個月至兩年就會翻一番。這即是電腦行業(yè)在幕后稱之為的“摩爾定律”，這一定律至今依然在發(fā)揮著作用。但是，如果“摩爾定律”一直有效，那么小小芯片上的晶體管數(shù)量將繼續(xù)呈指數(shù)級的增長。可以想像不久的將來芯片將承受怎樣的負擔(dān)，這就需要將整個系統(tǒng)集成在一個小小芯片上的SoC(System on Chip)技術(shù)。這個激動人心的技術(shù)將曾經(jīng)占據(jù)整個房間的龐大的計算機變得如今只有小拇指的指甲那么大小。正如很多專家所言，自從以半導(dǎo)體和集成電路為基礎(chǔ)的計算技術(shù)出現(xiàn)以來，片上系統(tǒng)(SoC)技術(shù)已經(jīng)成為最重要的一項技術(shù)。
本書是為迎接新一代半導(dǎo)體技術(shù)來臨的巨大的設(shè)計挑戰(zhàn)而匯集的論文集，這些論文幾乎涵蓋了SoC技術(shù)的所有相關(guān)主題。具體為：1．為了使器件模型不斷地降低成本，還必須滿足其準確性，就需要擴展各種不同的新技術(shù)，ColinMcAndrew的論文就是面向二極管的模型，Matthias Bueher和Christian Enz的論文解決了MOS管的模型。2．解決過程參數(shù)的概率性偏差，這些偏差表現(xiàn)為電路的行為偏差，也就是在大規(guī)模生產(chǎn)當(dāng)中被稱為參數(shù)出現(xiàn)誤差，Colin McAndrew的論文的另外一個貢獻就是研究了在電路模擬當(dāng)中的概率性偏差，這在計算效率和物理分析方面很重要，最終可能會決定設(shè)計是否可以生產(chǎn)。3．電路部件的設(shè)計復(fù)雜性，在新技術(shù)快速涌現(xiàn)的當(dāng)代，對于每一種新技術(shù)都相應(yīng)重新設(shè)計電路顯然不現(xiàn)實，也為成本要求所不允許，Jose Franca的論文試圖設(shè)計出將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器和濾波器集成在一起，成為一個能夠匹配很多應(yīng)用的系統(tǒng)。4．隨著芯片上晶體管數(shù)量的增加，單位面積里所聚集的晶體管數(shù)量將越來越多，密集的晶體管單位面積上的發(fā)熱將越來越巨大，這就提出了當(dāng)今非常熱門的問題――低功耗，R.Leung的文章就涉及這個方面，試圖解決高速NO緩沖器的低功耗問題。5.T.Yanagawa，S.Bampi和G.Wirth的文章很翔實和理性的預(yù)測了2010年的微電子技術(shù)對將來的微電子和集成電路半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)生的影響。
本書適合學(xué)習(xí)和從事微電子和計算機專業(yè)的研究生和工程技術(shù)人員閱讀，同時也適合相關(guān)專業(yè)讀者參考。
丁丹，碩士生
(中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所)
關(guān)鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；無線節(jié)點；振動檢測
中圖分類號TN91 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2010）33-0242-02
0引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由具有無線通信、數(shù)據(jù)采集和處理、協(xié)同合作等功能的無線傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署到監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，負責(zé)收集和轉(zhuǎn)發(fā)信息、協(xié)作完成特定任務(wù)的主體，作為一種微型化的嵌入式系統(tǒng)，構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)支撐平臺[1]。因此它對所使用的傳感器節(jié)點有一些嚴格的限制條件。一般而言，由于節(jié)點由電池供電，能源受限，所以優(yōu)先使用低功耗微型器件，只是在其功能不能滿足要求的條件下才考慮傳統(tǒng)的器件。
1節(jié)點設(shè)計
本文預(yù)期設(shè)計一種新型振動傳感器節(jié)點，當(dāng)節(jié)點部署后，自組織網(wǎng)絡(luò)建立無線路由，能夠?qū)崿F(xiàn)振動信號的實時感知、數(shù)據(jù)采集、無線傳輸?shù)裙δ?。硬件選擇以小體積、低功耗、高精度的微型器件為主，滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點硬件的要求。
1.1節(jié)點硬件組成
本文自選ADXL330型三軸加速度傳感器；數(shù)據(jù)采集設(shè)備和無線節(jié)點直接選用美國Crossbow公司的產(chǎn)品：MDA300CA型數(shù)據(jù)采集板，IRIS無線節(jié)點。以上設(shè)備通過接口電路連接，組成具有信號感知、采集、無線發(fā)送功能的完整節(jié)點。
1.1.1 ADXL330加速度傳感器
ADXL330是美國模擬器件公司（ADI）推出的MEMS三軸加速度傳感器。該器件具有尺寸小、功耗低的特點，自帶信號調(diào)理電路，在單片集成電路上實現(xiàn)三維模擬信號輸出，輸出的模擬電壓信號與加速度成正比。[2]
1.1.2 MDA300CA數(shù)據(jù)采集板
MDA300CA是在加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）嵌入式網(wǎng)絡(luò)傳感器中心（CENS）開發(fā)的多功能數(shù)據(jù)采集板。由于具有微型螺釘連接方式使其更適合于自定義傳感器類應(yīng)用。MDA300CA提供了一個高精度的模擬信號獲取手段，可以與Crossbow所有無線模塊通過51針接口相連。
1.1.3 IRIS無線節(jié)點
IRIS是美國Crossbow科技公司推出了一款超低功耗、更遠距離傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)Mote模塊。IRIS用于低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，工作在2.4 GHz，支持IEEE802.15.4協(xié)議。IRIS增加的幾點新特性從整體上提高了Crossbow無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的性能：
1）超低功耗，休眠電流減半，更長電池壽命；
2）相對 MICA系列產(chǎn)品，三倍作用距離，雙倍存儲空間；
3）基于IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議RF發(fā)送器，工作在2.4-2.4835GHz，全球兼容的ISM 波段；
