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《复旦大学》 2008年
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低功耗芯片技术的研究及其RFID中的应用

何艳  
【摘要】: 随着集成电路技术的飞速发展和广泛应用,由功耗所引发的能源消耗、封装成本、以及高集成度芯片散热等问题日益突显,越来越受到人们的重视;低功耗技术已成为当今集成电路发计的一个研究重点和热点。低功耗技术的研究主要涉及了工艺、封装和电路设计三大层面;其中电路设计层面具有成本低、适用范围广的特点,有很大的优化空间。本文针对低功耗芯片设计技术进行了系统地研究,并将研究成果成功应用到一个典型的低功耗无线通讯系统——射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)系统中。 本文首先分析了不同供电机制系统低功耗的特征,区分了“低能耗”和“低功率”的概念,详尽阐述了功耗的产生机理;在此基础上,结合RFID系统中电子标签芯片的工作原理,针对其特殊的低功耗需求,提出了一种适合电子标签数字基带处理器的分布式架构。 接着,比较系统地介绍了降低功耗的四种基本途径,研究了传统CMOS电路不同设计阶段的各种低功耗技术;并将其灵活应用到电子标签芯片的设计中,提出了一种简单有效的随机数发生机制和一种新颖的分步式译码电路,分别设计并实现了超低功耗的超高频、高频和低频电子标签数字基带处理器芯片。测试结果表明:本文设计与国外的同类设计相比,在功耗方面具有较大的优势。 本文还积极探索了一种新颖的低功耗技术——绝热电路技术:提出了一种准静态绝热逻辑电路结构(2N-2N2D2P),有效地避免了动态绝热逻辑中因电路节点充放电而产生的冗余功耗;同时为了完善绝热电路的逻辑功能,提出了一种具有置位/复位功能的绝热锁存器电路结构;将绝热电路技术应用到ROM电路的设计中,提出了一种绝热ROM存储器单元电路(ADL ROM),大大降低了读操作时位线负载电容充放电而产生的动态功耗。为了促进绝热电路技术在集成电路设计中的应用和推广,本文还开发了一套绝热电路的半自动设计方法,并设计了与之配套的绝热单元库。最终,将绝热电路技术的研究成果巧妙地与RFID系统设计相结合,设计并实现了一款绝热低频电子标签,目前该芯片正处于测试过程中。仿真结果表明,绝热数字基带处理器比传统CMOS电路的设计节省了约88%的功耗。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN402;TP391.44

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 宋国杰;;无线表决系统耗电性能指标的测试与研究[J];哈尔滨职业技术学院学报;2010年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吴志亮;特种小型机电引信设计及关键技术研究[D];南京理工大学;2010年
2 王明宇;低功耗双界面CPU智能卡芯片的研究与设计[D];复旦大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 付然;基于IS018000-6B标准的UHF RFID标签芯片数字基带电路设计[D];电子科技大学;2011年
2 孟海斌;基于ARM11和Android的有源RFID手持机的研发[D];电子科技大学;2011年
3 咸凛;面向ISO 18000-6B标准的UHF RFID标签芯片数字系统集成电路设计[D];电子科技大学;2011年
4 徐军辉;车身网络控制系统关键技术的研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 谢根发;F企业借助 RFID 改善i产品生产数据采集研究及应用[D];天津大学;2011年
6 冯筱;海关专用的ISO18000-6B标签芯片设计[D];电子科技大学;2012年
7 杨小伟;基于RFID技术的车间生产动态监控[D];济南大学;2012年
8 陈健;具有状态变化计数功能的ISO 18000-6C标签芯片数字电路设计[D];电子科技大学;2012年
9 刘富发;基于ISO 18000-6C标准的感知识别一体化标签芯片数字电路设计[D];电子科技大学;2013年
10 林清;低功耗示波表设计[D];电子科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 羊性滋;CMOS电路的低功耗设计技术[J];半导体技术;1996年03期
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4 吴凯,林争辉;集成电路RT-Level功耗估计方法概论[J];电路与系统学报;2004年01期
5 张天骐 ,林孝康 ,余翔;SoC系统的低功耗设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2004年06期
