時間：2023-10-17 16:10:49
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)計原則，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(jìn)步。
在非微電子專業(yè)如計算機(jī)、通信、信號處理、自動化、機(jī)械等專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計技術(shù)相關(guān)課程，一方面，這些專業(yè)的學(xué)生有電子電路基礎(chǔ)知識，又有自己本專業(yè)的知識，可以從本專業(yè)的系統(tǒng)角度來理解和設(shè)計集成電路芯片，非常適合進(jìn)行各種應(yīng)用的集成電路芯片設(shè)計階段的工作，這些專業(yè)也是目前芯片設(shè)計需求最旺盛的領(lǐng)域；另一方面，對于這些專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用特點(diǎn)，不宜也不可能開設(shè)微電子專業(yè)的所有課程，也不宜將集成電路設(shè)計階段的許多技術(shù)（如低功耗設(shè)計、可測性設(shè)計等）開設(shè)為單獨(dú)課程，而是要將相應(yīng)課程整合，開設(shè)一到二門集成電路設(shè)計的綜合課程，使學(xué)生既能夠掌握集成電路設(shè)計基本技術(shù)流程，也能夠了解集成電路設(shè)計方面更深層的技術(shù)和發(fā)展趨勢。因此，在課程的具體設(shè)置上，應(yīng)該把握以下原則。理論講授與實(shí)踐操作并重集成電路設(shè)計技術(shù)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用EDA工具進(jìn)行電路輔助設(shè)計，已經(jīng)成為集成電路芯片主流的設(shè)計方法。因此，在理解電路和芯片設(shè)計的基本原理和流程的基礎(chǔ)上，了解和掌握相關(guān)設(shè)計工具，是掌握集成電路設(shè)計技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。技能培訓(xùn)與前瞻理論皆有在課程的內(nèi)容設(shè)置中，既要有使學(xué)生掌握集成電路芯片設(shè)計能力和技術(shù)的講授和實(shí)踐，又有對集成電路芯片設(shè)計新技術(shù)和更高層技術(shù)的介紹。這樣通過本門課程的學(xué)習(xí)，一方面，學(xué)員掌握了一項(xiàng)實(shí)實(shí)在在有用的技術(shù)；另一方面，學(xué)員了解了該項(xiàng)技術(shù)的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設(shè)計技術(shù)的繼續(xù)研究和學(xué)習(xí)。基礎(chǔ)理論和技術(shù)流程隔離由于是針對非微電子專業(yè)開設(shè)的課程，因此在課程講授中不涉及電路設(shè)計的一些原理性知識，如半導(dǎo)體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)技術(shù)上，這樣非微電子專業(yè)的學(xué)生能夠很容易入門，提高其學(xué)習(xí)興趣和熱情。
2非微電子專業(yè)集成電路設(shè)計課程實(shí)踐
根據(jù)以上原則，信息工程大學(xué)根據(jù)具體實(shí)際，在計算機(jī)、通信、信號處理、密碼等相關(guān)專業(yè)開設(shè)集成電路芯片設(shè)計技術(shù)課程，根據(jù)近兩年的教學(xué)情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點(diǎn)如下。優(yōu)化的理論授課內(nèi)容
1）集成電路芯片設(shè)計概論：介紹IC設(shè)計的基本概念、IC設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)、IC技術(shù)的發(fā)展和趨勢等內(nèi)容。使學(xué)員對IC設(shè)計技術(shù)有一個大概而全面的了解，了解IC設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程及基本情況，理解IC設(shè)計技術(shù)的基本概念；了解IC設(shè)計發(fā)展趨勢和新技術(shù)，包括軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、IC低功耗設(shè)計技術(shù)、IC可重用設(shè)計技術(shù)等。
2）IC產(chǎn)業(yè)鏈及設(shè)計流程：介紹集成電路產(chǎn)業(yè)的歷史變革、目前形成的“四業(yè)分工”，以及數(shù)字IC設(shè)計流程等內(nèi)容。使學(xué)員了解集成電路產(chǎn)業(yè)的變革和分工，了解設(shè)計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)的一些基本情況，了解數(shù)字IC的整個設(shè)計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗(yàn)證與物理驗(yàn)證及芯片面積優(yōu)化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內(nèi)容。
3）RTL硬件描述語言基礎(chǔ)：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設(shè)計方法等內(nèi)容。使學(xué)員能夠初步掌握使用硬件描述語言進(jìn)行數(shù)字邏輯電路設(shè)計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設(shè)計規(guī)則和設(shè)計方法，并通過設(shè)計實(shí)踐學(xué)習(xí)和鞏固硬件電路代碼編寫和調(diào)試能力。
4）系統(tǒng)集成設(shè)計基礎(chǔ)：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統(tǒng)（SoC）、片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）的基本概念和集成設(shè)計方法。使學(xué)員初步了解大規(guī)模系統(tǒng)級芯片架構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)方法及主要片內(nèi)嵌入式處理器核。豐富的實(shí)踐操作內(nèi)容
1）Verilog代碼設(shè)計實(shí)踐：學(xué)習(xí)通過課下編碼、上機(jī)調(diào)試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進(jìn)行基本數(shù)字邏輯電路設(shè)計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設(shè)計能力。
2）IC前端設(shè)計基礎(chǔ)實(shí)踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路前端設(shè)計平臺DesignCompiler，使學(xué)員通過上機(jī)演練，初步掌握使用DesignCompiler進(jìn)行集成電路前端設(shè)計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優(yōu)化、可測性設(shè)計等內(nèi)容。
3）IC后端設(shè)計基礎(chǔ)實(shí)踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路后端設(shè)計平臺ICCompiler，使學(xué)員通過上機(jī)演練，初步掌握使用ICCompiler進(jìn)行集成電路后端設(shè)計的流程和方法，主要包括后端設(shè)計準(zhǔn)備、版圖規(guī)劃與電源規(guī)劃、物理綜合與全局優(yōu)化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗(yàn)證與最終優(yōu)化等內(nèi)容。靈活的考核評價機(jī)制
1）IC設(shè)計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學(xué)員隊IC設(shè)計的一些基本知識，如基本概念、基本設(shè)計流程、簡單的代碼編寫等。
2）IC設(shè)計上機(jī)實(shí)踐操作：通過上機(jī)操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設(shè)計代碼，要求學(xué)員使用Synopsys公司數(shù)字集成電路設(shè)計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設(shè)計和驗(yàn)證流程。
3）IC設(shè)計相關(guān)領(lǐng)域報告：通過撰寫報告的形式，要求學(xué)員查閱IC設(shè)計領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，包括該領(lǐng)域的前沿研究技術(shù)、設(shè)計流程中相關(guān)技術(shù)點(diǎn)的深入研究、集成電路設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展歷程和趨勢等，撰寫相應(yīng)的專題報告。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:電子電路設(shè)計；創(chuàng)新；路徑
