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基于事件驅(qū)動(dòng)方式的仿生視覺(jué)圖像傳感器，用于高速場(chǎng)景的拍攝 一、項(xiàng)目分類(lèi) 關(guān)鍵核心技術(shù)突破、顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡(jiǎn)介 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)、自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)以及機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對(duì)圖像傳感器的采集速度提出了更高的要求。傳統(tǒng)基于“幀”掃描形式的CMOS 或 CCD 圖像傳感器較難滿(mǎn)足高速運(yùn)動(dòng)物體的拍攝需求，若提高相機(jī)的圖像采集幀率，則需要采用高性能且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，大量的圖像會(huì)帶來(lái)較大的數(shù)據(jù)冗余，此外，也會(huì)面臨功耗高的問(wèn)題。 相比于傳統(tǒng)的光電和圖像傳感器，生物視網(wǎng)膜具有許多不可比擬的優(yōu)勢(shì)。視網(wǎng)膜中的光感受器可根據(jù)外界光強(qiáng)的變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)增益，能夠感知超過(guò) 180dB 的光強(qiáng)范圍。另外，視網(wǎng)膜基于事件驅(qū)動(dòng)式的采集方式，僅輸出場(chǎng)景中光強(qiáng)發(fā)生變化的信息，因而，能夠?yàn)V除低頻信息帶來(lái)的冗余。在信號(hào)處理和傳輸上，采用異步通信的方式，通過(guò)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞將光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)換為時(shí)空脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)低功耗。 受到生物視網(wǎng)膜的啟發(fā)，研究人員提出了基于事件驅(qū)動(dòng)方式的仿生視覺(jué)圖像傳感器，用于高速場(chǎng)景的拍攝。該類(lèi)傳感器多采用對(duì)數(shù)像素電路作為光強(qiáng)探測(cè)單元，因其動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬，可隨機(jī)讀取。然而，對(duì)數(shù)電路在弱光環(huán)境下靈敏度低，幾乎沒(méi)有光響應(yīng)，即仍然無(wú)法模仿視網(wǎng)膜弱光下的高靈敏度，除此之外，其輸出受到 (Fixed Pattern Noise，F(xiàn)PN)的影響，降低了圖像質(zhì)量。 我們提出了一種兼容 CMOS 工藝的光敏二極管體偏置場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件(PD- body biased MOSFET，簡(jiǎn)稱(chēng) PD-MOS)，其結(jié)構(gòu)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(yīng)實(shí)現(xiàn)集成光強(qiáng)探測(cè)及信號(hào)放大于一體的光電器件。該器件可解決對(duì)數(shù)電路在弱光下靈敏度低的問(wèn)題，并且提出了一種明暗傳感器的方案以降低噪聲。設(shè)計(jì)成像測(cè)試方案并搭建靜態(tài)圖像采集測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，通過(guò) MTALAB 進(jìn)行圖像恢復(fù)從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像顯示功能。   圖 1 (a) PD-MOS 器件結(jié)構(gòu)及其 (b) 等效電路圖 經(jīng)過(guò)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(shè)計(jì)的芯片實(shí)物圖，從上至下分別為環(huán)形結(jié)構(gòu)、條形結(jié)構(gòu)及對(duì)數(shù)像素電路，將其中的環(huán)形結(jié)構(gòu)在顯微鏡下放大觀察可看到圖 (b) 所示的形貌，圖 (c) 為4個(gè)像素的顯微圖。   圖 2 (a) PD-MOS 成像陣列芯片的實(shí)物圖，(b) 環(huán)形結(jié)構(gòu)芯片在顯微鏡下的放大圖以及 (c) 環(huán)形結(jié)構(gòu)像素放大圖 上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示效果如圖3所示，可以明顯看出兩根頭發(fā)相交。子圖 (a) 為暗態(tài)時(shí)的 100 幀平均灰度圖，子圖 (b) 為暗態(tài)時(shí)的曲面圖，子圖 (c) (e) (g) (i) 為光態(tài)下的圖，子圖 (d) (f) (h) (j) 為光態(tài)下的圖像數(shù)據(jù)減去暗態(tài)下圖像數(shù)據(jù)的降噪圖，可以發(fā)現(xiàn)在30nw/cm2 輻照度下已經(jīng)出現(xiàn)頭發(fā)的輪廓，當(dāng)輻照度繼續(xù)增加，頭發(fā)的輪廓越來(lái)越清晰，當(dāng)輻照度達(dá)到 3mw/cm2，仍然可以看到頭發(fā)的輪廓。   圖 3 陣列芯片采集的圖像 不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的圖像采集方式，生物視覺(jué)系統(tǒng)的成像由視野場(chǎng)景中發(fā)生的事件觸發(fā)，且生物視網(wǎng)膜具有寬動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍、超低功耗以及異步傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，這為仿生視覺(jué)系統(tǒng)的研究提供了全新的思路。隨著物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛以及安防等領(lǐng)域的快速發(fā)展，它們對(duì)高速動(dòng)態(tài)圖像傳感器的需求也日益提升。近些年，針對(duì)這些需求，研究人員提出了一種用于采集高速動(dòng)態(tài)信息的類(lèi)視網(wǎng)膜相機(jī)，成為了一大熱點(diǎn)研究方向。類(lèi)視網(wǎng)膜相機(jī)的工作原理模擬了生物視網(wǎng)膜事件驅(qū)動(dòng)型的采集方式及異步型的傳輸模式，為動(dòng)態(tài)視覺(jué)成像提供了硬件基礎(chǔ)。綜上，該類(lèi)傳感器的研究具有十分重要的科研意義和深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 發(fā)展自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)

