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基于事件驅動方式的仿生視覺圖像傳感器，用于高速場景的拍攝 一、項目分類 關鍵核心技術突破、顯著效益成果轉化 二、成果簡介 隨著虛擬現實（VR）、增強現實（AR）和混合虛擬增強現實（MR）技術、自動駕駛、物聯網以及機器視覺等領域的飛速發展，對圖像傳感器的采集速度提出了更高的要求。傳統基于“幀”掃描形式的CMOS 或 CCD 圖像傳感器較難滿足高速運動物體的拍攝需求，若提高相機的圖像采集幀率，則需要采用高性能且結構復雜的模數轉換器，大量的圖像會帶來較大的數據冗余，此外，也會面臨功耗高的問題。 相比于傳統的光電和圖像傳感器，生物視網膜具有許多不可比擬的優勢。視網膜中的光感受器可根據外界光強的變化自適應調節增益，能夠感知超過 180dB 的光強范圍。另外，視網膜基于事件驅動式的采集方式，僅輸出場景中光強發生變化的信息，因而，能夠濾除低頻信息帶來的冗余。在信號處理和傳輸上，采用異步通信的方式，通過神經節細胞將光強信息轉換為時空脈沖信號，實現低功耗。 受到生物視網膜的啟發，研究人員提出了基于事件驅動方式的仿生視覺圖像傳感器，用于高速場景的拍攝。該類傳感器多采用對數像素電路作為光強探測單元，因其動態響應范圍寬，可隨機讀取。然而，對數電路在弱光環境下靈敏度低，幾乎沒有光響應，即仍然無法模仿視網膜弱光下的高靈敏度，除此之外，其輸出受到 (Fixed Pattern Noise，FPN)的影響，降低了圖像質量。 我們提出了一種兼容 CMOS 工藝的光敏二極管體偏置場效應晶體管器件(PD- body biased MOSFET，簡稱 PD-MOS)，其結構圖和等效電路如圖 1所示。 利用 PD 的感光特性以及 MOSFET 的正向襯底偏置效應實現集成光強探測及信號放大于一體的光電器件。該器件可解決對數電路在弱光下靈敏度低的問題，并且提出了一種明暗傳感器的方案以降低噪聲。設計成像測試方案并搭建靜態圖像采集測試系統，實現靜態顯示，通過 MTALAB 進行圖像恢復從而實現動態圖像顯示功能。   圖 1 (a) PD-MOS 器件結構及其 (b) 等效電路圖 經過商用 180nm CMOS 工藝流程制備后的器件概貌如圖 2 所示，圖 (a) 為三種不同像素設計的芯片實物圖，從上至下分別為環形結構、條形結構及對數像素電路，將其中的環形結構在顯微鏡下放大觀察可看到圖 (b) 所示的形貌，圖 (c) 為4個像素的顯微圖。   圖 2 (a) PD-MOS 成像陣列芯片的實物圖，(b) 環形結構芯片在顯微鏡下的放大圖以及 (c) 環形結構像素放大圖 上位機實時顯示效果如圖3所示，可以明顯看出兩根頭發相交。子圖 (a) 為暗態時的 100 幀平均灰度圖，子圖 (b) 為暗態時的曲面圖，子圖 (c) (e) (g) (i) 為光態下的圖，子圖 (d) (f) (h) (j) 為光態下的圖像數據減去暗態下圖像數據的降噪圖，可以發現在30nw/cm2 輻照度下已經出現頭發的輪廓，當輻照度繼續增加，頭發的輪廓越來越清晰，當輻照度達到 3mw/cm2，仍然可以看到頭發的輪廓。   圖 3 陣列芯片采集的圖像 不同于傳統計算機視覺系統的圖像采集方式，生物視覺系統的成像由視野場景中發生的事件觸發，且生物視網膜具有寬動態響應范圍、超低功耗以及異步傳輸等特點，這為仿生視覺系統的研究提供了全新的思路。隨著物聯網、自動駕駛以及安防等領域的快速發展，它們對高速動態圖像傳感器的需求也日益提升。近些年，針對這些需求，研究人員提出了一種用于采集高速動態信息的類視網膜相機，成為了一大熱點研究方向。類視網膜相機的工作原理模擬了生物視網膜事件驅動型的采集方式及異步型的傳輸模式，為動態視覺成像提供了硬件基礎。綜上，該類傳感器的研究具有十分重要的科研意義和深遠的經濟價值。

項目簡介： 發展自主知識產權的北斗衛

微晶玻璃腔體是激光陀螺的重要元件和組成部分，為了降低對進口材料的依賴程度、提高國產化水平，對國產微晶玻璃腔體在激光陀螺批量化生產中的可行性進行分析，主要研究內容包括：國產微晶玻璃的制造工藝；采用國產微晶玻璃腔體與采用進口微晶玻璃腔體的激光陀螺性能比較；使用國產微晶玻璃腔體激光陀螺樣機。使用國產化微晶玻璃腔體激光陀螺樣機零偏穩定性和溫度零偏變化率能夠達到現有水平。