4）即插即用，可連接Crossbow所有傳感器板、數(shù)據(jù)采集板、網(wǎng)關(guān)和軟件。
1.2 硬件連接
本文節(jié)點組成：與電路集成的ADXL330傳感器，MDA300CA數(shù)據(jù)采集板，IRIS無線節(jié)點。MDA300CA帶有螺釘式數(shù)據(jù)接口，與傳感器PCB各引腳連接，為其提供電源并接收模擬輸出信號，再通過51針接口與IRIS無線節(jié)點連接。
1.2.1 ADXL330-PCB與MDA300CA的連接
將ADXL330電路集成在PCB上，共有5個引腳，兩個固定孔。其中，T1= Vcc（+2.0V~+3.6V），T2=GND，T3=XOUT，T4=YOUT，T5=ZOUT，T6、T7為電路板固定孔。C1、C2為電源去耦電容。C3、C4、C5實現(xiàn)低通濾波功能。本文設(shè)計節(jié)點主要測量中低頻信號，選取C3=C4=C5=0.01μF限制帶寬， 3dB帶寬計算公式：
1.2.2 MDA300CA與IRIS的連接
MDA300CA數(shù)據(jù)采集板與IRIS無線節(jié)點，都是美國Crossbow科技有限公司開發(fā)的基于WSN的硬件平臺。兩者直接通過51針接口相連，能夠互相兼容。節(jié)點工作時，需要加載MDA300CA數(shù)據(jù)采集板的驅(qū)動才能實現(xiàn)功能。在安裝Crossbow配套開發(fā)軟件MoteWork后，MDA300CA的驅(qū)動在該安裝目錄下:Crossbow\cygwin\opt\MoteWork\apps\xmesh\XMDA300。
2 節(jié)點數(shù)據(jù)采集
節(jié)點工作過程中，傳感器感知振動并輸出模擬信號，數(shù)據(jù)采集板MDA300CA將該信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由節(jié)點無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)包送入無線網(wǎng)絡(luò)，最終上傳至用戶端計算機并顯示。
3 結(jié)論
本文提出了一種無線振動傳感器節(jié)點的設(shè)計思路。通過設(shè)計外接接口電路，將低功耗傳感器與數(shù)據(jù)采集和無線發(fā)送模塊集成，構(gòu)成具有振動信號感知、采集和無線發(fā)送功能的新型傳感器節(jié)點，經(jīng)實驗驗證，該節(jié)點功能實現(xiàn)良好。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：傳感器，電調(diào)制，非分光紅外技術(shù)，朗伯-比爾定律
1、引言
眾所周知二氧化碳（CO2）是大氣重要組成成分之一,與人們的生產(chǎn)生活密不可分。其含量過高不但會危害人類的健康,還會產(chǎn)生溫室效應(yīng)等不良影響；同時它在動植物的生長環(huán)境中也扮演著極其重要的角色。論文格式。目前國內(nèi)生產(chǎn)和使用的CO2氣體傳感器主要是固體電解質(zhì)式、鈦酸鋇復(fù)合氧化物電容式、電導(dǎo)變化型厚膜式等,這些傳感器存在許多不足之處:對氣體的選擇性差、易出現(xiàn)誤報,系統(tǒng)需要頻繁校準,使用壽命也較短。紅外二氧化碳氣體傳感器新技術(shù)國內(nèi)尚處于起步階段，于2005年才取得一定進展實現(xiàn)了電調(diào)制，但關(guān)鍵元件仍需要進口。而現(xiàn)行紅外二氧化碳分析儀多半存在著不僅價格昂貴，而且體積大、質(zhì)量大等缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高以及人們對環(huán)境保護的日益重視，在空調(diào)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、汽車及環(huán)保等方面,對CO2氣體的濃度進行定量監(jiān)測與控制成為日益增長的需求,開發(fā)出靈敏度高、選擇性和穩(wěn)定性好、小型化、便攜式的CO2 氣體傳感器必是大勢所趨?；谶@一理念作為一種嘗試，提出一種紅外吸收型便攜式CO2氣體傳感器并給出其軟硬件設(shè)計方案。
2、非分光紅外吸收型氣體傳感器工作原理
任何物質(zhì)都有其特征明線光譜，相應(yīng)的也會有吸收光譜，二氧化碳氣體分子亦然。二氧化碳在紅外區(qū)有三個比較明顯的吸收譜線，一個吸收中心波長位于近紅外1.573μm處（適用于光纖二氧化碳傳感器）、一個位于中紅外4.26μm處，還有一個位于14～20μm波段[1]。我們選擇中心波長4.26μm處的吸收譜線作為檢測依據(jù)，因為此波段的吸收最為強烈，衰減最劇烈。根據(jù)氣體選擇性吸收理論可知，當(dāng)光源的發(fā)射波長與氣體的吸收波長相吻合時，就會發(fā)生共振吸收，其吸收強度與該氣體的濃度有關(guān)，通過測量光的吸收強度就可測量氣體的濃度。具體是，當(dāng)一束光強為I0 的輸入平行光通過待測氣體時，如果光源光譜覆蓋一個或多個氣體的吸收譜線，則光通過氣體時發(fā)生衰減。根據(jù)Beer－Lambert定律，出射光強I 與入射光強I0和氣體的濃度之間的關(guān)系為
I = I0exp（－αCL）（1）
式中α為氣體吸收系數(shù)； L 為吸收路徑的長度；C 為氣體的濃度。
對式（1） 進行變換得到，
C = ln( I0/ I) / (αL)（2）
從式（2）可知，如果L、α 已知，那么，通過檢測 I 和 I0 就可以得到氣體的濃度C。這就是利用光譜吸收檢測氣體濃度的原理。
事實上，上述理論沒有考慮到光路干擾系數(shù)，這是一個隨機變量，采用非分光技術(shù)可有效地消除光路干擾這一因素。其原理框圖如下圖1所示。
圖1 非分光紅外測量光路系統(tǒng)原理圖
3、系統(tǒng)硬件設(shè)計方案及其實現(xiàn)
3.1核心技術(shù)及低功耗系統(tǒng)方案
電調(diào)制非分光紅外（NDIR）技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用的前沿技術(shù)，也是系統(tǒng)的核心技術(shù)所在。論文格式。采用非分光紅外測量技術(shù)，在實際操作中可以采用單光束雙波長實現(xiàn)，即通過選用兩種窄帶濾光片，它們的中心波長相近但一個允許待測氣體對應(yīng)的吸收波長通過，而另一片則完全阻止其通過，如圖1所示，以此實現(xiàn)調(diào)制和提取濃度信號。同時，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定和測量的精度以及真正實現(xiàn)手持型便攜式，我們采用了電調(diào)制、低功耗設(shè)計方案，利用脈沖控制光源。而且在實現(xiàn)低功耗的同時也增強了光源的輻射特性和延長了光源的壽命。電調(diào)制與非分光技術(shù)的實現(xiàn)，從根本上克服了機械調(diào)制所帶來的種種缺陷：有可動部件，需要專門的馬達驅(qū)動，調(diào)制盤容易損壞，體積大不易于集成化等等。為了實現(xiàn)設(shè)計目標，選用專用的電源驅(qū)動芯片和微功耗光源，再利用微控制器實現(xiàn)脈沖調(diào)制，整個系統(tǒng)由＋5V單電源供電即可很好地實現(xiàn)手持型便攜式。