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(duì)進(jìn)口材料的依賴(lài)程度、提高國(guó)產(chǎn)化水平，對(duì)國(guó)產(chǎn)微晶玻璃腔體在激光陀螺批量化生產(chǎn)中的可行性進(jìn)行分析，主要研究?jī)?nèi)容包括：國(guó)產(chǎn)微晶玻璃的制造工藝；采用國(guó)產(chǎn)微晶玻璃腔體與采用進(jìn)口微晶玻璃腔體的激光陀螺性能比較；使用國(guó)產(chǎn)微晶玻璃腔體激光陀螺樣機(jī)。使用國(guó)產(chǎn)化微晶玻璃腔體激光陀螺樣機(jī)零偏穩(wěn)定性和溫度零偏變化率能夠達(dá)到現(xiàn)有水平。

清華大學(xué)電子工程系黃翊東教授團(tuán)隊(duì)崔開(kāi)宇副教授帶領(lǐng)學(xué)生在超光譜成像芯片方面取得重要進(jìn)展，研制出國(guó)際首款實(shí)時(shí)超光譜成像芯片，相比已有光譜檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從單點(diǎn)光譜儀到超光譜成像芯片的跨越。

由東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院尤肖虎教授、趙滌燹教授牽頭，聯(lián)合成都天銳星通科技有限公司、網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室等單位完成的“Ka頻段CMOS相控陣芯片與大規(guī)模集成陣列天線技術(shù)”項(xiàng)目成果通過(guò)了中國(guó)電子學(xué)會(huì)組織的現(xiàn)場(chǎng)鑒定。 由中國(guó)工程院鄔賀銓院士、陳左寧院士、李國(guó)杰院士、呂躍廣院士、丁文華院士以及來(lái)自中國(guó)移動(dòng)、信通院、華為、中興、大唐電信和國(guó)內(nèi)5所高校的共15位專(zhuān)家組成的鑒定委員會(huì)對(duì)該項(xiàng)成果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)鑒定并給予了高度評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為：該項(xiàng)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(guī)模推廣應(yīng)用的核心技術(shù)瓶頸問(wèn)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(guī)模集成陣列天線低成本解決方案，多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)屬首創(chuàng)；在硅基CMOS毫米波技術(shù)路線取得重大突破，在大規(guī)模相控陣天線集成度方面國(guó)際領(lǐng)先；成果在5G/6G毫米波和寬帶衛(wèi)星通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，在該領(lǐng)域“卡脖子”技術(shù)上取得關(guān)鍵突破，已在相關(guān)應(yīng)用部門(mén)得以成功推廣應(yīng)用。 目前，用于射頻芯片的40nm和28nm CMOS工藝特征頻率已經(jīng)超過(guò)250GHz，在理論上完全可以滿(mǎn)足毫米波應(yīng)用需求。毫米波硅基CMOS集成電路技術(shù)的突破，將帶來(lái)無(wú)線通信行業(yè)的一次變革，解決相控陣系統(tǒng)“不是不想用，只是用不起”的問(wèn)題，把毫米波芯片及大規(guī)模相控陣變成來(lái)一種極低成本的易耗品。相比鍺硅工藝和化合物半導(dǎo)體工藝，CMOS工藝在成本、集成度和成品率上具有巨大優(yōu)勢(shì)，但其輸出功率相對(duì)較低，器件本身寄生效應(yīng)較大。項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)6年的技術(shù)探索與創(chuàng)新，克服了毫米波CMOS芯片技術(shù)的固有瓶頸問(wèn)題，所研制的芯片噪聲系數(shù)為3dB，發(fā)射通道效率達(dá)到15%，無(wú)需校準(zhǔn)便可實(shí)現(xiàn)精確幅相調(diào)控；基于大規(guī)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(wèn)題。

