時間：2023-10-10 16:08:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路設(shè)計前景，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關(guān)鍵詞】集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè) 發(fā)展作用 發(fā)展趨勢
1 中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程
集成電路又稱IC（Integrated Circuit），自從1958年第一塊集成電路誕生后得到了快速的發(fā)展。在整體機中，集成電路在計算機中的應(yīng)用最為廣泛，緊接著是通訊行業(yè)，然后是電子消費類行業(yè)。集成電路按結(jié)構(gòu)分類可以分為單片集成電路和混合集成電路兩大類。20世紀(jì)初世界上第一個電子管面世。到20世紀(jì)60年代我國的第一塊集成電路研制成功，比世界上第一塊集成電路晚了七年的時間。而且在這期間雙極型和MOS型電路的出現(xiàn)催生了集成電路產(chǎn)業(yè)的形成。20世紀(jì)90年代PC成為IC技術(shù)和市場發(fā)展的主要推動力。到了21世紀(jì)，智能終端和汽車電子將成為IC技術(shù)和市場發(fā)展的新的推動力。
2 中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用
現(xiàn)代社會的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化的速度越來越快，集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)在對于一個國家經(jīng)濟的發(fā)展、國防的建設(shè)、信息安全的維護以及綜合國力的提高都有重要作用。下面筆者從中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展對國民經(jīng)濟和國防安全兩個方面的重要作用進行簡單的分析。
2.1 有助于加快國民經(jīng)濟的發(fā)展
集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的提高首先體現(xiàn)在計算機方面。從第一臺計算機的發(fā)明到現(xiàn)在電腦的全面普及不得不說得益于芯片集成度的提高，當(dāng)然，它與集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展有著密切的聯(lián)系。其次是對通信領(lǐng)域的促進?，F(xiàn)在智能手機的普及各種支付軟件的使用等都極大地方便了人們的生活，拉近了人們之間的距離。同時也推動了社會的快速發(fā)展。最后是對消費類電子領(lǐng)域的促進。人們從最早的黑白電視到現(xiàn)在的彩色電視，數(shù)字電視和計算機的普遍應(yīng)用都可以看出集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代，促進了世界的進步。對加快國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重大意義。
2.2 有益于加強國防安全的建設(shè)
計算機既是集成電路的核心也是國家和國民信息的載體。目前，微電子技術(shù)在計算機、通訊設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、電子對抗設(shè)備等軍用設(shè)備中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。這也使得微子技術(shù)的成熟水平和發(fā)展規(guī)模成為衡量一個國家軍事能力和綜合國力的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭不再是單純武力的較量，更多的是科學(xué)技術(shù)之間的抗衡。微電子技術(shù)使人們擺脫了一些超重超大的武器裝備。所以微電子技術(shù)的使用大大提高了單兵的作戰(zhàn)能力。微電子技術(shù)促進了裝備的輕便化、提高了軍隊的隱蔽性，能大大增強部隊和武器裝備的作戰(zhàn)能力。二是提高了武器的打擊精準(zhǔn)度。三是增強了國家和國民的信息安全性。
3 中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢
在政策支持和市場需求的帶動下，去年中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)平穩(wěn)快速發(fā)展的態(tài)勢。中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)在面臨新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)以及新的發(fā)展重點和發(fā)展前景時又會表現(xiàn)出什么樣的發(fā)展趨勢呢？下面是筆者提出的幾點看法。
3.1 中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)將達到世界主流水平
在2015年，中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)在很多技術(shù)領(lǐng)域取得了巨大的成功。例如運用16納米FinFETplus技術(shù)的SoC芯片的設(shè)計技術(shù)的成功；28納米多晶硅生產(chǎn)工藝的成熟；4G芯片在中國市場爆炸性的增長；2015年28納米制程芯片在中芯國際的大規(guī)模生產(chǎn)；在2016年，中國在14納米級以下工藝和存儲器等多個方面實現(xiàn)突破性的進展。這些都預(yù)示著中國的集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)會在2017年再創(chuàng)新佳績。并且中國的集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)將有望達到世界主流水平。
3.2 中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)將面臨更大的挑戰(zhàn)
由于中國集成電路設(shè)計與市場需求的變化不協(xié)調(diào)，致使中國的集成電路產(chǎn)業(yè)難以進入整機領(lǐng)域中的高端市場。首先，國內(nèi)移動智能終端產(chǎn)品形態(tài)趨于多樣化發(fā)展，這就要求集成電路在產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)方面不斷創(chuàng)造創(chuàng)新，而我國的智能終端用高端芯片領(lǐng)域的競爭力還不夠強。其次，我國集成電路市場約占全球總市場的57%，雖然是全球最大的集成電路市場，但是中國在市場中的權(quán)威性還很低。需求量大的CPU、存儲器等市場還是由國外企業(yè)多壟斷，這一現(xiàn)象對于芯片的國有化目標(biāo)產(chǎn)生了很大的阻礙。所以國內(nèi)的集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)將面臨更大的挑戰(zhàn)。最后是集成電路領(lǐng)域的企業(yè)并購現(xiàn)象的加劇，使國內(nèi)的競爭格局面臨重塑，國內(nèi)企業(yè)的競爭壓力也將持續(xù)增加。
3.3 智能終端和汽車電子將仍是中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動力
在云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的推動下，高科技走進了人們的日常生活中。能源管理、城市安全、遠端醫(yī)療、智慧家庭和智慧交通等的發(fā)展對中國集成電子領(lǐng)域的需求不斷加大。低耗能和小尺寸的芯片技術(shù)在智能手機和智能家電中的廣泛使用也加大了對集成電子技術(shù)的要求。隨著國內(nèi)企業(yè)芯片技術(shù)的提升，國外芯片技術(shù)壟斷中國芯片市場的現(xiàn)象將被打破。另外在2015年汽車電子的復(fù)合增長率超過了10%。由此可以看出中國的集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動力仍將是智能終端和汽車電子。
4 結(jié)語
集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對于增強國防實力、發(fā)展經(jīng)濟和提高人們生活水平和生活質(zhì)量有著密切的聯(lián)系。只有擁有高端的技術(shù)工藝，在國際中擁有重要的話語權(quán)才是綜合國力增強的主要表現(xiàn)。集成電路的發(fā)展仍向著高頻、高速、高度集成、低耗能、尺寸小、壽命長等方向展開。在21世紀(jì)，集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍是我國科技發(fā)展的重中之重也是信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。在面臨大的機遇和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的同時，中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須保持穩(wěn)中求進，積極研發(fā)高端技術(shù)上來。發(fā)展自身的長處，積極彌補自身的短板達到平衡發(fā)展。
參考文獻：
[1]于宗光，黃偉.中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢[J].2014.
【關(guān)鍵詞】LED恒流驅(qū)動 高壓
LED光源的穩(wěn)定性、低耗能、耐用性等特點比起傳統(tǒng)電源來講優(yōu)勢明顯，使得高壓LED恒流電路的研究更加具有非凡的價值。對驅(qū)動電路的研發(fā)過程中，驅(qū)動芯片的開發(fā)、設(shè)計顯得尤為關(guān)鍵。驅(qū)動IC在研發(fā)設(shè)計中，必須考慮到電壓的不穩(wěn)定性給電路工作帶來的挑戰(zhàn)。從另一個方面來講，驅(qū)動IC在高壓LED電路施工過程中決定著是否能研發(fā)成功。在LED工作過程中，驅(qū)動電路設(shè)計的架構(gòu)都會影響電路工作的過程，對其電路的研發(fā)設(shè)計都具有很廣泛的市場前景。
1 高壓LED恒流驅(qū)動芯片發(fā)展現(xiàn)狀
高壓LED恒流驅(qū)動IC在整個電路的施工設(shè)計過程中的關(guān)鍵性都使得國內(nèi)廠商在此領(lǐng)域熱情高漲。生產(chǎn)廠家為了自身的LED光源質(zhì)量的提高，對驅(qū)動芯片的研發(fā)都投入了巨大的資金。跟國外產(chǎn)品比起來，從產(chǎn)品的特性、造型等方面依然有一定的差距。這也是受制于LED驅(qū)動芯片研發(fā)周期長的性質(zhì)所決定的。隨著國內(nèi)廠家研發(fā)過程的持續(xù)，這些產(chǎn)品陸續(xù)投入到實際生產(chǎn)中，高質(zhì)量的LED高壓電路驅(qū)動芯片會不斷研發(fā)出來。
高壓LED電路在工作的過程中，其成本及能耗很大程度上取決于其驅(qū)動IC的質(zhì)量及特性。驅(qū)動IC的研發(fā)對降低LED光源的成本有著非?，F(xiàn)實的意義。驅(qū)動IC在工作過程中主要承受40V電壓，這就必須將平常電壓220V轉(zhuǎn)換成驅(qū)動IC 能承受及工作的電壓，這就無形中提高了驅(qū)動IC的使用成本。在這一研發(fā)過程中，驅(qū)動芯片當(dāng)中的電壓轉(zhuǎn)換器及穩(wěn)定器的研發(fā)設(shè)計都是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。驅(qū)動芯片在工作過程中，其耐壓性如何都決定了LED光源的質(zhì)量，也從一定程度上決定了驅(qū)動電路的成功與否。