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7 周骥伟,戎世怡,刘凌志,戎蒙恬;高性能IC版图综合中的互连线时延估计模型[J];微电子学;2003年01期
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9 徐芝兰,杨莲兴;CMOS集成电路低功耗设计方法[J];微电子学;2004年03期
10 胡建赟;何艳;黄晨灵;闵昊;;低压降CMOS稳压器的电源噪声抑制分析[J];微电子学;2006年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王晓晖;张春;马长明;吴行军;朱秋玲;;UHF RFID标签基带处理器的低功耗设计[J];半导体技术;2009年05期
2 高雷声;周玉梅;刘海南;;基于能量恢复的单相功率时钟触发器及其应用[J];半导体技术;2010年04期
3 何艳;胡建赟;闵昊;;一种基于射频电子标签的超低电压低功耗基带处理器[J];半导体学报;2006年10期
4 刘军;孙玲玲;徐晓俊;;RF-CMOS建模:面向低功耗应用的RF-MOSFET模型开发[J];半导体学报;2007年01期
5 叶卫东;谢建华;;格雷码计数器的低功耗分析与设计[J];兵工自动化;2006年04期
6 谢建华;叶卫东;韩跃峰;;双边沿触发计数器的设计和应用[J];兵工自动化;2006年04期
7 唐龙飞;庄奕琪;孔泽斌;刘伟峰;靳钊;;一种用于UHF RFID标签的低功耗PIE解码与BLF生成电路[J];电路与系统学报;2011年05期
8 谢忠;凤鸣;马常杰;;嵌入式空间索引策略[J];地球科学;2006年05期
9 魏春娟;吕剑;;集成电路功耗优化技术综述[J];上海电力学院学报;2011年02期
10 石伟;王友瑞;陈芳园;任洪广;陆洪毅;王志英;;低功耗微处理器中异步流水线设计[J];国防科技大学学报;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 刘钢利;柯赓;乔文孝;;VLSI低功耗技术研究[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
2 黄新林;窦建华;;基于自适应体偏压技术的低功耗研究[A];全国第20届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2009)暨全国第1届安全关键技术与应用学术会议论文集(下册)[C];2009年
3 陈婷婷;李哲英;;USB2.0数据传输环节逻辑电路低功耗设计[A];全国第十届信号与信息处理、第四届DSP应用技术联合学术会议论文集[C];2006年
4 郭维;张承义;张民选;谢胡;;数字系统中时钟门控逻辑的优化技术研究与评估[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 石伟;基于数据触发的多核异步微处理器关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 吴志亮;特种小型机电引信设计及关键技术研究[D];南京理工大学;2010年
3 周干民;NoC基础研究[D];合肥工业大学;2005年
4 黄学功;炮口感应装定引信技术及试验研究[D];南京理工大学;2005年
5 朱卓娅;锂离子电池管理芯片的研究及其低功耗设计[D];东南大学;2006年
6 王蕾;异步嵌入式微处理器设计与分析关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
7 付先成;低功耗高性能图形控制芯片的设计与验证[D];华中科技大学;2006年
8 彭蔓蔓;体系结构级低能耗Cache和动态电压缩放技术研究[D];湖南大学;2007年
9 李勇;异步数据触发微处理器体系结构关键技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2007年
10 曹小华;集装箱电子标签系统的若干关键技术研究[D];武汉理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘传;基于WiFi定位终端的低功耗研究[D];湘潭大学;2010年
2 赵起超;基于RFID的预付费电能表的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
3 邵亚利;大电流高电源抑制比的低压差线性稳压器[D];浙江大学;2011年
4 刘石壮;GPS基带处理芯片的低功耗设计[D];西安电子科技大学;2011年
5 刘哲;基于AMBA架构的DMA控制器的低功耗设计与验证[D];西安电子科技大学;2011年
6 陶守春;温度驱动的三维芯片低功耗设计方法研究[D];武汉理工大学;2011年
7 李科;LDPC解码器的异步流水线电路研究[D];华南理工大学;2011年
8 范永杰;异步低功耗LDPC解码器设计[D];华南理工大学;2011年
9 孟海斌;基于ARM11和Android的有源RFID手持机的研发[D];电子科技大学;2011年