科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展,電子產(chǎn)品逐漸的滲透到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域,成為國家科技生產(chǎn)水平的主要組成因素,推動者計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步,成為國家發(fā)展的動力,為技術(shù)的全面進(jìn)步提供必要的條件。但是現(xiàn)階段我國進(jìn)行電子電路設(shè)計的過程中存在一定的問題,創(chuàng)新能力不足,自主知識產(chǎn)權(quán)意識較弱,造成整體發(fā)展水平出現(xiàn)滯后性,因此在今后的發(fā)展中需要對電子電路設(shè)計的創(chuàng)新路徑進(jìn)行分析,全面的掌握創(chuàng)新方法,保證電子電路自主研發(fā)能力的提升,促進(jìn)我國科技水平的全面進(jìn)步。
1電子電路設(shè)計概述
1.1電子電路設(shè)計的原則
電子電路設(shè)計需要遵循相關(guān)的原則,這樣才能更好地保證設(shè)計的科學(xué)性,首先需要對電子電路內(nèi)部的各項(xiàng)原件相互之間的關(guān)系進(jìn)行全面的分析,掌握設(shè)計的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部結(jié)構(gòu),整體上對原件內(nèi)部的各項(xiàng)構(gòu)造進(jìn)行分析,綜合地對電子電路的各項(xiàng)類型進(jìn)行分析,全面地掌握各項(xiàng)設(shè)計類型。其次需要關(guān)注設(shè)計的功能性原則,在進(jìn)行設(shè)計的過程中需要將電子電路系統(tǒng)進(jìn)行更加細(xì)致全面的劃分,掌握不同模塊的實(shí)際功能,考慮到實(shí)現(xiàn)這些模塊和功能的途徑,從而在設(shè)計中了解掌握原件的情況,實(shí)現(xiàn)電子電路設(shè)計的規(guī)范性。在進(jìn)行電子電路設(shè)計的過程中需要保證各項(xiàng)功能的完整性,在進(jìn)行設(shè)計的過程中需要針對每一個部件的實(shí)際使用效果進(jìn)行分析,確定整體的設(shè)計成果符合實(shí)際使用的效果,這樣才能進(jìn)一步提升設(shè)計的科學(xué)性與合理性,在實(shí)際使用中保證使用的質(zhì)量。
1.2電子電路設(shè)計的技術(shù)
進(jìn)行電子電路設(shè)計需要采用合適的方法,具體的方法包括遺傳算法。這種方法在進(jìn)行設(shè)計的過程中將關(guān)注的焦點(diǎn)放在需要解決的問題上,針對性地進(jìn)行代碼設(shè)計,對需要解決的問題進(jìn)行相應(yīng)的編程,這樣的方式可以在進(jìn)行程序編制的過程中避免因?yàn)楦偁帣C(jī)制帶來不同遺傳操作和交叉變異的問題,滿足現(xiàn)實(shí)情況下的管理機(jī)制,對其中較差的個體進(jìn)行替代,保證代碼的使用更加符合技術(shù)的需要,不斷地滿足現(xiàn)實(shí)條件,對結(jié)果進(jìn)行更加全面的管理,對實(shí)際問題進(jìn)行整體解決。而現(xiàn)場可編程邏輯陣列是將邏輯電路方式進(jìn)行應(yīng)用,采用在線編程的方式,將存儲芯片設(shè)置在RAM內(nèi),在需要編程的過程中通過原理圖和硬件對語言進(jìn)行描述,然后將數(shù)據(jù)存儲到RAM內(nèi),這樣將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的方式使得相關(guān)的邏輯關(guān)系得到更加科學(xué)的處理,一旦對其中的FPGA開發(fā)軟件進(jìn)行斷電之后,就會出現(xiàn)RAM的邏輯關(guān)系空白,為整體的數(shù)據(jù)存儲節(jié)省較多的空間,提升FPGA系統(tǒng)的使用效率,將不同的數(shù)據(jù)流灌入到硬件系統(tǒng)中,提升電子電路設(shè)計的整體質(zhì)量,便于對設(shè)計方法進(jìn)行全面的創(chuàng)新。
2電子電路設(shè)計的創(chuàng)新基本方法
2.1對電子電路進(jìn)行層次化的設(shè)計
進(jìn)行電子電路層次化的設(shè)計首先需要將基本構(gòu)造分成相應(yīng)的模塊,對不同的模塊進(jìn)行分層次的設(shè)計描述,整體設(shè)計過程中需要按照從硬件頂層抽象描述向最底層結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,直到實(shí)現(xiàn)硬件單元描述為止,層次化設(shè)計在進(jìn)行管理設(shè)計的過程中相比較而言較為靈活,可以根據(jù)實(shí)際特點(diǎn)選擇適宜的設(shè)計方式,既能夠是自頂向底的方式,也可以是自底向頂?shù)姆绞?具體情況需要按照實(shí)際情況進(jìn)行分析,對電子電路的設(shè)計進(jìn)行全面科學(xué)的管理。
2.2對電子電路進(jìn)行漸進(jìn)式設(shè)計
漸進(jìn)式設(shè)計也是電子電路設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的情況,這種設(shè)計方式主要是將一些附加功能帶入到管理中,將設(shè)計的相關(guān)指標(biāo)使用到設(shè)計中,其中包括高頻、低頻模擬電路、數(shù)字電子線路的結(jié)構(gòu)設(shè)計,然后依據(jù)實(shí)際情況設(shè)計相應(yīng)的單元電路結(jié)構(gòu),將電子電路工作的特點(diǎn)和運(yùn)行方式融入到設(shè)計中,并將線路設(shè)計進(jìn)行全面的整合,注重輸入與輸出之間的相互關(guān)系,保證電路設(shè)計的規(guī)范性,將電子電路設(shè)計得更加便于操作。同時在進(jìn)行設(shè)計的過程中需要對漸進(jìn)式設(shè)計的步驟進(jìn)行分析,根據(jù)應(yīng)用型電子電路的功能,及時地對電子電路進(jìn)行組合,在進(jìn)行拼裝時需要關(guān)注連接點(diǎn)信號連接的強(qiáng)度、幅度以及電壓值之間的關(guān)系,將整體電路進(jìn)行更加科學(xué)的設(shè)計。
2.3硬件語言描述設(shè)計
在進(jìn)行電子電路設(shè)計的過程中還可以使用基于硬件語言描述的形式,首先需要對設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行全面的管理,熟悉電子設(shè)計中對信號進(jìn)行控制的相關(guān)原理,保證信號處理的各項(xiàng)參數(shù)。在具體信息確定完成之后需要對系統(tǒng)進(jìn)行分解,找出硬件的總體框架,之后對設(shè)計圖進(jìn)行仿真設(shè)計,將較為重要的位置使用相關(guān)的記號進(jìn)行標(biāo)注,然后借助CAD軟件對設(shè)計進(jìn)行仿真測試,保證電子電路設(shè)計的邏輯關(guān)系、正負(fù)極值、時序等的正確性,提升方案設(shè)計的規(guī)范性。
3電子電路設(shè)計的創(chuàng)新路徑
3.1電子電路構(gòu)架設(shè)計
進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新首先需要對整體的設(shè)計構(gòu)架進(jìn)行管理,在設(shè)計中對FPGA系統(tǒng)進(jìn)行重新定義,在硬件單元內(nèi)部建立連接,找出更加明確的構(gòu)建系統(tǒng),對設(shè)計途徑進(jìn)行創(chuàng)新。在設(shè)計結(jié)束之后需要對設(shè)計目標(biāo)以及設(shè)計結(jié)果進(jìn)行對比,可以采用錯誤的代碼,驗(yàn)證系統(tǒng)在進(jìn)行甄別過程中的效果,對于出現(xiàn)問題的地方及時進(jìn)行改進(jìn)。在結(jié)束之后選擇適宜的子系統(tǒng),其中一部分保持原本的運(yùn)行狀態(tài),一部分按照遺傳算法進(jìn)行一定的修改,這樣可以對系統(tǒng)進(jìn)行更加完善的處理,使操作的適應(yīng)性更強(qiáng)。進(jìn)行改進(jìn)之后再對系統(tǒng)進(jìn)行整體的驗(yàn)證,不斷地對設(shè)計方案進(jìn)行改進(jìn),使得設(shè)計更加符合方案的需要。
3.2對設(shè)計環(huán)境進(jìn)行創(chuàng)新
在設(shè)計過程中需要對系統(tǒng)的環(huán)境進(jìn)行創(chuàng)新,用于測試的環(huán)境需要將測試的硬件與顯示的FPGA構(gòu)架和硬件進(jìn)行全面的控制,制定適宜的仿真軟件。計算機(jī)在使用的過程中可以通過通信電纜將數(shù)據(jù)從計算機(jī)下載到FPGA系統(tǒng)中,使用規(guī)范化的儀器對數(shù)據(jù)采集中的硬件和軟件進(jìn)行連接,對設(shè)計方案進(jìn)行全面的評估,并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化進(jìn)行應(yīng)試實(shí)驗(yàn),對軟件進(jìn)行仿真處理,提升系統(tǒng)整體運(yùn)行環(huán)境。
4結(jié)語
電子電路設(shè)計對于科技的發(fā)展具有較為關(guān)鍵的作用,需要對系統(tǒng)進(jìn)行全面的管理,對設(shè)計方法進(jìn)行不斷的創(chuàng)新,使設(shè)計在多變的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自我重構(gòu),提升設(shè)計的科學(xué)性,使抽象的理論形象化、復(fù)雜的電路實(shí)際化。不僅能提高理解分析能力,而且能提高設(shè)計能力。通過設(shè)計和模擬仿真可以快速地反映出所設(shè)計電路的性能,使設(shè)計更加生動、直觀、實(shí)時、高效,更好地為人類造福。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：課程體系改革；教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化；集成電路設(shè)計
