基于超低功耗无线芯片SX1212的无线数传模块设计

基于超低功耗无线芯片SX1212的无线数传模块设计

摘要：给出SX1212在ISM频段短距离双向无线数据通信中的应用。

关键词：SX1212、ISM、无线燃气表、无线水表、无线测温、无线气表、无线测控

SX1212是SEMTECH推出的一款超低功耗的单芯片无线芯片，频率范围从300MHz到510MHz。SX1212经过优化具有非常低的接收功耗，典型接收电流为2.6mA, 远小于同类收发器的接收电流。工作电压为2.1-3.6V,最大发射功率+12.5dBm, SX1212集成度非常高，其包含了射频功能和逻辑控制功能的集成电路，内部集成压控振荡器、锁相环电路、功率放大电路、低噪声放大电路、调制解调电路、变频器、中放电路等。此外它整合了基带调制解调器的数据传输速率高达150Kbps数据处理功能包括一个64字节的FIFO，包处理，自动CRC生成和数据白化。它的高度集成的架构允许最少的外部元件数量，同时保持设计的灵活性。所有主要的射频通讯参数可编程，其中多数可动态设置。它符合欧洲(ETSI EN 300-220 V2.1.1)和北美(FCC part 15.247 and 15.249)标准。

本文介绍基于无线芯片SX1212的无线模块设计，其具有传输距离相对远，接收的灵敏度较高，工作功耗低等诸多优点，所以它适用于无线水气抄表、无线遥控系统、无线传感器网络、无线温度压力数据采集、机器人控制等需要用电池长期工作的领域。

系统电路设计

系统主要由一个MCU和SX1212组成见图一。MCU选用了ST公司的低功耗单片机STM8L101F3, SX1212与单片机通讯采用SPI接口，与外部终端通信采用UART接口。由于高度集成化SX1212外围零件已经很少，所以设计的关键是RF前端的匹配电路的设计。另外高频部分的走线尽量的短粗，元器件参数要根据线路板的实际情况作出适当的调节，以抵消分布参数的影响。一般的RF芯片发射与接收端口的阻抗并不是标准的50Ω阻抗，要达到最佳的接收效果必须将输入阻抗通过外围器件的补偿使之与50Ω的天线匹配，电路如图1所示。图中Y2是声表面滤波器，用于衰减规定频带以外的信号，L2，C3，C22是阻抗匹配网络，L4,L5,压控振荡器电感，调整压控振荡电感，可以使模块工作于不同的频率，C7,R3,C8是锁相环电路。

图一：SX1212的系统电路设计

工作模式设计

典型的无线收发机编码如下图。

前导码为“1010”交替码，其作用是使目的接收机时钟与发射机同步，正常模式下前导码长度一般为32bit即可，如工作在省电模式时序下，前导码还有唤醒接收机的功能，此时发射机必须发送较长的前导码将省电模式下的接收机唤醒进入正常的工作状态。如设置接收机1秒钟唤醒一次，那么接收机每间隔1秒钟唤醒一次搜索前导码(tw)，持续长度一般为16bit。而发射机首先发射1秒以上的前导码再发射后面得同步码等，这意味着接收机在唤醒的周期，只要信道中发现前导码，在正常情况下都能够可成功检测到并唤醒接收，示意图见图二。

这里我们设计了四种工作模式，见表一，这四种工作模式是利用MCU的SET_A和SET_B

脚转换的，四种模式均可以相互转换。

表一：四种工作模式说明

图二：发射处于模式2状态，接收处于模式3状态示意图休眠模式是通过用软件方式实现的，这样休眠时系统的接口均保持相应的电平，并且能快速切换各种状态，由于MCU主时钟是通过RC振荡器产生的，起振时间仅仅需要4uS, 实测从休眠至唤醒加上唤醒初始化的时间仅仅需要20uS，这意味模块在休眠状态时，置低SET_A脚后20uS就可以通过UART口输入数据至模块。这里我们设计了系统在接收或发送过程中，即使设置工作在模式3或4，模块也要将接收或发送过程执行完毕再进入省电模式或休眠模式，其中在接收或发送过程中AUX脚将被置低。利用这个特点，当模块处于模式3或模块4状态，下位机用户在置低SET_A脚使模块唤醒并输入数据后，若需休眠可立刻置高SET_A脚，而不必等到模块将数据无线发送完毕，模块在数据发送结束后会自动检测SET_A 脚，如为高则进入休眠，数据是否发送结束用户可以通过查询AUX脚获得。

图三：模块与下位机的连接图

在电池供电的电路中，正常可将从模块(如水气表)设置在模式3上，当主模块(如采集器或收抄机)在模式2下发送数据，从模块唤醒后接收数据，完成后利用AUX脚将下位机MCU 唤醒，再将数据输出，MCU接收到数据后，可将从模块切换至模式1，应答主模块.如主模块

收到应答后也可被切换至模式1,这时主从模块均处于正常模式下，可以实现高速数据传输。如主模块收到应答后，后续无数据交换可将从机再次切换至模式3处于省电模式下，等待下一次的唤醒，而主模块可以切换至模式4休眠状态。

因为省电是通过周期性唤醒休眠再唤醒实现的，所以在省电模式下的功耗与唤醒周期和每次唤醒搜索前导码的时间(tw)，以及休眠的静态功耗有关。唤醒周期用户可以在线设置范围是50ms至5s. 每次搜索前导码时间与射频传输的速率有关，射频传输的速率也是可设的，在10Kbps速率的速率下唤醒搜索前导码时间平均约为4.5ms。

在省电模式下电池的使用寿命可以通过以下公式算出：

使用寿命

例如：电池是 3.6V/3.6A ER18505锂亚电池，模块包括MCU接收电流为3.2mA，休眠电流1.5uA.射频传输速率10Kbps,唤醒周期为1SEC,那么电池使用寿命是：

