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Este trabalho trata da aplicação de técnicas de minimização de consumo de potência para blocos digitais para o algoritmo de SAD e o decodificador H.264/AVC Intra-Only. Na descrição de hardware são acrescidas as técnicas de paralelismo e pipeline. Na síntese física e lógica, incluem-se as técnicas de inativação do relógio ( clock gating), múltiplas tensões de threshold, diferentes tecnologias e diferentes tensões de alimentação. A síntese é feita nas ferramentas da CadenceTM com exploração arquitetural e apresenta uma menor energia por operação, quando exigido desempenho equivalente (isoperformance ) para SAD, em baixa frequência, alto paralelismo e, principalmente, com um estágio de pipeline. Além disso, tecnologias CMOS mais avançadas diminuem o consumo de potência dinâmica e, em alguns casos, também diminuem a potência estática por gate equivalente, se utilizadas células High-VT e tensão de alimentação a menor possível. Outro fator a ser destacado é o uso do clock gating que no caso das arquiteturas de SAD, em vez de diminuir, aumenta o consumo de potência dinâmica. Neste trabalho foi realizada a síntese do decodificador Intra-Only. O decodificador com clock gating apresenta um menor consumo de potência, mostrando um caso em que esta técnica é benéfica. Além disso, a utilização de uma tecnologia CMOS 65 nm e, consequentemente, tensão de alimentação menor, levou a uma sensível diminuição no consumo de potência em relação a outros trabalhos similares. / This work presents low-power techniques applications to digital blocks in the SAD algorithm and in the Intra-Only H.264/AVC decoder. In the hardware description, we add parallelism and pipeline techniques. In the logical and physical synthesis exploration, includes the clock gating, multiple threshold voltage, different technologies and multiple supply voltage. The synthesis are done in the CadenceTM tools and show a smaller energy per operation in isoperformance for SAD at low frequency, high parallelism and, mainly, with one pipeline stage. In addition to that, more advanced CMOS technologies decrease the dynamic power consumption and, also, decrease the static power for equivalent gates, if using High-VT cells and lowest possible power supply. Another factor is the clock gating use that in the SAD architecture, instead of decreasing, increases the dynamic power consumption. In this work the design of an Intra-Only H.264/AVC Decoder was performed. This design with clock gating presents lower power consumption, showing a case in which this technique is beneficial in terms of dynamic power. Besides that, the 65 nm CMOS technology uses a lower power supply, resulting in lower power consumption in comparison to other related works.

Este trabalho trata da aplicação de técnicas de minimização de consumo de potência para blocos digitais para o algoritmo de SAD e o decodificador H.264/AVC Intra-Only. Na descrição de hardware são acrescidas as técnicas de paralelismo e pipeline. Na síntese física e lógica, incluem-se as técnicas de inativação do relógio ( clock gating), múltiplas tensões de threshold, diferentes tecnologias e diferentes tensões de alimentação. A síntese é feita nas ferramentas da CadenceTM com exploração arquitetural e apresenta uma menor energia por operação, quando exigido desempenho equivalente (isoperformance ) para SAD, em baixa frequência, alto paralelismo e, principalmente, com um estágio de pipeline. Além disso, tecnologias CMOS mais avançadas diminuem o consumo de potência dinâmica e, em alguns casos, também diminuem a potência estática por gate equivalente, se utilizadas células High-VT e tensão de alimentação a menor possível. Outro fator a ser destacado é o uso do clock gating que no caso das arquiteturas de SAD, em vez de diminuir, aumenta o consumo de potência dinâmica. Neste trabalho foi realizada a síntese do decodificador Intra-Only. O decodificador com clock gating apresenta um menor consumo de potência, mostrando um caso em que esta técnica é benéfica. Além disso, a utilização de uma tecnologia CMOS 65 nm e, consequentemente, tensão de alimentação menor, levou a uma sensível diminuição no consumo de potência em relação a outros trabalhos similares. / This work presents low-power techniques applications to digital blocks in the SAD algorithm and in the Intra-Only H.264/AVC decoder. In the hardware description, we add parallelism and pipeline techniques. In the logical and physical synthesis exploration, includes the clock gating, multiple threshold voltage, different technologies and multiple supply voltage. The synthesis are done in the CadenceTM tools and show a smaller energy per operation in isoperformance for SAD at low frequency, high parallelism and, mainly, with one pipeline stage. In addition to that, more advanced CMOS technologies decrease the dynamic power consumption and, also, decrease the static power for equivalent gates, if using High-VT cells and lowest possible power supply. Another factor is the clock gating use that in the SAD architecture, instead of decreasing, increases the dynamic power consumption. In this work the design of an Intra-Only H.264/AVC Decoder was performed. This design with clock gating presents lower power consumption, showing a case in which this technique is beneficial in terms of dynamic power. Besides that, the 65 nm CMOS technology uses a lower power supply, resulting in lower power consumption in comparison to other related works.