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）34-0076-02
以集成電路為龍頭的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的重要基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)。國家高度重視集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2000年，國務(wù)院頒發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》（18號文件），2011年1月28日，國務(wù)院了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》，2011年12月24日，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，我國集成電路產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。然而，我國的集成電路設(shè)計水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。2013年，全國進(jìn)口產(chǎn)品金額最大的類別是集成電路芯片，超過石油進(jìn)口。2014年3月5日，國務(wù)院總理在兩會上的政府工作報告中，首次提到集成電路（芯片）產(chǎn)業(yè)，明確指出，要設(shè)立新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新平臺，在新一代移動通信、集成電路、大數(shù)據(jù)、先進(jìn)制造、新能源、新材料等方面趕超先進(jìn)，引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2014年6月，國務(wù)院頒布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，加快推進(jìn)我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，10月底1200億元的國家集成電路投資基金成立。集成電路設(shè)計人才是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障。2010年，我國芯片設(shè)計人員達(dá)不到需求的10%，集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)已成為當(dāng)前國內(nèi)高等院校的一個迫切任務(wù)[1]。為滿足市場對集成電路設(shè)計人才的需求，2001年，教育部開始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)[2]。
我校2002年開設(shè)電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，期間，由于專業(yè)調(diào)整，暫停招生。2012年，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)恢復(fù)本科招生，主要專業(yè)方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計。為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，提出了集成電路設(shè)計專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[3]。本文根據(jù)培養(yǎng)模式要求，從課程體系設(shè)置、課程內(nèi)容優(yōu)化兩個方面對集成電路設(shè)計方向的專業(yè)課程體系進(jìn)行改革和優(yōu)化。
一、專業(yè)課程體系存在的主要問題
1.不太重視專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)。“專業(yè)物理”、“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”是集成電路設(shè)計的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)更好地學(xué)習(xí)專業(yè)方向課提供理論基礎(chǔ)。如果基礎(chǔ)不打扎實(shí)，將導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程時存在較大困難，更甚者將導(dǎo)致其學(xué)業(yè)荒廢。例如，如果沒有很好掌握MOS晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性，學(xué)生在后面學(xué)習(xí)CMOS模擬放大器和差分運(yùn)放電路時將會是一頭霧水，不可能學(xué)得懂。但國內(nèi)某些高校將這些課程設(shè)置為選修課，開設(shè)較少課時量，學(xué)生不能全面、深入地學(xué)習(xí)；有些院校甚至不開設(shè)這些課程[4]。比如，我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)就沒有開設(shè)“晶體管原理”這門課程，而是將其內(nèi)容合并到“模擬集成電路原理與設(shè)計”這門課程中去。
2.課程開設(shè)順序不合理。專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課和寬口徑專業(yè)課之間存在環(huán)環(huán)相扣的關(guān)系，前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者理論知識的具體應(yīng)用。并且，在各類專業(yè)課的內(nèi)部也存在這樣的關(guān)系。如果在前面的知識沒學(xué)好的基礎(chǔ)上，開設(shè)后面的課程，將直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)不懂，嚴(yán)重影響其學(xué)習(xí)積極性。例如：在某些高校的培養(yǎng)計劃中，沒有開設(shè)“半導(dǎo)體物理”，直接開設(shè)“晶體管原理”，造成了學(xué)生在學(xué)習(xí)“晶體管原理”課程時沒有“半導(dǎo)體物理”課程的基礎(chǔ)，很難進(jìn)入狀態(tài)，學(xué)習(xí)興趣受到嚴(yán)重影響[5]。具體比如在學(xué)習(xí)MOS晶體管的工作狀態(tài)時，如果沒有半導(dǎo)體物理中的能帶理論，就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念，以及閥值電壓與哪些因素有關(guān)。
3.課程內(nèi)容理論性太強(qiáng)，嚴(yán)重打擊學(xué)生積極性。“專業(yè)物理”、“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”這些專業(yè)基礎(chǔ)課程本身理論性就很強(qiáng)，公式推導(dǎo)較多，并且要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。而我們有些教師在授課時，過分強(qiáng)調(diào)公式推導(dǎo)以及電路各性能參數(shù)的推導(dǎo)，而不是側(cè)重于對結(jié)構(gòu)原理、工作機(jī)制和工作特性的掌握，使得學(xué)生（尤其是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差的學(xué)生）學(xué)習(xí)起來很吃力，學(xué)習(xí)的積極性受到極大打擊[6]。
二、專業(yè)課程體系改革的主要措施
1.“4+3+2”專業(yè)課程體系。形成“4+3+2”專業(yè)課程體系模式：“4”是專業(yè)基礎(chǔ)課“專業(yè)物理”、“半導(dǎo)體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”；“3”是專業(yè)方向課“集成電路原理與設(shè)計”、“集成電路工藝”和“集成電路設(shè)計CAD”；“2”是寬口徑專業(yè)課“集成電路應(yīng)用”、“集成電路封裝與測試”，實(shí)行主講教師負(fù)責(zé)制。依照整體優(yōu)化和循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)學(xué)習(xí)每門專業(yè)課所需掌握的基礎(chǔ)知識，環(huán)環(huán)相扣，合理設(shè)置各專業(yè)課的開課先后順序，形成先專業(yè)基礎(chǔ)課，再專業(yè)方向課，然后寬口徑專業(yè)課程的開設(shè)模式。