= ≈ 227337H ≈ (25.95年)

考虑到电池的自放电,不同电流下的容量差异，温度以及客户端MCU的休眠功耗和每月几次的使用，1节3.6V/3.6A ER18505锂亚电池正常情况下有超过10年的使用寿命。

模式的工作方式非常适合水气热表，集装箱信息管理，数据采集系统等使用不是太频繁但要求用电池长期工作的场合。

总结

在一些无线收发的应用中，如需电池供电，又要长期处于接收状态已保证实时响应，只有用定时唤醒接收的方式。在电池容量不变的情况下，若想延长工作时间，只能降低占空比和提高无线收发速率。但是降低占空比会直接影响到响应实时性，而无线接收每提高一倍的速率灵敏度一般会下降2-3dBm, .直接影响到通讯距离，现在市场上常见的单芯片无线IC 接收电流一般都有15-20mA ,如应用于像无线水汽表需要电池工作6-10年的系统，各种参数像距离，工作寿命，响应时间很难取舍。而SEMTECH推出的SX1212创新的将电流降低到2.6mA,同时接收灵敏度，抗干扰，邻道选择性等指标仍然具有较高的指标。

目前这基于SX1212的无线模块已有深圳市安美通有限公司开发完成，并成功应用于无线水气表的采集，实测在开阔地无线设置在10Kbps下距离约有450米，2Kbps下距离约有600米，1SEC打开一次的情况下，用手抄机不到2SEC即可完成一次水气表数据采集，若与采集器配合可以实现全自动抄表，手抄机如再加上GPS即可实现无需人工输入命令，自动发现周边的水气表从而进一步提高抄表速度。而相比传统的人工抄表每人每月只能抄3-4K住户，并且燃气表大多还要在晚上上门抄表，大大的提高了效率。

集成电路的功耗优化和低功耗设计技术

集成电路的功耗优化和低功耗设计技术 摘要：现阶段各行业的发展离不开对能源的消耗，随着目前节能技术要求的不 断提升，降低功耗成为行业发展的重要工作之一。本文围绕集成电路的功耗优化 以及低功耗设计技术展开分析，针对现阶段常见的低功耗设计方式以及技术进行 探究，为集成电路功耗优化提供理论指导。 关键词：集成电路；功耗优化；低功耗 目前现代节能技术要求不断提升，针对设备的功耗控制成为当前发展的主要问题之一。 针对数字系统的功耗而言，决定了系统的使用性能能否得到提升。一般情况下，数字电路设 计方面，功耗的降低一直都是优先考虑的问题，并且通过对整个结构进行分段处理，同时进 行优化，最后总结出较为科学的设计方案，采用多种方式降低功耗，能够很大程度上提升设 备的使用性能。下面围绕数字电路的功耗优化以及低功耗设计展开分析。 一、设计与优化技术 集成电路的功耗优化和低功耗设计是相对系统的内容，一定要在设计的每个环节当中使 用科学且合理的技术手段，权衡并且综合考虑多方面的设计策略，才能够有效降低功耗并且 确保集成电路系统性能。因为集成电路系统的规模相对较大且具有一定的特殊性，想要完全 依靠人工或者手动的方式来达到这些目的并不现实且缺少可行性，一定要开发与之对应的电 路综合技术。 1 工艺级功耗优化 将工艺级功耗应用到设计当中，通常情况下采取以下两种方式进行功耗的降低： 首先，根据比例调整技术。进行低功耗设计过程中，为了能够实现功耗的有效降低会利 用工艺技术进行改善。在设计过程中，使用较为先进的工艺技术，能够让设备的电压消耗有 效缩减。现阶段电子技术水平不断提升，系统的集成度也随之提高，目前采用的零件的规格 也逐渐缩小，零件的电容也实现了良好的控制，进而能够很大程度上降低功耗。借助比例技术，除了能够将可见晶体管的比例进行调整，而且也能够缩小互连线的比例[1]。目前在晶体 管的比例缩小方面，能够依靠缩小零件的部分重要参数，进而在保持性能不被影响的情况下，通过较小的沟道长度，确保其他的参数不受影响的栅压缩方式，进而将零件的体积进行缩减，同时也缩短了延长的用时，使功耗能够有效降低。针对互连线缩小的方式主要将互连线的整 个结构进行调整，工作人员在进行尺寸缩减的过程中，会面临多方面的难题，比如系统噪音 无法控制，或者降低了电路使用的可靠性等等。 其次，采用封装技术进行降低。采用封装技术，能够让芯片与外部环境进行有效的隔离，进而避免了外部环境给电气设备造成一定的破坏与影响，在封装阶段，芯片的功耗会受到较 大的影响，因此需要使用更加有效的封装手段，才能够提升芯片的散热性，进而有效降低功 耗[2]。在多芯片的情况下，因为芯片与其他芯片之间的接口位置会产生大量的功耗，因此针 对多芯片采取封装技术，首先降低I/0接口的所有功能，接着解决电路延迟的问题，才能够 实现对集成电路的优化。 2 电路功耗优化 一般情况下，对电路级的功耗会选择动态的逻辑设计。在集成电路当中，往往会包含多 种电路逻辑结构，比如动态、静态等等，逻辑结构从本质上而言具有一定的差异性，这种差 异性也使得逻辑结构有着不同作用的功能。动态逻辑结构有着较为典型的特性[3]。静态的逻 辑结构当中所有的输入都会对接单独的MOS，因此逻辑结构功耗更大，动态的逻辑结构当中 电路通常具备N、M两个沟道，动态电路会利用时钟信号采取有效的控制，进而能够实现预

