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针对可穿戴设备的稀疏化卷积心律失常分类加速器设计

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浙江大学学报（理学版） 2024年第4期51卷 492-500页

作者：徐轶凡申烁林昊吴中行刘昊东南大学集成电路学院江苏无锡214000

近年来,卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)因其优异的检测与识别能力,在心电图(electrocardiogram,ECG)信号的诊断研究中备受瞩目。然而,CNN模型因参数规模和算力需求较大,难以用于资源受限的可穿戴嵌入式设备。虽然使... 详细信息

近年来,卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)因其优异的检测与识别能力,在心电图(electrocardiogram,ECG)信号的诊断研究中备受瞩目。然而,CNN模型因参数规模和算力需求较大,难以用于资源受限的可穿戴嵌入式设备。虽然使用剪枝技术可压缩网络规模,但稀疏化剪枝后权重的不规则分布使修剪后的网络模型依然存在无法高效处理非零数据的问题。为此,设计了一种高效的稀疏化卷积心律失常分类加速器。首先,采用多批次划分的稀疏压缩数据流方法提高计算效率;其次,设计了稀疏感知的计算阵列(processing element,PE)完成卷积运算,解决剪枝带来的负载不平衡问题。在现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)平台上的仿真结果显示,所设计的稀疏化卷积加速器在200 MHz时钟频率下的吞吐率为53.84GOP·s^(-1)、平均功耗为0.263 W、能效比为204.72 GOP·W^(-1)、五分类准确率达98%,相较于以往的稀疏化加速器,最高可以实现2.0~2.4倍的加速、4.5~6.1倍的能效比提升,适用于可穿戴的ECG分类设备。

关键词：可穿戴嵌入式设备非结构化剪枝卷积神经网络硬件加速器

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原子制造过程的可视化与原位检测

沈阳工业大学学报 2024年第5期 702-709页

作者：李陈叶茂尹奎波徐涛孙立涛东南大学集成电路学院

原子制造是指将能量直接作用于原子，对原子进行精准可控去除、增加等操作，从而调控材料结构和性质的技术。为实现原子制造的精准性和可控性，跨尺度的实时观察与检测势在必行。原位透射电子显微技术不仅能在原子尺度下实时研究纳米材... 详细信息

原子制造是指将能量直接作用于原子，对原子进行精准可控去除、增加等操作，从而调控材料结构和性质的技术。为实现原子制造的精准性和可控性，跨尺度的实时观察与检测势在必行。原位透射电子显微技术不仅能在原子尺度下实时研究纳米材料结构与性质之间的关系，而且可以构建原子级器件并实现其性能的原位检测。简要综述了原位透射电子显微技术在纳米/原子精度的加工、器件构建及原位检测方面取得的重要进展，提出了当前原位透射电子显微技术在原子制造过程的可视化与原位检测领域面临的挑战和未来的发展方向。

关键词：原子制造可视化原子尺度加工原位检测原位透射电子显微镜纳米材料实时观察

低抖动快锁定10.9～12 GHz电荷泵锁相环

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浙江大学学报(工学版) 2024年

作者：展永政李仁刚李拓邹晓峰周玉龙胡庆生李连鸣山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司东南大学射频与光电集成电路研究所东南大学信息科学与工程学院

基于65 nm CMOS工艺，设计适用于高速SerDes串行链路的低抖动高速电荷泵锁相环（CPPLL）电路.通过优化环路带宽以及压控振荡器（VCO）、电荷泵和鉴频鉴相器的电路结构,抑制电压纹波和内部噪声引起的抖动,以在满足SerDes链路需要的宽频... 详细信息

基于65 nm CMOS工艺，设计适用于高速SerDes串行链路的低抖动高速电荷泵锁相环（CPPLL）电路.通过优化环路带宽以及压控振荡器（VCO）、电荷泵和鉴频鉴相器的电路结构,抑制电压纹波和内部噪声引起的抖动,以在满足SerDes链路需要的宽频范围和高速要求的同时,电荷泵锁相环能够获得较小的抖动偏差和稳定的时钟信号.包括整个焊盘在内的芯片面积为0.309 mm2.测试结果表明,电荷泵锁相环能够实现10.9～12 GHz的输出时钟信号,其在10 MHz频偏处的相位噪声、参考杂散和品质因数（FoM）分别为-111.47 dBc/Hz、-25.14 dBc和-223.5 dB.当输入参考频率为706.25 MHz时, CPPLL能够在600μs后输出稳定的11.3 GHz时钟信号,且RMS抖动为973.9 fs,约为0.065 UI.在电源电压为1.2 V下,电路的功耗为47.3 mW.所设计的锁相环（PLL）电路能够适用于20 Gb/s及以上的高速通信链路系统.