我校物理與電子科學(xué)學(xué)院本科生實(shí)行信息科學(xué)大類培養(yǎng)模式，也就是三個本科專業(yè)大學(xué)一年級、二年級統(tǒng)一開設(shè)課程，主要開設(shè)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等課程，重在增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識，為各專業(yè)后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課的學(xué)習(xí)打下很好的理論基礎(chǔ)。從大學(xué)三年級開始，分專業(yè)開設(shè)專業(yè)課程。為了均衡電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生各學(xué)期的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，大學(xué)三年級第一學(xué)期開設(shè)“理論物理導(dǎo)論”和“固體物理與半導(dǎo)體物理”兩門專業(yè)基礎(chǔ)課程。其中“固體物理與半導(dǎo)體物理”這門課程是將固體物理知識和半導(dǎo)體物理知識結(jié)合在一起，課時量為64學(xué)時，由2位教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，其目的是既能讓學(xué)生掌握后續(xù)專業(yè)方向課學(xué)習(xí)所需要的基礎(chǔ)知識，又不過分增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)。大學(xué)三年級第二學(xué)期開設(shè)“電子器件基礎(chǔ)”、“集成電路原理與設(shè)計”、“集成電路設(shè)計CAD”和“微電子工藝學(xué)”等專業(yè)課程。由于“電子器件基礎(chǔ)”是其他三門課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，為了保證學(xué)習(xí)的延續(xù)性，擬將“電子器件基礎(chǔ)”這門課程的開設(shè)時間定為學(xué)期的1～12周，而其他3門課程的開課時間從第6周開始，從而可以保證學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)方向課時具有高的學(xué)習(xí)效率和大的學(xué)習(xí)興趣。另外，“集成電路原理與設(shè)計”課程設(shè)置96學(xué)時，由2位教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)。并且，先講授“CMOS模擬集成電路原理與設(shè)計”的內(nèi)容，課時量為48學(xué)時，開設(shè)時間為6～17周；再講授“CMOS數(shù)字集成電路原理與設(shè)計”的內(nèi)容，課時量為48學(xué)時，開設(shè)時間為8～19周。大學(xué)四年級第一學(xué)期開設(shè)“集成電路應(yīng)用”和“集成電路封裝與測試技術(shù)”等寬口徑專業(yè)課程，并設(shè)置其為選修課，這樣設(shè)置的目的在于：對于有意向考研的同學(xué)，可以減少學(xué)習(xí)壓力，專心考研；同時，對于要找工作的同學(xué)，可以更多了解專業(yè)方面知識，為找到好工作提供有力保障。
2.優(yōu)化專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容。由于我校物理與電子科學(xué)學(xué)院本科生采用信息科學(xué)大類培養(yǎng)模式，專業(yè)課程要在大學(xué)三年級才能開始開設(shè)，時間緊湊。為實(shí)現(xiàn)我校集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)緊跟集成電路發(fā)展前沿、具有較強(qiáng)實(shí)用性和創(chuàng)新性的集成電路設(shè)計人才，需要對集成電路設(shè)計方向?qū)I(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。其學(xué)習(xí)重點(diǎn)應(yīng)該是掌握基礎(chǔ)的電路結(jié)構(gòu)、電路工作特性和電路分析基本方法等，而不是糾結(jié)于電路各性能參數(shù)的推導(dǎo)。
在“固體物理與半導(dǎo)體物理”和“晶體管原理”等專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導(dǎo)，側(cè)重于對基本原理及特性的物理意義的學(xué)習(xí)，以免削弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。MOS器件是目前集成電路設(shè)計的基礎(chǔ)，因此，在“晶體管原理”中應(yīng)當(dāng)詳細(xì)講授MOS器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性，而雙極型器件可以稍微弱化些。
對于專業(yè)方向課程，教師不但要講授集成電路設(shè)計方面的知識，也要側(cè)重于集成電路設(shè)計工具的使用，以及基本的集成電路版圖知識、集成電路工藝流程，尤其是CMOS工藝等相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力、實(shí)際動手能力、創(chuàng)新能力和社會適應(yīng)能力的重要環(huán)節(jié)。因此，在專業(yè)方向課程中要增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時量。例如，在“CMOS模擬集成電路原理與設(shè)計”課程中，總課時量為48學(xué)時不變，理論課由原來的38學(xué)時減少至36學(xué)時，實(shí)驗(yàn)教學(xué)由原來的10學(xué)時增加至12個學(xué)時。36學(xué)時的理論課包含了單級運(yùn)算放大器、差分運(yùn)算放大器、無源/有源電流鏡、基準(zhǔn)電壓源電路、開關(guān)電路等多種電路結(jié)構(gòu)。12個學(xué)時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中2學(xué)時作為EDA工具學(xué)習(xí)，留給學(xué)生10個學(xué)時獨(dú)自進(jìn)行電路設(shè)計。從而保證學(xué)生更好地理解理論課所學(xué)知識，融會貫通，有效地促進(jìn)教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
三、結(jié)論
集成電路產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會信息化的重要基礎(chǔ)，而集成電路設(shè)計人才是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。本文根據(jù)調(diào)研結(jié)果，分析目前集成電路設(shè)計本科專業(yè)課程體系存在的主要問題，結(jié)合我校實(shí)際情況，對我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)集成電路設(shè)計方向的專業(yè)課程體系進(jìn)行改革，提出“4+3+2”專業(yè)課程體系，并對專業(yè)課程講授內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。從而滿足我校集成電路設(shè)計專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的要求，為培養(yǎng)實(shí)用創(chuàng)新型集成電路設(shè)計人才提供有力保障。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】電子技術(shù);聲光控制;照明電路;設(shè)計研究
隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對于環(huán)保概念中的節(jié)能減排理念逐漸加深了認(rèn)同感，提倡節(jié)約資源，避免不必要的浪費(fèi)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[1]。而在我們生活中，對于電能使用方面的節(jié)約就成了當(dāng)前電路設(shè)計研究的重點(diǎn)。小區(qū)、工廠等場所，在過去都是要提供整晚的照明，極大的造成了浪費(fèi)。而手持照明設(shè)備雖然可以降低一定的照明燈使用，但是卻極其不方便。基于電子技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，一種新型聲光控制照明電路已經(jīng)逐漸被研發(fā)使用，真正的為我國的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)做出了極大的貢獻(xiàn)。
一、基于電子技術(shù)的聲光控制照明電路設(shè)計研究的意義
我國傳統(tǒng)公共照明燈，要么為了方便人們夜晚活動徹夜不關(guān)，要么就是采用手動開關(guān)的設(shè)計方式。前者會造成嚴(yán)重的電能資源浪費(fèi)，后者則給夜視能力欠佳的人造成了極大的困擾[2]。因此，聲控照明燈首先應(yīng)運(yùn)而生。相對于前面兩種情況來說，聲控照明燈的使用，的確在一定程度上解決了人們的使用困擾，但是，聲控?zé)魺o法避免白天不受聲音的影響，還是會存在一定的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。接著，人們?yōu)榱私鉀Q聲控?zé)舻牟槐悖盅邪l(fā)出了定時開關(guān)總電源，雖然解決了節(jié)能需求，但是又加大了管理方面的負(fù)擔(dān)。而聲光控制照明電路，顧名思義，就是從聲源以及光源兩方面對電路進(jìn)行雙重控制，極好的滿足了人們對于夜晚照明設(shè)備兼具照明使用及節(jié)能減排功能的需求。
二、基于電子技術(shù)的聲光控制照明電路設(shè)計研究的具體方案
