[发明专利]基于布谷鸟算法的自适应抗老化传感器

权利要求书

1.一种基于布谷鸟算法的自适应抗老化传感器，其特征在于包括控制模块、参考压控振荡器、结构相同的两个整形电路、频差电路、分辨率调节电路、16位计数器、并转串电路、自适应模块和数模转换器；所述的控制模块具有反馈端、第一电压输出端、第二电压输出端和控制信号输出端，所述的参考压控振荡器和每个所述的整形电路分别具有输入端和输出端，所述的频差电路具有置数端、时钟端和输出端，所述的分辨率调节电路具有输入端、输出端和控制端，所述的16位计数器具有置数端、复位端和16位并行输出端，所述的自适应模块具有控制端、16位并行输入端和16位并行输出端，所述的数模转换器具有16位并行输入端和输出端，所述的并转串模块具有时钟端、16位并行输入端和输出端，将两个所述的整形电路分别称为第一整形电路和第二整形电路，将集成电路中的压控振荡器称为被测压控振荡器，所述的参考压控振荡器与被测压控振荡器完全相同，所述的控制模块的第一电压输出端用于连接被测压控振荡器的输入端，所述的控制模块的第二电压输出端和所述的参考压控振荡器的输入端连接，所述的控制模块的控制信号输出端分别与所述的分辨率调节电路的控制端和所述的自适应模块的控制端连接，所述的第一整形电路的输入端用于连接被测压控振荡器的输出端，所述的参考压控振荡器的输出端和所述的第二整形电路的输入端连接，所述的第一整形电路的输出端和所述的频差电路的置数端连接，所述的第二整形电路的输出端分别与所述的频差电路的时钟端、所述的并转串模块的时钟端和所述的16位计数器的置数端连接，所述的频差电路的输出端和所述的分辨率调节电路的输入端连接，所述的分辨率调节电路的输出端和所述的16位计数器的复位端连接，所述的16位计数器的16位并行输出端分别与所述的并转串模块的16位并行输入端和所述的自适应模块的16位并行输入端连接，所述的自适应模块的16位并行输出端和所述的数模转换器的16位并行输入端连接，所述的数模转换器的输出端和所述的控制模块的反馈端连接；所述的控制模块产生两路电压信号和一路电平控制信号，其中第一路电压信号为老化电压信号VDC，通过其第一电压输出端输出，第二路电压信号为基准电压信号VDD，通过其第二电压输出端输出，电平控制信号为高电平或者低电平，通过其控制信号输出端输出，电平控制信号的初始状态为低电平，老化电压信号VDC经过所述的被测压控振荡器产生老化频率信号A，基准电压信号VDD经过所述的参考压控振荡器产生基准频率信号B，老化频率信号A 经所述的第一整形电路整形后得到第一频率信号f_ctr，基准频率信号B经所述的第二整形电路整形后得到第二频率信号f_ref，频差电路通过比较第一频率信号f_ctr和第二频率信号f_ref得到拍频信号f_out，拍频信号f_out为第二频率信号f_ref和第一频率信号f_ctr之间的差值，拍频信号f_out从所述的频差电路的输出端输出至所述的分辨率调节电路的输入端，所述的分辨率调节电路的输出端输出置位信号rst，当所述的分辨率调节电路的控制端接入的电平控制信号为低电平时，置位信号rst为拍频信号f_out的2分频信号，当所述的分辨率调节电路的控制端接入的电平控制信号为高电平时，置位信号rst为拍频信号f_out的4分频信号，所述的16位计数器的复位端接入置位信号rst，所述的16位计数器在置位信号rst周期内计数其置数端接入的第二频率信号f_ref的个数，然后将计数值以二进制形式的16位并行数据Q0-Q15在其16位并行输出端进行输出，所述的并转串电路在第一频率信号f_ref作用下，将所述的16位计数器输出的16位并行数据Q0-Q15转换为串行数据Q[0:15]在其输出端输出；

