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建模，设计和实现一个基于低功耗FPGA异步唤醒接收机的无线应用程序Pons Jean-Francois Brault Jean-Jules Savaria Yvon收稿日期：3月20日2013 /修订：2013年6月27日/接受日期：2013年9月6日在线/发布时间：2013年9月28日 这篇文章发表在S并免费获取摘要：功耗是无线传感器网络（WSNs）节点的一个大问题 ，并且它通常是以通信装置的功率消耗为主。对于这样的网络，设备的大部分时间是由电池供电，而且需要具有非常低的功耗。此外，对于无线传感器网络，无线电在空闲或深度睡眠模式下的大部分时间，有限的数据量会定期发送。因此，使用事件触发无线电非常适合，并可能显著降低无线传感器网络的整体功耗。因此，本文探讨了当另一节点发送数据可以唤醒主接收器的异步模块的设计。此外，我们实施所提出的方案，用FPGA为低容量应用降低制造成本，并使其更容易设计， 再利用和提高。为减小静态功耗，我们探索降低电源电压的可能性。所观察到的总功耗在250 kbps时低于5微瓦。此外，使用一个新的异步设计技术，我们观察到，功耗可以进一步降低。关键词：唤醒接收器；异步；低功耗；无线传感器网络；FPGA1引言无线传感器网络（WSNs）在过去的二十年里，是微电子研究最多的领域之一。这是由于先进的低功率射频（RF）收发器架构使无线设备由电池供电1，2可持续数天，数周，甚至数年成为可能。例如，表1总结了基于流行的IEEE802.15.4标准的多个RF收发器的功率消耗，以及在市场上可以见到的RF收发器（也参见图1）。可以从这样的功耗数据可直接推断，在几天的活跃时间里不断利用标准电池供电只有几百毫安差距。同样的观察可能已做了其他行业标准。幸运的是，大多数无线传感器网络的应用程序在他们的活动时间时只需要使用RF收发器。利用闲置，睡眠或大多数微控制器的深度睡眠模式，可有效大量降低功耗。表1可用RF收发器的功耗图1 参考收发器：a SPZB32，b CC2531，c MRF24J40MA和d MRF24J40MB例如，最近的应用程序，如昆虫的启发机器人或智能电表受益于低占空比，因为它们处理的数据是相关的只有稀稀落落地随着时间3的推移。例如，以智能电表为例，它可以采样和发送数据每月甚至每年。然而，低功耗的协议，如IEEE 802.15.44，蓝牙低耗能5，甚至自定义的需要有关讯息是否有在睡眠期间被发送的信息。这是典型的情况，以 RF开关灯为例，当设备可以接收到另一个设备的命令。要做到这一点，最常用的方法是定期唤醒接收器和索要错过的消息。尽管它易于部署，这种技术有一个重大的缺点就是超低功耗所关心的问题：电源效率。这是由于即使没有消息被发送，主接收器也需要被唤醒的事实。再一个可以在两个唤醒之间设置一个长周期（或适应良好的一个），就像在智能电表，为此，也可以事先知道的情况下报告时间和周期。然而，整个系统会缺乏适应性：这可能是一个更新需要在电表运行时进行的这种情况。为了解决这个问题，一些研究6-10已经完成预测，并考虑到信息交换的需要和吞吐量，但毕竟是一些复杂的算法，不可避免地是以显著的能源消耗为代价的。此外周期性唤醒技术需要使用永远在线的部位，如定时器，负责唤醒时间的验证。为了避免耗电算法的需要，并能支持可变的网络数据吞吐量，我们考虑使用一个额外的模块调用唤醒接收器。基本上，这个接收器是为了当一个相关的传入消息已被发现时检测特定的唤醒消息和唤醒主接收器。图2给出了一个通用的无线传感器网络节点体系结构图，包括一个唤醒接收机（WUR）的框图。根据不同的应用，这WUR可直接或通过一个微控制器被唤醒。这样WUR的几个设计可以在文献11-16中找到。