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数字集成电路物理设计阶段的低功耗技术 张小花（200XXXXXXXX） 2011年六月 摘要:通过一个图像处理SoC的设计实例,着重讨论在物理设计阶段降低CMOS功耗的方法。该方法首先调整 PAD摆放位置、调整宏单元摆放位置、优化电源规划,得到一个低电压压降版图,间接降低CMOS功耗;接着,通过规划开关活动率文件与设置功耗优化指令,直接降低CMOS功耗。最终实验结果表明此方法使CMOS功耗降低了 10.92%。基于该设计流程的图像处理SoC已经通过ATE设备的测试,并且其功耗满足预期目标。 关键词: 集成电路; 物理设计; 电压降; 低功耗 Digital integrated circuit physical design phase of the low power technology luo jiang nan（2008102041） June, 2011 Abstract: through a image processing of SoC design examples, the paper discuss the physical design stage reduce power consumption method. CMOS This method firstly PAD put the position, adjusting adjustment macro unit put the position, optimizing power planning, get a low voltage pressure drop, reduce the power consumption of the CMOS indirect territory; Then, through the planning activities rate documents and set switch power optimization, reduce the power consumption of the CMOS setup instructions directly. Finally the experimental results show that the method that CMOS power consumption was reduced by 10.92%. Based on the design process of the image processing has been through the ATE the SoC test equipment, and its power consumption to meet expectations. Keywords: IC; physical design; voltage drop; low power consumption 1 引言 随着集成电路规模的扩大以及便携式和嵌入式应用需求的增长,低功耗数字集成电路设计技术日益受到重视,已成为集成电路设计的研究热点.通常低功耗设计技术包括三个方面:设计中的低功耗技术、封装的低功耗技术和运行管理的低功耗技术.其中设计中的低功耗技术包括前端设计阶段的 体系结构级低功耗技术、RTL级低功耗技术、门级低功耗技术和物理设计阶段的低功耗 技术.

ARM低功耗设计_全面OK

嵌入式系统中的低功耗设计 2008-12-31 18:19:55 作者：电子之都来源：电子之都浏览次数：59 网友评论 0 条 经过近几年的快速发展，嵌入式系统（Embedded system）已经成为电子信息产业中最具增长力的一个分支。随着手机、PDA、GPS、机顶盒等新兴产品的大量应用，嵌入式系统的市场正在以每年30%的速度递增（IDC预测），嵌入式系统的设计也成为软硬件工程师越来越关心的话题。 在嵌入式系统的设计中，低功耗设计（Low-Power Design）是许多设计人员必须面对的问题，其原因在于嵌入式系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中去，而这些产品不是一直都有充足的电源供应，往往是靠电池来供电，所以设计人员从每一个细节来考虑降低功率消耗，从而尽可能地延长电池使用时间。事实上，从全局来考虑低功耗设计已经成为了一个越来越迫切的问题。 那么,我们应该从哪些方面来考虑低功耗设计呢？笔者认为应从以下几方面综合考虑： 1.处理器的选择 2.接口驱动电路设计 3.动态电源管理 4.电源供给电路的选择 下面我们分别进行讨论： 一、处理器的选择 我们对一个嵌入式系统的选型往往是从其CPU和操作系统（OS）开始的，一旦这两者选定，整个大的系统框架便选定了。我们在选择一个CPU的时候，一般更注意其性能的优劣（比如时钟频率等）及所提供的接口和功能的多少，往往忽视其功耗特性。但是因为CPU 是嵌入式系统功率消耗的主要来源---对于手持设备来讲，它几乎占据了除显示屏以外的整

个系统功耗的一半以上（视系统具体情况而定），所以选择合适的CPU对于最后的系统功耗大小有举足轻重的影响。 一般的情况下，我们是在CPU的性能（Performance）和功耗（Power Consumption）方面进行比较和选择。通常可以采用每执行1M次指令所消耗的能量来进行衡量，即Watt/M IPS。但是，这仅仅是一个参考指标，实际上各个CPU的体系结构相差很大，衡量性能的方式也不尽相同，所以，我们还应该进一步分析一些细节。 我们把CPU的功率消耗分为两大部分：内核消耗功率PCORE和外部接口控制器消耗功率PI/O，总的功率等于两者之和，即P=PCORE+PI/O。对于PCORE，关键在于其供电电压和时钟频率的高低；对于PI/O来讲，除了留意各个专门I/O控制器的功耗外，还必须关注地址和数据总线宽度。下面对两者分别进行讨论： 1、CPU供电电压和时钟频率 我们知道，在数字集成电路设计中，CMOS电路的静态功耗很低，与其动态功耗相比基本可以忽略不计，故暂不考虑。其动态功耗计算公式为： Pd=CTV2f 式中，Pd---CMOS芯片的动态功耗 CT----CMOS芯片的负载电容 V----CMOS芯片的工作电压 f-----CMOS芯片的工作频率 由上式可知，CMOS电路中的功率消耗是与电路的开关频率呈线性关系，与供电电压呈二次平方关系。对于一颗CPU来讲，Vcore电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大。所以，在能够满足功能正常的前提下，尽可能选择低电压工作的CPU能够在总体功耗方面得到