國外許多值得借鑒的經(jīng)驗教訓(xùn)非常值得我們學(xué)習(xí)，這對驅(qū)動芯片的研發(fā)設(shè)計是非常重要的一環(huán)。隨著LED 光源應(yīng)用越來越廣泛，LED電路驅(qū)動IC的研發(fā)還將進一步深入，這對建設(shè)節(jié)約型能源的社會需求是一致的。
2 高壓LED恒流驅(qū)動電路的設(shè)計方案
高壓LED恒流電路設(shè)計的過程中，對工作電壓的要求相對較高。一般來講，需要將控制電壓穩(wěn)定在3.6V，這樣才能穩(wěn)定的控制高壓LED電路的正常運轉(zhuǎn)。在這一過程中，常用的電池供電都達不到持久的將電壓穩(wěn)定在這一范圍，這就對恒壓電路的研發(fā)設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。LED光源的穩(wěn)定性取決于電路設(shè)計的質(zhì)量高低，在此，穩(wěn)定的控制電壓決定了電路工作的穩(wěn)定性。對于LED光源來講，驅(qū)動電路設(shè)計方案必須符合LED光源的大致需求，并且要對其穩(wěn)定性、耐壓性進行嚴(yán)格的檢測，經(jīng)過長時間的工作數(shù)據(jù)及大量案例分析，設(shè)計出理想的工作電路。
對于LED光源的控制來講，電路設(shè)計方案的產(chǎn)生都會面臨極大的挑戰(zhàn)，電路設(shè)計是采用串聯(lián)還是并聯(lián)都或多或少的對電路的工作的穩(wěn)定性有影響。LED光源的型號、規(guī)模的多樣性，使得驅(qū)動電路設(shè)計方案的不同。在實際設(shè)計過程中，還要對多種方案進行必要的工作測試，這樣才能應(yīng)用到實際的LED光源當(dāng)中。
LED驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)通常為三類，下面對這幾種結(jié)構(gòu)進行簡單說明。
2.1 線性結(jié)構(gòu)
線性結(jié)構(gòu)（LDO結(jié)構(gòu)）的基本構(gòu)件包括：調(diào)整管、穩(wěn)壓電源、比例電阻、誤差測算器。這種結(jié)構(gòu)往往涉及簡單、易操作。并且這種結(jié)構(gòu)構(gòu)件成本較低，非常受市場的歡迎。但是這樣的結(jié)構(gòu)也有明顯的缺陷。線性結(jié)構(gòu)由于電路設(shè)計的特殊性只能對增壓有著明顯的效果，反之對降低電壓明顯不足。在輸出電壓的過程中，當(dāng)電壓升高時，調(diào)整管中電壓電流會明顯減小，從而降低電壓輸出，這就在一定程度上達到了穩(wěn)壓的目的。
2.2 電容式開關(guān)結(jié)構(gòu)
電容式開關(guān)結(jié)構(gòu)是以元器件電容為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的一種電路結(jié)構(gòu)，這也決定了該結(jié)構(gòu)具有體積小、高效能的特點。在電路的實際工作過程中，該結(jié)構(gòu)能適應(yīng)多種LED電路的結(jié)構(gòu)布置。這提高了LED光源的應(yīng)用市場，使得LED光源的低耗能特性得到應(yīng)用推廣。輸入電壓往往對于電路來講具有明顯的不確定性，也就是說電壓的不穩(wěn)定性對于電容式開關(guān)結(jié)構(gòu)來講是種考驗，如何在電路導(dǎo)通的時候，對電壓的穩(wěn)定性起到關(guān)鍵性的支持作用，決定了該設(shè)計結(jié)構(gòu)的成功與否。
2.3 電感式開關(guān)結(jié)構(gòu)
這一部分可通過3種結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，分別為升壓、降壓和反轉(zhuǎn)型的，不管是哪種類型的，均是為了保證電流的靈活控制和電路輸出端的及時保護。尤其對于反轉(zhuǎn)型的電感式開關(guān)結(jié)構(gòu)來說，需要加入一定的反饋作用機制，促成電路反饋環(huán)形結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，在電壓調(diào)整過程發(fā)揮穩(wěn)定作用。
3 高壓LED恒流驅(qū)動電路的驗證分析
通過筆者對上文中LED恒流驅(qū)動電路的設(shè)計方案進一步分析，并對電路中所用的芯片HV9911進行研究可知，整體的橫流電路可以分為以下幾個部分，比如線性穩(wěn)壓器、上電復(fù)位、DC一DC電路、過爪保護等具體作用模塊。為了保證橫流電路設(shè)計的科學(xué)有效，還進行了一定的驗證分析。
可以說這整個電路部分的作用機理中最為重要的就是內(nèi)部的線性穩(wěn)壓器模塊，這一部分通過對系統(tǒng)外部的高電壓進行一定的恒壓處理，使之能夠穩(wěn)定在8.IV左右，當(dāng)然這樣一個數(shù)值仍然與我們所用芯片的具體性能參數(shù)存在著些許出入，不過已經(jīng)可以穩(wěn)定地為芯片提供電量需要，當(dāng)然為了進一步實現(xiàn)其橫流高壓功能，還設(shè)計了斜坡補償電路，這部分在進行功能驗證時發(fā)揮重要作用。另外的電壓是基準(zhǔn)電壓模塊所產(chǎn)生的，能夠分去1.27V的壓力；而功耗最小的就是上電復(fù)位電路，在整個電路沒有耗電之前，這部分電路也處于完全無壓力狀態(tài)，不需要開啟。
進一步的仿真結(jié)果也充分說明了本電路可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的恒流驅(qū)動以及各種調(diào)光、保護功能，當(dāng)然還能顯示出一定的電流控制效果。除了實現(xiàn)芯片對電壓的需求外，電路整體性能也達到了預(yù)設(shè)方案的效果，證明本研究的可行性和科學(xué)性。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】新專業(yè) 市場 可行性 分析 需求
【中圖分類號】U472 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）04-0117-01
一、開設(shè)新專業(yè)的指導(dǎo)思想
在職業(yè)院校開設(shè)新的專業(yè)，應(yīng)以市場為導(dǎo)向，以社會需求為準(zhǔn)則，充分發(fā)揮地方資源優(yōu)勢和人才培養(yǎng)優(yōu)勢。積極地探尋市場、發(fā)現(xiàn)市場，把供需鏈條緊緊連在一起。在北京市同層次院校的專業(yè)中，做到人無我有，人有我強，人強我特，形成品牌，形成特色。專業(yè)設(shè)置逐步從“條件驅(qū)動”型向“發(fā)展需求驅(qū)動”型轉(zhuǎn)變，即根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展需求確定專業(yè)設(shè)置。從強調(diào)我能做什么，能培養(yǎng)什么樣的人才，轉(zhuǎn)變?yōu)閺娬{(diào)需要我做什么，需要培養(yǎng)什么樣的人才。本著以上指導(dǎo)思想，現(xiàn)提出開設(shè)微電子技術(shù)與器件專業(yè)的一些方案設(shè)想。
二、市場需求分析
微電子技術(shù)與器件專業(yè)，其就業(yè)導(dǎo)向涵蓋了集成電路和半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)。根據(jù)首都“十一五”電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，集成電路、TFT?鄄LCD、計算機及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、移動通信產(chǎn)業(yè)、數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體照明材料產(chǎn)業(yè)和智能交通及汽車電子產(chǎn)業(yè)等7個產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)下一步發(fā)展的重點領(lǐng)域。其中集成電路排在了第一位，半導(dǎo)體照明材料排在了第六位。早在2000年，北京市委、市政府就首次向全球宣布：北京將建設(shè)中國北方微電子產(chǎn)業(yè)基地。從那時到現(xiàn)在，北京集成電路產(chǎn)業(yè)走過了蓬勃興起的10年，初步建立起了集成電路設(shè)計、制造、封裝測試以及裝備材料互動協(xié)調(diào)發(fā)展的良好格局，確立了北京在全國集成電路產(chǎn)業(yè)中的重要地位。
以2010年為例，該年北京集成電路產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)銷售收入245億元，比2009年增長了31%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模是2000年的20倍左右，占全國的17%。在北京市，電子信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品銷售收入排名位居全市工業(yè)第一，占全市工業(yè)23%，而集成電路產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的銷售就占了近四分之一。
目前，北京有各類集成電路設(shè)計企業(yè)約80多家，年總銷售收入約90億元，占全國的1/4。集成電路制造企業(yè)3-4（大型）家，實現(xiàn)總銷售收入約60億元，約占全國14%。集成電路封裝測試企業(yè)2-3家（大型），實現(xiàn)總銷售收入約90億元，約占全國15%。集成電路裝備制造企業(yè)3-4家（大型），實現(xiàn)銷售20多億元，多項裝備在全國處于領(lǐng)先地位。另外，還建有生產(chǎn)集成電路關(guān)鍵原料的硅材料科研、生產(chǎn)基地。
當(dāng)前，北京集成電路產(chǎn)業(yè)正迎來跨越式發(fā)展的新機遇。國務(wù)院2011年4號文為集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供優(yōu)越的外部環(huán)境。相信要不了多久北京就會建成具有全球影響力的集成電路產(chǎn)業(yè)基地。
政府的大力支持，堅實的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，廣闊的發(fā)展前景，優(yōu)惠的國家政策，可以說集成電路產(chǎn)業(yè)在北京具有得天獨厚的條件。產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然伴隨著人才的巨大需求，雖然集成電路產(chǎn)業(yè)是知識和資金密集型產(chǎn)業(yè)，但它同樣需要大量應(yīng)用型技術(shù)人才。比如集成電路設(shè)計，需要大量的程序錄入和輔助支持技術(shù)人員；集成電路制造，需要大量的高科技設(shè)備儀器操作員、工藝技術(shù)員、質(zhì)量檢驗員和設(shè)備維護技術(shù)人員；集成電路封裝測試，同樣需要大量的高科技設(shè)備儀器操作員、工藝技術(shù)員、質(zhì)量檢驗員和設(shè)備維護技術(shù)人員。另外，半導(dǎo)體硅材料及單晶硅片的生產(chǎn)等，都需要大量的應(yīng)用型技術(shù)人才。
三、可行性分析
在我院設(shè)置微電子技術(shù)與器件專業(yè)具有非常好的條件并且可行，其理由主要有以下幾個方面：
1.我院在中專學(xué)校升高職院校之前，南校區(qū)就有這個專業(yè)。因此，在師資力量、教學(xué)資源、實訓(xùn)資源、招生分配等方面都有一定的基礎(chǔ)和經(jīng)驗，設(shè)置微電子技術(shù)與器件專業(yè)可以說是駕輕就熟。
2.該專業(yè)的設(shè)置符合國家產(chǎn)業(yè)政策，契合北京“十一五”電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，因此，獲得上級單位批準(zhǔn)的幾率大。