关键词：压控振荡器(VCO) 电荷泵低抖动串行链路高速

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用于SPAD阵列的高速主被动混和淬灭电路

红外与激光工程 2024年第7期53卷 78-85页

作者：郑丽霞尤旺巧胡康吴金孙伟锋周幸叶东南大学集成电路学院江苏无锡214125 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得... 详细信息

单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得更高的分辨率和更快的扫描探测速度,探测器正朝着大规模阵列化和高度集成化的方向发展,阵列应用要求淬灭电路较小的电路面积。基于盖革模式下SPAD的探测成像应用,建立了雪崩信号检测与淬灭的信号模型,并通过数学分析得到了混和淬灭电路中的最优检测电阻取值,在理论分析基础上对混合淬灭电路的结构和参数进行了设计与优化。根据建模分析结果,设计了一种主被动混合的高速淬灭电路结构,以较小的电路面积实现了雪崩信号快速检测与淬灭。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺完成了电路版图的设计与流片。芯片测试结果表明,电路的淬灭时间约为2.9 ns,复位时间为1.75 ns。结合版图面积的占用情况,所设计的电路具有较高的“性价比”,可以满足SPAD阵列型读出电路的需求,具有快速雪崩淬灭和复位的特点。

关键词：单光子雪崩二极管主被动混合淬灭最优检测电阻阵列应用

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200 V全碳化硅集成技术

电子学报 2024年第7期52卷 2183-2189页

作者：顾勇马杰刘奥黄润华刘斯扬柏松张龙孙伟锋东南大学集成电路学院江苏南京210096 南京电子器件研究所江苏南京210016

本文提出了一种基于N衬底P外延晶圆的全碳化硅(Silicon Carbide,SiC)集成工艺平台,该工艺平台兼容低压互补金属氧化物半导体场效应晶体管(Complementary Metal Oxide Semiconductor field-effect transistor,CMOS)、横向扩散金属氧化物... 详细信息

本文提出了一种基于N衬底P外延晶圆的全碳化硅(Silicon Carbide,SiC)集成工艺平台,该工艺平台兼容低压互补金属氧化物半导体场效应晶体管(Complementary Metal Oxide Semiconductor field-effect transistor,CMOS)、横向扩散金属氧化物半导体(Laterally-Diffused MOS,LDMOS)以及高压二极管等器件.采用P型缓冲层技术调节器件垂直方向电场分布,使高压器件垂直方向耐受电压提高212.4%;在1μm厚度的P型缓冲层和1μm厚度的P型外延层上,实现LDMOS、高压二级管和高侧区域耐受电压大于300 V.基于该工艺平台,搭建了SiC CMOS反相器和反相器链电路,均实现了0~20 V轨至轨的电压输出;设计了半桥驱动电路,低压侧驱动电路由四阶反相器构成;高压侧驱动电路由电平移位电路和高侧区域反相器链电路组成,实现了180~200 V浮空栅极驱动信号输出.

关键词：碳化硅(SiC) 集成碳化硅集成电路碳化硅反相器碳化硅横向扩散金属氧化物半导体

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氮化镓基单片功率集成技术

电子科技大学学报 2024年第5期53卷 685-697页

作者：周靖贵陈匡黎周琦张波电子科技大学集成电路科学与工程学院

宽禁带、高临界击穿电场和高饱和电子速度的材料优越性，以及铝镓氮/氮化镓（Al GaN/GaN）异质结能通过极化不连续性在其界面极化诱导出具有高浓度、高迁移率的二维电子气并制备出高电子迁移率晶体管，使氮化镓器件正成为下一代功率和... 详细信息

宽禁带、高临界击穿电场和高饱和电子速度的材料优越性，以及铝镓氮/氮化镓（Al GaN/GaN）异质结能通过极化不连续性在其界面极化诱导出具有高浓度、高迁移率的二维电子气并制备出高电子迁移率晶体管，使氮化镓器件正成为下一代功率和射频应用领域的新型高性能电子器件。氮化镓基单片功率集成技术是减小寄生电感影响、提升集成电路开关速度、降低系统功耗和实现系统小型化的关键技术。该文围绕氮化镓单片功率集成技术，对p/n双极性沟道异质结外延结构、单片异质集成、全氮化镓集成电路和p沟道器件关键技术的研究进展进行了全面分析。

关键词：氮化镓异质结二维电子气高电子迁移率晶体管氮化镓单片功率集成 p沟道

LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用

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物理化学学报 2024年第2期40卷 89-95页

作者：胡雪晨夏求应岳钒何欣怡梅正浩王金石夏晖黄晓东东南大学集成电路学院 MEMS教育部重点实验室南京210096 南京理工大学材料科学与工程学院南京210094

全固态薄膜锂离子电池具有易微型化与集成化等优点,因此,非常适合为微系统供电。负极对全固态薄膜锂离子电池的性能有重要影响。现有电池通常采用金属锂作为负极,然而其枝晶生长问题及低的热稳定性限制了相应电池在工业、军事等高温、... 详细信息

