2025年, 第46卷, 第1期　
刊出日期：2025-02-10

  

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研究
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  基于电荷回收的高效率电荷泵^*

  花钰松, 卢宏斌, 汪家奇, 李兆涵, 刘国文, 申人升

  微处理机. 2025, 46(1): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.001

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  针对电荷泵功率效率偏低的问题,设计一种带有电荷回收结构的四级两支路电荷泵升压电路。使用电荷回收开关连接升压电容不同电位极板实现电荷回收,提高了功率效率;使用交叉耦合电压抬升电路提供高压电荷转移开关控制信号,简化了电路结构;使用三相非交叠时钟分别控制高压时钟生成电路以及电荷回收开关,避免了各节点在电位变化期间的电荷泄漏。仿真结果显示该电路在5 V电源电压下,可对外输出20.11 V。开启电荷回收功能前后,电路的最大功率效率分别达到44.35%和51.33%。
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  应用斩波的两步式增量型Sigma-Delta ADC^*

  邢子初, 卢宏斌, 汪家奇, 李兆涵, 刘国文, 申人升

  微处理机. 2025, 46(1): 6-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.002

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  为满足ADC在高精度转换和多路复用场景下的应用需求,提出一种应用斩波的两步式增量型Sigma-Delta ADC电路。该设计通过硬件复用增加转换阶段来量化残余电压以消除量化噪声,并在两个转换阶段的第一级积分器上应用斩波稳定技术降低运放失调电压的影响。仿真结果表明,在1 kHz信号带宽、1.8 V供电、输入归一化幅值为0.6的正弦波条件下,该ADC可实现103.6 dB的信噪比,有效位数达到16.92位,适用于多传感器复用和高精度转换应用场景。
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  一种互补肖特基势垒源可重置的场效应晶体管

  赵贺, 靳晓诗, 王冰

  微处理机. 2025, 46(1): 12-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.003

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  针对器件尺寸微缩导致的短沟道效应和漏电流增加问题,提出一种基于互补肖特基势垒源的可重置场效应晶体管（CSBS-RFET）。研究了该器件在不同栅极电压下的可重置输出电流、能带和载流子浓度分布,并通过Silvaco TCAD仿真验证。实验表明采用无掺杂半导体与Er和Pt金属形成低肖特基势垒的设计可有效提高正向导通电流,同时显著降低关断电流和功耗。该器件在快速信息处理芯片领域具有良好的应用前景。
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  一种基于互补双掺杂低源漏电阻同或门的场效应晶体管

  任国琛, 刘溪, 王继祥

  微处理机. 2025, 46(1): 16-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.004

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  研究提出基于互补双掺杂低源漏电阻同或门的场效应管（CDSD-XNOR）。源极和漏极采用N型和P型区域掺杂形成互补欧姆接触,取代传统双向可重置场效应晶体管（BRFET）的肖特基接触。采用两个栅极分别控制通道的不同部分,以其电压决定所控制沟道的载流子类型。欧姆接触减少了能量损失和热量产生,提高了器件效率和可靠性。采用互补掺杂技术显著提高正向传导电流,降低导通电阻,且在两个栅极分别用作控制栅极时具有更好的传输特性一致性。该器件更适合用作XNOR逻辑门,具有更高的正向导通电流和输入一致性,并实现输入可互换功能。通过Silvaco TCAD仿真验证了各项指标功能。
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  一种含浮栅的肖特基场效应晶体管特性研究

  王继祥, 靳晓诗, 任国琛

  微处理机. 2025, 46(1): 20-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.005

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  本文提出一种源漏浮栅型场效应晶体管,针对传统PN结型器件在纳米尺度下结变陡的问题,采用金属-本征硅接触形成肖特基势垒,并在器件内部设计可充电的编程浮栅。研究表明,在N型工作模式下,当控制栅加正向电压且浮栅充入正电荷时,可增强栅极与源漏极重叠部分的电场强度,提高导通电流;当控制栅加反向电压时,浮栅中的正电荷减小了重叠区电场强度,降低了能带弯曲程度,从而减小反向漏电。该器件具有高导通电流和低反向漏电特性,且在纳米尺度下制作工艺简单,在未来集成电路中具有良好的应用前景。
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  基于肖特基势垒可重置场效应晶体管的同或逻辑门

  王冰, 刘溪

  微处理机. 2025, 46(1): 24-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.006

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  为减少晶体管的使用数量来实现同或逻辑功能,提高单个晶体管的逻辑密度,提出一种基于肖特基势垒可重置场效应晶体管的同或逻辑门。器件的源端和漏端均采用金属硅化物NiSi,在源漏电极处与硅的导带及价带之间形成相似的肖特基势垒。通过Silvaco TCAD软件进行分析验证,研究器件在不同栅极电压下的转移特性曲线、能带变化和载流子浓度分布等规律。实验结果表明,该设计使正向导通电流有所提高,只用一个晶体管即可实现同或逻辑功能,相比传统CMOS提高了半导体芯片的集成度,对于集成电路研发具有重要的技术价值。
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  CORDIC算法求解Arctangent的Verilog实现