3.在北京“十一五”電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，7個重點發(fā)展領(lǐng)域，集成電路產(chǎn)業(yè)排第一，半導(dǎo)體照明材料產(chǎn)業(yè)排第六，因此，設(shè)置該專業(yè)可獲得國家和北京市資金的大力支持。
4.分配就業(yè)前景良好，正如市場需求分析中所提到的，集成電路產(chǎn)業(yè)在整個電子信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)占到了四分之一左右，而且，今后將跨越式發(fā)展，必然需要大量的應(yīng)用型技術(shù)人才，因此，該專業(yè)畢業(yè)學(xué)生的就業(yè)前景良好。
四、困難及解決途徑
在我院設(shè)置微電子技術(shù)與器件專業(yè)也會遇到一些困難，仔細分析有以下幾個方面：
1.生源問題。微電子技術(shù)與器件這一名稱，屬于比較新的科技名詞，一般人在日常生活中很少接觸，理解起來有一定困難，不知道這一專業(yè)到底學(xué)什么，畢業(yè)后干什么。因此，會出現(xiàn)專業(yè)招生困難，或招不到相對高素質(zhì)的學(xué)生。
解決辦法：一是改專業(yè)名稱，起一個即通俗易懂，又能代表專業(yè)含義的名稱，這有一定困難。二是加強宣傳，在招生時，宣傳材料、現(xiàn)場解說、視頻資料等全方位進行，使考生了解北京市的產(chǎn)業(yè)政策和就業(yè)前景，提高對該專業(yè)的認知度。
2.實訓(xùn)問題。微電子技術(shù)與器件專業(yè)的實訓(xùn)環(huán)節(jié)比較困難，我們知道現(xiàn)在強調(diào)實訓(xùn)模擬真實場景，而集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的工序非常多，每一道工序的設(shè)備儀器都非常昂貴，動則幾百萬，建立校內(nèi)實訓(xùn)基地，場地和資金都是問題。
解決辦法：一是計算機模擬，現(xiàn)在多媒體教學(xué)設(shè)備完善，各種模擬軟件很多，通過購買和教師制作等方式來模擬實際工藝，替代昂貴的真實設(shè)備儀表。二是下廠實訓(xùn)，校企合作辦學(xué)是學(xué)院發(fā)展的方向，我院有良好的基礎(chǔ)和得天獨厚的條件，北京分布著眾多的集成電路設(shè)計、生產(chǎn)、測試企業(yè)可供我們選擇實習(xí)參觀，而且，我院已經(jīng)和許多這方面的企業(yè)簽有校外實訓(xùn)基地協(xié)議，如中國電子集團微電子所，北京飛宇微電子科技有限公司，中國科學(xué)院微電子所，燕東微電子有限公司等。我院應(yīng)充分利用這一優(yōu)勢，解決微電子技術(shù)與器件專業(yè)的實訓(xùn)問題。
參考文獻:
[1]尹建華，李志偉 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)，北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2012
關(guān)鍵詞：OTA；濾波器；通用性
中圖分類號：TN713 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 12-0000-01
一、前言
自從美國學(xué)者Khanrrambadi和Gray首次提出了采用CMOS工藝搭建的OTA-C濾波器。從此，OTA-C濾波器成為濾波器領(lǐng)域內(nèi)的一個重要分支，可應(yīng)用于有源RC濾波器、整流器、振蕩器的設(shè)計。由于OTA存在通用性強，易與集成化，且增益和帶寬相互獨立。最近，OTA獲得了相當(dāng)大的關(guān)注，使OTA成為現(xiàn)在一種流行的電子電路設(shè)計的設(shè)備，OTA-C更是被用于各種電路設(shè)計與運算放大器來實現(xiàn)各種信號處理電路。
OTA作為有源器件，跨導(dǎo)易受溫度影響。在國內(nèi)，有學(xué)者在研究一種可用于熱釋電紅外探測技術(shù)中，提出了利用OTA的差分放大特性補償OTA全波整流電路，用于擴大了輸入信號范圍，同時通過調(diào)節(jié)偏置電流來實現(xiàn)整流后信號的放大，也有學(xué)者提出，將OTA的輸出級接上滑動電阻器，來減小溫度對OTA的跨導(dǎo)影響。
二＼OTA設(shè)計濾波器的優(yōu)缺點
OTA其搭建的濾波器電路簡單，高頻特性好，通用性較強，可用于直接處理信號不用進行A/D，D/A變換。且OTA具有容易集成化，而且能獲得較大的輸入信號范圍的特點。OTA為許多電路設(shè)計提供了眾多可供選擇的有源器件功能塊，這不論在理論還是時間上都是了不起的貢獻。
但MOS管存在著非線性關(guān)系，國內(nèi)外商用OTA重要缺點就是其線性差、輸入范圍窄[1]。以二十世紀(jì)70年代由美國的RCA公司采用雙極型工藝制成的CA3060及CA3080系列為例，要使線性范圍誤差小于1%其輸入電壓的峰峰值大約為30mV。為此限制了OTA的廣泛使用。所以，擴大OTA線性輸入范圍非常重要，因為以差動放大器為輸入級且工作在開環(huán)狀態(tài)下的電路，如變跨導(dǎo)模擬乘法器等都需要擴大其線性輸入范圍。搭建電路時，要考慮復(fù)雜的內(nèi)部電路和更多額外的所必需的被動元件及接地電容和電阻是否為更好的比值，還要考慮制造工藝的簡易及改進后的集成電路寄生效應(yīng)。
三、OTA加減法電路仿真
用Multisim對兩個OTA搭建的加減法電路的特性進行了仿真。如圖1.輸入為5V，-3V，5V時輸出為14.943.顯然14.943V=5V-（-3）V+5V，符合： ，同樣，如圖2，輸入為5V，-5V，5V時輸出為12.954.顯然，誤差允許范圍內(nèi)，12.954=5V-（-5）V+5V，符合： 。其中V1，V2，V3為OTA的三個輸入，Vo為整個電路的輸出。
四、應(yīng)用前景
本文研究具有不可或缺的現(xiàn)實意義，OTA搭建濾波器可廣泛應(yīng)用于電子學(xué)和數(shù)字信號領(lǐng)域，或者大氣科學(xué)，醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?？捎糜谛碾姳O(jiān)測電路中抑制低頻干擾，將經(jīng)過調(diào)理電路和前置放大后的信號利用帶通濾波器濾除高頻和低頻基線干擾，然后信號經(jīng)后級放大電路再次放大，最后采用陷波器進一步濾除50HZ的工頻干擾，從而保證心電監(jiān)護儀能穩(wěn)定可靠工作[2]。
參考文獻：
【關(guān)鍵詞】MULTISIM；仿真；模擬電子；數(shù)字電子；電力電子
1.引言
目前電子教學(xué)在大學(xué)專業(yè)教育中存在很多困境，存在教學(xué)模糊淺顯、虛擬性強、系統(tǒng)全面化實驗力度不夠、學(xué)生聽天書等問題，學(xué)生在學(xué)習(xí)中無法對其建立很好的感性認識，對原理理解不清，因此學(xué)習(xí)電子類課程的積極性也就不高。
MULTISIM軟件易學(xué)易用，非常適合在電子類課程教學(xué)中開展綜合性的設(shè)計與仿真實驗，能夠?qū)⒄n堂上抽象難懂的學(xué)習(xí)內(nèi)容形象地表現(xiàn)在圖形化界面窗口中，能夠幫助學(xué)生建立很好的電子模型，有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)綜合分析實驗?zāi)芰Α?/p>
近年來，虛擬電子仿真軟件在我國電子類課程教學(xué)中的應(yīng)用也得到了廣泛的重視，許多高等院校相繼建立了自己的仿真教學(xué)實驗室。電子類課程教學(xué)的一線教師也不斷接觸應(yīng)用仿真軟件并將其引入傳統(tǒng)理論教學(xué)中進行教學(xué)輔助，各種相關(guān)教材開始大量涌現(xiàn)；國家教改最新目標(biāo)中也明確提出要將信息化與課程進行整合，Multisim仿真軟件將在電子類教學(xué)中的應(yīng)用越來越普遍。
2.MULTISIM軟件在模擬電子技術(shù)中的應(yīng)用研究
下面以單級放大電路的實驗仿真為例，來說明MULTISIM軟件在模擬電子電路運用中的優(yōu)越性。
2.1 根據(jù)實驗要求和原理繪制仿真實驗電路圖，直接雙擊示波器就可以形象地顯示電路圖中任意兩點的電壓電流波形圖，如圖1所示。
由波形圖可以形象直觀地比較輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，圖1可以清楚看到輸出電壓與輸入電壓相位相差180。
2.2 通過調(diào)節(jié)電路圖中滑動變阻器RP，可以很方便地觀察各節(jié)點電壓的變化情況，如RP增大時，VB減小，VC增大，VE減小。
由以上仿真分析結(jié)果知，MULTISIM軟件在模擬電路設(shè)計與仿真中大大簡化了傳統(tǒng)電子電路實驗的繁瑣步驟，而且可以方便添加刪除元件，同時能實時仿真出實驗電路的各處電壓電流波形圖，形象直觀。
3.MULTISIM軟件在數(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用研究
下面主要以數(shù)電中的組合邏輯電路的分析與設(shè)計為例，來說明此軟件在數(shù)字電路設(shè)計中的優(yōu)越性。
3.1 根據(jù)實驗要求，調(diào)用所需要原件，按照實驗原理連接好電路圖，只需要雙擊邏輯轉(zhuǎn)換儀即可直接查看真值表和邏輯表達式。圖2為由邏輯轉(zhuǎn)換儀產(chǎn)生的真值表和邏輯表達式。
3.2 同時還可以運用邏輯轉(zhuǎn)化儀的按鈕，根據(jù)真值表設(shè)計出符合條件的實驗電路圖。
由以上分析可知，在數(shù)字電路教學(xué)實驗中，可以通過MULTISIM軟件繪制實驗電路連接圖，根據(jù)邏輯轉(zhuǎn)換儀可以直接得到真值表和邏輯表達式，而且可以通過改變各輸入量的邏輯值來觀察其對輸出量的影響，方便快捷，直觀形象。
4.MULTISIM軟件在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用研究
下面主要以Buck-Boost電路仿真實驗為例，從多個方面對其進行仿真分析，以此說明其在電力電子仿真實驗方面的巨大優(yōu)越性。
4.1 Buck-Boost仿真模型的建立及分析
為了使輸出電壓更穩(wěn)定，可以方便地在電路中采用反饋環(huán)節(jié)，從輸出端采樣得到的電壓與運放的負端的標(biāo)準(zhǔn)電壓進行比較后，輸出控制信號對Buck-Boost模塊進行調(diào)節(jié)，從而自動維持輸出電壓穩(wěn)定。
4.2 觀察輸出紋波電壓隨輸入電壓和負載的變化情況
隨著輸入直流電壓（30v-300v）的升高以及負載電阻（50?-500?）的升高，輸出電壓在12V附近有小幅度的上升，同時輸入電壓的增大，輸出紋波減小，實驗結(jié)果和理論完全一致，仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。
4.3 還可以觀察外界因素如溫度對輸出電壓的影響
在Sweep Parameter選項下選擇溫度掃描（Temperature），可以通過查看直流輸出電壓仿真波形圖直觀形象判斷電路是否正常工作，從而對外界因素的影響可以迅速直觀地作出判斷。
由以上仿真結(jié)果知，MULTISIM以其強大的電路分析和仿真能力，即使在復(fù)雜的電力電子領(lǐng)域也能非常直觀簡便地仿真分析出實驗所要求的各種變量的變化波形圖，具有很大的優(yōu)越性。
5.結(jié)論
本課題的上述各類仿真實驗結(jié)果表明，MULTISIM軟件在模擬電子、數(shù)字電子及電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用具有實驗操作簡單方便、仿真結(jié)果直觀形象、模擬電子元件數(shù)量巨大以及強大的數(shù)據(jù)圖像處理能力，用戶無需編程和復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)就可通過仿真直觀地看到實驗結(jié)果，而且在原有電路圖的基礎(chǔ)上易于修改和做進一步擴展等，比起傳統(tǒng)的電子實驗方法更加靈活、直觀形象，對于本科生學(xué)習(xí)電子類課程起到很大的輔助和指導(dǎo)作用，在電力類教學(xué)中將具有良好的應(yīng)用前景。