全固态薄膜锂离子电池具有易微型化与集成化等优点,因此,非常适合为微系统供电。负极对全固态薄膜锂离子电池的性能有重要影响。现有电池通常采用金属锂作为负极,然而其枝晶生长问题及低的热稳定性限制了相应电池在工业、军事等高温、高安全场合应用。为此,本文系统研究了LiNbO_(3)薄膜的电化学性能,结果表明:LiNbO_(3)薄膜呈现高比容量(410.2 mAh·g^(-1))、高倍率(30C时比容量80.9 mAh·g^(-1))和长循环性能(2000圈循环后的容量保持率为100%),以及高的室温离子电导率(4.5×10^(-8)S·cm-1)。在此基础上,基于LiNbO_(3)薄膜构建出全固态薄膜锂离子电池Pt|NCM523|LiPON|LiNbO_(3)|Pt,其展现出较高的面容量(16.3μAh·cm^(-2))、良好的倍率(30μA·cm^(-2)下比容量1.9μAh·cm^(-2))及长循环稳定性(300圈循环后的容量保持率为86.4%)。此外,该电池表现出优秀的高温性能,连续在100℃下工作近200 h的容量保持率高达95.6%。研究表明:LiPON|LiNbO_(3)界面不论在充放电循环还是高温下均非常稳定,这有助与提升全电池综合性能。

关键词：全固态锂离子电池 LiNbO3薄膜负极界面高温稳定性

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面向高性能计算的低温芯片技术:发展和挑战

中国科学：信息科学 2024年第1期54卷 88-101页

作者：程然李博王宗巍张结印单伟伟张建军蔡一茂韩根全浙江大学微纳电子学院杭州311200 西安电子科技大学杭州研究院杭州311231 北京大学集成电路学院北京100871 松山湖材料实验室半导体异质材料与器件中心东莞523808 东南大学集成电路学院南京211189 中国科学院物理研究所纳米物理与器件重点实验室北京100190

过去60多年,集成电路技术的进步推动了电子信息领域的快速发展.随着工艺制程进入纳米阶段,通过微缩化技术进一步提升器件和电路的性能需要克服技术和成本方面的多重挑战.探寻新的器件、设计和架构技术是高性能计算领域解决当下瓶颈的必... 详细信息

过去60多年,集成电路技术的进步推动了电子信息领域的快速发展.随着工艺制程进入纳米阶段,通过微缩化技术进一步提升器件和电路的性能需要克服技术和成本方面的多重挑战.探寻新的器件、设计和架构技术是高性能计算领域解决当下瓶颈的必然路径.低温芯片技术,利用晶体管低温下电学性能的提升,可以进一步提高逻辑芯片的算力并降低动态和静态功耗,由于和现有集成电路技术兼容性较高,是低成本实现更高性能计算的理想技术路线之一.此外,随着量子计算技术的发展,可扩展的大规模量子芯片需要和极低温互补金属氧化物半导体CMOS电路以及存储芯片实现片上集成,进而实现更高效的数据处理.本文面向高性能计算应用,从器件表征、模型、仿真和设计、应用等多个层面,分析并总结了低温芯片技术领域的发展历程、理论基础和技术挑战,并给出针对性的解决方案和建议,有助于推动我国在低温芯片技术领域的持续发展.

关键词：低温芯片低温电子学低温PDK 高性能计算量子计算

一种基于相位误差校正技术的快速启动晶体振荡器

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电子学报 2024年第4期52卷 1182-1188页

作者：王子轩王山虎王鑫姚佳飞张珺胡善文蔡志匡郭宇锋南京邮电大学集成电路科学与工程学院江苏南京210023 南京邮电大学射频与微组装技术国家地方联合工程实验室江苏南京210023

随着超低功耗(Ultra-Low Power,ULP)物联网(Internet of Things,IoT)系统的发展,采用能量注入技术的快速启动晶体振荡器因对IoT系统功耗影响巨大而逐渐成为研究热点.能量注入技术可以显著降低晶体振荡器的启动时间和启动能量,但是对注... 详细信息

随着超低功耗(Ultra-Low Power,ULP)物联网(Internet of Things,IoT)系统的发展,采用能量注入技术的快速启动晶体振荡器因对IoT系统功耗影响巨大而逐渐成为研究热点.能量注入技术可以显著降低晶体振荡器的启动时间和启动能量,但是对注入源的精度要求苛刻.为了扩大注入频偏容限以及实现高注入效率,本文提出了一种基于延迟锁定环的相位误差校正技术.该技术将注入频偏容限扩大到2%,启动过程的非注入持续时间仅为4个周期,实现了高效注入.本文所述晶体振荡器采用40 nm CMOS工艺设计并流片.在1.0 V电源电压下采用24 MHz晶体进行测试,当注入频偏高达2%时,实现了7.2μs的启动时间,启动能量为5.1 nJ.相比同频偏下的传统注入方案,启动时间缩短了99.66%.

关键词：相位误差校正晶体振荡器快速启动延迟锁定环能量注入