國外NDIR 儀器占有率在70 %左右,國內(nèi)NDIR 氣體分析儀的主要廠家大都采用國際上20 世紀80 年代初的紅外氣體分析方法,如采用鎳锘絲作為紅外光源、電機機械調(diào)制紅外光、采用薄膜電容微音器或InSb 等作為傳感器等。因此，在國內(nèi)非分光紅外（NDIR）二氧化碳檢測技術(shù)研究可以說才剛剛起步。發(fā)光光源以及濾光片鍍膜工藝是必須攻克的難關(guān)，本文不作詳細介紹，而將重點放在如何選擇和應(yīng)用上。
非分光紅外二氧化碳氣體傳感器系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)成主要包括：光源及探測接收模塊(傳感頭)、信號放大模塊、低通濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換以及由微控制器控制的人機控制和信號顯示輸出等模塊。其具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。選擇恰當(dāng)?shù)墓庠春蜑V光片以及相應(yīng)的探測器是非常關(guān)鍵的一步。從傳感器出來的信號是極其微弱的，必須對其進行放大和濾波，在獲得較強的信號的同時保證盡可能地消除噪聲，達到較高的信噪比，為后續(xù)的信號處理提供真實有效的數(shù)據(jù)。微控制器負責(zé)信號的運算和濃度的換算、自動標定、實時的顯示跟蹤以及實現(xiàn)與計算機的數(shù)據(jù)通信等等。
圖2 二氧化碳氣體測量系統(tǒng)原理圖
3.1.1 光源及其調(diào)制技術(shù)
設(shè)計中選用了PerkinElmer® 紅外光源IRL715，可以實現(xiàn)低頻電調(diào)制。由于其低壓低功耗，體積小巧，而且經(jīng)濟實用符合我們的設(shè)計要求。
1）該光源具有的性能指標
n工作電壓為5V，
n電流為115mA±10％，
n功率為0.575±10％W，時間常數(shù)為290ms，
n輻射強度為0.15±10％MSCP；
n時間常數(shù)為290ms。
n工作壽命長，可達40，000hs。論文格式。
2）光源的調(diào)制深度特性與工作模式的選擇
光源IRL715的在5V可調(diào)方波信號驅(qū)動條件下，4um紅外波長處的調(diào)制深度特性曲線表明，調(diào)制頻率越高，調(diào)制深度越低。圖3[2]是光源在連續(xù)工作模式和間歇性工作模式下的輻射強度特性曲線，即老化特性。在連續(xù)工作模式，1500小時后，其輻射強度降到初始值的95％左右，之后基本保持并略有回升。而在間歇性工作模式（工作1秒，停5秒），其輻射強度則呈上升趨勢。因此，利用脈沖控制有利于增強光源的輻射特性，減緩其老化速度，同時也可提高測量的精度。對光源進行電調(diào)制脈沖驅(qū)動時，充分考慮了該因素。此外，驅(qū)動電壓的大小一方面會影響到輻射強度，一方面也會影響到光源的功耗和壽命。恒流驅(qū)動是設(shè)計的最佳選擇，選用恰當(dāng)?shù)碾娫葱酒陵P(guān)重要。
3）氣室設(shè)計要求
傳感器的光路系統(tǒng)因為采用了非分光紅外（NDIR）電調(diào)制而變得簡單，只要設(shè)置一個標準的氣室即可。原理圖如圖4所示。此外，如果需要進一步減小傳感頭的體積，可以采用專用的光學(xué)鏡面系統(tǒng)，利用多次反射以加長光程，并且可以同時加強輻射到探測器上的光強強度。光源的穩(wěn)定對測量的精度具有非常重要的影響，因此選用高精度穩(wěn)定性好的調(diào)整管對光源供電，再結(jié)合脈沖控制驅(qū)動或者選用可PWM驅(qū)動IC設(shè)計驅(qū)動電路。這樣做的目的有二：一是實現(xiàn)電調(diào)制；二是為了充分發(fā)揮光源的功效和提高發(fā)光強度，使光源的性能達到最佳。
圖4 光源電路及光路系統(tǒng)原理圖
3.1.2 檢測放大
紅外探測器也是該系統(tǒng)的核心元件，它在很大程度上決定了系統(tǒng)的測量精度與性能。選用PerkinElmer®配套的TPS2534作為探測元件。該熱電堆傳感器為雙元傳感，配備了兩片不同的濾光片，一片中心波長為4.0um，半波帶寬為90nm，作為參考濾光片，一片中心波長為4.26um，半波帶寬為180nm，作為氣體選擇濾光片，提取參考信號和氣體信號。結(jié)合光源設(shè)計光路實現(xiàn)了非分光紅外（NDIR）電調(diào)制。由探測器出來的電信號極其微弱，前置放大電路的作用舉足輕重，因此選用了低噪聲、高精度、低溫度飄移的運放作為電路的主要部件。有效提高電路的信噪比，提高測量靈敏度。
3.1.3 濾波電路
濾波電路，選擇了專用高階開關(guān)電容低通濾波IC電路分別對參考信號和氣體信號進行放大濾波，采用8階BUTTERWORTH低通濾波實現(xiàn)，以有效的提高系統(tǒng)的信噪比。
3.1.4 前向通道、微控制器和后向通道
經(jīng)信號調(diào)理得到的模擬信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入微控制器，完成前向通道的設(shè)計。因為本系統(tǒng)對采樣的速度要求不是很高，再考慮到測量精度的需要和為了節(jié)省單片機的口線以及跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，選用了串行16位ADC。
微控制器則選用了常用的AT89C52作為核心處理器，負責(zé)信號的處理和后向通道的顯示以及數(shù)據(jù)通信。由于智能化和網(wǎng)絡(luò)化將是傳感器發(fā)展的趨勢，可增加與上位機的通信口。
3.2系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，主要需要完成數(shù)據(jù)采集、顯示、通信、探測器溫度監(jiān)控以及光源調(diào)制和驅(qū)動等幾大模塊的功能。
基于上述有關(guān)電源的特性的論述和要求，軟件流程如圖5：
圖5 軟件設(shè)計流程圖
4、結(jié)束語
該系統(tǒng)采用單＋5V電源供電，可大大減輕系統(tǒng)的質(zhì)量和減小系統(tǒng)的體積，實現(xiàn)真正意義上的便攜式，也可以作為分布式傳感系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)化的傳感器，用于實時、遠程監(jiān)控。同時可大大降低成本。系統(tǒng)的缺點由于光源特性的限制，而不能實現(xiàn)高頻調(diào)制,可以通過選用可高頻調(diào)制的光源實現(xiàn)。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：NANDFlash，多通道流水線，大容量高速
1. 引言