參考文獻
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作者簡介：
李志偉（1993—），男，安徽阜陽人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程與自動化專業(yè)。
魏聰（1992—），女，湖北孝感人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程與自動化專業(yè)。
【關(guān)鍵詞】LED照明驅(qū)動；智能調(diào)光；電路
LED照明使用安全可靠，環(huán)保無污染，且維護相當(dāng)方便，業(yè)界專家認為此項技術(shù)將成為未來照明的主流。LED屬于非線性器件，導(dǎo)通過后只需稍微改變一下電壓就能增加很多電流，所以微小的電壓反應(yīng)也會極大的影響LED工作情況，如電流過大極易發(fā)熱損壞。LED驅(qū)動的最佳方式是采用恒流源驅(qū)動，這樣電流不會受到LED參數(shù)離散性、環(huán)境溫度、電壓的影響，確保電流一直處于恒定狀態(tài)，可以將LED的優(yōu)良特性一一表現(xiàn)出來。驅(qū)動電路具備較高的功率、效率因數(shù)，將較小的諧波電流注入電網(wǎng)，可以有效減輕電網(wǎng)供電質(zhì)量產(chǎn)生的影響，而且體積小、成本低、重量輕。LED照明中不可或缺的一部分就是智能化調(diào)光部分，它是LED照明驅(qū)動器發(fā)展的趨勢。
一、LED燈結(jié)構(gòu)特點
LED燈主要由配光系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、驅(qū)動電源和機械、防護結(jié)構(gòu)幾部分組成[1]。配光系統(tǒng)包括發(fā)光源（LED燈板）、均光罩（燈殼）；散熱系統(tǒng)包括內(nèi)外散熱器、導(dǎo)熱板等；驅(qū)動電源輸入的是市電交流電，包括線性恒流源和高頻恒流源；機械、防護結(jié)構(gòu)包括散熱器、絕緣套、均光罩等。LED燈殼分為多頭組合式、分裂式和整體式等多種形式。
二、LED照明的驅(qū)動要求、特性和調(diào)光方式
理論上LED的照明光效為300lm/W，不過目前市場化水平僅達到了120lm/W，其導(dǎo)通電壓大約為3.0-4.3V，以PN結(jié)為核心，當(dāng)LED上加載的電壓比導(dǎo)通電壓小時，LED上基本上不會有電流通過，導(dǎo)通LED之后，依據(jù)正向電壓指數(shù)變化規(guī)律，正向電流會產(chǎn)生相應(yīng)的改變，即便是很小的電壓也會引發(fā)極大電流變化。如導(dǎo)通區(qū)電壓由80%的額定值變?yōu)?00%，電流怎會發(fā)生相應(yīng)的變化，從0%的額定值變?yōu)?00%【2】。LED的相對光通量與正向電流IF之間的關(guān)系如圖1所示。如圖兩者之間是正比關(guān)系，對LED正向電流實施控制就能夠調(diào)整發(fā)光亮度。當(dāng)LED以恒壓源進行驅(qū)動時，小電壓也能引發(fā)大電流變化，所以僅適用小功率范圍，而大功率、高要求狀況下均采用恒流驅(qū)動。LED的發(fā)光亮度會伴隨工作時間的長短而改變，工作時間長，亮度減弱，電流增加，光效減少，因此亮度和驅(qū)動電流為飽和關(guān)系。當(dāng)電流達到70%-80%之后，會轉(zhuǎn)化成熱能，這是最適宜的驅(qū)動電流[3]。恒壓驅(qū)動及PWM調(diào)光時電流最大≤3倍最小電流，超過這個范圍會降低LED使用壽命。目前市場上LED單個功率多為
三、LED照明的驅(qū)動電路設(shè)計
LED屬于非線性器件，導(dǎo)通之后電壓細微變化就會增加較大的電流，影響LED器件工作質(zhì)量，甚至引發(fā)發(fā)熱損壞，采用恒流源驅(qū)動是最佳驅(qū)動方式[6]。SMD802屬于PWM控制器，能夠組成固定開關(guān)頻率的恒流LED驅(qū)動電路。IC可直接450V直流電壓，電路簡單，極少的元器件，生產(chǎn)成本較低，可實現(xiàn)>90%的轉(zhuǎn)換率；能滿足不同負載要求，對于多個串聯(lián)大功率IED同樣適用；用戶可設(shè)定開關(guān)頻率，范圍25kHz-300kHz；適用模擬調(diào)光和PWM調(diào)光，內(nèi)部設(shè)有過載保護、欠壓鎖存保護，確保工作溫度可是控制在40℃-80℃。
1.工作原理
圖2表示SMD802內(nèi)部結(jié)構(gòu)、元器件電路。電壓輸入之后可直接到達VIN端，主要的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成部分有：7.5V線性穩(wěn)壓器、振蕩器、電壓比較器（2個）、250mV基準(zhǔn)電壓、RS觸發(fā)器、消隱電路等組成；主要的外界元器件為：ROSC（確定振蕩器頻率）、采樣電阻RCS、續(xù)流二極管D1、開關(guān)管Q1、電感L1、穩(wěn)壓器外接電容CDD等。如VDD電壓>VLO，輸出為高電平，通過對外部功率峰值電流進行限制實施工作。因外部電流采樣電阻串聯(lián)功率MOSFET源極，所以電壓消除電路會將信息反饋至CS腳，一旦CS腳電壓比設(shè)定的閾值電壓大，會自動結(jié)束GATE驅(qū)動信號，斷開功率管。通常內(nèi)部設(shè)定峰值電流閾值電壓為250mV，軟啟動將電容（1個）連接在LD腳上，電壓會依據(jù)設(shè)定的期望速率上升，保證輸出電流逐漸上升。
四、LED照明的智能調(diào)光應(yīng)用方式
大功率LED照明適宜采用電流If幅值不變（LED工作電流），僅僅改變If，對電流脈沖單位時間內(nèi)寬度進行調(diào)整實現(xiàn)智能調(diào)光，不用改變光譜，不會產(chǎn)生白光偏色。一般采用以下方式[7]：
1.頻率調(diào)制方式
保持矩形脈沖電流寬度不變，僅僅將單位時間內(nèi)LED上的矩形脈沖電流個數(shù)改變，促使平均電流發(fā)生較大范圍變化，實現(xiàn)大范圍的LED亮度調(diào)節(jié)。
2.脈寬調(diào)制方式
這是一種常見的LED亮度調(diào)節(jié)方式，把LED上的矩形脈沖電流寬度改變，促使平均電流發(fā)生較大范圍變化，實現(xiàn)大范圍的LED亮度調(diào)節(jié)。
3.位角調(diào)制方式
利用一串二進制序列脈沖，依照位值比例對每一位序列脈沖寬度進行延展，將單位時間內(nèi)在LED上所占的位值延伸寬度進行改變，促使平均電流發(fā)生較大范圍變化，實現(xiàn)大范圍的LED亮度調(diào)節(jié)。
圖4表示的是應(yīng)用PWM信號進行LED亮度控制的電路。IC的EN端子可以實現(xiàn)開關(guān)變換器開/關(guān)運行，在此基礎(chǔ)上施加PWM信號，能實現(xiàn)LED以某種速率進行開/關(guān)，獲得調(diào)節(jié)LED亮度功能。利用A/D轉(zhuǎn)換器可以將Tr1的輸出信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，計算出LED平均電流ILED（avg）。計算公式為：
五、總結(jié)
大功率LED照明驅(qū)動及智能調(diào)光電路的設(shè)計需要注意以下問題：（1）電源的可靠性應(yīng)高，需具備高功率因數(shù)，采用較高電源效率，可減小耗損功率，降低燈具溫升；（2）設(shè)置浪涌保護電路，由于LED抗浪涌能力較弱，電路設(shè)計時應(yīng)格外注意；（3）電源應(yīng)具備防水、防潮、符合電磁兼容要求、外殼耐高低溫能力強、使用壽命適配LED使用壽命等。希望通過本次研究，實現(xiàn)LED照明的廣泛應(yīng)用，LED產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
參考文獻
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1．1工作原理
本研究以病原菌為檢測對象，通過蛋白A將病原菌抗體固定于金叉指陣列微電極表面，制備了一種阻抗型傳感器。以Fe(CN)3－/4－6作為氧化還原對，經(jīng)過化學(xué)電阻抗譜表征電極表面修飾及抗原捕獲過程，采用等效電路闡述其阻抗譜的變化。實驗結(jié)果表明，待測溶液中病原菌濃度的對數(shù)值與叉指陣列微電極的電子傳遞阻抗的變化值呈線性關(guān)系。傳感器系統(tǒng)將上面的輸出信號進行電壓放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理，然后由已知的定量檢測模型得出表征被測物含量的數(shù)值，并通過LCD裝置進行顯示，且可在超過安全值時進行報警。
1．2基本結(jié)構(gòu)
實現(xiàn)定量檢測和自動報警等功能，單片機是核心部件。本設(shè)計選用STC89C52單片機，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可滿足系統(tǒng)工作的要求。該系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，包括阻抗測試模塊、阻抗電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓放大電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和顯示及報警模塊。此系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計不僅便于擴充不同測量單元，而且可防止各模塊間相互干擾，利于儀器穩(wěn)定。
2硬件選型及電路設(shè)計
2．1集成放大器選擇
A/D轉(zhuǎn)換電路所需的電壓幅值一般為2V，而叉指微電極輸出的電壓信號比較小，所以需要對叉指微電極輸出的電壓信號進行放大。主放大電路采用放大器ICL7650，其電路具有電源電壓范圍寬、靜態(tài)功耗小、可單電源使用及價格低廉等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在各種電路中。
2．2A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計
經(jīng)放大電路輸出的電壓值是模擬信號，不能直接送入單片機進行處理，還必須進行A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機進行處理。本設(shè)計選擇ADC0809芯片作為AD轉(zhuǎn)換裝置，此芯片功能簡單，能穩(wěn)定實現(xiàn)本設(shè)計的要求。
2．3顯示及報警模塊設(shè)計
2．3．1顯示電路設(shè)計
傳感器需要輸出液晶顯示結(jié)果，主要包括檢測物名及物質(zhì)濃度等。本系統(tǒng)選用LCD1602液晶顯示屏，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，能夠同時顯示16×2(16列2行，即32個)字符，可滿足顯示檢測物名稱和濃度的要求。
2．3．2報警電路設(shè)計
為了實現(xiàn)超限自動報警的功能，需要蜂鳴器接受單片機發(fā)出的超限報警信號發(fā)出警報，警示微生物的數(shù)量已經(jīng)超標(biāo)。要實現(xiàn)自動報警的功能，可采用實現(xiàn)單頻音報警。其接口電路較簡單，發(fā)音元件為壓電蜂鳴器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓時，可產(chǎn)生3kHz左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少，更適于在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可在單片機一端口接一只三極管和電阻組成的驅(qū)動電路來驅(qū)動。濃度超標(biāo)時，單片機P3．6輸出高電平，驅(qū)動蜂鳴器報警，提醒檢測者被測物超標(biāo)，并做相應(yīng)處理。
3軟件設(shè)計
