第九届集创赛杯赛题目——国家集创中心杯
国家集创中心杯
一、杯赛题目：定制化智能传感器芯片应用设计
二、参赛组别：A组、B组
三、赛题背景：
随着产业数字化、智能化的发展，各类高性能智能传感器得到越来越广泛的应用。智能传感器通常由敏感元件、数字化模拟前端电路、微处理器、通讯模块及软件算法等组成，具备自学习和自诊断的能力，因此被视为未来智能系统中的关键组件。
四、赛题任务：自选一种智能传感器应用场景，设计一款定制化智能传感器模拟前端芯片，鼓励展开器件、电路、算法及系统应用等方面的综合式创新。设计需要包含模数转换器（必需）等模拟电路和相关数字算法电路（包括但不限于数据处理、模数转换器的自校准、传感器的自调整与补偿、神经网络等）。该电路可满足一种或多种测量场景应用（包括但不限于温度测量、压力测量、声音测量、光学测量、气体测量、电流测量、磁场测量、心电图测量和脑电图测量）。
五、评价指标：传感器部分：选择一种传感器，详细描述其特性、输入输出、非理想因素及特定应用场景等信息，鼓励对此传感器进行建模。
模拟部分：设计一款适用于该传感器的ADC电路，推荐指标如下。如传感器要求超出本指标，可以经充分论证后突破本推荐指标。
1．工作温度：-40℃～+105℃
2．工作电压：标准条件下1.8V
3．ADC带宽：100kHz ~ 10MHz (范围内自选)
4．ADC分辨率：≥12bit
5．输入失调电压：≤1mV
6．差模输入范围：≥2VPP
7．共模输入电压：0.9V
8．能效：ADC品质因数(FoMs)≥160dB
9．数字和算法部分：针对次传感器和ADC，针对性的设计包括但不限于数据处理、模数转换器的自校准、传感器的自调整与补偿、神经网络等模块，以实现在特定场景下性能优越的应用指标。
10．工艺：不限
六、附加题或进阶指标：
1．版图及后仿真覆盖
完成芯片所有模拟部分的版图、DRC/LVS验证、版图设计报告。
完成模拟部分为后仿真、数字部分为Verilog RTL代码的混合仿真（极限PVT，至少覆盖3种情况）。
2．传感器选型及建模
针对所设计的芯片系统进行传感器选型，并采用Verilog A 等方法进行传感器建模，鼓励自主设计传感器。
3．系统方案设计
根据传感器选型及电路设计方案，遵循MVP（“Minimum Viable Product”，即“最小可行性产品”）的设计原则设计传感器测试系统原型。鼓励对芯片系统原型选用现有芯片成品（可外购）进行系统性能测试和功能演示。
鼓励根据智能传感器应用场景，设计传感器自检测及自校准方案。
七、杯赛阶段及提交内容：
1．中期汇报
中期报告，包括团队介绍、芯片系统方案规划、项目规划（时间、分工等）方案的文字说明。
2．初赛和企业技术评分：
（1）设计报告：系统架构（框图）分析、关键技术原理分析（Word文档+PDF报告）。
（2）仿真报告：模型仿真报告＋电路仿真报告（Word文档+PDF报告）。
（3）建模数据包：建模原始文件（ZIP数据包）。
（4）电路数据包：电路库、仿真库（ZIP数据包）。
初赛阶段评分指标（总分100分）：
大项 | 内容 | 分值 | 评分要求 |
性能指标 | 1.电路指标 | 50分 | 1. 满足工作模式下前仿真指标（包括蒙特卡洛及PVT下的仿真）（50分）。 2. 若整体性能未达标，可以分析未达标原因，以及模块级指标的达标情况和对整体指标的贡献，从而获得部分分数。 |
2.系统建模 | 15分 | 1. 理想模型（5分）。 | |
2. 电路非理想模型（5分）。 3. 传感器的Verilog A建模（5分）。 | |||
优化指标 | 创新及架构能力 | 20分 | 1. 系统架构、电路结构、传感器模型、数字算法是否创新（10分）； 2. 局部指标是否有领先性（10分）。 |
文档质量 | 设计仿真报告 | 15分 | 1. 设计方案原理分析合理、逻辑清晰（5分）。 |
2. 仿真验证报告内容详细充分（10分）。 |
3．分赛区决赛提交内容
（1）答辩PPT：系统架构介绍、传感器介绍、关键技术介绍、建模结果、电路设计及版图、仿真方案及结果。
（2）设计报告：系统结构分析、关键技术原理分析、电路设计及版图说明（Word文档+PDF报告）。
（3）仿真报告：模型仿真报告＋电路仿真报告+非理想因素仿真分析（Word文档+PDF报告）。
（4）建模数据包：建模原始文件（ZIP数据包）。
（5）电路数据包：电路库、版图库、仿真库（ZIP数据包）。
（6）传感器数据包：传感器设计说明（可选）、仿真及模型库（ZIP数据包）。
分赛区决赛阶段评分指标（总分100分）：
大项 | 内容 | 分值 | 评分要求 |