本項(xiàng)目重點(diǎn)研究面向物聯(lián)網(wǎng)極低功耗微控制器關(guān)鍵技術(shù)，包括寬電壓標(biāo)準(zhǔn)單元和片上存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝-電壓-溫度（PVT）偏差檢測(cè)技術(shù)與自適應(yīng)動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)技術(shù)、快速響應(yīng)的寬負(fù)載高效率電源轉(zhuǎn)換技術(shù)、低功耗高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)技術(shù)、極低功耗快速啟動(dòng)晶體振蕩器技術(shù)；面向工業(yè)控制微控制器關(guān)鍵技術(shù)，包括高可靠處理器架構(gòu)、低延時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)策略、納秒級(jí)中斷響應(yīng)處理技術(shù)、容錯(cuò)型自糾錯(cuò)SRAM 設(shè)計(jì)技術(shù)、高精度時(shí)鐘基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)技術(shù)。

本技術(shù)成果涉及集成電路測(cè)試技術(shù)領(lǐng) 域，公開(kāi)了一種RFID讀寫(xiě)器芯片中測(cè)系 統(tǒng)及方法

隨著集成電路的發(fā)展，功耗問(wèn)題越來(lái)越成為制約的瓶頸問(wèn)題。特別是在即將到來(lái)的萬(wàn)物互聯(lián)智能時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)、生物醫(yī)療、可穿戴設(shè)備和人工智能等新興領(lǐng)域更加追求極低功耗，尤其是極低靜態(tài)功耗。面向未來(lái)龐大的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用的需求，極低功耗器件及其電路芯片受到越來(lái)越多的關(guān)注。受玻爾茲曼限制，傳統(tǒng)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(guān)鍵因素，基于傳統(tǒng)CMOS晶體管的集成電路已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)等對(duì)極低功耗的需求。 本項(xiàng)目基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝研制新型超陡擺幅隧穿器件，并進(jìn)一步研發(fā)具有極低功耗的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片。新型超陡擺幅隧穿器件采用有別于傳統(tǒng)晶體管的量子帶帶隧穿機(jī)制，可突破亞閾擺幅極限，同時(shí)獲得比傳統(tǒng)晶體管低2個(gè)量級(jí)以上的關(guān)態(tài)電流性能，具備極其優(yōu)越的低靜態(tài)功耗性能。通過(guò)超陡亞閾擺幅器件及電路技術(shù)的研究和突破，可促進(jìn)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，顯著提高物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