為了便于程序修改和升級，軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法，主要程序包括:主程序、鍵盤處理子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、液晶顯示子程序及報警子程序。系統(tǒng)工作流程為:檢測人員通過鍵盤輸入被測物種類，MCU通過判斷處理之后，阻抗測試儀測量獲得多個阻抗值，經(jīng)阻抗電壓轉(zhuǎn)換電路和放大電路，A/D轉(zhuǎn)換器處理，將得到的數(shù)字信號送入MCU;MCU對數(shù)字進行計算、比較等處理，得到被測物濃度，判斷出濃度是否超限;接著，MCU將濃度送入LCD進行顯示，判斷比較結(jié)果是否需要進行報警，需要時則控制報警器報警。
4結(jié)論
【關(guān)鍵詞】IC產(chǎn)業(yè)集群升級地方政府作用政策建議
【中圖分類號】F291.1 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1004-6623（2012）05-0089-04
一、上海IC集群總體概況
上海IC集群，是以IC制造為重點，包括IC設(shè)計、封裝、測試、原材料、光掩膜，以及模具、設(shè)備生產(chǎn)和維護、人才培訓(xùn)等相關(guān)配套服務(wù)的較為完整的IC地方產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)。上海IC集群的空間范圍，是以張江高科技園區(qū)為核心、延伸到金橋出口加工區(qū)和外高橋保稅區(qū)的浦東微電子產(chǎn)業(yè)帶（核心區(qū)），和漕河涇、松江、青浦為擴展區(qū)的IC產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。其中芯片制造業(yè)代表企業(yè)有中芯國際集成電路制造有限公司、上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司和上海華虹NEC電子有限公司；芯片設(shè)計企業(yè)代表有展訊通訊（上海）有限公司、AMD；封裝測試企業(yè)代表有安靠和日月光等；設(shè)備材料業(yè)企業(yè)代表有中微半導(dǎo)體設(shè)備（深厚）有限公司和盛美半導(dǎo)體設(shè)備有限公司。
上海IC集群，在全國占有非常重要的地位。多年銷售收入在全國集成電路產(chǎn)業(yè)中占據(jù)1/3以上的份額（表1）。從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)看，芯片制造業(yè)、設(shè)計、封裝測試等產(chǎn)業(yè)都占有114以上的比重。
公共服務(wù)平臺建設(shè)一直是上海營造產(chǎn)業(yè)環(huán)境，提高產(chǎn)業(yè)高端技術(shù)的研發(fā)實力、加快高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐的重要抓手。國家在上海建立了第一個國家級集成電路產(chǎn)業(yè)基地、第一家集成電路設(shè)計專業(yè)孵化器，目前集成電路產(chǎn)業(yè)的公共服務(wù)平臺主要有上海集成電路研發(fā)中心、上海集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)促進中心、上海硅知識產(chǎn)權(quán)交易中心和上海集成電路測試技術(shù)平臺。上海集成電路研發(fā)中心擁有開放的集成電路工藝技術(shù)研發(fā)和中試平臺。主要業(yè)務(wù)包括為行業(yè)提供技術(shù)來源和知識產(chǎn)權(quán)保護、工藝研發(fā)和驗證服務(wù)，面向設(shè)計企業(yè)開發(fā)特色工藝模塊和人才實訓(xùn)等。上海集成電路測試技術(shù)平臺則以政府補貼、有償共享的方式，為集成電路開發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)提供專業(yè)測試技術(shù)服務(wù)。
二、上海IC集群升級面臨的主要問題
1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模偏小，盈利能力弱
上海集成電路產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展還處于初始階段，突出表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，單體規(guī)模小，盈利能力弱。在產(chǎn)業(yè)構(gòu)成上，2009年上海IC設(shè)計業(yè)銷售收入為36.5億元、制造業(yè)為146.7億元、封測業(yè)為183.7億元，僅為臺灣新竹IC的1/25、1/11和1/4。同國際先進集成電路企業(yè)比較，上海集成電路企業(yè)在規(guī)模和盈利能力上均有很大的差距。中芯國際為上海最大的集成電路制造企業(yè)，與全球第一的代工廠的臺積電相比，銷售收入僅為臺積電的15%，盈利能力更是相差甚遠。中芯國際與新加坡特許半導(dǎo)體銷售收入分列全球第三、四位，但前者毛利率僅為后者的1/3。展訊作為上海最大的設(shè)計公司，在銷售收入、研發(fā)投入和盈利能力等方面，與國際著名設(shè)計公司都存在較大差距。
2.在全球價值鏈中處于低端環(huán)節(jié)
上海IC地方產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)，是以代工制造環(huán)節(jié)嵌入生產(chǎn)者驅(qū)動的價值鏈當(dāng)中，主要從事一般元器件的生產(chǎn)以及整機的加工和組裝。設(shè)計公司弱小，制造封裝測試環(huán)節(jié)規(guī)模最大，近年IC產(chǎn)業(yè)3/4以上銷售收入來源于制造和封裝測試等低價值鏈環(huán)節(jié)。由于IC產(chǎn)業(yè)是知識技術(shù)、資本密集型產(chǎn)業(yè)，全球IC產(chǎn)業(yè)價值鏈由研發(fā)設(shè)計力量強大、制程技術(shù)先進，并掌握系統(tǒng)集成核心技術(shù)的美、歐、日的IDM（整合元器件制造）公司控制。他們通過制定規(guī)制、標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)督規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)的實施，來整合價值鏈的價值創(chuàng)造活動，最終獲取了價值創(chuàng)造的絕大部分。
3.周邊地區(qū)形成了對上海IC集群的強勁競爭和挑戰(zhàn)
除集成電路設(shè)計業(yè)落后、中高級技術(shù)人員不足的制約因素外，商務(wù)成本提高也使得上海IC集群面臨挑戰(zhàn)。雖然集成電路業(yè)特別強調(diào)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的完善性，但是商務(wù)成本（包括土地成本、勞動力成本等）等因素也會顯著影響產(chǎn)業(yè)鏈上某些環(huán)節(jié)的分布。土地作為一種不可再生資源，近年來隨著上海經(jīng)濟的發(fā)展而價格飛漲，上海的勞動力成本與周邊的蘇州、無錫相比也逐漸喪失優(yōu)勢。集成電路企業(yè)選址時不得不權(quán)衡上海的集聚效應(yīng)帶來的成本降低、較高的要素成本與預(yù)期利潤。一些集成電路制造廠投資項目最終主要因為上海的商務(wù)成本過高而選擇了上海周邊地區(qū)，2008及2009年江蘇省的銷售收入已超過上海市，成為國內(nèi)集成電路第一大省。近兩三年隨著武漢新芯12英寸生產(chǎn)線、成都成芯和重慶渝德8英寸生產(chǎn)線建成投產(chǎn)、英特爾成都封裝測試工廠投產(chǎn)以及西安應(yīng)用材料公司技術(shù)中心的建設(shè)，中西部地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的勢頭不可小覷。
4.國際硅周期和金融危機對上海IC集群的沖擊
2000年以來，隨著全球化的推進、跨國公司的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，上海IC集群經(jīng)歷了快速發(fā)展階段后，遭遇了前所未有的國際集成電路行業(yè)和金融危機的巨大沖擊。從銷售收入來看，2001年到2004年翻了一番，2003至2006年年均增長率達到50%。到2007年步入硅周期，全球集成電路產(chǎn)業(yè)不景氣，上海集成電路產(chǎn)業(yè)僅實現(xiàn)銷售收入389.5億元，同比增長2.5%.增速明顯放緩。受到國際半導(dǎo)體市場的影響，2008—2009年上海IC產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)負增長，2009年銷售收入降為402億元，增長率為一12%，比同期全國IC產(chǎn)業(yè)銷售收入跌幅還多1個百分點，這說明，上海IC產(chǎn)業(yè)遭遇了較全國更大的沖擊。
三、推進上海IC集群升級的政策建議
1.科學(xué)制定上海IC集群規(guī)劃，實施價值模塊協(xié)同網(wǎng)戰(zhàn)略
一是要找準(zhǔn)上海IC集群在全球和全國價值鏈中的位置。隨著國家實施“國家科技重大專項”和本市加緊實施推進“高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化”等項目，抓住整機業(yè)與集成電路設(shè)計業(yè)的聯(lián)動環(huán)節(jié)，形成從集成電路設(shè)計、制造、封裝測試到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的大產(chǎn)業(yè)鏈，確立產(chǎn)業(yè)升級路線圖，確立上海IC在全國IC設(shè)計業(yè)及其產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)先地位，并推動上海IC集群在全球價值鏈中的位置不斷攀升。
二是調(diào)整和優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局及定位。科學(xué)分析浦東、松江、紫竹園區(qū)的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢環(huán)節(jié)，每個園區(qū)確立1～2個優(yōu)勢環(huán)節(jié)，其余非優(yōu)勢環(huán)節(jié)給予鼓勵政策轉(zhuǎn)移到相應(yīng)園區(qū)，避免過度競爭，資源浪費。張江重點發(fā)展集成電路設(shè)計和微電子裝備；外高橋發(fā)展集成電路封裝測試；金橋建設(shè)國家級通信產(chǎn)業(yè)基地，重點集聚和發(fā)展移動通訊設(shè)備和光機電一體化；康橋發(fā)展以華碩公司為標(biāo)桿企業(yè)的手機、個人電腦等消費類終端產(chǎn)品。
三是實施價值模塊協(xié)同網(wǎng)絡(luò)（VMCN）戰(zhàn)略。模塊協(xié)同網(wǎng)絡(luò)是通過加強集群內(nèi)相關(guān)企業(yè)間的水平聯(lián)系，通過協(xié)作、創(chuàng)新、競爭全面滿足市場的差異化需求，將模塊供應(yīng)商、業(yè)務(wù)流程與系統(tǒng)管理等結(jié)合在一起，形成強大、集成、靈敏的全球化模塊化產(chǎn)業(yè)集群。上海IC集群可以發(fā)揮地方政府的優(yōu)勢，將集群內(nèi)的大量同類型本地企業(yè)，協(xié)同組織，建立復(fù)雜的水平聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同集群內(nèi)中介服務(wù)機構(gòu)、大學(xué)和科研機構(gòu)等區(qū)域本地行為主體，組成靈活敏捷、協(xié)同互補的動態(tài)經(jīng)濟體系，有效實現(xiàn)價值創(chuàng)造過程的網(wǎng)絡(luò)化整合，并通過企業(yè)和不同知識背景、知識結(jié)構(gòu)的不同行為主體的知識交流與碰撞，激發(fā)集群創(chuàng)新發(fā)生。在有效利用全球網(wǎng)絡(luò)的同時，積極實施本土化戰(zhàn)略，增加網(wǎng)絡(luò)的密度，拓寬相互學(xué)習(xí)的界面。