10 何艳莉;面向ISO18000-6C标准的UHF RFID无源标签芯片数字集成电路低功耗设计与实现[D];电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗罹;基于门控时钟的CMOS电路低功耗设计[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
2 王伟;;射频识别(RFID)技术及其应用的研究[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2008年02期
3 易兴勇;李海军;陈杰;;90nm工艺SOC芯片多阈值低静态功耗设计[J];半导体技术;2007年09期
4 千路;林平分;;ASIC后端设计中的时钟偏移以及时钟树综合[J];半导体技术;2008年06期
5 王晓晖;张春;马长明;吴行军;朱秋玲;;UHF RFID标签基带处理器的低功耗设计[J];半导体技术;2009年05期
6 羊性滋;CMOS电路的低功耗设计技术[J];半导体技术;1996年03期
7 李海军,杨拥军;大位移、低电压驱动MEMS静电梳齿驱动器的设计与研究[J];微纳电子技术;2002年07期
8 孔祥东,张玉林,宋会英;LIGA工艺的发展及应用[J];微纳电子技术;2004年05期
9 何艳;胡建赟;闵昊;;一种基于射频电子标签的超低电压低功耗基带处理器[J];半导体学报;2006年10期
10 管旭光;周端;杨银堂;;Optimization design of a full asynchronous pipeline circuit based on null convention logic[J];半导体学报;2009年07期
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 黄基尧;[N];东莞日报;2009年
2 周国礼;[N];中国计算机报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 单汨源;面向敏捷制造的协同生产管理及其系统研究[D];中南大学;2000年
2 席占稳;MEMS传感器及在引信中的应用研究[D];南京理工大学;2003年
3 武瑛;新型无接触供电系统的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2004年
4 李强;超高频射频电子标签芯片中低功耗电路研究[D];复旦大学;2005年
5 徐勇军;集成电路功耗估计及低功耗设计[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
6 陈鹏;长距离HF射频识别关键技术研究与实现[D];华南理工大学;2006年
7 赖晓铮;UHF频段射频识别系统与天线研究[D];华南理工大学;2006年
8 何振才;引信空炸炸点精确控制技术研究[D];南京理工大学;2006年
9 黄学功;炮口感应装定引信技术及试验研究[D];南京理工大学;2005年
10 卜爱国;嵌入式系统动态低功耗设计策略的研究[D];东南大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卢昌鹏;一种用于MCU的低功耗电源系统设计[D];复旦大学;2011年
2 季颖;非接触式IC卡的研究和设计[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年
3 董慧芬;感应电能传输技术的研究[D];河北工业大学;2002年
4 沈广鸿;非接触IC卡系统研究与设计[D];安徽大学;2002年
5 吴刚;非接触式IC卡读卡器的设计与开发[D];北京化工大学;2003年
6 陈静华;SOC芯片低功耗设计[D];湖南大学;2005年
7 张杰;基于硬件的动态低功耗自适应技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
8 秦虎;基于射频识别技术的数据采集和处理的研究及应用[D];华中科技大学;2005年
9 孟一聪;数字集成电路低功耗设计技术的研究及应用[D];清华大学;2005年
10 植俊文;基于RFID的MES系统设计[D];广东工业大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张小亮;朱青;王耀南;曹时伟;;基于软启动技术的车身控制器设计与应用[J];计算机应用;2013年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 洪亚军;单兵武器协同仿真与系统优化设计研究[D];南京理工大学;2012年
2 张建新;侵彻引信炸点控制理论及试验研究[D];南京理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 乔文;UHF RFID标签基带处理器的研究与设计[D];西南交通大学;2012年
2 胡守强;基于嵌入式的油井多相自动计量与远程监控系统设计与开发[D];北京工业大学;2012年