本文的項目背景是企業(yè)一個大容量半導(dǎo)體閃存控制器的預(yù)研方案，而如何擴大容量，提高閃存存儲速度是研究中的一個重要部分。以半導(dǎo)體作為記憶載體Flash芯片，比傳統(tǒng)的磁存儲設(shè)備更能承受溫度的變化、機械的振動和沖擊，可靠性更高，易于實現(xiàn)高速度、低功耗和小型化，日趨成為存儲器的主流。它分為NOR 和NAND兩種類型。與NOR型相比，NAND型具有存儲密度更高、功耗更低、芯片引腳兼容性更好和成本效益更高等優(yōu)點，在計算機及多媒體消費類電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。而現(xiàn)在單個NAND Flash芯片的存儲容量比較小，讀寫速度也比較慢，因此，開發(fā)出高速、大容量的存儲系統(tǒng)就顯得尤為重要。本文將從NAND Flash的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，對擴大閃存容量，提高存儲技術(shù)進行探討。由于NAND Flash有多個生產(chǎn)廠商，產(chǎn)品之間有一些差異，本文采用現(xiàn)在市面上流行的三星K9K8G08U0M[1]高密度NAND Flash 存儲芯片，這樣研究就有了很好的現(xiàn)實意義及實用價值。
2. K9K8G08U0M型NAND Flash芯片內(nèi)部組成
圖1 K9K8G08U0M芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖
3. 擴展容量--多通道高帶寬Flash存儲陣列
圖2 存儲陣列組織結(jié)構(gòu)示意圖
4 提高存儲速度方法探討
4.1 并行總線及并行分路技術(shù)[4]
并行總線技術(shù)亦稱拓寬總線技術(shù)，也即上節(jié)所提到的位擴展技術(shù)，即通過拓寬數(shù)據(jù)總線的寬度實現(xiàn)數(shù)據(jù)宏觀上的并行操作。免費論文。比如, 由4塊8bit數(shù)據(jù)總線的芯片組成一個32 bit寬的存儲模塊, 它們共用相同的控制信號, 包括片選信號、讀寫信號、地址信號等。免費論文。存儲模塊總是被看作一個整體而進行相同的操作, 只是數(shù)據(jù)加載的時候是不同的數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)量將是使用一塊芯片時的4倍, 所以理論上速度也將是非并行時的4倍。時分多路復(fù)用通信，是指各路信號在同一信道上占有不同時間間隙進行通信，具體說，就是把時間分成一些均勻的時間間隙，將各路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隙，以達到互相分開，互不干擾的目的。借鑒時分多路復(fù)用通信技術(shù), 可以將輸入存儲系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)流看作是以傳輸一個字所需的時間為一個時間片, 不同的時間片傳輸不同數(shù)據(jù)的時分多路數(shù)據(jù)復(fù)用。這也是下面要詳細說明流水線技術(shù)的基本原理。
4.2 多通道流水線技術(shù)
流水線技術(shù)是一種非常經(jīng)濟、對提高處理機的運算速度非常有效的技術(shù)，它依據(jù)的是時間并行性。存儲系統(tǒng)采用流水處理技術(shù)有兩個前提條件：首先，在前一個I/O命令沒有完全結(jié)束之前，系統(tǒng)能獲取下一個I/O命令的有關(guān)信息；其次，不同部件應(yīng)能同時操作，資源不發(fā)生沖突。由NAND Flash的寫時序圖分析可得，NAND Flash寫入操作可分為3個步驟[3] ：首先，加載操作，即完成命令、地址和數(shù)據(jù)的載入工作；其次，自動編程操作，即由閃存芯片自動完成編程操作，將載入到頁寄存器的數(shù)據(jù)寫到內(nèi)部存儲單元的；最后，檢測操作，即在自動編程結(jié)束后檢測寫入的數(shù)據(jù)是否正確。如果不正確，需要重新編程；如果正確，繼續(xù)下一步的操作。
在寫入自動編程命令后，NAND Flash提供專門的R /B#輸出信號變低，指明當(dāng)前正在進行內(nèi)部編程操作，進入自動編程狀態(tài)后的典型時間為700μs，遠遠超過前面的加載操作部分，當(dāng)自編程操作完成后，R /B #變高，因此，對NAND Flash的操作滿足流水線要求，可對寫操作采取流水操作。免費論文。而用幾級流水才能使得系統(tǒng)能夠最高效的運行，下面來進行分析：
圖3 存儲器寫操作流水方式
采用八級流水后的寫速度計算[3] ,寫入速度=（1頁數(shù)據(jù)量×并行操作芯片數(shù)量×流水級數(shù)）/（加載時間×流水級數(shù)+自編程時間+檢測時間），可得理論寫速度為45MB / s。
5 總結(jié)
NAND Flash存儲密度大，功耗小，可靠性高，體積小重量輕且成本也在不斷降低，今后擁有非常廣闊的市場。本文主要從芯片自身的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，從硬件的角度采用位擴展、并行總線、及流水線技術(shù)對提高NAND Flash存儲容量和速度進行了探討。同時在提高閃存容量的速度方面的探討還可以涉及到Flash糾錯算法（ECC），地址映射表[4]，F(xiàn)lash文件系統(tǒng)優(yōu)化算法等等，這些都有待在今后的工作中進行研究。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:串口;無線;因特網(wǎng)
中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)07-1596-02
在嵌入式系統(tǒng)時代,所有的設(shè)備都要網(wǎng)絡(luò)化,這是未來科技發(fā)展的趨勢。而在自動化領(lǐng)域有成千上萬的傳感器,控制器及其他設(shè)備。而他們之間最常用的通信接口就是 RS-232 串口。在實際工作中,筆者為了通過無線網(wǎng)絡(luò)讀取只有 RS-232 串口的傳感器中數(shù)據(jù),設(shè)計了一個串口無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器設(shè)備。連線圖如圖 1 所示。PC 端打開串口,進行相關(guān)的配置,即可對遠端接在串口服務(wù)器上的帶串口的設(shè)備進行讀寫等操作。
1 硬件設(shè)計
本系統(tǒng)微處理器采用的是 Atheros 公司生產(chǎn)的 MIPS32,無線基帶芯片是Atheros 公司的ROCm,它們被集成在同一個芯片上。存儲器芯片是SAMSUNG公司生產(chǎn)的 K5L6331CAA-D270。主要芯片都是高度集成,接線簡潔,原理清晰。
1.1 MIPS32簡介
本系統(tǒng) CPU 選用 Atheros 公司的 MIPS32 4KE。MIPS32 是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價比 32 位 RISC 微控制器,MIPS32 4KE 為低功耗高性能的 32 核。最適合用于對價格及功耗敏感的應(yīng)用場合。