2.加快IC產(chǎn)業(yè)整合轉(zhuǎn)型，提升創(chuàng)新能力
對上海IC產(chǎn)業(yè)來說，加快整合轉(zhuǎn)型，促進產(chǎn)業(yè)集聚和企業(yè)做大做強，同樣是IC集群升級的緊迫需要。應(yīng)抓住國家鼓勵產(chǎn)業(yè)整合重組的機遇，采取強有力的扶持措施，通過政策、資金和市場引導(dǎo)等途徑，對產(chǎn)品技術(shù)水平高和市場前景好的企業(yè)，加快整合IC芯片制造、設(shè)計企業(yè)，建立自主可控的集成電路產(chǎn)業(yè)體系，盡快形成幾個上規(guī)模的企業(yè)，為培育世界級集成電路企業(yè)作準(zhǔn)備。以IC產(chǎn)業(yè)航母，撬動龍頭企業(yè)的跨國混合網(wǎng)絡(luò)，加速集群國際知識的獲取、吸收、創(chuàng)造性運用，從而為本地IC集群的跨越式升級創(chuàng)造條件。要從自身實際出發(fā)，加快技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新速度。要以《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》確定的16個國家重大專項重點提升集成電路企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新能力、突破核心技術(shù)的機遇，引導(dǎo)本地企業(yè)根據(jù)國內(nèi)市場的實際需求加大新產(chǎn)品的開發(fā)力度，快速占領(lǐng)新興市場，增加企業(yè)競爭力。
3.爭取國家和地方的政策支持，實施積極的人才戰(zhàn)略
一是落實2008年財稅1號文有關(guān)優(yōu)惠政策，國家規(guī)劃布局內(nèi)軟件企業(yè)涵蓋重點集成電路設(shè)計企業(yè)，將集成電路設(shè)計企業(yè)認定為“生產(chǎn)型企業(yè)”，享受出口退稅政策，使其在國內(nèi)完成設(shè)計后順利投入生產(chǎn)出口到國內(nèi)外市場，并將集成電路產(chǎn)業(yè)優(yōu)惠政策覆蓋半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈諸環(huán)節(jié)。二是對公司的跨國研發(fā)給予財政政策支持，取消“出口”和“進口”的雙向稅賦成本，規(guī)定企業(yè)在國外的研發(fā)專利可以作為國內(nèi)企業(yè)申報高新技術(shù)企業(yè)的依據(jù)，可以享受相關(guān)稅收減免的優(yōu)惠政策。三是鼓勵地方企業(yè)利用中國本土大學(xué)、科研院所等與國外相應(yīng)機構(gòu)的“非贏利合作”關(guān)系，建立國外有關(guān)法律、科技制度的“專家咨詢庫”，通過“迂回”戰(zhàn)略間接嵌入到西方知識網(wǎng)絡(luò)，從而脫離于跨國公司獨立發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
IC產(chǎn)業(yè)是知識密集型產(chǎn)業(yè)，專業(yè)化、高端人才對于IC集群的升級至關(guān)重要。可以借鑒國外的發(fā)展經(jīng)驗，制定高工資、低（零）個人所得稅、股權(quán)獎勵等優(yōu)惠的人才吸引政策，吸引海外集成電路設(shè)計、制造、管理專家前來工作?？梢酝ㄟ^提高員工待遇。加強產(chǎn)業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動來進一步強化企業(yè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。同時重視技術(shù)人才的培養(yǎng)，為基層作業(yè)員、技工、工程師提供較好的專業(yè)素質(zhì)培訓(xùn)。這樣的措施對設(shè)計企業(yè)和制造企業(yè)都是至關(guān)重要的。當(dāng)然，要從根本上解決上海IC人才問題，地方政府必須制定積極人才政策，將人才待遇與戶籍制度、住房、社會保障、配偶工作、子女教育與就業(yè)統(tǒng)籌考慮，使人才引得來、留得住。
4.充分發(fā)揮協(xié)會、企業(yè)管理咨詢服務(wù)平臺職能
建議政府及其相關(guān)部門“抓大放小”，將具體事務(wù)性職能交由協(xié)會辦理。在建立產(chǎn)業(yè)同盟方面，建議進一步發(fā)揮好行業(yè)協(xié)會的作用，促進和推動lC產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。可以授權(quán)協(xié)會實施或參與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的培育、建設(shè)和運作，構(gòu)建公共服務(wù)平臺，通過協(xié)會的推進來形成產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的運行機制，發(fā)揮協(xié)會在行業(yè)管理中的主體作用。可以參考香港政府和香港工程師協(xié)會的做法，以政府（工程類）公務(wù)員的要求對協(xié)會的會員標(biāo)準(zhǔn)進行認定。在提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力方面，政府和市、區(qū)兩級行業(yè)協(xié)會結(jié)合起來，具體放手讓協(xié)會去做。提供孵化樓的同時，為中小企業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)業(yè)服務(wù)；打造風(fēng)險投資機構(gòu)積聚地，重點培養(yǎng)有自主創(chuàng)新的重點企業(yè)。通過行業(yè)協(xié)會，促成IC產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
關(guān)鍵詞： 無人值守； 遠程開關(guān)機； 超短波電臺； FSK
中圖分類號： TN962?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）01?0059?03
軍用機場通信導(dǎo)航裝備種類繁多，由于受電磁環(huán)境和建臺規(guī)范等因素的制約，通信導(dǎo)航臺站點多分散，導(dǎo)致部隊值守困難也不便于人員管理。雖然近年來部隊列裝的新型通導(dǎo)裝備大多都配備了遙控終端，可在各級指揮中心對裝備進行操控，但遙控終端只能控制裝備的工作狀態(tài)，無法實現(xiàn)遠程開關(guān)機，各臺站仍需有人值守。根據(jù)部隊實際需求設(shè)計的遠程開關(guān)機模塊[1]，通過分析各型裝備配套遙控終端的工作原理，借用原有遙控信道實現(xiàn)裝備的遠程開關(guān)機，特別是對于地處高山、海島或各戰(zhàn)場制高點的通信導(dǎo)航臺站，無人值守不僅節(jié)約了大量的值班力量，還大大提升了通信導(dǎo)航指揮網(wǎng)絡(luò)的實時性和靈活性[2]。本文以某型超短波電臺為例介紹遠程開關(guān)機模塊的具體設(shè)計細節(jié)。
1 超短波電臺遙控終端工作原理
超短波電臺置“遙控”狀態(tài)時，其遙控終端可通過控制面板和遙控線路（有線或無線，無線需配備微波無線遙控信道機）實現(xiàn)更改主機工作參數(shù)、工作狀態(tài)等操作，當(dāng)使用光纖傳輸時，遙控控制距離可達幾千千米，其原理框圖如圖1所示。
遙控終端采用兩個信道：音頻信道傳送話音；數(shù)據(jù)信道傳送指令信息。兩個信道都可以實現(xiàn)二線和四線兩種接口電路的轉(zhuǎn)換。某型超短波電臺遙控數(shù)據(jù)傳送執(zhí)行CCITT（國際電報電話咨詢委員會）V.23標(biāo)準(zhǔn)，即工作方式為半雙工，調(diào)制方式為異步移頻鍵控（FSK），數(shù)據(jù)傳輸速率為1 200 b/s，頻率空號時為1 300 Hz，傳號時為2 100 Hz，中心頻率為1 700 Hz。
在遙控話音模式下，兩個信道分別傳送話音和指令。音頻信道在遙控數(shù)傳模式下，傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息。遙控終端在工作時，每5 s向主機發(fā)送一次狀態(tài)查詢指令。
2 遠程開關(guān)機模塊設(shè)計
2.1 遠程開關(guān)機模塊原理
遠程遙控開關(guān)機模塊原理框圖如圖2所示。通過對某型超短波電臺遙控終端發(fā)送FSK遙控信號進行放大、解調(diào)和載波檢測，提取遙控終端發(fā)送的閑時狀態(tài)查詢指令，利用單片機對提取的信號進行程序控制，形成穩(wěn)定的遠程遙控操作指令控制開關(guān)電路實現(xiàn)電臺的遠程遙控開關(guān)機。由圖2可見，該模塊主要由24 V DC/DC電源、遙控信號放大器、FSK信號解調(diào)和載波檢測電路、單片機控制電路和開關(guān)電路等組成。
2.2 FSK解調(diào)電路
頻移鍵控（FSK）是用載波的頻率參量來攜帶數(shù)字信息的調(diào)制方式，具有實現(xiàn)容易，抗干擾能力強的特點[3?4]。目前國內(nèi)市場上單片F(xiàn)SKMODEM集成電路較多，綜合考慮各方面因素，設(shè)計中采用了AMD公司的AM7910DI，內(nèi)含接收帶通濾波器，具有載波檢測和自環(huán)測試功能，其數(shù)據(jù)接口與TTL電平兼容，可與大多數(shù)微處理器連接。AM7910DI主要由調(diào)制器（發(fā)送器）、解調(diào)器（接收器）以及接口控制邏輯電路組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖3所示。本設(shè)計中FSK信號的解調(diào)和載波檢測電路由AM7910DI及其電路組成，為滿足某型電臺遙控信號的傳輸要求，模式控制選擇在MC4MC3MC2 MC1MC0=10110，時鐘頻率為2.456 7 Hz。
2.3 單片機控制電路
單片機采用AVR系列的ATtiny13A，它是模塊的控制核心，主要完成數(shù)據(jù)的讀取、處理、發(fā)送及接收控制[5?6]。單片機ATtiny13A內(nèi)嵌高質(zhì)量的1 KB FLASH程序存儲器，擦寫方便，便于模塊的調(diào)試、開發(fā)和更新；內(nèi)嵌64 B的E2PROM，可長期保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，避免斷電丟失；片內(nèi)具有64 B的SRAM，完全滿足遠程遙控指令的數(shù)據(jù)存儲要求；一個具有比較模式的8位定時器/計數(shù)器及具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，可實現(xiàn)對遙控指令寬度的精確計算和判別。單片機程序的設(shè)計重點是接收程序[7?8]，其目的是對ATtiny13A進行初始化，設(shè)置接收數(shù)據(jù)的條件、波特率，通過對接收的數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)條件進行比較和判定來控制后續(xù)開關(guān)電路的動作。接收程序設(shè)計流程圖如圖4所示。
3 遠程開關(guān)機模塊的電路實現(xiàn)
設(shè)計中通過分析研究超短波電臺遙控終端的工作原理，利用遙控終端工作時每5 s向主機發(fā)送一次狀態(tài)查詢指令的特點，通過檢測是否有狀態(tài)查詢指令來控制開關(guān)電路動作，實現(xiàn)電臺的遠程遙控開關(guān)機。
模塊關(guān)鍵電路[9]的實現(xiàn)如圖5所示。由圖5可見，單片機電路簡單，采用單片機最小系統(tǒng)，復(fù)位電路由[R15]串聯(lián)[C7]組成，[R15]取1 MΩ，[C7]取0.1 μF，因此[RC]取值為0.1 s，可以保證可靠的上電復(fù)位；[VCC=]5 V，二極管電壓為2 V，LED串聯(lián)電阻[R7=R8=（5-2）0.003=1 kΩ。]