  闫金

  微处理机. 2025, 46(1): 28-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.007

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  本研究针对图像处理、电子罗盘及导航控制系统中频繁使用反正切函数（Arctangent）计算时,传统查找表方法占用大量存储资源的问题,提出一种基于CORDIC算法的改进方案。该方案通过提高迭代时钟频率,并在时钟的上升沿和下降沿各进行一次迭代,实现了计算速度的翻倍提升。同时,算法支持q1.15和q1.31两种数据格式的可调计算,显著降低了硬件资源消耗。仿真结果表明,改进算法在保证计算精度的同时,有效提高了计算速度并实现了数据格式的灵活性,为相关应用提供了更高效的解决思路。
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  通信网络大规模数据流隐蔽攻击轻量级检测算法^*

  祁巧云

  微处理机. 2025, 46(1): 33-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.008

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  针对通信网络中低频率、随机化等隐蔽攻击难以检测且现有方法效率低下的问题,设计了一种大规模数据流隐蔽攻击检测算法。该算法通过挖掘能量消耗特征和计算参数差异系数,避免循环迭代过程,构建轻量级检测模型,并优化数据包转发监听机制。实验结果表明,该算法可在1秒内完成隐蔽攻击检测,3秒内恢复通信信号,可扩展性超过93%。研究成果为提高通信网络安全性提供了新的技术方案,具有良好的应用价值。
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  MATLAB环境下控制系统仿真设计与实现^*

  李炜

  微处理机. 2025, 46(1): 38-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.009

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  本研究旨在通过自整定模糊控制技术优化PID参数控制,解决传统PID控制中参数调节复杂、精度不足的问题。采用模糊控制规则,以误差e和误差变化ec为输入,实现参数自整定。利用MATLAB中的Simulink模块,成功模拟了自整定模糊PID控制器,并展示了其在MATLAB中的实现方法。研究结果表明,该控制器具有快速响应、高精度调节和良好稳定性,且无超调或振荡现象。研究为控制系统设计提供了高效、稳定的解决方案,具有重要的实际应用价值。
应用
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  面向信息采集的无人机路径规划^*

  艾聪, 宋大雷

  微处理机. 2025, 46(1): 42-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.010

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  针对无人机信息采集任务中路径规划对效率和覆盖范围的重要影响,提出一种基于A*算法的路径规划方法。该方法以偏离期望路线的距离作为代价函数,通过优化计算确保无人机能够尽快回到期望路线;同时将最小化加加速度作为目标函数,以考虑无人机动力学约束,提升拟合轨迹的平滑程度。研究通过仿真实验验证了该方法的有效性,表明该方法可显著提高轨迹平滑度和信息采集完整性,有效减少能量损失,延长飞行时间,从而提升无人机的信息采集效率。
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  基于正常纹理的木材表面缺陷检测算法^*

  张少奇, 陆园园, 陈志豪, 李欣航, 李绍丽

  微处理机. 2025, 46(1): 47-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.011

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  针对木材表面缺陷种类繁多、缺陷特征各异的问题,提出一种基于高斯混合模型参数自适应的木材表面缺陷检测算法,仅需要对木材表面无缺陷区域提取特征并通过构建算法检测模型即可完成表面缺陷识别。为进一步提高算法智能性,针对训练样本大小和数量如何选择的问题,提出了一种基于正常纹理特征的参数自适应训练样本选择算法。最终通过自适应算法选择训练样本并基于高斯混合模型实现对木材表面缺陷的定位。实验结果表明,所提算法能同时实现对木材表面多种缺陷的检测,提高了木材表面缺陷的检测精确度和准确率,具有一定的应用价值。
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  基于监控视频的行人检测与跟踪方法研究

  张旭, 李飞

  微处理机. 2025, 46(1): 50-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.012

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  针对监控场景中行人遮挡导致的检测漏检和精度下降问题,以及跟踪算法中精度与计算复杂度难以平衡的挑战,在YOLOv8基础上引入掩码注意力网络,提出M-YOLOv8行人检测算法。同时,通过将M-YOLOv8与优化后的DeepSort算法相结合,并对行人重识别模型进行轻量化处理,构建了一个完整的行人检测与跟踪方案。实验结果表明,改进后的算法在保持较高检测精度的同时,具有较低的计算成本,可有效应用于监控视频中的行人检测与跟踪任务。
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  基于DQN算法的动态调度问题研究

  周荣升, 王艳红

  微处理机. 2025, 46(1): 55-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.013

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  针对动态作业车间调度中新工件突发插入导致现有调度规则失效的问题,本文基于深度强化学习中的DQN算法提出一种实时调度策略。该方法可在动态环境下对调度决策进行实时调整,以实现整体生产效率最大化和新工件及时加工的目标。研究通过构建动态仿真环境,对算法在不同工件插入场景下的性能进行了验证,结果表明该方法相比传统调度方法具有更好的适应性和鲁棒性,为解决动态作业车间调度问题提供了新的思路。
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  一种核酸PCR扩增杂交一体化反应仪的设计^*

  蔡燕敏, 范嘉欢, 张伟, 林婉玲, 刘汉旭, 曾梓建, 师佳乐, 陈楚栋, 郭继云

  微处理机. 2025, 46(1): 60-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2025.01.014

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  针对传统PCR和杂交法需要使用两台仪器且存在气溶胶污染的问题,本文设计了一种核酸PCR扩增杂交一体化反应仪。该仪器通过全封闭设计将PCR扩增和杂交反应整合到同一设备中,主要由PCR扩增杂交反应芯片模块、温控模块、温度采集及控制系统、主控板和蠕动泵模块等组成。实验结果表明,该仪器具有结构简单、温度控制精度高、液体传输精准等特点,可实现自动化控制并有效避免气溶胶污染,具有良好的应用前景。