然而，大多数时候，该WUR是实现了定制的ASIC，对于低容量应用非常昂贵的。为了应对这种需求，我们探索出现场可编程门阵列（FPGA）上实现了新的异步架构。FPGA提供了减少开发时间和成本的可能性。当有需要改变的应用程序作出响应时，它也比一个特殊应用集成电路（ASIC）更灵活。我们还建议您使用相匹配的唤醒信号的异步设计。对于11-14，16中，数字解调器是同步的，在不活动的阶段是低效的。它可能是像在17,18中一样使用时钟脉冲，但将需要额外的电路，如定时器和信号检测来触发WUR的开始。为了避免这种情况，我们直接使用异步逻辑设计WUR。要做到这一点，我们首先使用NULL公约逻辑（NCL）19，20 对所提出的WUR21作为一个异步设计的指引，然后提出了免费NULL公约逻辑（SHF-NCL）22作为以减少资源使用量，和最终消耗功率为目标的设计异步电路的新方法。图2 WUR在系统架构的位置本文的其余部分安排如下：第二节提供一般WUR有关的背景资料，与所使用的异步设计技术的概述在一起。我们还讨论了双方的FPGA实现和异步电路的优点和缺点。在第三节在细节上呈现所提出的架构。然后在第四节，关于复杂性和功耗结果的提出和讨论，随后在第五节，通过与以前报道的结果进行比较。在第六节，我们将最终总结对所提出的架构和可能的改进方法。2相关信息这部分从调制技术导致了通断键控（OOK）调制的选择的讨论开始。然后，介绍WUR电路在一些应用中的优点，能量消耗模型。最后，对于实现WUR异步设计技术进行了综述。2.1唤醒接收器（WUR）如第1节所述，一个WUR的基本目标是当信息需要接受时唤醒主无线电或单片机。要做到这一点，有趣的是，低功率RF接收器将使用特定的唤醒消息，与更多的能源消耗的架构相比，它包括，例如锁相环（PLL），放大器，混频器和复杂的数字基带。在多种低功耗无线应用，OOK调制是采用了流行的解决方案。它可以被用来调制唤醒消息。如该图所示。图3（a），后面OOK调制的基本思想是将编码逻辑0和1使用存在或不存在的载体。这种调制更大的噪声的一个变型示于图。图3（b）：在逻辑0和1进行编码的载体存在于不同的持续时间。这种类型的调制，利用一个WUR系统的主要优点是易用性，使信号能在低功耗RF前端解调。图3 OOK调制。a、0编码为一个无（降低幅度）的载体，b、0编码为空（幅度较低）携带者相隔时间差距连续位较短的全振幅载体实际上，假设信号具有足够的幅度，一个简单的包络检测器（参见图4）可以被用于解调该信号。然而，对于第二类型的OOK调制的，更多的处理是必要的，以检索所发射的数据。通常，我们可以将一个WUR的结构分为两部分：RF前端和图5所示的解调器。第一个是用于去除载体，而第二个生成唤醒或中断信号。在本文中，我们提出的解调器部分是新的异步解决方案。一个低噪声放大器，滤波器或电荷泵：可以在为了提高灵敏度，如天线和包络检波器之间增加额外的部件。在这项工作中，我们所建议的，使用射频前端消耗低至0.1 uW。我们的研究主要集中在数字的WUR的方面。图4 包络检波器图5 WUR配件2.2能量模型当WUR是可用的，整个系统的能量消耗可以显着改善的一些应用。它主要是取决于无线电通信被使用。为了捕捉的WUR对无线设备的能量消耗的影响的本质，我们提出了本节中的能量模型捕获它们的一些相关的功能。提出的无线传感器网络24的分类是：无线体域网（WBAN），无线数据采集网络，无线定位传感网络（WLSN），无线多媒体传感器网络（WMSN）和无线控制为导向的无线传感器网络（WCOSN）。这种分类也不是那么的典型，当涉及到定义能源模型。事实上，提出的模型而言更具有传输延迟和数据吞吐量。因此，我们提出的各种应用的一种新的分类是比较有代表性的能源消耗配置文件。这种分类是基于射频部分是否被连续地（CCOM），周期性地（PCOM）或在事件触发（ETCOM）的方式使用。