大规模集成电路应用

《大规模集成电路应用》论文姓名:谭宇 学号: 20104665 学院: 计算机与信息工程学院 专业班级: 自动化3班

大规模集成电路的体会 摘要：信息飞速发展时代，半导体、晶体管等已广泛应用，大规模集成电路也 成为必要性的技术，集成电路诞生以来，经历了小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）的发展过程，目前已进入超大规模（VLSI）和甚大规模集成电路（ULSI）阶段，进入片上系统（SOC)的时代。 关键字：大规模集成；必要性；体会； 1 大规模集成的重要性 集成电路产业是衡量一个国家综合实力的重要重要指标。而这个庞大的产业主要由集成电路的设计、芯片、封装和测试构成。在这个集成电路生产的整个过程中，集成电路测试是惟一一个贯穿集成电路生产和应用全过程的产业。如：集成电路设计原型的验证测试、晶圆片测试、封装成品测试，只有通过了全部测试合格的集成电路才可能作为合格产品出厂，测试是保证产品质量的重要环节。 集成电路测试是伴随着集成电路的发展而发展的，它为集成电路的进步做出了巨大贡献。我国的集成电路自动测试系统起步较晚，虽有一定的发展，但与国外的同类产品相比技术水平上还有很大的差距，特别是在一些关键技术上难以实现突破。国内使用的高端大型自动测试系统，几乎是被国外产品垄断。市场上各种型号国产集成电路测试，中小规模占到80%。大规模集成电路测试系统由于稳定性、实用性、价格等因素导致没有实用化。大规模/超大规模集成电路测试系统主要依靠进口满足国内的科研、生产与应用测试，我国急需自主创新的大规模集成电路测试技术，因此，本文对集成电路测试技术进行了总结和分析。 2 集成电路测试的必要性 随着集成电路应用领域扩大，大量用于各种整机系统中。在系统中集成电路往往作为关键器件使用，其质量和性能的好坏直接影响到了系统稳定性和可靠性。 如何检测故障剔除次品是芯片生产厂商不得不面对的一个问题，良好的测试流程，可以使不良品在投放市场之前就已经被淘汰，这对于提高产品质量，建立生产销售的良性循环，树立企业的良好形象都是至关重要的。次品的损失成本可以在合格产品的售价里得到相应的补偿，所以应寻求的是质量和经济的相互制衡，以最小的成本满足用户的需要。 作为一种电子产品，所有的芯片不可避免的出现各类故障，可能包括：1.固定型故障；2.跳变故障；3.时延故障；4.开路短路故障；5桥接故障，等等。测试的作用是检验芯片是否存在问题，测试工程师进行失效分析，提出修改建议，从工程角度来讲，测试包括了验证测试和生产测试两个主要的阶段。 一款新的集成电路芯片被设计并生产出来，首先必须接受验证测试。在这一阶段，将会进行功能测试、以及全面的交流（AC）参数和直流(DC)参数的测试等，也可能会探测芯片的内部结构。通常会得出一个完整的验证测试信息，如芯片的工艺特征描述、电气特征（DC参数、AC参数、电容、漏电、温度等测试条件）、时序关系图等等。通过验证测试中的参数测试、功能性测试、结构性测试，可以诊断和修改系统设计、逻辑设计和物理设计中的设计错误，为最终规范(产品手册)测量出芯片的各种电气参数，并开发出测试流程。 当芯片的设计方案通过了验证测试，进入生产阶段之后，将利用前一阶段设

modbus无线数传模块功能与规格说明

modbus无线数传模块 功能与规格说明

1．MODBUS无线数传模块功能介绍 (3) 1.1模块功能 (3) 1.2部分功能详情 (3) 1.2.1核心功能 (3) 1.2.1.1数传模块modbus地址 (3) 1.2.1.2自组网 (4) 1.2.1.3告警 (4) 1.2.1.4安全 (4) 1.2.1.5电源管理 (4) 1.2.1.6Modbus功能特性 (4) 2．规格说明 (4)

1．modbus无线数传模块功能介绍 1.1模块功能 表1-1：模块功能 模块功能 核心功能无线通信功能频段可切换（例如：433/868 / 915 MHz） 数传模块modbus地 址地址可设置 主从机可配置模块可设为为master/slave 自组网能够形成mesh网络 波特率波特率可设置 告警告警状态 安全通信数据加密 电源管理UPS电源 1.2部分功能详情 1.2.1核心功能 1.2.1.1数传模块modbus地址 数传模块modbus地址与接入设备modbus地址统一分配。

modbus无线数传模块modbus地址设置： 通过硬件设置，如dip开关； 1.2.1.2自组网 slave模块上电后能与master模块自动组网，甚至可以为其它slave模块中继接入。 1.2.1.3告警 提供相关告警信息（如掉电，设备故障等） 1.2.1.4安全 数传模块无线传输数据加密。 1.2.1.5电源管理 设计UPS电源管理电路。 1.2.1.6Modbus功能特性 Function code Function codes descriptions 0x11Report slave id 0x03Read Holding Registers 0x06preset single register 提供寄存器地址列表 2．规格说明 modbus无线数传模块相关指标具体如下： 低功耗 数据传输模式： RTU

基于IEEE1801(UPF)标准的低功耗设计实现流程

https://www.sodocs.net/doc/738529089.html,/inform ation/snug/2009/low-power-impleme ntation-flow-based-ieee1801-upf 基于IEEE1801(UPF)标准的低功耗设计实现流程 Low-power Implementation Flow Based IEEE1801 (UPF) 郭军, 廖水清, 张剑景 华为通信技术有限公司 jguo@https://www.sodocs.net/doc/738529089.html, liaoshuiqing@https://www.sodocs.net/doc/738529089.html, zhangjianjing@https://www.sodocs.net/doc/738529089.html, Abstract Power consumption is becoming an increasingly important aspect of ASIC design. There are several different approaches that can be used to reduce power. However, it is important to use these low-power technology more effectively in IC design implementation and verification flow. In our latest low-power chip, we completed full implementation and verification flow from RTL to GDSII successfully and effectively by adopting IEEE1801 Unified Power Format (UPF). This paper will focus on UPF application in design implementation with Synopsys low power solution. It will highlight that how to describe our low-power intent using UPF and how to complete the design flow. This paper first illustrates current low-power methodology and UPF?s concept. Then, it discussed UPF application in detail. Finally, it gives our conclusion. Key words: IEEE1801, UPF, Low-Power, Shut-Down, Power Gating, Isolation, IC-Compiler 摘要