當(dāng)單片機串口接收到狀態(tài)查詢指令時，控制開關(guān)電路動作，實現(xiàn)電臺主機的遠程開機功能；當(dāng)單片機串口接收不到狀態(tài)查詢指令時，內(nèi)部計時電路開始工作，并通過比較器判別是否符合關(guān)機條件[10]。本設(shè)計中設(shè)定遙控終端關(guān)機后主機延時15～20 s斷電。
本模塊經(jīng)多部電臺安裝試用，工作穩(wěn)定可靠，采用的FSK調(diào)制解調(diào)芯片、數(shù)/模轉(zhuǎn)換及單片機控制芯片技術(shù)成熟，可維護性強；電路設(shè)計合理，操控簡單。設(shè)計中綜合考慮了模塊的投入成本、元器件工作的可靠性以及可擴展性，在電臺中加裝該模塊后，可實現(xiàn)收發(fā)信機的全功能遙控，為部隊節(jié)省了大量的人力，提高了設(shè)備組網(wǎng)調(diào)用的靈活性，具有成本低、可靠性高和實用性強的優(yōu)點。
4 結(jié) 語
在機場通信導(dǎo)航裝備中加裝遠程遙控開關(guān)機模塊，能夠解決臺站值班力量缺乏、調(diào)用程序繁瑣和設(shè)備不夠及時的難題，實現(xiàn)了對通導(dǎo)裝備的全功能遙控和無人值守。該模塊電路簡單，信息傳輸可靠，操作方便，功耗和成本較低。本模塊只需稍加改進，可用于實現(xiàn)各型通信導(dǎo)航裝備的無人值守，具有較好的推廣價值及良好的應(yīng)用前景。
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關(guān)鍵詞:可編程器件;計數(shù)器;數(shù)字電路;VHDL
中圖分類號:TN47文獻標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-373X(2009)19-189-02
Design of Digital Circuit Based on Programmable Logic Devices
LIU Caihong,CHEN Xiuping
(Northwest Minorities University,Lanzhou,730030,China)
Abstract:The traditional design method of digital systems has fundamentally changed because of the emergence of programmable logic devices,it is necessary to introduce the design of digital circuit based on the programmable logic device.The realization methods of counter as examples,described two ways to achieve counter by schematic and hardware description language as input methods.The method of compiled simulation was described,and given the simulation results.The design of digital circuit based on the programmable logic device easier to understand and grasp by the use of familiar device.
Keywords:programmable logic devices;counter;digital circuit;VHDL
0 引 言
可編程邏輯器件PLD(Programmable Logic Device)是一種數(shù)字電路,它可以由用戶來進行編程和進行配置,利用它可以解決不同的邏輯設(shè)計問題。PLD由基本邏輯門電路、觸發(fā)器以及內(nèi)部連接電路構(gòu)成,利用軟件和硬件(編程器)可以對其進行編程,從而實現(xiàn)特定的邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷?0世紀(jì)70年代初期以來經(jīng)歷了從PROM,PLA,PAL,GAL到CPLD和FPGA的發(fā)展過程,在結(jié)構(gòu)、工藝、集成度、功能、速度和靈活性方面都有很大的改進和提高[1]。
隨著數(shù)字集成電路的不斷更新和換代,特別是可編程邏輯器件的出現(xiàn),使得傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法發(fā)生了根本的改變[2]?？删幊踢壿嬈骷撵`活性使得硬件系統(tǒng)設(shè)計師在實驗室里用一臺計算機、一套相應(yīng)的EDA軟件和可編程邏輯芯片就可以完成數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與生產(chǎn)[3]。
1 Max+plus Ⅱ簡介
Max+plus Ⅱ是一種與結(jié)構(gòu)無關(guān)的全集成化設(shè)計環(huán)境,使設(shè)計者能對Altera的各種CPLD系列方便地進行設(shè)計輸入、快速處理和器件編程。Max+plus Ⅱ開發(fā)系統(tǒng)具有強大的處理能力和高度的靈活性,其主要優(yōu)點:與結(jié)構(gòu)無關(guān)、多平臺、豐富的設(shè)計庫、開放的界面、全集成化、支持多種硬件描述語言(HDL)等。
數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計采用自頂向下、由粗到細,逐步分解的設(shè)計方法,最頂層電路是指系統(tǒng)的整體要求,最下層是具體的邏輯電路的實現(xiàn)。自頂向下的設(shè)計方法將一個復(fù)雜的系統(tǒng)逐漸分解成若干功能模塊,從而進行設(shè)計描述,并且應(yīng)用EDA 軟件平臺自動完成各功能模塊的邏輯綜合與優(yōu)化,門級電路的布局,再下載到硬件中實現(xiàn)設(shè)計[4],具體設(shè)計過程如下。
1.1 設(shè)計輸入
Max+plus Ⅱ支持多種設(shè)計輸入方式,如原理圖輸入、波形輸入、文本輸入和它們的混合輸入。
1.2 設(shè)計處理
設(shè)計輸入完后,用Max+plus Ⅱ的編譯器編譯、查錯、修改直到設(shè)計輸入正確,同時將對輸入文件進行邏輯簡化、優(yōu)化,最后生成一個編程文件,這是設(shè)計的核心環(huán)節(jié)。
1.3 設(shè)計檢查
Max+plus Ⅱ為設(shè)計者提供完善的檢查方法設(shè)計仿真和定時分析,其目的是檢驗電路的邏輯功能是否正確,同時測試目標(biāo)器件在最差情況下的時延,這一查錯過程對于檢驗組合邏輯電路的競爭冒險和時序邏輯電路的時序、時延等至關(guān)重要。
1.4 器件編程
當(dāng)電路設(shè)計、校驗之后,Max+plus Ⅱ的Programmer 將編譯器所生成的編譯文件下載到具體的CPLD器件中,即實現(xiàn)目標(biāo)器件的物理編程[5]。
2 以計數(shù)器為例介紹具體的設(shè)計方法
計數(shù)器是非常常用的時序邏輯電路。計數(shù)器類型有多種,實現(xiàn)計數(shù)器的方法也有很多?？梢再I到大部分類型的中規(guī)模集成的計數(shù)器直接使用,也可以用觸發(fā)器搭建符合要求的計數(shù)器。但是采用以上方法實現(xiàn)的計數(shù)器靈活性不夠,不能隨時進行修改,通用性差。這里介紹基于可編程邏輯器件的實現(xiàn)方法。
2.1 設(shè)計輸入
采用原理圖輸入的思維方式比較適合一直采用傳統(tǒng)設(shè)計方法人的使用。原理圖輸入如圖1所示。
圖1 原理輸入圖
采用硬件描述語言輸入的方法對于沒有傳統(tǒng)設(shè)計方法經(jīng)驗的人更容易入門,修改起來也更方便。給出了一個可逆計數(shù)器的實現(xiàn)實例[6],程序的核心部分如下[7]:
PROCESS (clk)
VARIABLE cnt:INTEGER RANGE 0 TO 255;
VARIABLE direction:INTEGER;
BEGIN
IF(updown=′1′)THEN
direction:=1;
ELSE
direction:=-1;
END IF;
IF(clk′EVENT AND clk=′1′)THEN
cnt:=cnt+direction;
END IF;
qd
end process;
2.2 設(shè)計處理
原理圖或程序完成之后,選擇好器件并進行引腳定義,然后編譯優(yōu)化得到編程文件的界面如圖2所示[8]。
2.3 設(shè)計檢查
編譯結(jié)束后,建立波形文件進行仿真,注意波形文件需要先保存,保存文件名和源文件一致才能進行仿真[9]。結(jié)果如圖3所示。
圖2 編譯優(yōu)化得到編程文件的界面
圖3 仿真結(jié)果
仿真結(jié)果達到設(shè)計目的,符合設(shè)計要求。這時可以把編譯生成的*.pof文件下載到選定的器件使用。用以上方法實現(xiàn)的器件,修改起來非常方便,只需要修改程序重新編譯下載即可,任何類型的計數(shù)器都可以在可編程邏輯器件實現(xiàn)。
3 結(jié) 語
隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展,CPLD 和FPGA 器件在集成度、功能和性能(速度及可靠性)方面已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)場合的使用要求。用CPLD,FPGA等大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷〈鷤鹘y(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)集成電路、接口電路和專用集成電路已成為技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
可編程邏輯器件是邏輯器件家族中發(fā)展最快的一類器件,它出現(xiàn)使得產(chǎn)品開發(fā)周期縮短、現(xiàn)場靈活性好、開發(fā)風(fēng)險變小,隨著工藝、技術(shù)及市場的不斷發(fā)展,PLD產(chǎn)品的價格將越來越便宜、集成度越來越高、速度越來越快,再加上其設(shè)計開發(fā)采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的、功能強大的通用性EDA工具,可編程邏輯器件的應(yīng)用前景將愈來愈廣闊[10]。
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隨著自動控制系統(tǒng)的發(fā)展，其在越來越多的行業(yè)中發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)前系統(tǒng)中的設(shè)備通過電纜來連接，從而形成了很大的限制性，為了拓寬系統(tǒng)控制的范圍，在系統(tǒng)中應(yīng)用了ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種技術(shù)具備成本低、易維護、自我修復(fù)等優(yōu)點，可以實現(xiàn)遠程自動控制。與現(xiàn)有的自動控制系統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)相比，基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自動控制系統(tǒng)將會具備更加優(yōu)越的性能，從而提升運行的穩(wěn)定性及可靠性。
1自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
1.1發(fā)射模塊