利用大規(guī)模集成硅基納米光量子芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高維度光量子糾纏體系的高精度和普適化量子調(diào)控和量子測(cè)量。 （圖一）基于硅納米光波導(dǎo)的大規(guī)模集成光量子芯片(可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)量)       集成光學(xué)量子芯片技術(shù)，基于量子力學(xué)基本物理原理，使用半導(dǎo)體微納加工工藝實(shí)現(xiàn)單片集成光波導(dǎo)量子器件（包括單光子源、量子操控和測(cè)量光路，以及單光子探測(cè)器等），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子信息的載體單光子進(jìn)行處理、計(jì)算、傳輸和存儲(chǔ)等。集成光學(xué)量子芯片具有集成度高、穩(wěn)定性高、性能好、體積小、制造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，該技術(shù)被普遍認(rèn)為是一種實(shí)現(xiàn)光量子信息應(yīng)用的有效技術(shù)手段。      利用硅基納米光波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光量子芯片具有諸多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，例如與傳統(tǒng)微電子加工工藝兼容、可集成度高、非線性效用強(qiáng)、以及工作波長(zhǎng)與光纖量子通信兼容等。然而，迄今為止光量子芯片的復(fù)雜度僅限于小規(guī)模的演示，如集成少數(shù)馬赫-曾德干涉儀對(duì)光子態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)單操控。因此，我們迫切需要擴(kuò)大集成量子光路的復(fù)雜性和功能性，增強(qiáng)其量子信息處理技術(shù)的能力，從而推進(jìn)量子信息技術(shù)的應(yīng)用。       相干且精確地控制復(fù)雜量子器件和多維糾纏系統(tǒng)是量子信息科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)難點(diǎn)。相對(duì)于目前普遍采用的二維體系量子技術(shù)，高維體系量子技術(shù)具有信息容量大、計(jì)算效率高、以及抗噪聲性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。最近，多維度量子糾纏系統(tǒng)已分別在光子、超導(dǎo)、離子和量子點(diǎn)等物理體系中實(shí)現(xiàn)。利用光子的不同自由度，如軌道角動(dòng)量模式、時(shí)域和頻域模式等，可以有效編碼和處理多維光量子態(tài)。然而，實(shí)現(xiàn)高保真度、可編程、及任意通用的高維度量子態(tài)操控和量子測(cè)量，依然面臨很多困難和挑戰(zhàn)。       針對(duì)上述問(wèn)題，英國(guó)布里斯托爾大學(xué)、北京大學(xué)、丹麥技術(shù)大學(xué)、德國(guó)馬普研究所、西班牙光學(xué)研究所和波蘭科學(xué)院的科研人員密切合作，并取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型的多路徑加載高維量子態(tài)方式，即每個(gè)光子以量子疊加態(tài)的形式同時(shí)存在于多條光波導(dǎo)路徑，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高達(dá)15×15的高維量子糾纏系統(tǒng)。通過(guò)可控地激發(fā)16個(gè)參量四波混頻單光子源陣列，可以制備具有任意復(fù)系數(shù)的高維度量子糾纏態(tài)。通過(guò)單片集成通用型線性光路，可對(duì)高維量子糾纏態(tài)進(jìn)行任意操控和任意測(cè)量。因此，該多路徑高維量子方案具有任意通用性。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)充分利用集成光路的高穩(wěn)定性和高可控性，實(shí)現(xiàn)了高保真度的高維量子糾纏態(tài)，如4、8和12維度糾纏態(tài)的量子態(tài)層析結(jié)果分別為96、87% 和 81%保真度，遠(yuǎn)超其他方式制備的高維量子糾纏態(tài)性能。       更重要的是，團(tuán)隊(duì)通過(guò)硅基納米光子集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了目前集成度最復(fù)雜的光量子芯片（圖一所示），單片集成550多個(gè)光量子元器件，包括16個(gè)全同的參量四波混頻單光子源陣列、93個(gè)光學(xué)移相器、122個(gè)光束分束器、256個(gè)波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)以及64個(gè)光柵耦合器，從而達(dá)到對(duì)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(cè)量。       研究進(jìn)一步利用該高維光量子芯片技術(shù)，驗(yàn)證高維度量子糾纏系統(tǒng)的強(qiáng)量子糾纏關(guān)聯(lián)特性，包括普適化貝爾不等式和EPR導(dǎo)引不等式等，證明量子物理和經(jīng)典物理定律的重要區(qū)別。例如，對(duì)4維度量子糾纏態(tài)，實(shí)驗(yàn)觀察得到了2.867±0.014的貝爾參數(shù)，不僅成功違背經(jīng)典物理定律61.9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，而且超過(guò)普通二維糾纏體系的最大可到達(dá)值的2.8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。研究還首次實(shí)現(xiàn)高維量子系統(tǒng)的貝爾自檢測(cè)和量子隨機(jī)放大等新功能，例如，對(duì)3維度最大糾纏態(tài)和部分糾纏態(tài)的自檢測(cè)保真度約為76%，對(duì)14維以下糾纏態(tài)均實(shí)現(xiàn)了量子隨機(jī)放大功能。

一、創(chuàng)新點(diǎn)： 1.創(chuàng)新1-高低壓兼容工藝技術(shù)：世界首個(gè)P-sub/P-Epi高低壓兼容浮置沉底工藝平臺(tái) 2.創(chuàng)新2-抗瞬時(shí)電沖擊電路技術(shù)：國(guó)際最高品質(zhì)因子600V等級(jí)浮柵控制芯片 3.創(chuàng)新3-低損耗功率器件技術(shù)：超低開(kāi)關(guān)損耗階梯柵氧600V超結(jié)功率器件 4.創(chuàng)新4-高功率密度互聯(lián)技術(shù)：國(guó)內(nèi)首款微型智能功率驅(qū)動(dòng)芯片及600V單片智能功率驅(qū)動(dòng)芯片。 二、產(chǎn)出情況： 被Amazon、Philips、Samsung、美的等100多家國(guó)內(nèi)外公司采用，項(xiàng)目新增銷(xiāo)售27.2億元，新增利潤(rùn)4.9億元，新增創(chuàng)匯3115.5萬(wàn)美元，解決了我國(guó)智能功率驅(qū)動(dòng)芯片的“卡脖子”問(wèn)題。 1.智能生活家電領(lǐng)域累計(jì)銷(xiāo)售超16億顆，市場(chǎng)占有率全國(guó)第一（超過(guò)40%） 2.首次實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)智能功率驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)用于高鐵空調(diào)控制器 3.唯一一款應(yīng)用于智能電表的國(guó)產(chǎn)功率芯片，解決了我國(guó)智能電表系統(tǒng)的戰(zhàn)略安全問(wèn)題 4.在新能源交通工具領(lǐng)域出貨量超30億顆 成功應(yīng)用于亞馬遜無(wú)人倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人，首批供貨超過(guò)1萬(wàn)套。