在建议的能量消耗模型中使用的符号总结于表2中。表2 所提出的能耗模型中定义的变量预计节点很少CCOM除了那些表现得象数据采集器为一个大组中的其他节点。一个例子是协调员IEEE802.15.44。那些节点必须大部分时间在线，他们应该最好由不竭的动力源供电。然后，可以以表示所需CCOM节点能量为： 第二个模型中涉及的节点有一个PCOM应用程序配置文件，这是经常使用，因为它不需要额外的电路，是一个很好的替代耗电CCOM轮廓。对于这种类型的，而不是让主无线电始终开启的应用，它是定期打开寻求未决消息，然后转身回到关闭，直到下一个唤醒周期。对于PCOM设备，我们提出以下的能量模型PCOM设备可以消耗更少的能量，在延伸电池供电应用的自主权。然而，他们可能欠缺灵活性，能效低下时的消息交换是稀有或随着时间的推移具有随机分布。这是可能的设想操作，其中一个装置的唤醒时间前又变成为关状态设置的模式。然而，在一些应用中最可取的唤醒时间不能在当时被称为该装置被放置在睡眠模式。前面提到智能电表的例子突出的灵活性问题。此外，当需要的反应，不知道什么时候，如果一个事件将要发生，像报警系统，操作PCOM模式主要是效率不高。为应使应用的量随着时间的推移所交换的消息分布是未知的动作的一个ETCOM模式。对于ETCOM设备，我们可以得出以下节能模式：虽然这些模型有相似之处，最后两个模型之间的主要区别来自于一个事实，即在PCOM型，占空比是固定的（尽管有些尝试已经做了适应它），而对于ETCOM类型，它直接取决于消息（或事件）发生。值得注意的是，虽然操作ETCOM模式可以超越PCOM的运作模式，在某些情况下，其数据交换的分布是不疏随着时间的推移，在WUR的不断补充消耗的能量可以使ETCOM模式不太适应。在本文的其余部分，我们将假定有针对性的应用程序需要使用一个WUR的，而ETCOM模型很好地适应。2.3异步设计技术WUR的一个重要特性是，它是永远在线的。因此，其耗电量应尽可能低。方程（3）清楚地表明，该系统是否在OFF模式时，WUR消耗能量。尽管如此，我们区分Ewur|off和Ewur|on作为像异步原有的一些电路，在活动消耗的能量（在接收到唤醒消息时）和非活动模式可能会非常不同。这句话连同唤醒消息的异步特性使我们考虑一个异步电路。对于这种电路的主要优点是，在WUR内部没有内部活动时，没有唤醒消息被处理。因此，对于发生的可能性很低唤醒消息时，WUR将花费其大部分时间，然而大部分消耗为静态功耗，是由于技术有关的静态泄漏。设计这样一个异步电路，我们采用了一个明确的异步技术：空公约逻辑（NCL）19，20。NCL是所谓准延迟不敏感的技术（QDI），然后更容易地设计和验证电路。其他技术，例如有界延迟，要求该数据流是通过具体的延迟控制。虽然这种解决方案涉及较少的芯片面积，它是很难使用的，重用和验证，并且它是低效率的，因为最坏情况下的延迟限制了工作频率，而QDI实现提供工作频率与电路中的平均延迟成反比。此外，如引言所述，我们决定使用一个与FPGA相比，更昂贵的解决方案，如一个ASIC，尽管它可能更好的动力表现。然而，这种选择主要遵循有低成本和快速原型平台（同时不排除ASIC实现）的愿望。FPGA兼容的选项选择不鼓励使用任何有界延迟技术，因为精确的保证延迟不容易获得，而且可能需要资源的大量。其中如26-28几个异步设计技术，我们选择了NCL来实现我们的异步WUR21，主要是因为实现复杂电路的可能性，而且还因为它是有据可查的，因为它是用于工业。NCL的范式是第一款基于该管理所有QDI技术的等时叉的假设：内基本成分中，如果一个过渡发生在两个分叉的一个端部与该过渡已被确认，则假定对叉的其他分支的输出已被确认有关时，所有的转换也发生了。所有的模块以管道状的方式排列，与同步电路：异步寄存器之间的组合部分被夹在如在图6中所描绘。