1.2 無線基帶芯片
無線芯片選用了 Atheros 公司的 ROCm AR6101。Atheros AR6101有以下特點:在IEEE 802.11g中兼容WLAN;在802.11g中數(shù)據(jù)速率為 6-54 Mbps、在802.11b中速率為 1-11 Mbps。150 MHz 的 MIPS R4KEm 處理器;集成支持802.11b/g MAC/基帶處理器和無線電;超低功耗和能源概況;先進的服務(wù)質(zhì)量,安全功能11e WMM QoS和11i AES, WPA, WPA2, CCXv4;VoIP時先進的能源管理;WMM-APSD省電;高度緊湊和低成本的設(shè)計集成度;多種擴展接口。
1.3 存儲器芯片
本系統(tǒng)中采用的存儲器是SAMSUNG公司生產(chǎn)的 K5L6331CAA-D270。它是由 64Mb(4Mbx16) NOR Flash 和 32Mb(2Mbx16) UtRAM 組成。
NOR Flash 是由單一 3V 電源供電。該存儲器分為 142 塊存儲陣列,被獨立的硬件保護。此塊結(jié)構(gòu)提供高度靈活的擦除和編程能力。器件在16bits(Word)中執(zhí)行操作或在塊中擦除,可擦除單個或多個塊。
32Mb UtRAM 是三星公司先進的CMOS技術(shù),使用一個晶體管存儲單元。該設(shè)備支持4頁模式操作,工業(yè)溫度范圍和 48-ball 芯片級封裝,對用戶來說具有靈活的系統(tǒng)設(shè)計。
2 軟件設(shè)計
本系統(tǒng)采用 ECOS 操作系統(tǒng)。其源代碼是公開的,ECOS最大的特點是模塊化,內(nèi)核可配置。最小版本的 ECOS 只有幾百字節(jié),非常適合小型嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。更適合于處理實時信號的設(shè)備,如移動通信、WLAN等通信設(shè)備的開發(fā)。它的另一個優(yōu)點是使用多任務(wù)搶占機制,具有最小的中斷延遲,支持嵌入式系統(tǒng)所需的所有同步原語,并擁有靈活的調(diào)度策略和中斷處理機制,因而具有良好的實時性。
2.1 軟件程序的設(shè)計
軟件設(shè)計的框圖,如圖 2 所示。串口無線服務(wù)器是把從 RSC232 得到的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送到 TCP/UDP 端口,然后通過一個應(yīng)用程序或多個應(yīng)用程序傳到IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
CONFIG是通過COM口或 WLAN 對設(shè)備進行配置,一般是對LAN、Wireless、COM口等進行相關(guān)的配置。TRANSFER 是與設(shè)備的 COM口或 WLAN 進行數(shù)據(jù)的傳輸。HTTPD 是基于 Web 對設(shè)備的配置和通信。底層驅(qū)動部分,主要是完成串口驅(qū)動和無線驅(qū)動。
2.2 數(shù)據(jù)流程圖
整個設(shè)計方案的數(shù)據(jù)流程圖,如圖3所示。從 Start Device 開始,等執(zhí)行到 Task Dispatch 時,下面有2種數(shù)據(jù)流的方式,A 流程是 HTTPD 是通過瀏覽器打開配置頁面,B 流程是通過串口進入控制臺。
3 結(jié)束語
許多控制設(shè)備提供了通過RS-232串口進行通信的能力,但是RS-232串行通信距離短。筆者所設(shè)計的設(shè)備旨在為RS-232串口設(shè)備提供聯(lián)網(wǎng)能力。在計算機集成制造或工業(yè)自動化領(lǐng)域中,該設(shè)備用作現(xiàn)場設(shè)備直接連接到網(wǎng)絡(luò)中。
參考文獻:
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2013年，美國IEEE電子器件青年科學(xué)家獎（IEEE EDS Early Career Award）公布獲獎名單，一位中國青年學(xué)者的名字出現(xiàn)在其中，他就是北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授王潤聲。
IEEE（電氣電子工程師協(xié)會）有五十多年歷史。多年來，該協(xié)會一直致力于推動電子和信息技術(shù)在理論發(fā)展和應(yīng)用方面的進步，它被認為是科技革新的催化劑，也是太空、計算機、生物醫(yī)學(xué)、電氣及電子工程領(lǐng)域的權(quán)威組織。
經(jīng)過了推薦、提名、網(wǎng)評、專家討論等考核環(huán)節(jié)后，王潤聲成為IEEE該獎項歷史上首位來自非美國機構(gòu)的獲獎?wù)??！皩W(xué)校和實驗室的平臺好，加上近期國家對科研項目的支持力度很大，甚至一些美國同行也都羨慕我們?！蓖鯘櫬曊f，“只要平臺是良性發(fā)展的、機制是不斷完善的，換作其他科學(xué)家，也一樣能取得成果、獲得獎勵。”
在王潤聲尚年輕的學(xué)術(shù)生涯中，IEEE電子器件青年科學(xué)家獎是重要節(jié)點，直接促使他在半導(dǎo)體新器件研究領(lǐng)域的地位更加令人關(guān)注。對于這個風(fēng)華正茂的年輕學(xué)者來說，一場在晶體管研究領(lǐng)域的漫長巡禮才剛剛開始。
北大人的成長
王潤聲是北大“土著”，從小成績優(yōu)秀，是令人艷羨的“別人家的孩子”。起初，王潤聲的興趣是物理學(xué)，但當(dāng)年北大物理系在安徽不招收高考生，考慮到當(dāng)時物理系與微電子系有部分課程交叉共享，王潤聲因此認為，由微電子專業(yè)轉(zhuǎn)向物理專業(yè)應(yīng)該“比較容易”。憑借這個樸素的判斷，王潤聲憧憬著一個物理學(xué)家的夢，成了北京大學(xué)2001級微電子專業(yè)的學(xué)生。然而，此后一直到他讀博乃至后來成為北大老師，他卻都沒有再換專業(yè)，反倒在微電子的路上越走越遠。
王潤聲是他這一代青年科學(xué)家成長之路的典型代表：少了許多國家計劃層面的約束，基本可以輕松自由地選擇發(fā)展方向。他聰明，興趣廣，喜歡對新鮮事物躍躍欲試。在北大，他擔(dān)任了一年的乒乓球協(xié)會會長，后來又加入了學(xué)校網(wǎng)球隊。這時，王潤聲常常思考的問題是，“我的專業(yè)究竟有什么用？未來有什么發(fā)展？”那是青年學(xué)子一個迷茫善變的階段，他的目標不再局限于轉(zhuǎn)戰(zhàn)物理專業(yè)，還專門用了大半年時間跑到中文系聽課，甚至還打算考到中文系讀研。他困惑于選擇，思考一條最適合自己的專業(yè)之路。