聲光控制照明電路設(shè)計的總原理，就是以光信號作為電路發(fā)光的基礎(chǔ)條件，然后用聲信號來完成對照明設(shè)備的發(fā)光控制。具體來說，就是通過聲電轉(zhuǎn)換裝置，能夠把電路接收到的聲信號轉(zhuǎn)變成為頻率不一且相對薄弱的電信號，再經(jīng)過處理電路以及放大電路的加工，形成控制整個電路的控制信號[3]。如果這一過程中電路接收到的光信號強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定的恒定狀態(tài)，那么該部分控制開關(guān)就會打開，否則，開關(guān)就會關(guān)閉。具體各電路的設(shè)計介紹如下：
2.1電源電路設(shè)計
電源電路設(shè)計，選用了穩(wěn)壓二極管作為降壓裝置。穩(wěn)壓直流輸出后，先后經(jīng)過降壓電容器（C1）、全橋整流器（QD）、濾波電容（C2）后，最后通過穩(wěn)壓二極管（DW）完成穩(wěn)壓，最終得到能夠滿足照明電路需要的穩(wěn)定電壓。這一部分的設(shè)計的主要原則，就是要保證電路能夠滿足正常的聲光控制電路工作，同時力求使整個電流電路的結(jié)構(gòu)簡單化。
2.2信號放大線路設(shè)計
對于信號放大線路的設(shè)計，主要包括拾音器以及放大器兩部分。選擇拾音裝置時，要選取價格不貴，但內(nèi)部壓電陶瓷片具有較高靈敏度的。例如，電壓蜂鳴器型號為HTD35A-1的這一裝置，采集到聲音后，經(jīng)過壓電陶瓷片形成微弱的電效應(yīng)，經(jīng)過直藕式音頻放大器的作用，可以對這個電信號進(jìn)行放大，再經(jīng)過T3，產(chǎn)生倒向放大，進(jìn)而觸發(fā)電路中的單穩(wěn)態(tài)電路。
2.3聲光控制電路設(shè)計
聲光控制電路設(shè)計，具體分為兩種情況：首先，是強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)。即光敏三極管在白天會接受到強(qiáng)烈的光照，受較大阻抗影響，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器會輸出低電平，形成強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)，照明開關(guān)不會打開，照明設(shè)備就不會發(fā)亮。其次，夜晚正好相反，光敏三極管能夠感受到的光照較弱，受阻抗值較小的影響，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就會輸出高電平，而此時如果拾音器也接收到一定的聲信號，通過對聲信號進(jìn)行加工，產(chǎn)生了極大的電流，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使得可控硅被觸發(fā)倒通，照明設(shè)備就會持續(xù)一段時間的發(fā)光。一般這一電路設(shè)計要求照明持續(xù)保持120S，可以考慮選用型號3DK2的三極管，以及0.01μ的最小電容。
2.4光電傳感器電路設(shè)計
最后，對于光電傳感器電路的設(shè)計，主要就是滿足電路照明的需求。在這一設(shè)計環(huán)節(jié)中，主要注重選擇一些合適的貼近實(shí)際使用需求的材料，確保照明設(shè)備能夠正常使用即可。例如，選用型號為3DU5的光敏三極管，其工作電壓的正常范圍在6V——8V間，光譜響應(yīng)范圍也剛好符合實(shí)際需求。
三、結(jié)語
綜上所述，基于電子技術(shù)研發(fā)的聲光控制照明電路的使用，在節(jié)省電能及人力方面，都具有極好的效果，大大方便了人們的夜間生活。且操作模式的自動化設(shè)計理念，正是當(dāng)前時展的重要標(biāo)志，同時也符合人們高效利用信息科學(xué)技術(shù)，滿足日常生活需求的理念，是一項(xiàng)性價比極高的設(shè)計研究成果。
參考文獻(xiàn)
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數(shù)字電路教學(xué)設(shè)計項(xiàng)目教學(xué)學(xué)習(xí)興趣現(xiàn)代化電子技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)字電路更是以系統(tǒng)集成化、設(shè)計自動化、用戶專業(yè)化和測試、智能化的趨勢出現(xiàn)。數(shù)字電路教學(xué)中如何能應(yīng)對電子技術(shù)的發(fā)展，同時又遵循高等職業(yè)教育以職業(yè)為基礎(chǔ)、以能力為本、理論夠用為度的原則，圓滿完成課程的教學(xué)任務(wù)，用項(xiàng)目教學(xué)法是行之有效的手段。
一、關(guān)于項(xiàng)目教學(xué)法
1.項(xiàng)目教學(xué)的概念
項(xiàng)目教學(xué)法，是圍繞一個實(shí)踐項(xiàng)目而展開的教學(xué)活動，其目的是在項(xiàng)目實(shí)施過程中使理論與實(shí)踐教學(xué)同步進(jìn)行，從而充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。
2.項(xiàng)目教學(xué)法的關(guān)鍵
項(xiàng)目教學(xué)法的關(guān)鍵，是把整個學(xué)習(xí)過程分解為一個個具體的工程或事件，設(shè)計出一個個合適的項(xiàng)目教學(xué)方案。這樣，不僅傳授給學(xué)生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)他們的職業(yè)能力。
3.項(xiàng)目教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)
項(xiàng)目教學(xué)法，是讓學(xué)生實(shí)施一個具體的項(xiàng)目，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的很明確，能極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)興趣。項(xiàng)目教學(xué)法大多要分小組完成，通過小組內(nèi)及小組間的充分交流、討論、決策等，提高學(xué)生合作能力，強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊意識。而合作能力和團(tuán)隊意識，恰恰是當(dāng)前社會化大生產(chǎn)所要求的基本素質(zhì)。項(xiàng)目教學(xué)法在實(shí)施過程中會涉及到很多學(xué)科知識，能促進(jìn)課程間的整合。
二、項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)實(shí)踐
數(shù)字電路課程是高職電氣專業(yè)一門承上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的邏輯性、應(yīng)用性和工程實(shí)踐性。內(nèi)容包括數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路基礎(chǔ)、組合邏輯集成電路、時序邏輯電路基礎(chǔ)、時序邏輯集成電路、半導(dǎo)體存儲器與可編程邏輯器件、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器和脈沖信號的產(chǎn)生與整形共8章節(jié)。按照“以能力為本位，以職業(yè)實(shí)踐為主線，以項(xiàng)目課程為主體的模塊化專業(yè)課程體系”的總體教學(xué)設(shè)計要求，本門課程以培養(yǎng)靈活應(yīng)用常用數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)邏輯功能的能力為基本目標(biāo)，打破學(xué)科課程的設(shè)計思路，緊緊圍繞工作任務(wù)完成的需要來選擇和組織課程內(nèi)容，突出工作任務(wù)與知識的聯(lián)系，讓學(xué)生在職業(yè)實(shí)踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識，增強(qiáng)課程內(nèi)容與職業(yè)崗位能力要求的相關(guān)性，提高學(xué)生的就業(yè)能力。本課程可以分成6個項(xiàng)目完成，分別是：全加器電路設(shè)計、搶答器的設(shè)計與制作、同步計數(shù)器電路設(shè)計、數(shù)字鐘電路的設(shè)計與制作、用可編程邏輯器件設(shè)計數(shù)字鐘電路和A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換功能仿真。第1到3章劃為第一個項(xiàng)目，內(nèi)容是：全加器電路設(shè)計。以下就以第一個項(xiàng)目為例完成教學(xué)設(shè)計。
1.教材分析
這部分內(nèi)容包含3個章節(jié)：數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路基礎(chǔ)、組合邏輯集成電路。每章節(jié)后面都有本章小結(jié)、思考題與習(xí)題、技能要求和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容以及書最后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分。很顯然，編者也在強(qiáng)調(diào)技能和實(shí)訓(xùn)的重要性，但在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時采用項(xiàng)目教學(xué)法能很好地體現(xiàn)實(shí)踐能力為主。
2.教學(xué)設(shè)計