Este trabalho trata da aplicação de técnicas de minimização de consumo de potência para blocos digitais para o algoritmo de SAD e o decodificador H.264/AVC Intra-Only. Na descrição de hardware são acrescidas as técnicas de paralelismo e pipeline. Na síntese física e lógica, incluem-se as técnicas de inativação do relógio ( clock gating), múltiplas tensões de threshold, diferentes tecnologias e diferentes tensões de alimentação. A síntese é feita nas ferramentas da CadenceTM com exploração arquitetural e apresenta uma menor energia por operação, quando exigido desempenho equivalente (isoperformance ) para SAD, em baixa frequência, alto paralelismo e, principalmente, com um estágio de pipeline. Além disso, tecnologias CMOS mais avançadas diminuem o consumo de potência dinâmica e, em alguns casos, também diminuem a potência estática por gate equivalente, se utilizadas células High-VT e tensão de alimentação a menor possível. Outro fator a ser destacado é o uso do clock gating que no caso das arquiteturas de SAD, em vez de diminuir, aumenta o consumo de potência dinâmica. Neste trabalho foi realizada a síntese do decodificador Intra-Only. O decodificador com clock gating apresenta um menor consumo de potência, mostrando um caso em que esta técnica é benéfica. Além disso, a utilização de uma tecnologia CMOS 65 nm e, consequentemente, tensão de alimentação menor, levou a uma sensível diminuição no consumo de potência em relação a outros trabalhos similares. / This work presents low-power techniques applications to digital blocks in the SAD algorithm and in the Intra-Only H.264/AVC decoder. In the hardware description, we add parallelism and pipeline techniques. In the logical and physical synthesis exploration, includes the clock gating, multiple threshold voltage, different technologies and multiple supply voltage. The synthesis are done in the CadenceTM tools and show a smaller energy per operation in isoperformance for SAD at low frequency, high parallelism and, mainly, with one pipeline stage. In addition to that, more advanced CMOS technologies decrease the dynamic power consumption and, also, decrease the static power for equivalent gates, if using High-VT cells and lowest possible power supply. Another factor is the clock gating use that in the SAD architecture, instead of decreasing, increases the dynamic power consumption. In this work the design of an Intra-Only H.264/AVC Decoder was performed. This design with clock gating presents lower power consumption, showing a case in which this technique is beneficial in terms of dynamic power. Besides that, the 65 nm CMOS technology uses a lower power supply, resulting in lower power consumption in comparison to other related works.

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<div>Electrical nerve stimulation (ENS) is an emerging therapy for many neurological disorders. Compared with conventional one-way stimulations, closed-loop ENS approaches increase the stimulation efficacy and minimize patient's discomfort by constantly adjusting the stimulation parameters according to the feedback biomarkers from patients. Wireless neurostimulation devices capable of both stimulation and telemetry of recorded physiological signals are welcome for closed-loop ENS systems to improve the quality and reduce the costs of treatments, and real-time digital signal processing (DSP) engines processing and extracting features from recorded signals can reduce the data transmission rate and the resulting power consumption of wireless devices. Electrically-evoked compound action potential (ECAP) is an objective measure of nerve activity and has been used as the feedback biomarker in closed-loop ENS systems including neural response telemetry (NRT) systems and a newly proposed autonomous nerve control (ANC) platform. It's desirable to design a DSP engine for real-time processing of ECAP in closed-loop ENS systems. </div><div><br></div><div>This thesis focuses on developing the DSP architecture for real-time processing of ECAP, including stimulus artifact rejection (SAR), denoising, and extraction of nerve fiber responses as biomedical features, and its VLSI implementation for optimal hardware costs. The first part presents the DSP architecture for real-time SAR and denoising of ECAP in NRT systems. A bidirectional-filtered coherent averaging (BFCA) method is proposed, which enables the configurable linear-phase filter to be realized hardware efficiently for distortion-free filtering of ECAPs and can be easily combined with the alternating-polarity (AP) stimulation method for SAR. Design techniques including folded-IIR filter and division-free averaging are incorporated to reduce the computation cost. The second part presents the fiber-response extraction engine (FREE), a dedicated DSP engine for nerve activation control in the ANC platform. FREE employs the DSP architecture of the BFCA method combined with the AP stimulation, and the architecture of computationally efficient peak detection and classification algorithms for fiber response extraction from ECAP. FREE is mapped onto a custom-made and battery-powered wearable wireless device incorporating a low-power FPGA, a Bluetooth transceiver, a stimulation and recording analog front-end and a power-management unit. In comparison with previous software-based signal processing, FREE not only reduces the data rate of wireless devices but also improves the precision of fiber response classification in noisy environments, which contributes to the construction of high-accuracy nerve activation profile in the ANC platform. An application-specific integrated circuit (ASIC) version of FREE is implemented in 180-nm CMOS technology, with total chip area and core power consumption of 19.98 mm² and 1.95 mW, respectively. </div><div><br></div>