清華大學電子工程系黃翊東教授團隊崔開宇副教授帶領學生在超光譜成像芯片方面取得重要進展，研制出國際首款實時超光譜成像芯片，相比已有光譜檢測技術實現了從單點光譜儀到超光譜成像芯片的跨越。

由東南大學信息科學與工程學院尤肖虎教授、趙滌燹教授牽頭，聯合成都天銳星通科技有限公司、網絡通信與安全紫金山實驗室等單位完成的“Ka頻段CMOS相控陣芯片與大規模集成陣列天線技術”項目成果通過了中國電子學會組織的現場鑒定。 由中國工程院鄔賀銓院士、陳左寧院士、李國杰院士、呂躍廣院士、丁文華院士以及來自中國移動、信通院、華為、中興、大唐電信和國內5所高校的共15位專家組成的鑒定委員會對該項成果進行了現場鑒定并給予了高度評價，一致認為：該項目解決了硅基CMOS毫米波Ka頻段相控陣芯片和天線走向大規模推廣應用的核心技術瓶頸問題，成功研制了Ka頻段CMOS相控陣芯片，并探索出了一套有效的毫米波大規模集成陣列天線低成本解決方案，多項關鍵技術屬首創；在硅基CMOS毫米波技術路線取得重大突破，在大規模相控陣天線集成度方面國際領先；成果在5G/6G毫米波和寬帶衛星通信等領域具有廣闊的應用前景，在該領域“卡脖子”技術上取得關鍵突破，已在相關應用部門得以成功推廣應用。 目前，用于射頻芯片的40nm和28nm CMOS工藝特征頻率已經超過250GHz，在理論上完全可以滿足毫米波應用需求。毫米波硅基CMOS集成電路技術的突破，將帶來無線通信行業的一次變革，解決相控陣系統“不是不想用，只是用不起”的問題，把毫米波芯片及大規模相控陣變成來一種極低成本的易耗品。相比鍺硅工藝和化合物半導體工藝，CMOS工藝在成本、集成度和成品率上具有巨大優勢，但其輸出功率相對較低，器件本身寄生效應較大。項目組經過長達6年的技術探索與創新，克服了毫米波CMOS芯片技術的固有瓶頸問題，所研制的芯片噪聲系數為3dB，發射通道效率達到15%，無需校準便可實現精確幅相調控；基于大規模相控陣的波束成形能力，克服了毫米波CMOS芯片輸出功率受限的問題。

本項目重點研究面向物聯網極低功耗微控制器關鍵技術，包括寬電壓標準單元和片上存儲器設計技術、工藝-電壓-溫度（PVT）偏差檢測技術與自適應動態電壓和頻率調節技術、快速響應的寬負載高效率電源轉換技術、低功耗高精度模數轉換電路設計技術、極低功耗快速啟動晶體振蕩器技術；面向工業控制微控制器關鍵技術，包括高可靠處理器架構、低延時訪問存儲策略、納秒級中斷響應處理技術、容錯型自糾錯SRAM 設計技術、高精度時鐘基準電路設計技術。

本技術成果涉及集成電路測試技術領 域，公開了一種RFID讀寫器芯片中測系 統及方法

隨著集成電路的發展，功耗問題越來越成為制約的瓶頸問題。特別是在即將到來的萬物互聯智能時代，物聯網、生物醫療、可穿戴設備和人工智能等新興領域更加追求極低功耗，尤其是極低靜態功耗。面向未來龐大的物聯網節點應用的需求，極低功耗器件及其電路芯片受到越來越多的關注。受玻爾茲曼限制，傳統晶體管的亞閾擺幅存在理論極限，這一限制是阻礙器件功耗降低的關鍵因素，基于傳統CMOS晶體管的集成電路已經無法滿足物聯網節點等對極低功耗的需求。 本項目基于標準CMOS工藝研制新型超陡擺幅隧穿器件，并進一步研發具有極低功耗的物聯網節點芯片。新型超陡擺幅隧穿器件采用有別于傳統晶體管的量子帶帶隧穿機制，可突破亞閾擺幅極限，同時獲得比傳統晶體管低2個量級以上的關態電流性能，具備極其優越的低靜態功耗性能。通過超陡亞閾擺幅器件及電路技術的研究和突破，可促進我國物聯網芯片產業的發展，顯著提高物聯網節點的工作時間，具有重要的應用價值。