此外，管道的两个不同阶段之间的的同步是通过使用数据本身。要做到这一点，对于一个完整的一体需要改变数据的表示 。图6 NCL管道的表示一个完整的陈述意味着该数据的有效性是包含在数据本身，不象在同步电路中，对于其有效性是确保与时钟信号。在其他陈述，我们决定使用简单的双导轨表示。如图7总结，每个位是使用两根导线，导致仅通过评价这些两根导线，以检测有效数据的可能性编码。那么NCL技术的数据流是由一个NULL前面的交替和数据方面，是由可以通过使用NCL寄存器，如图8所示，其中一个基本的1-bit寄存器表示。因此，数据传输是可能的，只有下一个阶段需要的数据和先前的阶段提供数据。当数据超出了寄存器，它指示前一阶段，它在等待一个NULL前，它会等到这个前面设置和下一阶段需要它。输入完整性和可观察性：此外，为了保证整体电路的正确操作和最具体的数据完整性，两个规则必须服从有效的NCL电路的解释。图7双滑轨表示图8 NCL1位寄存器最后，实现了在FPGA的WUR解决方案，我们观察到，NCL需要大量锁存元素。这主要是因为，NCL使用27门的状态保持性质。为了减少资源的使用这种特定类型的，我们提出了一种新的异步技术，称为免费NCL（SHF-NCL）。在SHF-NCL背后的基本思想是观察到某些闩锁可以删除，如果某些条件得到满足，而不会影响数据的完整性。这项技术的细节超出了本文的范围，有兴趣的读者可以发现的更多信息。在第4和5节中，我们将讨论SHF-NCL在复杂性和功耗方面的优点。3架构的设计在本节中，通过它的架构和运营的模式，我们详细提出WUR解决方案。3.1唤醒消息格式回顾WUR的主要目的是唤醒主无线电，只有当相应的输入信息是可用的，而功耗比主接收机电源要少得多，需要为唤醒消息定义一个新的格式。它开始于一个调制的使用状态更容易解调如前一节提出了的。其主要思想是避免WUR内耗电的部件如混频器，锁相环或放大器。 OOK调制是用于此目的的理想人选，因为它只需要被动元件在其基本形式解调RF波形。为了避免误报和错过唤醒消息，唤醒消息需要包含足够的信息来确定何时需要启用唤醒。否则， WUR将相当于一个RF能量检测模块和被过于频繁的主无线电唤醒。因此WUR的目的是要解码此信息，并只有当接收到的信息对应于本地参考时产生唤醒。以确保灵活性和与流行的标准，如IEEE 802.15.4 ，由唤醒消息中携带的信息的兼容性，可以使用16位或64位来定义一个节点地址。唤醒消息的帧格式，显示于图9 。该帧的第一部分是一个8位的前同步码，以避免与其他现有的干扰混淆。这个序言之后是一个1比特的选择，表明以下地址是否是16位或64位长。为了降低所需用于实现WUR （天线，发射器. ）的资源，主收发器还可以使用OOK调制。图9唤醒报文帧格式使用OOK调制的基本操作在第二节讨论了。考虑到一个唤醒消息的发射和解码之间的延迟不应超过一定的时间，因此能够修正所需代码0和1的值。此外，为了使解调更可靠，用于1高电平周期为2T。将用于代码01代替。这增加了两种类型的码元之间的鉴别。此外，为了能够区分两个不同帧，在两个唤醒消息之间需要5T的帧间间隙。唤醒消息波形的一部分的示意图示于图10。回想一下，在高次的所有符号都受到持续时间T的一个无效的间隙期间，它可以很容易地分开显示，一个信号的最大总持续时间（给定的时，所有符号都等于1并且该地址是64位长），由下式给出：因此，无论是为一个唤醒消息的发送时间施加一个最大延时，或最小数据速率给出了定义为T的倒数的最大切换率的相应值列于表3中。图10 唤醒消息。a 调制，b基带，c解调表3 仿真参数3.2总体架构 所提出的架构是描绘如图11。假定从天线以及在接收到适当的消息的接收的接收进程的信息，发送一个唤醒信号提供给主处理单元（MPU）。