傳感器在進行信號發(fā)送時，發(fā)送的為4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，發(fā)射模塊接收到信號之后，需要對信號進行轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡姶挪o線之后在發(fā)射出去，而這就是發(fā)射模塊的功能。發(fā)射模塊的硬件具有固定的結(jié)構(gòu)，接收到傳感器的信號之后，首先由I/V變換電路對信號進行變換，經(jīng)過變換之后，標(biāo)準(zhǔn)電流信號由4~20mA變?yōu)?~5V，隨后，變化之后的信號經(jīng)過零點遷移電路，成為0~4V電壓，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器以及單片機之后，變成電磁波無線信號，實現(xiàn)與下位機之間的通信。在進行發(fā)射模塊硬件電路設(shè)計時，首先要對使用的元器件進行了解，在自動控制系統(tǒng)中，所使用的微控制器的型號為P89LPC935，該型號為單片封裝，處理器結(jié)構(gòu)的性能非常高，在執(zhí)行命令時，所需的時間比較少，同時，此種型號的微控制器中集合了很多系統(tǒng)級的功能，使用之后可以大量的減少元器件的數(shù)量，降低系統(tǒng)成本；射頻芯片的型號為CC1100，此種芯片具備可編程的特點，而且與ZigBee協(xié)議之間具備較高的一致性，在低功耗無線應(yīng)用中，適用性非常強；ADS7829是發(fā)射模塊硬件電路中一個重要的元件，此種型號的元件所具備的采樣速率是非?？斓?；在I/V變換電路中，主要的功能就是信號變換，在選擇元件時，采用了無源I/V變換；零點遷移電路為LM358，在LM358內(nèi)部，設(shè)置了兩個雙運算放大器，這兩個部件之間相互獨立，在單電源中具備比較高的適用性。在明確電路元器件的型號和功能之后，就需要進行發(fā)射模塊硬件電路設(shè)計。
1.2接收模塊
接收模塊硬件電路設(shè)計的步驟與發(fā)射模塊是相同的，首先需要明確各個元器件的型號及功能。在接收模塊中，包含四個部分：射頻芯片、單片機、D/A轉(zhuǎn)換器、V/I轉(zhuǎn)換電路。實際上，接收模塊的工作流程就是將發(fā)射模塊逆過來。D/A轉(zhuǎn)換器選擇的型號為TLV5617，此種芯片的接口為SPI接口，輸入時的通道為單個，輸出時的通道為雙通道，芯片的輸入端與發(fā)射模塊單片機的接口需要進行有效地連接；V/I轉(zhuǎn)換器選擇的為集成的AD694型號，通過轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，將接收到的信號還原為4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號。這兩個部分的元件型號確定之后，就需要根據(jù)其功能及相關(guān)的要求來進行電路設(shè)計。
1.3PCB電磁兼容
在進行PCB設(shè)計的過程中，電磁兼容是必須要考慮的，只有電磁兼容性能比較優(yōu)異，才能保證PCB設(shè)計的合理性及科學(xué)性，具體說來，應(yīng)該注意四個方面的問題：①在進行電源線設(shè)計時，為了將環(huán)路電阻減少，就需要將電源線的寬度增加，同時，在進行電源線的走向設(shè)計時，要與數(shù)據(jù)傳遞的方向保持一致，這樣一來，抗噪聲的能力才會比較好；②在進行集成芯片的電源輸入設(shè)計時，要設(shè)置濾波電容，位置為電源輸入腳；③為了保證晶振的正常運轉(zhuǎn)，在晶振信號線附近要避免其他信號的穿過；④為了將寄生耦合降低，元件面與焊接面之間不能出現(xiàn)平行。
2自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
2.1需解決的問題
自動控制系統(tǒng)在應(yīng)用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行軟件設(shè)計時，首先需要解決可靠性以及延時兩個方面的問題。對于可靠性，要從硬件設(shè)計及軟件設(shè)計兩個方面來保證，通過電路的合理設(shè)計以及軟件的科學(xué)編程，來提升自動控制系統(tǒng)運行的可靠性；對于延時，延時的存在會在很大程度上影響系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，不過在系統(tǒng)中應(yīng)用了ZigBee技術(shù)之后，延時問題也被有效的解決。這樣一來，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，有效的解決了可靠性及延時的問題。
2.2發(fā)射模塊
①進行初始化程序設(shè)計。針對微控制器的型號，在進行軟件設(shè)計時，就需要選擇I/O口輸出模式，為了保證I/O輸出模式的正常使用，I/O口模式要保證正確的配置，通常來說，I/O口配置寄存器決定了其模式。I/O口模式配置完成之后，需要進行SPI寄存器初始化，在SPI寄存器中，包含主模式和從模式兩種操作形式，這兩種模式所具備的速率是非?？斓摹３跏蓟瓿芍?，要將開門狗關(guān)閉，并將外部中斷開啟。②CC1100初始化程序設(shè)計。在CC1100中，微控制器為其接口顯示，在進行初始化程序設(shè)計時，要對寄存器進行正確的配置。③發(fā)射模塊軟件程序設(shè)計。無線收發(fā)模塊的電源來源為電池，為了保證其具備較長的使用壽命，就需要將系統(tǒng)的工作時間盡量的減低，在非工作狀態(tài)時，系統(tǒng)需要處于睡眠狀態(tài)，基于此，LPC935在工作時，采用的方式為定時采樣中斷，采樣完成之后，就會進入到睡眠狀。
2.3接收模塊
在進行了一段時間的控制之后，CC1100將會自動終止接收，這是CC1100具備的一個可選功能，稱之為電磁波激活。也就是說，CC1100在工作的過程中，接收等待狀況并不是一直持續(xù)的，而是接收等待狀況以及深度休眠狀態(tài)各維持一定的時間，這樣一來，在對數(shù)據(jù)信號進行偵測時，就可以不借助MCU的作用。CC1100在進行偵測時，如果偵測到數(shù)據(jù)信號，就會將信號發(fā)送給LPC935，如果此時LPC935處于休眠的狀態(tài)，CC1100就會向其發(fā)送一個外部中斷信號，LPC935接收之后進行相應(yīng)的反應(yīng)，同時進行數(shù)據(jù)信號的接收，數(shù)據(jù)信號接收完畢并檢測地址正確之后，就會向發(fā)送模塊發(fā)出已接收的應(yīng)答信號。這一系列的過程完成之后，會再次進入到休眠狀態(tài)，直到再有數(shù)據(jù)信號傳來時，才能被激活。
3結(jié)論
一、電路系統(tǒng)的完整性:
電路中的每個器件的獨立功能和各個器件之間的關(guān)系是根據(jù)電磁學(xué)的定律協(xié)調(diào)存在于整個系統(tǒng)中的。任意一個器件都不能離開整體去研究。脫離了整體性，器件本身就失去了在系統(tǒng)中存在的意義。而且，研究單一的器件本身不能夠?qū)﹄娐氛w的性能得出正確結(jié)論。綜上所述，用系統(tǒng)工程思想對電子電路系統(tǒng)設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題進行定量、定性的分析，并根據(jù)分析結(jié)果對產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品的可靠性和適用性接近或達到設(shè)計目標(biāo)的方法就是系統(tǒng)工程在電子電路設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用
二、在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用
一般而言，系統(tǒng)工程技術(shù)在電子電路設(shè)計中應(yīng)用的具體步驟如下:
1．系統(tǒng)設(shè)計初期:在電子系統(tǒng)設(shè)計的初期，首先要處理的是電路本身要實現(xiàn)什么樣的功能以及怎樣實現(xiàn)的問題。這個階段也可以稱之為闡明問題階段。在這個階段中應(yīng)用系統(tǒng)工程的方法可以分兩步進行，一是分析問題的內(nèi)容，主要是設(shè)計者們要把現(xiàn)實世界待解決的問題用專業(yè)知識歸納分析，總結(jié)出各種實現(xiàn)方案;二是解決問題，設(shè)計者們要在不同的實現(xiàn)方案中分析每種方案對資源的需求，通過線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃等運籌學(xué)(OperationResearch)方法找出最優(yōu)方案進行設(shè)計。
2．電路模塊設(shè)計階段:電子系統(tǒng)設(shè)計方案確定后，就可以使用Protel等EDA軟件進行具體電路的設(shè)計。由于每個電子系統(tǒng)都是由各個子系統(tǒng)構(gòu)成的模塊化結(jié)構(gòu)，在這一時期可以應(yīng)用系統(tǒng)工程中的結(jié)構(gòu)化模型技術(shù)對組成整個電子系統(tǒng)的每個電路模塊進行分析。一般的步驟是選擇每個電路模塊中的構(gòu)成要素、根據(jù)構(gòu)成要素建立電路模塊的鄰接矩陣和可達矩陣、用代數(shù)的方法建立整個電子系統(tǒng)的解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)，然后用圖解法定量的分析該模型的平衡點和穩(wěn)定性。利用模型分析的結(jié)果對構(gòu)成電子系統(tǒng)的的各個模塊進行性能微調(diào)，使其能更好的接近理想狀態(tài)。
3．整體電路仿真分析:組成電路的每個模塊EDA設(shè)計完畢后，就可以對整體的電路進行軟件仿真分析。由于電子電路系統(tǒng)在宏觀上是一個連續(xù)系統(tǒng)，而連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般是由微分方程組成。一旦系統(tǒng)中存在非線性要素，微分方程是不能求得其具體數(shù)值的。在這種情況下只能使用系統(tǒng)工程中的離散相似技術(shù)對連續(xù)系統(tǒng)進行離散化處理。使用電子仿真軟件Multisim把整體電路圖輸入計算機，通過記錄系統(tǒng)輸入和響應(yīng)數(shù)值，建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型。再通過對系統(tǒng)動力學(xué)模型的數(shù)值計算分析該系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為最終的電子系統(tǒng)性能評價提供依據(jù)。
4．電子系統(tǒng)總體價值分析:經(jīng)過上述步驟，一個較完備的電子電路系統(tǒng)基本建立。為了能使電子電路系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品化，在系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)達到后還要對系統(tǒng)進行價值分析。使用系統(tǒng)工程中的決策分析技術(shù)，能夠通過效用分析、沖突分析等手段分析該系統(tǒng)的成本、風(fēng)險以及可能存在的隱患和漏洞。在電子系統(tǒng)形成產(chǎn)品前盡可能的完善其功能，提高其性能價格比，從而得到一個在技術(shù)上穩(wěn)定、可靠、適用;在市場上具有一定競爭力的電子電路系統(tǒng)。
三、結(jié)語
總之，系統(tǒng)工程技術(shù)作為一門交叉學(xué)科，其在自然科學(xué)和社會科學(xué)之間起到的溝通作用已經(jīng)良好的解決了大量的工程實踐問題。近年來，計算機智能決策系統(tǒng)分析、模糊決策理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等在系統(tǒng)工程的出現(xiàn)使得系統(tǒng)工程技術(shù)展示了廣闊的應(yīng)用前景。相信隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)和數(shù)學(xué)方法的不斷進步，系統(tǒng)工程必將在各個自然科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中開辟更為廣闊的道路。
作者：郭譚娜焦艷冰單位：許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院