常用低功耗设计

随着半导体工艺的飞速发展和芯片工作频率的提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加又将导致芯片发热量的增大和可靠性的下降。因此，功耗已经成为深亚微米集成电路设计中的一个非常重要的考虑因素。为了使产品更具有竞争力，工业界对芯片设计的要求已从单纯的追求高性能、小面积，转换为对性能、面积、功耗的综合要求。微处理器作为数字系统的核心部件，其低功耗设计对降低整个系统的功耗具有非常重要的意义。 本文首先介绍了微处理器的功耗来源，重点介绍了常用的低功耗设计技术，并对今后低功耗微处理器设计的研究方向进行了展望。 1 微处理器的功耗来源 研究微处理器的低功耗设计技术，首先必须了解其功耗来源。高层次仿真得出的结论如图1所示。 从图1中可以看出，时钟单元(Clock)功耗最高，因为时钟单元有时钟发生器、时钟驱动、时钟树和钟控单元的时钟负载;数据通路(Datapath)是仅次于时钟单元的部分，其功耗主要来自运算单元、总线和寄存器堆。除了上述两部分，还有存储单元(Mem ory)，控制部分和输入/输出 (Control，I/O)。存储单元的功耗与容量相关。 如图2所示，C MOS电路功耗主要由3部分组成：电路电容充放电引起的动态功耗，结反偏时漏电流引起的功耗和短路电流引起的功耗。其中，动态功耗是最主要的，占了总功耗的90%以上，表达式如下： 式中：f为时钟频率，C1为节点电容，α为节点的翻转概率，Vdd为工作电压。

2 常用的低功耗设计技术 低功耗设计足一个复杂的综合性课题。就流程而言，包括功耗建模、评估以及优化等;就设计抽象层次而言，包括自系统级至版图级的所有抽象层次。同时，功耗优化与系统速度和面积等指标的优化密切相关，需要折中考虑。下面讨论常用的低功耗设计技术。 2.1 动态电压调节 由式(1)可知，动态功耗与工作电压的平方成正比，功耗将随着工作电压的降低以二次方的速度降低，因此降低工作电压是降低功耗的有力措施。但是，仅仅降低工作电压会导致传播延迟加大，执行时间变长。然而，系统负载是随时间变化的，因此并不需要微处理器所有时刻都保持高性能。动态电压调节DVS (Dynarnic Voltage Scaling)技术降低功耗的主要思路是根据芯片工作状态改变功耗管理模式，从而在保证性能的基础上降低功耗。在不同模式下，工作电压可以进行调整。为了精确地控制DVS，需要采用电压调度模块来实时改变工作电压，电压调度模块通过分析当前和过去状态下系统工作情况的不同来预测电路的工作负荷。 2.2 门控时钟和可变频率时钟 如图1所示，在微处理器中，很大一部分功耗来自时钟。时钟是惟一在所有时间都充放电的信号，而且很多情况下引起不必要的门的翻转，因此降低时钟的开关活动性将对降低整个系统的功耗产牛很大的影响。门控时钟包括门控逻辑模块时钟和门控寄存器时钟。门控逻辑模块时钟对时钟网络进行划分，如果在当前的时钟周期内，系统没有用到某些逻辑模块，则暂时切断这些模块的时钟信号，从而明显地降低开关功耗。图3为采用“与”门实现的时钟控制电路。门控寄存器时钟的原理是当寄存器保持数据时，关闭寄存器时钟，以降低功耗。然而，门控时钟易引起毛刺，必须对信号的时序加以严格限制，并对其进行仔细的时序验证。 另一种常用的时钟技术就是可变频率时钟。根据系统性能要求，配置适当的时钟频率，避免不必要的功耗。门控时钟实际上是可变频率时钟的一种极限情况(即只有零和最高频率两种值)，因此，可变频率时钟比门控时钟技术更加有效，但需要系统内嵌时钟产生模块PLL，增加了设计复杂度。去年Intel公司推出的采用先进动态功耗控制技术的Montecito处理器，就利用了变频时钟系统。该芯片内嵌一个高精度数字电流表，利用封装上的微小电压降计算总电流;通过内嵌的一个32位微处理器来调整主频，达到64级动态功耗调整的目的，大大降低了功耗。

如何进行低功耗设计

如何进行低功耗设计 现在电子产品，特别是最近两年很火爆的穿戴产品，智能手表等都是锂电池供电，如果采用同样容量大小的锂电池进行测试不难发现电子产品低功耗做的好的，工作时间越长。因此，低功耗设计排在电子产品设计的重要地位。 最近做穿戴产品设计，面临的第一个问题就是低功耗设计。经过这两天的认真分析总结，将低功耗设计的方法总结，以飨网友。 首先，要明白一点就是功耗分为工作时功耗和待机时功耗，工作时功耗分为全部功能开启的功耗和部分功能开启的功耗。这在很大程度上影响着产品的功耗设计。 对于一个电子产品，总功耗为该产品正常工作时的电压与电流的乘积，这就是低功耗设计的需要注意事项之一。 为了降低产品的功耗，在电子产品开发时尽量采用低电压低功耗的产品。比如一个产品，曾经用5v单片机正常工作，后来又了3.3v的单片机或者工作电压更低的，那么就是在第一层次中进行了低功耗设计，这也就是我们常说的研发前期低功耗器件选择。这一般需要有广阔的芯片涉猎范围或者与供应商有良好的沟通。 其次是模块工作的选择控制，一般选择具有休眠功能的芯片。比如在设计一个系统中，如果某些外部模块在工作中是不经常使用的，我们可以使其进入休眠模式或者在硬件电路设计中采用数字开关来控制器工作与否，当需要使用模块时将其唤醒，这样我们可以在整个系统进入低功耗模式时，关闭一些不必要的器件，以起到省电的作用，延长了待机时间。一般常用方法：①具有休眠模式的功能芯片②MOS管做电子开关③具有使能端的LDO芯片。 再次，选择具有省电模式的主控芯片。现在的主控芯片一般都具有省电模式，通过以往的经验可以知道，当主控芯片在省电模式条件下，其工作电流往往是正常工作电流的几分之一，这样可以大大增强消费类产品电池的使用时间。同时，现在一些控制芯片具有双时钟的模式，通过软件的配置使芯片在不同的使用场合使用不同的外部始终从而降低其功耗。这与始终分频器具有异曲同工之妙，不同之处想必就是BOM的价格问题。现在火爆的APPLE WATCH 就是低功耗的一个例子：全功能运行3-4小时，持续运行18小时。 主控芯片或者相关模块唤醒的方式选择。通常进过以上的步骤设计好了硬件结构，在系统需要省电，在什么时候进入省电模式，这一般在软件设计中实现，但是最主要还是需要根据产品的功能特性来决定了。当系统进入了省电模式，而系统的唤醒也需要控制。一般系统的唤醒分为自动唤醒和外部唤醒。 A、自动唤醒是使用芯片内部的定时器来计时睡眠时间，当睡眠时间达到预定时间时，自动进行唤醒。这与我们使用的看门狗或者中断有比较相近之处，不同就是其工作与否的时序。 B、外部唤醒就是芯片一直处于一种休眠状态，当有一个外部事件(主要是通过接口)来对芯片进行一个触发，则芯片会唤醒，在事件处理之后消除该触发事件而在此进入休眠状态。因此，根据系统的特性，就需要进行软件设计时，来决定如何使用睡眠及唤醒，以降低系统的功耗。 最后说说功耗的测试，功耗测试分为模块功耗和整机功耗，模块功耗需要测试休眠时功耗和工作时功耗。整机功耗分为最大负荷工作时功耗和基本功能时功耗和休眠时功耗。在前期的测试中我用直接用UI来进行测量，关于如何进行高精度低功耗产品的测量，在下篇中进一步说明。