性能指标 | 1.电路指标 | 30分 | 1. 满足工作模式下前仿真指标。 （5分） 2. 满足工作模式下后仿真指标。 （10分） 3. 考虑非理想性等因素，进行蒙特卡洛及PVT等仿真。（15分） 4. 若整体性能未达标，可以分析未达标原因，以及模块级指标的达标情况和对整体指标的贡献，从而获得部分分数。 |
2.系统仿真 | 15分 | 1. 考虑传感器模型。（5分） | |
2. 电路非理想模型（5分） | |||
3. 模型与电路进行联合仿真、调试。（5分） | |||
优化指标 | 创新性、系统性、实用性 | 40分 | 1. 系统架构、电路结构、传感器、算法是否创新；（20分） 2. 局部指标是否有领先性。（10分） 3. 指标定义是否有应用背景、系统分析、成本分析、能否言之有理。（10分） |
文档质量 | 设计仿真报告 | 15分 | 1. 设计方案原理分析合理、逻辑清晰。（5分） |
2. 仿真验证报告内容详细充分。（10分） |
4．总决赛提交内容（答辩部分）
（1）答辩PPT：系统架构介绍、传感器介绍、关键技术介绍、建模结果、电路设计及版图、仿真方案及结果。
（2）设计报告：系统结构分析、关键技术原理分析、电路设计及版图说明。（Word文档+PDF报告）
（3）仿真报告：模型仿真报告＋电路仿真报告+非理想因素仿真分析。（Word文档+PDF报告）
（4）建模数据包：建模原始文件。（ZIP数据包）
（5）电路数据包：电路库、版图库、仿真库。（ZIP 数据包）
（6）传感器数据包：传感器设计说明（可选）、仿真及模型库。（ZIP数据包）
（7）系统原型：系统设计报告、实物照片、展示视频。（ZIP数据包）
全国决赛阶段评分指标（总分100分）：
大项 | 内容 | 分值 | 评分要求 |
性能指标 | 1.电路指标 | 15分 | 1. 满足工作模式下前仿真指标。 （5分） 2. 满足工作模式下后仿真指标。 （5分） 3. 考虑非理想性等因素，进行蒙特卡洛及PVT等仿真。（5分） 4. 若整体性能未达标，可以分析未达标原因，以及模块级指标的达标情况和对整体指标的贡献，从而获得部分分数。 |
2.系统仿真 | 10分 | 1. 考虑传感器模型（5分） | |
2. 模型与电路进行联合仿真、调试。（5分） | |||
优化指标 | 创新性、系统性、实用性 | 40分 | 1. 系统架构、电路结构、传感器、算法是否创新；（20分） 2. 局部指标是否有领先性。（10分） 3. 指标定义是否有应用背景、系统分析、成本分析、能否言之有理。（10分） |
文档与现场答辩 | 1.设计仿真报告 | 5分 | 1. 设计方案原理分析合理、逻辑清晰。（3分） |
2. 仿真验证报告内容详细充分。（2分） | |||
2.现场答辩 | 15分 | 1. 答辩表现。（5分） 2. 回答问题表现。（10分） | |
3. 现场演示 | 15分 | 1. 主要功能是否完整（8分） 2. 交互效果（5分） 3. 讲解说明效果。（2分） |
5．其他说明
（1）PVT Corner 说明
FAST T=-40°C、Process=FF、VDD= Vdd*1.1；
SLOW T=105°C、Process=SS、VDD= Vdd*0.9；
Typical T=27°C、Process=TT、VDD= Vdd*1.0。
鼓励从实际应用性能出发，增加PVT和蒙特卡洛仿真。
八、参赛说明
1．参加企业命题杯赛的作品，杯赛出题企业有权在同等条件下优先购买参加本企业杯赛及单项奖获奖团队作品的知识产权。
2．大赛组委会和杯赛企业对参赛作品的提交材料拥有使用权和展示权。
3．参赛项目可以参考现有公开发表的文献和论文内容，但应当在技术论文和答辩PPT中注明来源，且不能将参考的内容作为自己作品的创新部分。
九、参考资料：
1．CMOS Cascade Sigma-Delta Modulators for Sensors and Telecom Error Analysis and Practical Design,R.del Rio, F.medeiro,B. Peres-Verdu, J.M.de la Rosa
2．Understanding Delta-Sigma DATA Converters,Shanti Pavan, Richard Scheier, Gabor C.Temes
3．传感器原理（第四版）姚恩涛等著
4．微传感器与接口集成电路设计/王高峰,程瑜华,吴丽翔等 著
5．中国(无锡)物联网研究院, 中国智能传感器产业发展报告. 2023
（请参赛团队务必有一名成员添加报名杯赛的答疑钉钉群中，以便及时获取杯赛最新通知及进展，避免遗漏重要信息，群号码及入群方式：点击查看）