回憶起那段日子，王潤聲說，人之所以對一件事情感興趣，也許是因為不用面對任何壓力，可以自由地做，因為你不必依賴這些有創(chuàng)造性的業(yè)余愛好來謀生。但是，如果把興趣變成工作，你的愛好受到了物質(zhì)刺激，也許會發(fā)現(xiàn)自己逐漸不那么喜歡做這些事了。愛好也不再是用來放松頭腦的富有創(chuàng)造性的追求，它變成了養(yǎng)家糊口的工具。而這些壓力最終會充滿抱怨與不滿，最后你會發(fā)現(xiàn)自己不但沒有工作好，還失去了一個愛好。正如麥克勞德告誡我們的：不要把自己在閑暇時的消遣變成從早八點到晚五點要做的正常工作。經(jīng)過一番深思熟慮，王潤聲徹底打消了轉(zhuǎn)專業(yè)的念頭，繼續(xù)學(xué)習(xí)微電子學(xué)。
2005年，王潤聲獲推免資格，成為北大微電子專業(yè)碩士生。王潤聲的導(dǎo)師、時任系主任的黃如教授是微納電子學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)者。在她的影響和指導(dǎo)下，王潤聲開啟了一段全新的科研之旅。不久后，他的論文先后在學(xué)科頂級期刊TED和頂級會議IEDM上發(fā)表，當(dāng)時這在學(xué)生中尚屬罕見。黃如發(fā)現(xiàn)了他的天賦和科研潛力，著意栽培他;于是，王潤聲選擇繼續(xù)攻讀微電子學(xué)與固體電子學(xué)的博士學(xué)位。
2008年，國家通過教育部“國家建設(shè)高水平大學(xué)公派研究生計劃”向國外輸送第二批公派研究生，王潤聲也是其中的一員。他訪問的是美國普渡大學(xué)（Purdue University）電子與計算機工程（ECE）學(xué)院。普渡大學(xué)的微電子專業(yè)在全美排名靠前，并且很早就與北京大學(xué)建立了交流關(guān)系?！拔沂菄鴥?nèi)培養(yǎng)的‘土鱉’，但在美國，我發(fā)現(xiàn)國內(nèi)微電子領(lǐng)域研究條件其實不錯;與國外同行相比，發(fā)現(xiàn)自己的專業(yè)水平也不錯。這說明我們國家自己培養(yǎng)的科研人員并不比別人差，因此我對自己更有信心了?！蓖鯘櫬曊f。
因為心系國內(nèi)未完成的研究項目，王潤聲在普渡大學(xué)訪問一年后回到北大，于2010年4月師從王陽元院士進入博士后流動站深造，并得到了中國博士后基金的特別資助。2012年3月，王潤聲被聘為北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院講師。至此，他由一名北大學(xué)生變成了北大的老師，成為一名“徹底”的北大人。
瓶頸與變革
王潤聲認為，微電子學(xué)科發(fā)展正處于瓶頸期。最突出的表現(xiàn)是，不論個人電腦、移動通信，還是智能手機，制造商都在拼功耗，因為功耗是目前最大的難題?！笆裁磿r候一塊手機電池能用一周？”王潤聲最大的愿望，就是在晶體管器件層面創(chuàng)新，做出更好的晶體管?！爱a(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展不能停滯，否則就變成了傳統(tǒng)行業(yè)。”
“瓶頸就意味著新的變革即將產(chǎn)生?！蓖鯘櫬暤闹饕ぷ魇切滦途w管研究，這需要同時透徹了解電子學(xué)和物理學(xué)，并且及時跟進行業(yè)前沿最新成果。近年來，以英特爾、IBM、臺積電等巨頭為代表的微納電子新技術(shù)在行業(yè)內(nèi)持續(xù)，產(chǎn)品功耗不斷降低?！皩ξ磥?，5年后、10年后的技術(shù)，該如何設(shè)計、如何制作，如何在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新？這是我們思考的主要問題?！蓖鯘櫬曊f。
2014年，王潤聲的“新型低功耗多柵MOS器件的實驗與理論研究”獲2014年教育部高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)獎自然科學(xué)一等獎，個人排名第二。這是一項適用于未來集成電路技術(shù)的研究，揭示了納米尺度多柵器件中的系列特殊物理現(xiàn)象及根源，提出了新的實驗與特性表征方法，并延拓了低功耗應(yīng)用能力，得到了國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。
根據(jù)王潤聲介紹，在技術(shù)層面降低晶體管的功耗，主要有三個方面的變革：一是做新的器件結(jié)構(gòu)，二是用更合適的材料替換原有材料，三是改變其工作原理。王潤聲從本科畢業(yè)論文即開始針對新結(jié)構(gòu)器件展開研究。他告訴記者，這方面最有代表性的一項成果是從英特爾22納米技術(shù)代的CPU芯片開始采用的三維晶體管，業(yè)內(nèi)叫做FinFET，外形像魚鰭（Fin）一樣，所以叫作鰭式晶體管;這種結(jié)構(gòu)具有很強的靜電學(xué)控制能力，從而功耗很低。新材料方面，從英特爾45納米技術(shù)代開始，業(yè)界采用氧化鉿取代了傳統(tǒng)的氧化硅作為柵極絕緣介質(zhì)材料，從而大大降低了柵極泄漏電流產(chǎn)生的功耗。新原理方面，目前北大正在研究利用量子力學(xué)隧穿原理改進原有晶體管的開關(guān)機制，以期從物理本質(zhì)上進一步降低器件功耗。
后摩爾時代的創(chuàng)新
晶體管在傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品應(yīng)用中，遵循著名的“摩爾定律”不斷地等比例縮小以提高集成度，但如前所述，現(xiàn)在已經(jīng)遇到了發(fā)展瓶頸。在后摩爾時代，除了傳統(tǒng)的應(yīng)用，晶體管還可以在物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器、生物醫(yī)療（比如可穿戴和可植入的芯片）等新應(yīng)用中大展身手。在后摩爾時代，晶體管該如何創(chuàng)新、如何發(fā)展、如何提高性價比？王潤聲同黃如教授等組成的團隊針對上述問題做技術(shù)研究，并有中芯國際等多個大型企業(yè)作為合作對象。“產(chǎn)業(yè)應(yīng)用是我們的最終目的?！蓖鯘櫬曊f，信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，而半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的基石，它的出現(xiàn)使電子設(shè)備向著微型化、智能化、高性能和低功耗的方向發(fā)展。
像多數(shù)科學(xué)家一樣，王潤聲也時常陷入困境。比如“有時會陷入一個問題，不停地繞圈”，他的經(jīng)驗是，這時不能輕易放棄，堅持下去才會有突破?！熬拖翊蚱古仪颉！彼f：“有的時候，某一階段練球會覺得不僅進步緩慢、甚至還有退步，這種情況往往表明是快要‘長球’了，再堅持一下水平就會有明顯提高?！?/p>