此部分內(nèi)容重點(diǎn)是掌握邏輯函數(shù)的表示方法，會進(jìn)行邏輯函數(shù)的變換和化簡；能正確理解基本門電路邏輯功能；會用基本邏輯門電路設(shè)計簡單組合邏輯電路。如何把內(nèi)容連貫，用某個項(xiàng)目來體現(xiàn)，我們可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及常見的電路來解決。那么，學(xué)習(xí)項(xiàng)目選取的基本依據(jù)是該門課程涉及的工作領(lǐng)域和工作任務(wù)范圍，在具體設(shè)計過程中，還以相關(guān)專業(yè)的典型產(chǎn)品為載體，使工作任務(wù)具體化，產(chǎn)生具體的學(xué)習(xí)項(xiàng)目。項(xiàng)目的難度要適中，要適合學(xué)情，讓學(xué)生都能動手參與，能充分調(diào)動他們的積極性，使學(xué)習(xí)更有目的性，讓學(xué)生在職業(yè)實(shí)踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識。本項(xiàng)目內(nèi)容是全加器的電路設(shè)計。采用全加器的設(shè)計這樣的項(xiàng)目內(nèi)容，那么，組合邏輯集成電路，此部分章節(jié)中的編碼器、譯碼器與數(shù)碼顯示器等內(nèi)容暫時就使用不到，我們可以把這些內(nèi)容劃分到下一個項(xiàng)目中去，而只是涉及到它的前面一部分內(nèi)容二進(jìn)制加法器。這樣，不會顯得項(xiàng)目量過大，知識太擁擠，學(xué)生學(xué)習(xí)困難的問題。
3.教學(xué)過程的組織實(shí)施
項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)步驟，具體是以下六個步驟：情景設(shè)置，操作示范，獨(dú)立探索，明確項(xiàng)目，協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)評價。本項(xiàng)目可以包含這幾個模塊：（1）完成基本門電路的測試；（2）用74LS00實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能；（3）用基本門電路設(shè)計全加器電路。每個模塊參考學(xué)時都可以是4學(xué)時，它們的學(xué)習(xí)目標(biāo)不相同，由淺入難，循序漸進(jìn)，慢慢引導(dǎo)學(xué)生掌握理論知識，增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。每個模塊除了列出的工作任務(wù)以外，根據(jù)學(xué)生層次的不同，還可添加相應(yīng)的拓展知識。模塊一邏輯門電路測試工作任務(wù)包含測試TTL門電路74LS00、74LS04、74LS20、74LS32、74LS86邏輯功能并記錄測試數(shù)據(jù)和整理歸納總結(jié)，列出74LS00、74LS04、74LS32、74LS86 邏輯表達(dá)式，狀態(tài)真值表。它相關(guān)的理論知識：基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算，基本門電路邏輯功能，邏輯函數(shù)的基本表達(dá)式。模塊二用與非門電路實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能工作任務(wù)有用74LS00實(shí)現(xiàn)下列邏輯功能：或非F=A+B、與或F=AB+CD、4輸入與F=ABCD、異或和同或。相關(guān)理論知識：邏輯代數(shù)的基本定律和規(guī)則，邏輯函數(shù)的化簡方法，邏輯函數(shù)表達(dá)式。模塊三全加器的設(shè)計與制作工作任務(wù)：用基本門電路設(shè)計判奇電路，用基本門電路設(shè)計半加器電路，用基本門電路設(shè)計全加器電路。相關(guān)理論知識：組合邏輯電路的分析方法，用基本門電路實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能。全加器是能夠計算低位進(jìn)位的二進(jìn)制加法電路，全加器的邏輯圖如圖所示。
【關(guān)鍵詞】移動通訊終端 SOB設(shè)計 信號完整性
移動通訊終端在我們?nèi)粘Ｉ钪衅鸬搅俗饔玫脑絹碓酱螅S著技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在通訊用途的基礎(chǔ)上增加了很多如多媒體方面的附加功能，而且這些功能現(xiàn)已被納入基本功能的范疇，相關(guān)設(shè)計開發(fā)都是以市場為導(dǎo)向，而且都要依托特定的移動終端平臺，目前，基于3G平臺的多功能手機(jī)已經(jīng)成為手機(jī)市場的主流，而隨著芯片時鐘頻率的持續(xù)提高以及電路集成度不斷增加，信號完整性問題的解決也越來越重要，在這種迫切的需求下，將移動通訊終端SOB設(shè)計與信號完整性分析理論相結(jié)合，在今后移動終端產(chǎn)品的研發(fā)中將發(fā)揮極為重要的作用。
1 移動通訊終端SOB設(shè)計
SOB設(shè)計原則可以概括為四點(diǎn)，即以研發(fā)平臺為基礎(chǔ)，注重產(chǎn)品性能優(yōu)化、盡可能降低成本以及模塊化思想，并在這四點(diǎn)原則指導(dǎo)下進(jìn)行電路設(shè)計和互連設(shè)計。
1.1 電路設(shè)計
以SOB板上系統(tǒng)架構(gòu)為例進(jìn)行分析，其主板大體分為射頻和基帶兩部分，前者由收發(fā)器、收發(fā)切換開關(guān)、功率放大器及天線組成，后者由主芯片、存儲芯片、TF存儲卡、SIM卡、液晶顯示模塊、攝像頭模塊以及音頻電路等各種非射頻功能電路組成；其時鐘源則是由126MHz晶振和32.768KHz晶振兩部分組成，前者為板上系統(tǒng)的主要時鐘源，后者為實(shí)時時鐘。就電路設(shè)計而言，主要包括射頻電路設(shè)計和基帶電路設(shè)計兩部分，前者完成的是射頻發(fā)生與接收的工作，通過功率放大器、天線開關(guān)、參考源以及收發(fā)信機(jī)完成工作，設(shè)計方案有很多種，如前段模塊代替PA和RF開關(guān)，采用二合一器件代替獨(dú)立器件等，具體選擇哪一種應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的定義以及成本價格等因素進(jìn)行綜合分析來確定；基帶電路因板上系統(tǒng)的不同，主芯片也會呈現(xiàn)出不同的特征，移動終端設(shè)計多為閃存芯片，能夠長期存儲數(shù)據(jù)，其在耗電、體積、抗震性等方面具有很大優(yōu)勢，主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，選擇何種存儲器方案，應(yīng)從技術(shù)上、成本上、用途上，以及可靠性、耐用性、易用性等方面進(jìn)行對比分析。再有就是液晶模塊接口電路、背光驅(qū)動電路、音頻電路等內(nèi)容，在此不做一一列述。
1.2 互連設(shè)計
從元器件布局來看，其指導(dǎo)原則為：基帶應(yīng)與射頻隔開，模擬部分應(yīng)與數(shù)字部分隔開、音頻應(yīng)與數(shù)字電路隔開，相同性質(zhì)電路在分布上應(yīng)相對集中，不同信號回路應(yīng)保持相對獨(dú)立。對于地線（GND）的處理，首先要減小阻抗對GND的影響，通常會采用加寬GND和大面積接地的方法；其次是將GND作為信號回路，可將信號線盡量靠近GND或用GND填充空白；再次是將模擬GND與數(shù)字GND隔離開，再或者是用GND隔離敏感器件。再有就是對各線路的處理，對于高頻信號線，主要通過電磁波形式傳輸，相對而言，基帶的信號就是一個低頻信號，或者是遠(yuǎn)離基線的信號線，或者是用GND進(jìn)行隔離，鑒于其在傳輸中為分布式參數(shù)，走RF線時應(yīng)盡量短而直，并多打地孔，便于RF與主地相連；對于音頻走線，其屬于低頻模擬信號，應(yīng)與數(shù)字信號相隔離，而且應(yīng)盡量走直。其他基帶信號的布線設(shè)計，如電源線、晶體振蕩器等，在此不做一一列述。
2 主板信號完整性分析及仿真
2.1 主板走線SI分析及仿真
信號完整性分析需要借助相關(guān)仿真工具，這里選擇Hyperlynx7.5仿真軟件對電路原理和走線方案進(jìn)行仿真，完成驗(yàn)證性工作。在USB差分走線設(shè)計中，對其走線方案進(jìn)行LINSIM仿真，仿真中如果發(fā)現(xiàn)有明顯的過沖并形成了振動，說明走線并不理想，應(yīng)考慮重新設(shè)計，將差分走線距離縮短，形成緊耦合，然后在對改進(jìn)后的走線方案進(jìn)行LINSIM仿真，直到得到理想的波形為止；在主時鐘線的串?dāng)_防護(hù)中，主芯片的信號完整性尤為重要，對此必須高度重視，信號大部分要走高速線，射頻信號線較多，這對主芯片的信號會差生干擾，可仿真一條攻擊線，根據(jù)串?dāng)_的產(chǎn)生機(jī)理，逐漸加大受害線與攻擊線的距離，從而收到良好的保護(hù)效果；在傳輸線的端接處理中，SDA的數(shù)據(jù)傳輸信號的走線較長，如果與信號上升時間RT關(guān)系得不到滿足，即傳輸線阻抗不匹配，就會產(chǎn)生反射，可提取傳輸線的特征阻抗以及接收端的內(nèi)阻進(jìn)行仿真，觀察其波形是否規(guī)范，使之能夠滿足信號質(zhì)量的要求。
2.2 主板性能調(diào)測及驗(yàn)證
這里主要對RF電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并對其性能進(jìn)行測試。在布線中已對RF信號進(jìn)行了特殊保護(hù)，通過設(shè)置地層將其與其他信號有效隔開，以防止發(fā)生串聯(lián)，同時將信號回路面積最小化，利用綜測設(shè)備對主板進(jìn)行RF測試，因其與Rxlev性能存在相關(guān)性，應(yīng)對該電路進(jìn)行重新匹配，提高其接受性能，在調(diào)整過程中，還應(yīng)為RF接收部分電路，并保證各頻段接受通路均能完成網(wǎng)絡(luò)匹配；然后再對相應(yīng)的電容、電感值進(jìn)行調(diào)整和綜測，獲得匹配后的射頻綜測數(shù)據(jù)，使Rxlev性能能夠滿足RF[4]。射頻指標(biāo)測試數(shù)據(jù)主要包括相位誤差（均方根值和峰值）、突發(fā)脈沖功率、頻率誤差、參考靈敏度電平殘余比特誤碼率等檢測項(xiàng)目，參考標(biāo)準(zhǔn)容限值，比較測量值，完成性能檢測，通過獲得的數(shù)據(jù)判斷電路的設(shè)計及走線是否合理。
