62、物联网安全漏洞降低与新型电压电平提升移位器设计

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于 2025-07-28 13:16:31 发布

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分类专栏：探索电气工程与智能科技的未来文章标签：物联网安全漏洞降低电压电平转换器

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物联网安全漏洞降低与新型电压电平提升移位器设计

1. 物联网安全漏洞降低相关情况

在现有的框架中，每日日志的数据集已经准备好，无需额外的负担，只需进行必要的修改，数据集就可以用于预测。对于该模块的部署，无需对框架进行更改，只需在服务器端添加该模块，所有的预测和分类将仅在服务器端进行，无需任何干预。这使得现有的物联网环境进入智能时代，它可以自行检测违规和漏洞，一旦识别出违规行为，就可以立即部署和升级快速解决方案。

2. 新型电压电平提升移位器设计

2.1 背景与目标

如今，双电源电压概念在VLSI设计中被广泛采用，以降低功耗。电平转换器有助于将小电压转换为大电压。本文提出了一种基于Wilson电流镜的电平转换器，作为一种低功耗、高效能的电平转换器。该推荐设计使用Cadence Virtuoso和45 nm技术实现。在1 MHz频率下，输入电压范围为0.5 V至1 V时，功耗为1.92 nW，延迟为0.96 nS。未来，所提出的架构可能会使用更少的晶体管来实现，从而改善延迟和功耗。

其目标是提供较短的延迟时间和有效的输出功率，构建一个具有短固定功率的有效电路。动机在于接口设备经常使用电平转换器，为避免任何额外的嵌入式逻辑，我们采用了电平转换器，无需额外的集成逻辑就可以转换逻辑电平。

2.2 现有电平转换器技术回顾

CVS方案 ：在双VDD系统中，首次采用集群电压缩放（CVS）进行电平转换，以最小化芯片面积。CVS方案在进行电平转换时关注延迟、能量和面积损失。
多电源技术创建的电平转换器 ：采用多电源技术创建电平转换器，上拉网络采用双级交叉耦合方法设计。额外的PMOS与上拉结构的第一级并联，以提高上拉网络的效能。该电路使用90 nm CMOS技术创建，可将电压从100 mV转换为1 V。在1 MHz下，对于200 mV的源信号，固定耗散功率为8.7 nW，广播延迟为8.7 nW，每次转换的总力仅为77 fJ。
差分级联电压开关技术构建的LS ：使用差分级联电压开关技术构建LS，输出级采用分裂逆变器以降低功耗。该设计在180 nm CMOS技术中实现，能够将100 mV的源信号转换为1.8 V。对于400 mV源信号转换为1.8 V的传播延迟为31.7 ns，标准稳态电位小于60 pW，每次转换的活力为173 fJ。
调节交叉耦合（RCC）技术创建的电平转换器 ：电平转换器的上拉结构采用调节交叉耦合（RCC）技术创建。使用180 nm CMOS技术进行后布局仿真，该转换器可将80 mV的低电压转换为1.8 V。对于最小/最大电源电压为0.4/1.8 V和输入频率为1 MHz的情况，能量分散和传输延迟分别为123.1 nW和23.7 ns。
新型电压均衡器可变配置 ：开发了一种新型电压均衡器可变配置，可同时执行上下电平可变服务。它采用传输门和多路复用器，选择线为输入电压，输入线为电源电压，网络的其余部分用作电平上移或下移转换器。该系统可用于需要低功耗和快速速度的应用，能将0.4 V转换为1 V，并能将1 V电平降至0.4 V。
基于WCM和CMOS逻辑门架构的电压电平转换器 ：创建了一种基于WCM和CMOS逻辑门架构的电压电平转换器，用于DVS应用。该新型电平转换器的开发考虑了以下因素：辅助阈值电压修改的轮廓范围更小；在超过临界操作时功耗小；在控制空间内有合理的上升和下降时间延迟；工作范围不受晶体管尺寸或阈值电压特性的影响；具有双向电平转换活动。
其他技术 ：还介绍了多种其他技术，如使用传输门设计的电平转换器具有稳定的占空比和高速性能；采用改变的Wilson电流镜电路MTCMOS技术的新型电压电平转换器设计，可减少功耗并限制泄漏功耗；使用半锁存方法结合电流镜技术的设计等。

2.3 设计方法

建议的电压电平转换器电路如图1所示，采用Wilson电流镜电平转换器方法建模。它有三个分支：输入、输出和电压转换。
|分支|组成|
| ---- | ---- |
|输入分支|由具有低阈值PMOS和NMOS晶体管的CMOS反相器组成|
|电压转换分支|由为电压转换设计的电流限制器组成，上拉网络中包含电流镜|
|输出分支|由分裂逆变器组成，分裂逆变器提供高VDD|