論文摘 要：隨著因特網(wǎng)、多媒體和無線通訊技術(shù)的發(fā)展，人們與信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)密不可分。當(dāng)今無線通訊在人們的生活中扮演著越來越重要的角色，低功耗、微型化是用戶對當(dāng)前無線通訊產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的強烈追求，作為無線通訊技術(shù)一個重要分支的短距離無線通訊技術(shù)正逐漸引起越來越廣泛的關(guān)注。本文通過Bluetooth和UWB的技術(shù)對比及多角度的分析，證實了藍牙+UWB作為下一代高速無線通訊技術(shù)的可能。
前言
目前，我國大型石化企業(yè)在廠內(nèi)的通訊方式，一般仍然采用傳統(tǒng)的有線傳輸方式，即依靠有線通訊電纜來傳輸信號，配合以傳統(tǒng)的程控交換機和防爆電話，防爆揚聲器等等設(shè)備終端來實現(xiàn)在防爆區(qū)與非防爆區(qū)之間的通訊。這樣的通訊系統(tǒng)龐大，線纜眾多不易于人員維護，加之廠區(qū)內(nèi)部腐蝕性氣體，工作環(huán)境，自然環(huán)境等經(jīng)年累月極容易造成設(shè)備的線纜損壞，影響通訊，由于是有線電纜連接在事故發(fā)生時更加容易遭受破壞。一旦通訊中斷，對企業(yè)的事故救援，員工的人身安全，都造成巨大的損失。所以要大力發(fā)展無線通訊網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)的應(yīng)用。 1、無線通訊技術(shù)的重要作用
石化工廠廠區(qū)面積大，人員分布散，防爆區(qū)內(nèi)移動作業(yè)人員和零散作業(yè)人員眾多。無線通訊系統(tǒng)對滿足人員通訊需要，加強防爆區(qū)內(nèi)分布人員的動態(tài)管理，優(yōu)化廠區(qū)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)，調(diào)度指揮的有線，無線互聯(lián)互通，相互結(jié)合的信息傳遞，保證企業(yè)安全高效的生產(chǎn)具有十分重大的現(xiàn)實意義。
2、常用的無線通訊技術(shù)分析
目前廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。 2.1 數(shù)字電臺用于點對點或點對多點的工作環(huán)境，能夠提供標準RS-232接口，可直接與計算機、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強、接收靈敏度高等特點。數(shù)傳電臺技術(shù)比較成熟，標準統(tǒng)一。但隨著GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟，相應(yīng)的設(shè)備價格的降低，使得在很多應(yīng)用場合中數(shù)傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時，數(shù)傳電臺的相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高帶寬的數(shù)傳電臺也不斷涌現(xiàn)。
2.2 擴頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。擴頻微波最大優(yōu)點在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術(shù)和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠距離（可達50km）、高速（可達百Mbps）無線組網(wǎng)。這兩項技術(shù)都可以用來傳輸對帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務(wù)。
3、短距離無線通訊技術(shù)簡介
“藍牙（Bluetooth）”是一個開放性的、短距離無線通訊技術(shù)標準，也是目前國際上最新的一種公開的無線通訊技術(shù)規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi)，通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，使得近距離內(nèi)各種通訊設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享，也可以實現(xiàn)在各種數(shù)字設(shè)備之間的語音和數(shù)據(jù)通訊。由于藍牙技術(shù)可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此特別適用于小型的移動通訊設(shè)備，使設(shè)備去掉了連接電纜的不便，通過無線建立通訊。 藍牙技術(shù)以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先進技術(shù)，為固定與移動設(shè)備通訊環(huán)境建立一個特別連接。作為一個新興技術(shù)，藍牙技術(shù)的應(yīng)用還存在許多問題和不足之處，如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問，藍牙技術(shù)已成為近年應(yīng)用最快的無線通訊技術(shù)，它必將在不久的將來滲透到生活的各個方面。
4、超寬帶(UWB)技術(shù)研究
超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術(shù)起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術(shù)在雷達等通訊設(shè)備中使用。隨著無線通訊的飛速發(fā)展，人們對高速無線通訊提出了更高的要求，超寬帶技術(shù)又被重新提出，并倍受關(guān)注。UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%的無線通訊方案。與常見的使用連續(xù)載波通訊方式不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通訊的同時，UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無線電設(shè)備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通訊方式，它有望在無線通訊領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB的特點如下：