基于WIFI模块和单片机的无线数据传输(附代码)概述

南京工业大学 计算机科学与技术学院 Project3课程设计 2014-2015学年第二学期 班级：浦电子1203 组员姓名： 组员学号： 指导老师：武晓光，胡方强，包亚萍 袁建华，毛钱萍 2015年7月8日

目录 第一章阶段任务 第二章基于WIFI模块的无线数据传输的原理 1.1 时钟模块 1.2 最小单片机系统的原理 1.3 温度传感器DS18B20 1.4 串口 1.5 WIFI模块 第三章基于WIFI模块的无线数据传输的实现 2.1 WIFI模块设置 2.2 串口部分设置 2.3 调试与运行过程 第四章程序与框图 第五章小结

第一章阶段任务： 第一阶段（1天）1、了解课程所给的WIFI模块，并详细研读其说明书 2、复习单片机知识 （2天）1、了解温湿度传感器模块，并设计其硬件模块 2、了解lcd1602显示模块，并设计其硬件模块 （2天）1、设计整合电路：5v转3.3v电路 2、串口通讯电路 第二阶段（4天）1、链接并完成整体电路图的设计，并检查 2、焊接电路并调试。 第三阶段（3天）1、根据设计的硬件模块设计程序 （1）：温湿度传感器模块 （2）：串口通讯模块 （3）：WIFI传输与接收模块 （4）：显示电路模块 （3天）2、将设计好的模块程序烧录到单片机内，调试 第四阶段：2天（2天）写报告

第二章基于WIFI模块的无线数据传输的原理 １．１时钟DS1302模块： 电路原理图：DS1302与单片机的连接也仅需要3条线：CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O 串行数据引脚，Vcc2为备用电源，外接32.768kHz晶振，为芯片提供计时脉冲。 读写时序说明：DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（ 0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图

ASIC低功耗设计

三、低功耗技术 1. 功耗分析 （1）由于电容的充放电引起的动态功耗 V DD C l i VDD v out 图（20）充放电转换图 如图（20）所示：PMOS 管向电容L C 充电时，电容的电压从0上升到DD V ,而这些能量来 自于电源。一部分能量消耗在PMOS 管上，而剩余的则保存在电容里。从高电压向低转换的过程中，电容放电，电容中储存的能量消耗在NMOS 管上。 我们来推导一下：考虑从低电压转换到高电压的情况，NMOS 和PMOS 不同时导通。在转换过程中电源提供的能量为C E ,而是转换后储存在电容里的能量。 ???====∞∞VDD DD L out DD L out L DD VDD VDD V C dv V C dt dt dv C V dt t i E 0 002)( ???====∞∞VDD DD L out out L out out L out VDD C V C dv v C dt v dt dv C dt v t i E 02002 )( 这两个等式说明电源提供的能量只有一半储存在电容里。另一半被PMOS 管消耗掉了。 为了计算总体能量消耗，我们不得不考虑器件的翻转。如果门每秒钟翻转10?→? f 次，那么 102 ?→?=f V C P DD L dyn 10?→?f 表示能量消耗的翻转频率。 随着数字电路集成度的提高，能量问题将成为人们关注的焦点。从以上分析看出，dyn P 跟电源电压的平方成正比，因此降低供电电压对降低功耗有非常显著的意义。 但是，降低供电电压对电路性能有一定的影响，这时我们可以考虑减小有效电容和减少翻转率。电容主要是由于晶体管的门和扩散电容引起的，因此降低由于电容的充放电引起的动态功耗方法之一是将晶体管设计得尽可能小，这种方法同样对提高电路的性能有很大的帮助。