利用大規模集成硅基納米光量子芯片技術，實現對高維度光量子糾纏體系的高精度和普適化量子調控和量子測量。 （圖一）基于硅納米光波導的大規模集成光量子芯片(可實現對高維量子糾纏體系的高精度、可編程、且任意通用量子操控和量子測量)       集成光學量子芯片技術，基于量子力學基本物理原理，使用半導體微納加工工藝實現單片集成光波導量子器件（包括單光子源、量子操控和測量光路，以及單光子探測器等），可以實現對量子信息的載體單光子進行處理、計算、傳輸和存儲等。集成光學量子芯片具有集成度高、穩定性高、性能好、體積小、制造成本低等諸多優點。因此，該技術被普遍認為是一種實現光量子信息應用的有效技術手段。      利用硅基納米光波導技術實現的光量子芯片具有諸多獨特優點，例如與傳統微電子加工工藝兼容、可集成度高、非線性效用強、以及工作波長與光纖量子通信兼容等。然而，迄今為止光量子芯片的復雜度僅限于小規模的演示，如集成少數馬赫-曾德干涉儀對光子態進行簡單操控。因此，我們迫切需要擴大集成量子光路的復雜性和功能性，增強其量子信息處理技術的能力，從而推進量子信息技術的應用。       相干且精確地控制復雜量子器件和多維糾纏系統是量子信息科學和技術領域的一項難點。相對于目前普遍采用的二維體系量子技術，高維體系量子技術具有信息容量大、計算效率高、以及抗噪聲性強等諸多優點。最近，多維度量子糾纏系統已分別在光子、超導、離子和量子點等物理體系中實現。利用光子的不同自由度，如軌道角動量模式、時域和頻域模式等，可以有效編碼和處理多維光量子態。然而，實現高保真度、可編程、及任意通用的高維度量子態操控和量子測量，依然面臨很多困難和挑戰。       針對上述問題，英國布里斯托爾大學、北京大學、丹麥技術大學、德國馬普研究所、西班牙光學研究所和波蘭科學院的科研人員密切合作，并取得了突破性進展。研究團隊提出并實現了一種新型的多路徑加載高維量子態方式，即每個光子以量子疊加態的形式同時存在于多條光波導路徑，從而實現了一個高達15×15的高維量子糾纏系統。通過可控地激發16個參量四波混頻單光子源陣列，可以制備具有任意復系數的高維度量子糾纏態。通過單片集成通用型線性光路，可對高維量子糾纏態進行任意操控和任意測量。因此，該多路徑高維量子方案具有任意通用性。與此同時，團隊充分利用集成光路的高穩定性和高可控性，實現了高保真度的高維量子糾纏態，如4、8和12維度糾纏態的量子態層析結果分別為96、87% 和 81%保真度，遠超其他方式制備的高維量子糾纏態性能。       更重要的是，團隊通過硅基納米光子集成技術，實現了目前集成度最復雜的光量子芯片（圖一所示），單片集成550多個光量子元器件，包括16個全同的參量四波混頻單光子源陣列、93個光學移相器、122個光束分束器、256個波導交叉結構以及64個光柵耦合器，從而達到對高維量子糾纏體系的高精度、可編程、且任意通用量子操控和量子測量。       研究進一步利用該高維光量子芯片技術，驗證高維度量子糾纏系統的強量子糾纏關聯特性，包括普適化貝爾不等式和EPR導引不等式等，證明量子物理和經典物理定律的重要區別。例如，對4維度量子糾纏態，實驗觀察得到了2.867±0.014的貝爾參數，不僅成功違背經典物理定律61.9個標準差，而且超過普通二維糾纏體系的最大可到達值的2.8個標準差。研究還首次實現高維量子系統的貝爾自檢測和量子隨機放大等新功能，例如，對3維度最大糾纏態和部分糾纏態的自檢測保真度約為76%，對14維以下糾纏態均實現了量子隨機放大功能。

一、創新點： 1.創新1-高低壓兼容工藝技術：世界首個P-sub/P-Epi高低壓兼容浮置沉底工藝平臺 2.創新2-抗瞬時電沖擊電路技術：國際最高品質因子600V等級浮柵控制芯片 3.創新3-低損耗功率器件技術：超低開關損耗階梯柵氧600V超結功率器件 4.創新4-高功率密度互聯技術：國內首款微型智能功率驅動芯片及600V單片智能功率驅動芯片。 二、產出情況： 被Amazon、Philips、Samsung、美的等100多家國內外公司采用，項目新增銷售27.2億元，新增利潤4.9億元，新增創匯3115.5萬美元，解決了我國智能功率驅動芯片的“卡脖子”問題。 1.智能生活家電領域累計銷售超16億顆，市場占有率全國第一（超過40%） 2.首次實現國產智能功率驅動芯片應用于高鐵空調控制器 3.唯一一款應用于智能電表的國產功率芯片，解決了我國智能電表系統的戰略安全問題 4.在新能源交通工具領域出貨量超30億顆 成功應用于亞馬遜無人倉儲機器人，首批供貨超過1萬套。