3 杨博;一种基于ARM的手持测试设备设计与实现[D];中国舰船研究院;2012年
4 张保凯;基于单片机的蓄电池智能充放电控制器研究[D];大连海事大学;2013年
5 胡海强;基于PXA320的手持终端RFID读写器的设计[D];陕西科技大学;2013年
6 陈启岳;基于物联网技术的输送带破损检测系统的研究与应用[D];上海师范大学;2013年
7 余晓龙;铁道巡检手持移动终端的软件开发与设计[D];华南理工大学;2013年
8 刘富发;基于ISO 18000-6C标准的感知识别一体化标签芯片数字电路设计[D];电子科技大学;2013年
9 凌秀泽;嵌入式档案控制管理系统的研究与开发[D];南京师范大学;2013年
10 王素琴;Mifare1非接触式IC卡的研究与实现[D];北京工业大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 俞颖,周磊,闵昊;采用异步电路的低功耗微控制器的VLSI设计与实现[J];半导体学报;2001年10期
2 李强,韩益锋,谢文录,闵昊;一种超低功耗能隙源设计及其电源噪声抑制分析[J];半导体学报;2004年11期
3 马勋,张波;LDO降压转换器的稳定性分析[J];微电子学;2004年02期
4 赖凡;低压差电压调节器技术发展动态[J];微电子学;2004年04期
5 王洪来;戴宇杰;张小兴;吕英杰;;低静态电流低压降CMOS线性稳压器[J];微电子学;2005年06期
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5 沈晶;沈祺;赵为平;刘海波;;无线射频识别技术与应用研究综述[A];黑龙江省计算机学会2007年学术交流年会论文集[C];2007年
6 赵臣;;基于RFID的仓储管理研究[A];中国铁道学会物资管理委员会2009年度学术研讨会论文集[C];2009年
7 高文俊;房庆海;王金锋;石志学;;2·4GHz电子标签的设计与实现[A];全国冶金自动化信息网2010年年会论文集[C];2010年
8 程根源;王久增;谷振楠;;基于自动跟踪控制的不停车混合收费系统[A];中国公路学会2004年学术年会论文集[C];2004年
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10 杨志豪;李侦平;郭书军;;超高频RFID读写器设计[A];2009年研究生学术交流会通信与信息技术论文集[C];2009年
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5 吴玉征;物联网:大幕刚刚开启[N];计算机世界;2010年
6 上海市标准化研究院 王二卫;电子标签 标准缺位[N];中国包装报;2006年
7 王惜纯;电子标签应用北京奥运会[N];中国质量报;2007年
8 嘉贝;2007年德国有机电子大会采用印刷式电子标签[N];中国新闻出版报;2007年
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10 刘媛;电子标签取代条码?为时尚早![N];中国交通报;2004年
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5 蔡雄辉;各向异性导电胶及其在射频识别标签封装中的应用[D];华中科技大学;2010年
6 尹应增;微波射频识别技术研究[D];西安电子科技大学;2002年
7 韩益锋;射频识别阅读器的研究与设计[D];复旦大学;2005年
8 何艳;低功耗芯片技术的研究及其RFID中的应用[D];复旦大学;2008年
9 曹小华;集装箱电子标签系统的若干关键技术研究[D];武汉理工大学;2008年
10 李建成;射频识别系统空中接口通信协议关键技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2011年
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1 李松;基于远距离电子标签的物流管理系统[D];安徽大学;2005年
2 李再进;EPC网络中信息服务的设计与应用研究[D];华中科技大学;2005年
3 毛成华;电子标签芯片存储器及数据编码的分析与设计[D];华中科技大学;2005年
4 廖三立;基于电子标签的分拣系统的策略分析与研究[D];武汉理工大学;2007年
5 严春花;射频识别技术对家兔血液理化指标影响的研究[D];湖南农业大学;2007年
6 李宇;RFID技术在雷管产品安全管理中的应用[D];北京理工大学;2008年
7 张佳;基于RFID的集装箱运输管理模型研究[D];南京航空航天大学;2008年
8 姚莉莉;电子标签在汽车质量跟踪中的安全性研究和应用[D];合肥工业大学;2009年
9 刘浩;HF RFID标签自动测试系统的设计与实现[D];华中科技大学;2008年
10 赵新宇;电子工作证的安全设计[D];四川大学;2003年
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