中南大学大规模集成电路考试及答案合集

中南大学大规模集成电路考试及答案合集

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---○---○ --- 学 院 专业班级 学 号 姓 名 ………… 评卷密封线 ……………… 密封线内不要答题，密封线外不准填写考生信息，违者考试成绩按0分处理 ……………… 评卷密封 中南大学考试试卷 时间110分钟 题 号 一 二 三 合 计 得 分 评卷人 2013 ~2014 学年一学期大规模集成电路设计课程试题 32 学时，开卷，总分100分，占总评成绩70 % 一、填空题(本题40分，每个空格1分) 1. 所谓集成电路，是指采用 ，把一个电路中 所需的二极管、 、电阻、电容和电感等元件连同它们之间的电气连线在一块或几块很小的 或介质基片上一同制作出来，形成完整电路，然后 在一个管壳内，成为具有特定电路功能的微型结构。 2. 请写出以下与集成电路相关的专业术语缩写的英文全称： ASIC ： ASSP ： LSI ： 3. 同时减小 、 与 ，可在保持漏源间电流不变的前提下减小器件面积，提高电路集成度。因此，缩短MOSFET 尺寸是VLSI 发展的趋势。 4. 大规模集成电路的设计流程包括：需求分析、 设计、体系结构设计、功能设计、 设计、可测性设计、 设计等。 5. 需求规格详细描述系统顾客或用户所关心的内容，包括 及必须满足的 。系统规格定义系统边界及系统与环境相互作用的信息，在这个规格中，系统以 的方式体现出来。 6. 根据硬件化的目的（高性能化、小型化、低功耗化、降低成本、知识产权保护等）、系统规模/性能、 、 、 等确定实现方法。 7. 体系结构设计的三要素为： 、 、 。 8. 高位综合是指从 描述自动生成 描述的过程。与人工设计相比，高位综合不仅可以尽可能地缩短 ，而且可以生成在面积、性能、功耗等方面表现出色的电路。 9. 逻辑综合就是将 变换为 ，根据 或 进行最优化，并进行特定工艺单元库 的过程。 10. 逻辑综合在推断RTL 部品时，将值的变化通过时钟触发的信号推断为 ， 得 分 评卷人

2.4G无线数传模块电路

2.4G无线数传模块电路 2.4G无线模块概述2.4G无线模块（英文：2.4Ghz RF transceiver ，receiver module）工作在全球免申请ISM频道2400M-2483M范围内，实现开机自动扫频功能，共有50个工作信道，可以同时供50个用户在同一场合同时工作，无需使用者人工协调、配置信道。同时，可以根据成本考虑，选择50米内、150米、600 米多种类型无线模块。接收单元和遥控器单元具有1键自动对码功能，数字地址编码，容量大，避免地址重复。VT-CC2510-M1 无线模块采用TI chipcon高性能无线SOC芯片CC2510开发。是一种完整的低成本、高度集成2.4GHz收发器，专为低功耗无线应用设计。 基本特点 ·高性能和低功耗的8051微控制器核 ·2400-2483.5MHz 低成本低功耗无线收发模块 ·SMD元件24mm×29mm×2.2 mm，内置PCB天线，体积小 ·支持2-FSK/GFSK/MSK ·可编程控制的输出功率，对所有的支持频段可达+1dBm ·可灵活配置多种通讯信道，快速频点切换特点，可满足跳频系统的需要 ·可编程配置传输数率1.2k - 500 kbps ·低功耗3.3V 供电 ·RSSI输出和载波侦听指示 几种2.4G无线数传模块介绍无线数传按传输速率区分，分为低速数传模块和高速数传模块两大类，低速数传模块使用的载频均较低，一般都在315MHz，433MHz和915MHz这几个频段，所以一般最高传输速率均不大于150kB/s。 但这些使用在UHF频段无线设备，载波仍具有一定的穿透和绕射能力，传送距离相对较远，最大可达数百米，这是它的优势，但同时也有其固存的缺点，因为工作频率低，工业干扰大，同时大量的汽车无线遥控（锁）均使用这个频段，干扰相对严重，这在技术上严

低功耗物门控时钟的三种功耗分析

低功耗物门控时钟的三种功耗分析 电路在功能仿真通过后，开始进行寄存器级综合。采用高阈值标准单元库和多级门控时钟技术相结合，在RTL阶段插入门控时钟单元，并在布局布线时在IC Comp iler中进行了基于门控时钟的布局布线优化，布局布线正确完成仿真通过后，在PT中做静态时序分析并进行最终的功耗分析。 1、时钟门控的RTL级实现 在RTL级，门控时钟的实现不需要对设计本身进行修改，而只需在综合脚本中加入一些控制项。 控制项set_clock_gating_ STyle是门控时钟的核心。它的参数大小决定门控时钟的质量，对功耗的优化效果和对CTS的影响。目前尚无完备的体系介绍如何设置控制项以使门控效果达到最优。 首先确定时序单元的类型。为了避免非Latch单元易产生毛刺的缺点，此处选定时序单元的类型为Latch。由于库中提供基于锁存器的门控单元，固正边沿逻辑positive_edge_ logic采用工艺库提供的专用单元。采用集成单元的优势在于不仅不需要设置门控单元输入端建立时间和保持时间，因为集成单元的时序信息在单元库中已有说明，而且有效缓解了插入门控单元对延时带来的不利影响。

fanout的大小对功耗和时序都有影响。数值越大则表示一个门 控单元可承受较多的负载，即代表越节省功耗，需要的门控单元也越少，但对门控单元输入端建立时间的要求也就更加严格。位宽决定一组寄存器能被门控的最小宽度。级数则确定多级门控时钟的最大级数。这三个参数主要是依据设计本身对功耗的要求，结合综合时的时序约束和单元库中门控单元的时延信息加以估计，确定一个粗略的数值范围。 2、时钟门控的版图级实现 在布局布线阶段，基于门控时钟的功耗优化流程主要如下:在布 局之前，设置set_power_op tiONs–clock_gating true，之后在布局、时钟树综合和布线阶段的主要命令中添加选项- power即可。设置可实现最基本的门控时钟布局布线，但在设计中生成的时钟网络分布不均匀，而且skew很大。需要采取额外的优化措施来消除其带来的不利影响。 门控单元的加入给CTS带来的影响主要有两个方面，一方面会 造成整个时钟网络分布不平衡，另一方面导致时钟偏移增大。单采用上述措施，时钟偏移最大可达到1. 11，严重偏离了不采用门控时钟时的偏移量0. 12。在优化时钟偏移上，目标有三个方面:构造一个 相对平衡的时钟网络，使得在各个层上，层的各个分支上的单元数目相近;减小时钟偏移至可承受范围;尽量保持功耗同只采用门控时钟 而不优化时钟偏移状况下的功耗相近或更小。