它主要分为两个部分称为前端和比较器，再加上以灰色显示仅通过SPI用于配置的第三部分（串行外围接口）协议。有很少的外部元件，如RC电路或延时线还需要创造必要的信息（T，2T和5T需要），解码的时间常数。诱导合适的RC延迟元件的功率消耗进行了评估在大约2.5微瓦。图11 唤醒接收器架构3.3常规操作 提出的WUR有两种不同的模式：配置模式和正常模式。在正常模式中，假定一个解调后的信号可在WUR的输入。该WUR 前端的作用基本上是对输入的数据进行解码。这是利用一个异步状态机来实现的。其流程图的简化版本，如图12所示。当检测到一个上升沿时，一些外部RC电路或延时线的控制被重新激活。我们的目标是检测下降沿是否在一定的时间间隔内T或2T后出现。类似地，当检测到下降沿时，时间常数是通过外部部件产生与输入的解调信号的下一个上升沿的期间围绕T之后应该发生的。如果不是，这被解释为接收到的消息的结束和这种情况的有效性是通过比较接收的符号与所预计的（16或64取决于选择器）的数量确定。如果接收到的符号的数目不匹配有效值之一，一个错误状态已经达到，直到检测到5T的帧间间隙来准备WUR收到另一条消息停留在该模式。WUR宣布消息无效或不采取任何行动。强大的通信需求可以设置需要进行适当的数据链路层协议的功能，如确认，校验或自动重复请求。这是留给未来的研究。图12 WUR前端流程图在参考图12 ，每个接收到的码元被发送到比较器部分，用于同时与三个参考地址对应的符号接收符号比较。要做到这一点，一个异步计数器，用于选择内的基准地址的参考符号的位置。此计数器也可以用来检测接收到的消息的结尾是否达到。它也允许不完整或过长的消息的检测。对于每个接收到的符号中，符号逐个进行比较（每三个参考地址）的结果存储在异步累积的与门。注意，在图12是异步与门的输出被反馈到其输入端，这使得它们的累计创建的异步状态机的形式。最后，这三个与门的结果通过一个或门被组合和此结果是考虑到当检测到消息的结束，这个结果是用来唤醒的主要无线电或中断MPU之一。三个引用地址可以使用支持定制具有低复杂性的简化的SPI模块进行配置。由SPI模块所需的时钟由MPU提供，因此， WUR（隐式时钟门控）的正常操作期间是不处于非活动状态。 在这三个地址，其中两个是16位长，一个是64位长。后面这种选择的想法是允许用户使用中的协议，如IEEE 802.15.4和必须有一个16位长的地址为目标的可能性指定的网络（16位）和介质访问控制（64位）的地址一个子组的网络中。但是，用户可以改变使用这些地址，以使其适应应用程序。4结果与讨论在本节中关于所提出的方案的复杂性和功耗有关的结果进行说明。结果集中使用NCL的技术，但是使用SHF-NCL和一个功能相当的同步架构具有相同WUR解决方案的比较提出了建议。可使用与图13所示Actel的开发工具包的AGLN250V2这些成果均已取得。图13 Actel的开发工具包中的AGLN250V2 FPGA4.1复杂性表4总结了用于使用NCL和SHF-NCL提出的解决方案的资源。此外，该表还报告了使用计数器来估计输入方面的持续时间，以便确定接收的信号是否为1或0的等效同步解决方案的复杂性。同步设计还采用同步电路的地址比较。当与一个等效的同步解决方案相比，在资源方面使用，它似乎清楚地表明使用完整的数据表示异步解决方案引入了一个重要的开销。这也是由于一个简单的处理时使用的，而不是一个复杂的异步状态机定时器解码数据。被实现的同步设计为69，比NCL设计不太复杂。然而，SHF-NCL设计比NCL设计简单8.5。此资源减少可能看起来低，但在某些情况下它可能足以改变FPGA大小。表4 在ACTEL基本要素的资源需求计算4.2耗电量为了估计所建议的解决方案消耗的功率，我们使用由Actel提供的智能电源工具。该软件具有多种工作模式来估计基于模型预测FPGA的静态和动态功耗的功耗。