3 結(jié)論
移動通信終端設(shè)備正在向高速度、復(fù)雜化方向發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計要考慮軟件、結(jié)構(gòu)等諸多因素，尤其是第三代網(wǎng)絡(luò)通信的興起，信息量的急劇增加，系統(tǒng)對時鐘頻率也有了更高的要求，這些都增大了信號完整性保護(hù)的難度，正是基于這種現(xiàn)實(shí)需求，信號完整性分析以及仿真理論必然會隨著需求的不斷增多而得到進(jìn)一步的發(fā)展。
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作者簡介
季文會（1982-），男，安微省蕪湖市人。現(xiàn)為天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)師。研究方向?yàn)橥ㄐ?EDA技術(shù)。
關(guān)鍵詞：刷卡系統(tǒng)； CAN總線； 非接觸式智能卡; 用戶信息管理
中圖分類號：TN919-34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-373X(2011)24-0077-03
Design of CAN Bus Based Punch Card System Used in College Canteens
WANG Yu-lin, YUAN Feng-wei, JIANG Yan, XIE Jing
(School of Mechanical Engineering, University of South China, Hengyang 421001, China)
Abstract： The traditional payments in college canteens has some defects, such as inefficiency, inconvenience, high administrative cost and easy damage of cards. To overcome these drawbacks, a design scheme of college canteen punch card system based on CAN bus technology is proposed through the research on combining CAN bus technology with non-contact smart card technology. The hardware-software design of the card issuing node and card punching node of lower computers was completed. The development of the upper computer management software was fulfilled. The safety, reliable and convenient card issuing and punching as well as user′s information management were realized.
Keywords： card system; CAN bus; non-contact smart card; user′s information management
收稿日期：2011-07-17
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51006050）
0 引 言
在如今的高校食堂，由于學(xué)生數(shù)量龐大，流動性頻繁，傳統(tǒng)的紙質(zhì)餐票、現(xiàn)金或基于接觸式IC卡技術(shù)的消費(fèi)支付方式存在服務(wù)效率不高、便捷性差、管理成本高、卡片易損壞等諸多弊端。高校食堂消費(fèi)作為學(xué)校后勤服務(wù)的重要組成部分，如果仍沿用以前傳統(tǒng)的消費(fèi)方式，將動用大量的人力物力，而且管理上會出現(xiàn)很多繁瑣的事務(wù)，這樣不利于高校更好地為廣大師生服務(wù)以及學(xué)校的管理。為了解決這一問題，如今，越來越多的高校采用智能卡技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合來構(gòu)建學(xué)校的食堂刷卡系統(tǒng)。
非接觸式智能卡技術(shù)和CAN總線技術(shù)都是當(dāng)今世界科技迅猛發(fā)展的產(chǎn)物。智能卡技術(shù)廣泛的應(yīng)用于各行業(yè)，特別是公共交通、無線通信、身份識別、金融交易和安全防衛(wèi)等行業(yè)；而CAN總線在可靠性、實(shí)時性和靈活性方面都有突出的優(yōu)點(diǎn)。如果將非接觸式IC卡技術(shù)和CAN總線技術(shù)2種熱點(diǎn)技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)一套基于CAN總線的高校食堂刷卡系統(tǒng)，對優(yōu)化廣大師生的生活，提高高校食堂管理水平和服務(wù)質(zhì)量，將具有很好的促進(jìn)作用。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
1.1 系統(tǒng)設(shè)計原則
根據(jù)設(shè)計的背景以及系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)和要求，該系統(tǒng)在研究和設(shè)計過程中要遵循4個方面的原則：安全性、可靠性、易用性、易維護(hù)性。
1.2 系統(tǒng)主要技術(shù)方案選擇
本系統(tǒng)設(shè)計需要首先確定的主要技術(shù)方案有：通信總線的選擇、卡片的選擇、卡讀寫操作技術(shù)方案的選擇。通過充分的比較論證，本系統(tǒng)采用CAN總線來構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，選用Philips公司設(shè)計的Mifare1 S50非接觸式IC卡作為高校食堂刷卡系統(tǒng)的信息載體，為了提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和兼容性，本系統(tǒng)采用購買北京易火眼公司的YHY502ATG射頻卡讀寫模塊來對射頻卡進(jìn)行讀寫操作。
1.3 系統(tǒng)設(shè)計主要器件選擇
根據(jù)市場情況、開發(fā)工具和設(shè)計的實(shí)際需要，本系統(tǒng)的發(fā)卡節(jié)點(diǎn)和刷卡節(jié)點(diǎn)均選用單片機(jī)AT89S52作為主控芯片。考慮到SJA1000支持CAN2.0A/B協(xié)議，而PCA82C250可以支持110個CAN節(jié)點(diǎn)，并且在國內(nèi)市場上Philips的產(chǎn)品型號比較多，購買方便，所以選用Philips公司的SJA1000作為CAN控制器以及PCA82C250作為CAN總線收發(fā)器。
1.4 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計所確定的技術(shù)方案，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.5 系統(tǒng)功能模塊劃分
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的功能任務(wù)和要求，可把本系統(tǒng)劃分為3大功能模塊：發(fā)卡模塊、刷卡模塊和系統(tǒng)上位機(jī)模塊，如圖2所示。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
2.1 硬件總體設(shè)計方案
高校食堂刷卡系統(tǒng)硬件部分分為發(fā)卡機(jī)和刷卡機(jī)，根據(jù)系統(tǒng)功能模塊劃分，系統(tǒng)硬件電路具體由7部分構(gòu)成：AT89S52最小系統(tǒng)電路、射頻卡讀寫模塊YHY502ATG電路、串口通信電路、CAN總線通信電路、LCD12864顯示電路、鍵盤輸入電路和報警提示電路。系統(tǒng)硬件電路組成如圖3所示。
2.2 射頻卡讀/寫模塊電路設(shè)計
YHY502ATG射頻卡讀/寫模塊與微控制器之間的通信通過I2C總線實(shí)現(xiàn)，可參考YHY502ATG的技術(shù)應(yīng)用手冊來設(shè)計應(yīng)用電路。YHY502ATG讀寫模塊提供一組對卡操作的通信協(xié)議，不必考慮底層通信數(shù)據(jù)的處理，不過必須遵守這些通信協(xié)議，并根據(jù)設(shè)計需要在控制端修改相應(yīng)程序即可。
2.3 串口通信接口電路設(shè)計
設(shè)計采用9芯的RS 232C接口實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信，AT89S52本身帶有一個全雙工UART串行通道，在硬件電路設(shè)計中，為了使AT89S52單片機(jī)的輸入輸出TTL電平與PC機(jī)配置的RS 232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口二者的電氣規(guī)范一致，本系統(tǒng)采用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)AT89S52與PC機(jī)的RS 232C標(biāo)準(zhǔn)接口電平之間的轉(zhuǎn)換。
2.4 CAN總線接口電路設(shè)計