大规模集成电路设计答案(1)

`CMOS反相器电路图、版图、剖面图

CMOS的广泛使用，是由于解决了latch-up效应 Latch-up效应解释、原理、解决方法（略） 避免栅锁效应方法：用金掺杂或中子辐射，降低少数载流子寿命；深阱结构或高能量注入形成倒退阱；将器件制作于高掺杂衬底上的低掺杂外延层中；沟槽隔离。 在基体（substrate)上改变金属的掺杂，降低BJT的增益 ?避免source和drain的正向偏压 ?增加一个轻掺杂的layer在重掺杂的基体上，阻止侧面电流从垂直BJT到低阻基体上的通路 ?使用Guard ring: P+ ring环绕nmos并接GND；N+ ring环绕pmos 并接VDD，一方面可以降低Rwell和Rsub的阻值，另一方面可阻止栽子到达BJT的基极。如果可能，可再增加两圈ring。 ? Substrate contact和well contact应尽量靠近source,以降低Rwell和Rsub的阻值。?使nmos尽量靠近GND，pmos尽量靠近VDD,保持足够的距离在pmos 和nmos之间以降低引发SCR的可能 ?除在I/O处需采取防Latch up的措施外，凡接I/O的内部mos 也应圈guard ring。? I/O处尽量不使用pmos(nwell) 门级电路图（AOI221） AOI221=(AB+CD+E)’

伪NMOS: 伪NMOS的下拉网络和静态门的下拉网络相似，上拉网络是用一个PMOS管，且此管输入接地，因此PMOS管总是导通的。 动态电路： 动态电路用一个时钟控制的PMOS管取代了总是导通的PMOS管，克服了有比电路的缺点。动态电路速度快，输入负载小，切换时不存在竞争电流，而且动态电路没有静态功耗。 动态电路存在的根本性问题就是对输入单调性的要求。 多米诺电路： 多米诺电路由一级动态门和一级静态CMOS反相器构成。典型结构： 下拉网络+上拉预充值网络+反相器构成 过程就是充值+求值的过程 在多米诺电路中，所有门的预充、求值都可以用一个时钟控制。求值期间，动态门的输出单调下降，所以静态反相器的输出单调上升。多米诺电路是同时进行预充，但求值是串行的。逻辑功效（logic effort） 逻辑功效定义为门的输入电容与能够提供相同输出电流的反相器的输入电容的比值。也就是说逻辑功效表示某个门在产生输出电流时相比反相器的糟糕程度。逻辑功效不仅使我们能容易计算时延，它也向我们展示了如何确定晶体管的尺寸以优化路径中的延时。

无线、射频收发模块大全

无线收发模块大全 本文中着重通过几种实用的无线收发模块的剖析为你逐步揭开无线收发的原理，应用和结构，希望对你有所裨益！ 无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232 数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。

这是DF发射模块，体积：19x19x8毫米，右边是等效的电路原理图 主要技术指标： 1。通讯方式：调幅AM 2。工作频率：315MHZ (可以提供433MHZ，购货时请特别注明） 3。频率稳定度：±75KHZ 4。发射功率：≤500MW 5。静态电流：≤0.1UA 6。发射电流：3～50MA 7。工作电压：DC 3～12V DF数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频

点不会发生偏移。 DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。 DF数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时，空旷地传输距离约20～50米，发射功率较小，当电压5V时约100～200米，当电压9V时约300～500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。天线最好选用25厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时收很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的20％甚至更少，这点需要在开发时注意考虑。 DF数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与DF发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则DF发射模块将不能正常工作。数据电平

《超大规模集成电路设计》考试习题(含答案)完整版分析

1．集成电路的发展过程经历了哪些发展阶段？划分集成电路的标准是什么？ 集成电路的发展过程: ?小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) ?中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) ?大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) ?超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) ?特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) ?巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI） 划分集成电路规模的标准 2．超大规模集成电路有哪些优点？ 1. 降低生产成本 VLSI减少了体积和重量等,可靠性成万倍提高,功耗成万倍减少. 2.提高工作速度 VLSI内部连线很短,缩短了延迟时间.加工的技术越来越精细.电路工作速度的提高,主要是依靠减少尺寸获得. 3. 降低功耗 芯片内部电路尺寸小,连线短,分布电容小,驱动电路所需的功率下降. 4. 简化逻辑电路 芯片内部电路受干扰小,电路可简化. 5.优越的可靠性 采用VLSI后，元件数目和外部的接触点都大为减少，可靠性得到很大提高。 6.体积小重量轻 7.缩短电子产品的设计和组装周期 一片VLSI组件可以代替大量的元器件,组装工作极大的节省,生产线被压缩,加快了生产速度. 3．简述双阱CMOS工艺制作CMOS反相器的工艺流程过程。 1、形成N阱 2、形成P阱 3、推阱 4、形成场隔离区 5、形成多晶硅栅 6、形成硅化物 7、形成N管源漏区 8、形成P管源漏区 9、形成接触孔10、形成第一层金属11、形成第一层金属12、形成穿通接触孔13、形成第二层金属14、合金15、形成钝化层16、测试、封装，完成集成电路的制造工艺 4．在VLSI设计中，对互连线的要求和可能的互连线材料是什么？ 互连线的要求 低电阻值：产生的电压降最小；信号传输延时最小（RC时间常数最小化） 与器件之间的接触电阻低 长期可靠工作 可能的互连线材料 金属（低电阻率），多晶硅（中等电阻率），高掺杂区的硅(注入或扩散)（中等电阻率）