该模型是已知的，以产生估计非常接近真实值。我们用我们的架构的所有网作为智能电动工具的投入刺激的反应有更准确的结果。当WUR在配置模式（SPI）和正常模式时，在不同时钟频率的NCL的解决方案被总结在表5。用于配置模式的切换率是平常SPI协议时钟速率（ 1到2 MHz ） ，和一个典型的低功耗微控制器时钟（32 kHz ） 。在正常模式时，我们使用了先前从延时和数据速率的限制产生的频率（见表3） 。此外，表7显示了当使用NCL，SHFNCL或同步设计技术为22 kHz的平均触发率实现所提出的架构的静态和动态功耗。对于同步设计中，我们假定该时钟频率为T的反转值10倍，以便有大约10点的每个周期T。表5 NCL在配置和正常模式的功耗为电源供电1.2V表6 NCL，SHF-NCL和等效同步解决方案的功耗为1.2伏的电源供电和22千赫兹的平均切换率表7 WUR特性比较表5和表6表明，所提出的方案的低功率应用动态功耗是相当高的。这主要是由于使用FPGA解决方案，额外的未使用的内部资源，输入/输出（I / O）与重要的电容和未使用引脚库的选择。4.3平均动态功耗从表5和表6以上的报道推测，唤醒消息不断收到，这是与ETCOM假设直接矛盾。因此，在图14，我们显示的平均动态功耗与发生频率的演变。我们得到这些结果为250 kbps的平均输入切换率和1.2 V电源电压。在同步解决方案的静态功耗的差异是由I / O块的用于相同的FPGA数量减少的说明。因此，尽管相对高动态功耗，一个异步的解决方案的主要优点之一是示于图14：动态功耗取决于fWU。对于ETCOM应用，发生唤醒消息的这个频率应该是低电平，从图14看来，当fWU 是由小于5秒唤醒消息（这是远高于一些预期应用的预期fWU ）,异步的解决方案的动态功耗变得完全可以忽略不计。如果我们用5 UW作为一个重要阈值（这是我们测量了在Vdd = 0.8 V ，据报道在下一节中的最小静态功耗）的动态功耗，这是只有当信息传输速率每秒超过20次（见图14 ） 。在ETCOM模式和最实用的情况下，异步解决方案动态功耗是微不足道的，整体功耗由静态功耗确定的。图14也证明了使用同步解决方案是低效的这种类型的应用中，因为动态功率消耗不能忽略。此外，表6表明，当与NCL相比，SHF-NCL的解决方案动态功率消耗减少50。图14 动态功耗与NCL解决方案的唤醒消息的出现频率的模拟演化4.4静态功耗由于静态功耗在ETCOM应用中极为重要的，我们试图减少它。一种解决方案是使用一个ASIC的解决方案，特别是避免了未使用的资源。然而，在使用FPGA，也可以减小电源电压。图15显示了静态功耗，当电源电压下降的变化。这种技术可以用来减小静态功耗，这将在第5节进行说明。图16给出在相同的FPGA来验证电路的正确操作执行的异步计数器的至少显著位（LSB）的照片中，电源电压降低，如图所示（1.52与0.84 V）。它也表明，异步电路能适应广泛的环境参数（输出频率降低，以适应关键路径的延迟的增加，同时保持相同的功能）。图15和16表明，对于所选择的AGLN250V2 FPGA，电源电压可降低到850毫伏，从而导致低于5 uW的一个测量的静态功耗。图16证实了一个异步计数器，它具有定时特性相当于我们WUR与一个840毫伏的电源电压的功能。也预期的动态功耗的显著减少时，作为所建议的电源电压被降低。图15 静态电源电流与电源电压的测量演化图16当VDD下降时捕获的LSB工作异步计数器4.5系统功耗最后，图17给出了系统的功耗发生一个唤醒消息，fWU，对NCL解决方案， SHFNCL解决方案和等效同步解决方案的不同频率的评估。