在无人机3D地形测绘中, 作为核心模块的时间数字转换器(TDC)需要具有远距离测量能力和高测量分辨率。基于对测距系统的长续航、公里级测距能力和厘米级测量精度的综合考量, 文章设计了一种用于TDC的低功耗多相位时钟生成电路。采用了伪差分环形压控振荡器, 通过优化交叉耦合结构, 在保证低功耗的前提下, 提升了信号边缘的斜率, 增强了时钟的抖动性能和对电源噪声的抑制能力。在电荷泵设计中, 通过对环路带宽的考量选取了极低的偏置电流, 在进一步降低功耗的同时缩小了环路滤波器的面积。基于SMIC 180 nm CMOS工艺完成了对多相时钟生成电路的设计。仿真结果表明, 在400 MHz的输出频率下, 环路带宽稳定在1 MHz。该电路在不同工艺角下均能达到较快的锁定速度, 相位噪声为-88 dBc@1 MHz, 功耗为1 mW, 均方根抖动为27 ps, 满足厘米级测距的精度需求。

针对现有极化码软输出译码器存在的高资源消耗与低资源效率,设计了一种快速低复杂度软取消(Fast Reduced Complexity Soft-Cancelation,Fast-RCSC)译码算法及其译码器硬件架构。Fast-RCSC算法对内部特殊结点进行完整计算,在减少译码周期的同时仍有较好译码性能。基于不同特殊结点公式之间存在相似性,进而通过对引入的特殊结点模块进行计算结果复用以及计算模块分时复用,减少特殊结点模块资源消耗。通过共用存储单元以及对不足存储单元数据宽度的数据进行合并,降低存储资源消耗。在华润上华(Central Semiconductor Manufacturing Corporation,CSMC)180 nm工艺下综合结果表明,设计的译码器在码长为1 024的情况下,面积为2.92 mm2,资源效率为245.2 Mbps/mm2,相比现有软输出译码器有不同程度的提升。

随着量子计算机的发展,传统加密算法受到严重的威胁。为了对抗量子攻击,同态加密技术引起了关注,其中环错误学习(RLWE)的加密方案具有加密效率高、硬件实现简单等优点,在硬件加密上具有巨大的潜力。本文提出并实现了一种RLWE加解密电路,采用了费马数变换、访存优化和分时复用等方法。实验结果表明,在同等安全参数集下,所提出的RLWE加解密电路的硬件资源效率分别可达到6.01和12.03。

提出了一种低抖动、高频率分辨率、快速锁定的小数级联型锁相环。采用倍乘型延迟锁定环和基于和差调制器(DSM)的相位选择器实现小数倍频,并通过级联一个高带宽的整数型锁相环抬升频率且实现对DSM量化噪声的进一步滤除。基于TSMC 65 nm CMOS工艺,面积为0.27 mm2,输出频率为1.064~1.936 GHz。通过电路仿真输入100 MHz参考频率,PLL的1.872 GHz输出频率在300 ns以内完成锁定,1.2 V电源电压下整体功耗为8.6 mW。此时频率分辨率约1 kHz,1 kHz~100 MHz的积分范围内均方根抖动为1.32 ps。

大整数乘法是密态数据计算中最为耗时的基本运算操作, 提高大数乘法单元的计算速度在全同态加密机器学习等应用中尤为重要。提出了一种输入数据位宽为768 kbit的高速大整数乘法器设计方案, 将核心组件64 k点有限域快速数论变换(NTT)分解成16点NTT实现, 并通过算法分治处理, 细化16点NTT的流水线处理过程。采用加法和移位来实现模减计算单元, 并利用高效的无冲突地址生成算法完成数据交互, 实现大整数乘法的高速化。该乘法器最后被部署在Altera Stratix-V FPGA开发板上, 实验结果表明, 电路工作频率为169.23 MHz, 大整数乘法计算总体耗时0.317 ms。对比现有的硬件设计, 在速度性能上有1.2倍至7.3倍的提升。

为了克服5G移动通信系统中极化码串行抵消(SC)译码算法延迟高、计算复杂度高、硬件结构复杂度高等问题, 基于冻结比特、冻结比特对和冻结区间等方式, 提出了冻结比特设计模式。该设计模式包含基于冻结比特对的译码延迟和计算复杂度的分析方法。通过优先剪枝冻结比特结点的方式, 进一步化简SC译码树, 提高了搜索译码树的速度。码长为1 024的改进流水线树型SC译码器基于FPGA平台实现。实验结果表明, 译码延迟为2.35 μs, 数据吞吐率为435 Mbit/s。与现有译码器相比, 该译码器的译码延迟、数据吞吐率分别优化了9.6%、10.4%。

在分析比较传统光纤探针研制工艺特点的基础上认为其不适用于蓝宝石光纤,因此提出了基于研磨抛光系统的光纤探针制备工艺。介绍了研磨系统的组成及运作方式,阐述了光纤探针制备过程中研磨抛光与固化的主要流程。最后使用光学仿真软件Zemax进行了光纤探针传输效率的仿真测试,仿真结果表明采用940 nm波段光源及“面对面”探头安置方式时光纤探针传输效率最高。可应用于蓝宝石光纤探针传感器系统的搭建。

为了实现对非正交轴系激光经纬仪测量系统的快速、准确定向, 采用构建新型光电基准尺的方法, 提出并研究了一种基于高精度光电位置敏感器件的可变长度光电基准尺构建技术。阐述了非正交轴系激光经纬仪的特点, 根据其特点及非正交轴系激光经纬仪测量系统定向的需要, 确定了可变长度光电基准尺构建的总体思路, 完成了硬件电路设计, 构建了可变长度光电基准尺, 并标定了两光电位置敏感探测器的空间位姿关系, 以实现可变长度基准测量。结果表明, 利用该可变长度光电基准尺定向后的测量系统, 其相对测量精度优于0.03%, 可方便、高精度地实现非正交轴系激光经纬仪测量系统的定向。

开发了一种基于电镀铜锡合金薄膜的绝压气压传感器圆片级气密封装技术以降低常规的基于阳极键合气密封装技术的成本及难度。通过实验确定了铜锡合金薄膜的电镀参数, 实现了结构参数为: Cr/Cu/Sn (30 nm/4 μm/4 μm)的铜锡合金薄膜;通过共晶键合实验确定圆片级气密封装的参数, 进行了基于铜锡材料的气密封装温度实验。通过比较各种不同温度下气密封装的结果, 确定了完成圆片级气密封装的条件为: 静态压力0.02 MPa, 加热温度280°, 保持20 min。最后, 对气密封装效果进行X-射线衍射谱(XRD)、X射线分析、剪切力以及氦气泄露分析等实验研究。XRD分析显示: 在键合界面出现了Cu3Sn相, 证明形成了很好的键合;X射线分析表明封装面无明显孔洞;剪切力分析给出平均键合强度为9.32 MPa, 氦气泄露分析则显示泄露很小。得到的结果表明: 基于电镀铜锡合金薄膜可以很好地实现绝压气压传感器的圆片级气密封装。