当输入A为高电平时，MN1晶体管被触发，节点Q1被设置为0（接地），导致MP1晶体管激活，Q3变低。由于输入为VDDL，MN2导通，通过关闭MP2、MP3、MP4和MP5对Q2充电。因为Q3和Q1接地，MP6和MN3分别导通和截止。

graph TD
    A[输入A为HIGH] --> B[MN1触发]
    B --> C[节点Q1置0]
    C --> D[MP1激活]
    D --> E[Q3变低]
    A --> F[MN2导通]
    F --> G[关闭MP2、MP3、MP4和MP5]
    G --> H[Q2充电]
    C --> I[MP6导通]
    C --> J[MN3截止]

综上所述，本文介绍了物联网安全漏洞降低的相关情况以及新型电压电平提升移位器的设计。物联网模块的部署可提升物联网环境的安全性，而新型电平转换器设计在降低功耗和延迟方面具有潜力，未来有望进一步优化。

物联网安全漏洞降低与新型电压电平提升移位器设计

3. 现有电平转换器技术的优缺点分析

为了更清晰地了解各种电平转换器技术的特点，下面对上述提到的技术进行优缺点分析：
|技术名称|优点|缺点|
| ---- | ---- | ---- |
|CVS方案|可最小化芯片面积|关注延迟、能量和面积损失，可能存在一定性能损耗|
|多电源技术创建的电平转换器|能提高上拉网络效能，可实现较宽电压转换范围|特定电压下固定耗散功率和广播延迟相对较大|
|差分级联电压开关技术构建的LS|输出级采用分裂逆变器降低功耗|传播延迟较长，标准稳态电位和每次转换活力较高|
|调节交叉耦合（RCC）技术创建的电平转换器|可实现低电压到高电压的转换|能量分散和传输延迟相对较大|
|新型电压均衡器可变配置|可同时执行上下电平可变服务，适用于低功耗快速应用|技术相对较新，可能存在稳定性问题|
|基于WCM和CMOS逻辑门架构的电压电平转换器|多方面性能表现较好，工作范围不受晶体管尺寸等影响|设计可能相对复杂|
|使用传输门设计的电平转换器|具有稳定的占空比和高速性能|可能不适用于所有电压范围|
|采用改变的Wilson电流镜电路MTCMOS技术的新型电压电平转换器设计|可减少功耗并限制泄漏功耗|可能需要特定的工艺支持|
|使用半锁存方法结合电流镜技术的设计|有一定的性能表现|对输入电压有一定要求，输入电压过低可能无法工作|

4. 新型电压电平提升移位器的优势

与现有的电平转换器技术相比，本文提出的基于Wilson电流镜电平转换器具有明显的优势。从功耗方面来看，在1 MHz频率下，输入电压范围为0.5 V至1 V时，功耗仅为1.92 nW，远低于许多其他技术。例如，多电源技术创建的电平转换器在200 mV源信号下固定耗散功率为8.7 nW。在延迟方面，该设计的延迟为0.96 nS，也优于大部分现有技术，如差分级联电压开关技术构建的LS传播延迟为31.7 ns。

此外，该设计采用的Wilson电流镜方法在电压转换方面具有较好的稳定性和效率。通过合理设计输入、输出和电压转换分支，能够有效地将小电压转换为大电压，同时保证较低的功耗和延迟。而且，未来有望通过使用更少的晶体管进一步改善性能，具有很大的发展潜力。

5. 总结与展望

本文围绕物联网安全漏洞降低和新型电压电平提升移位器设计展开了详细的介绍。在物联网方面，通过在服务器端添加模块，可实现对物联网环境中违规和漏洞的自行检测与快速解决方案的部署，提升了物联网的安全性和智能性。

在电压电平转换器设计方面，回顾了多种现有技术，并分析了它们的优缺点。在此基础上提出的基于Wilson电流镜电平转换器具有低功耗、低延迟等显著优势，为VLSI设计中降低功耗和提高性能提供了新的思路和方法。

未来，对于物联网安全，可进一步研究如何更精准地检测和防范各种复杂的攻击，提高系统的鲁棒性。对于电压电平转换器，可深入探索使用更少晶体管实现设计的具体方法，进一步优化性能，使其在更多的应用场景中发挥更大的作用。

graph LR
    A[物联网安全] --> B[服务器端模块部署]
    B --> C[检测违规和漏洞]
    C --> D[快速解决方案部署]
    E[电压电平转换器设计] --> F[回顾现有技术]
    F --> G[分析优缺点]
    G --> H[提出新型设计]
    H --> I[低功耗低延迟优势]
    I --> J[未来优化方向]

总之，物联网安全和电压电平转换器设计都是当前电子技术领域的重要研究方向，本文的研究成果为相关领域的发展提供了有价值的参考。