图17 唤醒消息的平均系统功耗演变利用（3）基于模拟评估，从测量值，并与智能电源，同时假设以下组件和它们的特性指定为系统（节点）架构的功耗组件的结果已经得出： 主无线电控制器是MRF24J40MA; 该MPU是一个超低功耗PIC这两个组成部分受益于几种睡眠模式，更加明确了MPU的功耗在深度睡眠模式仅为几十纳安。参见图18，估算系统电池寿命假设为400毫安时的锂离子电池。类似的分析进行假设不同的电池容量和即使定量的结果是不同的，结果是定性地相同。考虑到包括微控制器和主广播的完整体系，我们在图18表明，电池的使用寿命可超过1年。 图18系统的自主演化 5对比在这一部分中，与现有的WUR设计的比较。据作者所知，有文献报道没有类似的异步FPGA兼容WUR架构。然而，一些WUR架构，大多是基于专用集成电路。因此，在表7中，我们提出了一个国家的最先进的WUR不同体系结构的主要属性的摘要。第一观察是，当与 23 比较，所提出的方案具有功耗在较低的范围内的先前报告的实现，在2和50 uW的之间的范围内，尽管所造成的FPGA的损失。此外，所提出的架构具有与所接收到的唤醒消息进行比较三个参考地址。这减少了误报，将是极大的易损整体功耗。在文献 23 ，应用程序的类型是WBAN 。尽管极低的功耗，接收到不针对所考虑的节点唤醒消息中的每个时间，主要无线电导通时，整体功耗增大。看来检测错误的概率被忽视。此外，作为FPGA的兼容，我们的解决方案可以在低容量，低成本的应用程序中实现，避免了NRE成本。此外，它允许快速原型设计和适应不断变化的应用需求。最后，在表7中，其中（A）表示的异步和（S）表示同步，我们建议，提供完全异步的数字信号处理的唯一解决方案。异步在低占空比应用方面已被证明是非常重要的低功耗设计，因为内部活动是直接依赖于唤醒消息的存在。的确，当没有检测到唤醒消息，建议WUR停留在仅消耗的静态功率消耗，这是不针对所有其它参考设计的情况下的固有睡眠模式。当没有导致检测的特定节点（噪音，破坏消息的有效信息或没有地址匹配RF活动），我们WUR的功耗与静态功耗相比肯定上升， 但是这是一个领域，我们所提出的解决方案可能证明非常有益的。由无效的消息，或针对其他节点的消息刺激了表征功耗是留给未来的研究。然而，预期到的处理无效的消息的总能量预算的贡献要低。本文提出的解决方案是唯一一个允许配置参考地址，这似乎是一个关键功能集成于一个系统，其中有具体的功能互补很多寻址节点。6结束语在本文中，我们提出了一个基于FPGA兼容的异步WUR ，只有当特定消息发送给接收机，才能被唤醒。例如WUR的功耗需要远低于主无线电的功率消耗，并且必须将其唤醒，同时避免误报和错过的消息。在这方面，我们提出了一种完全异步WUR架构能够解码所接收的OOK调制唤醒消息。我们提出我们的架构中使用NULL公约异步逻辑设计方法的第一个版本。然后，基于由作者在其他地方提出的异步设计技术，我们为了减少资源的复杂性和功率消耗实现的SHF- NCL版本。我们发现，SHF- NCL建议WUR架构的降低功耗降低了复杂性。此外，要强调使用异步电路的优点，我们比较了所提出的方案与等效的同步，并表明，尽管三次不太复杂的体系结构的同步解决方案，功能上等价的同步设计的动态功耗是10到20倍。因为WUR是异步的，我们发现，当唤醒消息的出现频率是每秒20次以下时，其整体功耗是由它的静态功耗为主。这使得异步解决方案比同步的，更加高效。然后我们试图通过降低供电电压FPGA的静态功耗，而我们达到约850毫伏，其中功能保留，静态功耗为5 uW的一个点。耗电仅5 uW的，它表明，在FPGA上实现的WURs是针对几年的自主性，而使用小型电池应用的可行的解决方案。开放存取本文是根据Creative Commons署名许可，允许任何使用，分发的条款分发，并在任何媒介的复制，提供的原始作者（S）和源均计入。参考文献1. 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