4.1 抗干擾性能強：UWB采用跳時擴頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。 4.2 傳輸速率高：UWB的數(shù)據(jù)速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s，有望高于藍牙100倍。 4.3 帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通訊系統(tǒng)同時工作而互不干擾。 4.4 消耗電能少：通常情況下，無線通訊系統(tǒng)在通訊時需要連續(xù)發(fā)射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發(fā)出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發(fā)送出去，并且在需要時才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能少。 4.5 保密性好：UWB保密性表現(xiàn)在兩方面：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù)；另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機無法接收。 4.6 發(fā)送功率非常?。篣WB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通訊設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實現(xiàn)通訊。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時間。 4.7 成本低，適合于便攜型使用：由于UWB技術(shù)使用基帶傳輸，無需進行射頻調(diào)制和解調(diào)，所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉(zhuǎn)換器及本地振蕩器等復(fù)雜元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，成本大大降低，同時更容易集成到CMOS電路中。
5、結(jié)束語
總之，無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據(jù)現(xiàn)場需求及時調(diào)整項目方案，靈活性好，系統(tǒng)的功能擴展方便，因此特別適合石化行業(yè)對通信鏈路的要求。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：Link11 DSP FPGA
1、引言
現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用日益廣泛，在獲取戰(zhàn)場信息優(yōu)勢方面發(fā)揮了極其重要的作用，成為了鏈接各種指揮控制系統(tǒng)和武器平臺的橋梁紐帶，實現(xiàn)了各兵種間的協(xié)同作戰(zhàn)，其通信的有效性、可靠性成為各國軍隊?wèi)?zhàn)斗力的重要保證。本文基于link11數(shù)據(jù)鏈特點，結(jié)合DSP和FPGA各自的特點，提出了一種基于“DSP+FPGA”聯(lián)合仿真的方案，并且給出了硬件和軟件的解決方案。
2、硬件實現(xiàn)方案
數(shù)字信號處理的核心器件為DSP和FPGA，DSP采用軟件編程，因此具有高度的靈活性，多用于處理復(fù)雜多變的應(yīng)用場合；FPGA又稱為“可編程硬件”，處理速度較高，多用于處理流程相對固定，但速度要求較高的場合。本方案選擇以“DSP+FPGA”為處理核心搭建硬件平臺，充分利用兩種器件的各自優(yōu)勢。
在本方案的硬件設(shè)計中DSP選用TI公司的高性能低功耗產(chǎn)品TMS320C6713，F(xiàn)PGA選用當(dāng)今主流的XILINX公司的XC5VSX95T，內(nèi)核電壓1.0V，DAC選用AD公司的低功耗產(chǎn)品AD9736，數(shù)據(jù)位寬14位，速度可達1.2GHz。具體的方案如圖1所示。
3、DSP軟件的設(shè)計
在設(shè)計中我們利用DSP軟件的靈活性，Link11數(shù)據(jù)鏈基帶信號的設(shè)計用DSP來實現(xiàn)。Link11數(shù)據(jù)鏈基帶信號由2路或16路音頻副載波信號調(diào)制組成。其16路單音信號頻率為605Hz，935Hz，1045Hz，1155Hz，1265Hz，1375Hz，1485Hz，1595Hz，1705Hz，1815Hz，1925Hz，2035Hz，2145Hz，2255Hz，2365Hz，2915Hz，其中605Hz單音用于實現(xiàn)多普勒校正，其電平比其它數(shù)據(jù)載波單音大5～7dB。2915Hz在報頭幀時用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。在數(shù)據(jù)段，除了605Hz之外，每個數(shù)據(jù)載波單音代表2比特數(shù)據(jù)信息。Link11數(shù)據(jù)鏈標準傳輸速率為1200bps和2400bps，實際用1365bps和2250bps，副載波調(diào)制采用π/4QDPSK的調(diào)制方式，每個單音頻率誤差范圍保持在0.1Hz以內(nèi)。Link11數(shù)據(jù)字長為24比特，并采用漢明編碼縮短碼（30，24）進行差錯檢驗控制，在尾部增加6bit碼，最后組成30比特碼作為一幀進行傳輸和接收。這30比特信息分成15組，每組包含2比特信息，經(jīng)過副載波調(diào)制后進行疊加形成基帶數(shù)據(jù)的I路和Q路。具體的實現(xiàn)如圖2所示。
4、FPGA軟件的設(shè)計
Link11數(shù)據(jù)鏈路可在短波和超短波兩個波段工作，在視距內(nèi)用UHF/VHF頻段內(nèi)225～400MHz范圍內(nèi)的任一25kHz的整數(shù)倍頻率，在較遠距離采用HF段內(nèi)的2～30MHz范圍內(nèi)的任一100Hz整數(shù)倍頻率。我們利用FPGA的速度優(yōu)勢，在FPGA中利用DDS技術(shù)來產(chǎn)生HF段內(nèi)的2～30MHz或者UHF/VHF頻段內(nèi)225～400MHz。
DSP中產(chǎn)生的link11數(shù)據(jù)鏈基帶信號通過DSP總線傳送到FPGA，接口選用4個RAM來實現(xiàn)。每個RAM數(shù)據(jù)位為16位，深度為4K，因為在DSP產(chǎn)生的基帶數(shù)據(jù)為32位，所以I路和Q路各用兩個RAM來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。DSP中產(chǎn)生的基帶數(shù)據(jù)采樣率很低，在調(diào)制前必須經(jīng)過插值，將其采樣頻率提高到與D/A轉(zhuǎn)換器相同，在對和進行調(diào)制，相加后經(jīng)過D/A輸出。具體的方案如圖3所示。
5、結(jié)語
本文針對link11數(shù)據(jù)鏈的特征，充分利用DSP和FPGA各自的優(yōu)勢，建立了link11數(shù)據(jù)鏈仿真的硬件模型。利用DSP軟件的靈活性把復(fù)雜的基帶信號用DSP來實現(xiàn)，利用FPGA的速度優(yōu)勢把載波調(diào)制用FPGA來實現(xiàn)，這樣形成了對link11數(shù)據(jù)鏈的完美仿真。
參考文獻
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