所述的自适应模块内预存有查找表，所述的查找表通过对所述的自适应抗老化传感器进行仿真来人为模拟被测压控振荡器老化过程得到，具体仿真过程为：将控制模块的第一电压输出端与被测压控振荡器的输入端连接，第一整形电路的输入端与被测压控振荡器的输出端连接，对被测压控振荡器的参数和参考压控振荡器的参数进行初始化设置：PMOS晶体管的阈值电压V_TP为0.7V、NMOS晶体管的阈值电压V_TN为0.3V以及PMOS和NMOS晶体管的工艺参数α为0.9，后续通过Cadence软件测定被测压控振荡器在不同参数下的延迟时间Time，在测定过程中，参考压控振荡器的参数始终保持初始值不变，被测压控振荡器的PMOS晶体管的阈值电压V_TP的调节范围为0.6V-0.8V，单次调节量为1mV，NMOS晶体管的阈值电压V_TN的调节范围为0.2V-0.4V，单次调节量为1mV、PMOS和NMOS晶体管的工艺参数α的调节范围0.8-1，单次调节量为0.001，每次测定时，老化电压信号VDC和基准电压信号VDD均设定为1.2V，先使控制模块输出的电平控制信号S为低电平，判定此时16位计数器输出的16位并行输出信号Q0-Q15对应的十进制值是否小于40，如果小于40，则保持其他条件不变，将电平控制信号S调整为高电平后记录此时16位计数器输出的16位并行输出信号Q0-Q15，如果大于等于40,则直接记录此时16位计数器输出的16位并行输出信号Q0-Q15，将当前记录的16位计数器输出的16位并行输出信号Q0-Q15作为查找表的一个索引地址，并将此时对应的阈值电压V_TP，阈值电压V_TN以及PMOS和NMOS晶体管的工艺参数α作为该索引地址的存储数据存入查找表中，重复上述测定过程，后续测定过程中若存在相同的16位并行输出信号Q0-Q15，则只记录一组对应的参数，直到16位计数器输出的16位并行输出信号Q0-Q15对应的十进制数从0至300都出现，完成查找表的建立并将查找表存放于自适应模块中，此时所述的查找表中的索引地址有301个，分别为0至300对应的16位二进制数据；

当所述的16位计数器输出的16位并行数据Q0-Q15输入所述的自适应模块中时，所述的自适应模块首先在查找表中获取索引地址为当前输入其内的16位并行数据Q0-Q15的存储数据V_TP、V_TN、α以及Time，然后基于获取的数据V_TP、V_TN、α以及Time采用布谷鸟算法确定当前被测压控振荡器的最优工作电压，具体过程为：

A、将设定布谷鸟算法最大迭代次数记为n，n＝1000，设定全局最优解V；

B、设定迭代变量，将其记为s，对s进行初始化，令s＝1；

C、进行第s次迭代，具体为：

C-1、采用随机函数产生100个位于0-2000mV范围内，且采用16位二进制数据表示的电压数据，将产生的第m个电压数据记为判定是否等于V_TN或V_TP，如果等于，则认为为坏值，淘汰该值并重新随机产生一个新的直到得到100个不等于V_TN或V_TP的电压数据

C-2、将依次代入公式中，计算得到其中表示第m个老化延迟时间；

C-3、分别计算与Time的差值的绝对值，将与Time的差值的绝对值记为Diff^s[m]，从Diff^s[1]～Diff^s[100]找出最小值，如果出现多个相同的最小值，则随机选择一个最小值，该最小值记为Diff^s[i]，i为大于等于1且小于等于100的整数，将Diff^s[i]对应的电压数据作为当代个体最优解

C-4、如果s的当前值为1，则将当代个体最优解的值赋值给全局最优解V，对全局最优解V进行第s次更新，得到第s次迭代后的全局最优解V；

如果s的当前值不等于1，则对和第s-1次迭代后的全局最优解V进行比较，如果小于第s-1次迭代后的全局最优解V，则采用的值更新V，得到第s次迭代后的全局最优解V，如果大于等于第s-1次迭代后的全局最优解V，则V的取值不变，第s-1次迭代后的全局最优解V直接作为第s次迭代后的全局最优解V；

C-5、判断Diff^s[i]是否等于0或者s是否等于1000，如果满足其一，则将第s次迭代后的全局最优解V作为最优工作电压V_DC0-V_DC15从所述的自适应模块的16位并行输出端输出，迭代过程结束，如果两个都不满足，则进入步骤C-6；

C-6、采用公式更新产生第s+1代的电压数据其中，λ为采用RC4算法产生的大于等于0且小于等于3的随机数，每次产生电压数据时，λ都需要重新产生，φ为步长控制量，φ＝1，为点对点乘法，Levy(λ)为随机搜索路径，Levy(λ)＝s^-λ，判定是否等于V_TN或V_TP，如果等于，则认为为坏值，淘汰该值并通过公式重新随机产生一个新的直到得到100个不等于V_TN或V_TP的电压数据

C-7、采用s的当前值加1的和更新s的值，从步骤C-2开始重复，进行下一次迭代，直至迭代过程结束，得到最优工作电压V_DC0-V_DC15从所述的自适应模块的16位并行输出端输出；

所述的数模转换器将所述的自适应模块输出的最优工作电压V_DC0-V_DC15转换为模拟电压输出至所述的控制模块的反馈端，所述的控制模块将其第一输出端输出的老化电压信号VDC大小调整为所述的数模转换器的输出端输出的模拟电压大小。