系統(tǒng)采用CAN通信控制器SJA1000和CAN收發(fā)器PCA82C250設(shè)計CAN總線節(jié)點(diǎn)接口電路。在硬件電路設(shè)計時，總線末端的2個120 Ω電阻，對于匹配總線阻抗起著非常重要的作用。如果忽略掉它們，會使數(shù)據(jù)通信的抗干擾能力及可靠性大大降低，甚至無法通信。
2.5 鍵盤輸入電路設(shè)計
鍵盤電路用來接收用戶刷卡消費(fèi)輸入的金額，所以一個穩(wěn)定、占用系統(tǒng)資源少的人機(jī)對話通道非常重要。傳統(tǒng)的鍵盤電路設(shè)計，不管是獨(dú)立式鍵盤還是矩陣式鍵盤，都非常浪費(fèi)微控制器的端口資源，而且還需要人為進(jìn)行去抖動處理，且抗干擾能力差。為了克服上述弊端，本系統(tǒng)采用廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司自行設(shè)計的一款數(shù)碼管顯示驅(qū)動及鍵盤掃描管理芯片ZLG7290來設(shè)計鍵盤電路。
2.6 液晶顯示模塊電路設(shè)計
液晶顯示模塊電路用來提示用戶刷卡消費(fèi)的信息，為了使系統(tǒng)人機(jī)交互界面友好，液晶顯示模塊電路采用長沙太陽人公司生產(chǎn)的SMG12864G3-ZK型液晶來設(shè)計。為了節(jié)約單片機(jī)的I/O資源，液晶模塊采用串行接口方式。
2.7 系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計
為了使單片機(jī)AT89S52和CAN控制器SJA1000同時復(fù)位，本系統(tǒng)采用IMP708復(fù)位芯片設(shè)計復(fù)位電路。IMP708為微處理監(jiān)控芯片，具有系統(tǒng)復(fù)位、掉電復(fù)位、手動復(fù)位、“看門狗”、定時輸出、電源電壓監(jiān)測、具有不同復(fù)位電壓等特點(diǎn)。該芯片功耗低、使用簡單、價格低廉、可靠性高，應(yīng)用十分廣泛。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為上位機(jī)和下位機(jī)2部分。下位機(jī)軟件設(shè)計需要完成系統(tǒng)發(fā)卡節(jié)點(diǎn)和刷卡節(jié)點(diǎn)軟件的開發(fā)，針對各節(jié)點(diǎn)要完成的功能及要求，展開具體的分析、繪制程序流程圖、設(shè)計各功能模塊軟件程序。上位機(jī)監(jiān)控程序的開發(fā)是本系統(tǒng)的一個難點(diǎn)和重點(diǎn)，主要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信、對發(fā)卡節(jié)點(diǎn)的命令操作、注冊用戶、消費(fèi)信息實(shí)時管理、用戶數(shù)據(jù)管理等功能。
3.1 發(fā)卡節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計
發(fā)卡節(jié)點(diǎn)主要完成用戶的充值、串口通信等操作，結(jié)合硬件電路設(shè)計，為了實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，發(fā)卡節(jié)點(diǎn)的軟件總體設(shè)計流程如圖4所示。
3.2 刷卡節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計
刷卡節(jié)點(diǎn)主要完成的功能有讀卡序列號、讀錢包、扣款、過程液晶顯示、CAN總線發(fā)送消費(fèi)結(jié)算信息給上位機(jī)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的硬件電路和設(shè)計的功能要求，刷卡節(jié)點(diǎn)程序總體設(shè)計的流程如圖5所示。
3.3 上位機(jī)程序設(shè)計
上位機(jī)程序的設(shè)計采用Visual C++ 6.0 MFC編程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，需要實(shí)現(xiàn)用戶信息的注冊或注銷、卡充值、卡扣款、用戶信息查詢和修改等功能，同時建立與數(shù)據(jù)庫的連接能將用戶消費(fèi)結(jié)算信息實(shí)時更新并儲存到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)上位機(jī)串口通信程序采用的是ActiveX控件MSComm進(jìn)行編程，數(shù)據(jù)庫編程采用ADO技術(shù)，使用數(shù)據(jù)庫管理軟件SQL Server 2000。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)和要求，上位機(jī)軟件功能框圖如圖6所示。
4 結(jié) 語
系統(tǒng)成功的實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)之間的軟硬件調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。系統(tǒng)操作能對用戶進(jìn)行注冊或注銷、用戶信息查詢以及卡充值、卡扣款，并能將用戶的消費(fèi)結(jié)算信息實(shí)時更新至數(shù)據(jù)庫中。本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了安全、可靠、便捷的發(fā)卡和刷卡，達(dá)到了預(yù)期效果。
參 考 文 獻(xiàn)
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一、中國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)IP核技術(shù)的現(xiàn)狀
知識經(jīng)濟(jì)時代，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越依賴于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子信息產(chǎn)業(yè)作為高新技術(shù)行業(yè)，又以集成電路（IntegratedCircuit，IC）的設(shè)計為前沿。作為21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)，IC設(shè)計能力反映了一個國家信息產(chǎn)業(yè)的硬實(shí)力，深刻地影響著人們生產(chǎn)、生活的方法面面，對于一國的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展起著舉足輕重的作用。隨著集成電路的規(guī)模依據(jù)摩爾定律不斷呈指數(shù)級別地飛速增長，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可以將整個系統(tǒng)集成到一塊單硅芯片上，片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）的概念應(yīng)運(yùn)而生。然而對于大規(guī)模的SoC開發(fā)，無論從設(shè)計的費(fèi)用、周期還是可靠性方面考慮，傳統(tǒng)的方法均已不能滿足需求。加之集成電路產(chǎn)業(yè)分工的日益細(xì)化,外包模式被更多企業(yè)采用，出于對商業(yè)風(fēng)險、市場機(jī)會和材料成本的考慮，集成電路產(chǎn)業(yè)越來越多地使用知識產(chǎn)權(quán)核(IntellectualPropertyCore，IPCore)2復(fù)用的設(shè)計方法。“集成電路設(shè)計業(yè)已步入IP模塊的年代，IP開發(fā)、搜索、集成與服務(wù)是當(dāng)前設(shè)計業(yè)發(fā)展的瓶頸,知識產(chǎn)權(quán)在集成電路設(shè)計業(yè)發(fā)展中的地位至關(guān)重要。”3據(jù)中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院（簡稱CCID）統(tǒng)計，2007年全球SoC市場已達(dá)750億美元，占國際IC市場的29%，其中全球SoC產(chǎn)品設(shè)計85%都采用IP核為主的預(yù)定制模塊，IP核的銷售額達(dá)到40億美元以上4。2012年，國家工信部軟件與集成電路促進(jìn)中心(以下簡稱CSIP)調(diào)研報告顯示，移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來使得全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)生著深刻的變化，而且必將會從量變轉(zhuǎn)入質(zhì)變，其中一個重要的方面就是智能手機(jī)和平板電腦產(chǎn)業(yè)引發(fā)的SoC“核”競賽。國家集成電路人才培養(yǎng)基地專家預(yù)計，到2015年，中國芯片市場規(guī)模將超過1萬億元，SoC“IP核”價值將更為可觀。5隨著我國集成電路產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)產(chǎn)品種類的不斷增加，中國IC企業(yè)也越來越多地涉足SoC設(shè)計，對IP核的需求持續(xù)快速增長。CSIP調(diào)研顯示，截止2011年12月，100%的中國IC企業(yè)都使用了第三方提供的IP核，其中34.2%的企業(yè)IP核采購支出占預(yù)算比例達(dá)20%～40%，18.4%的企業(yè)IP核采購支出甚至占到了40%以上，整體技術(shù)依存度畸高。關(guān)于影響國內(nèi)IP核產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素調(diào)查表明，54%的企業(yè)認(rèn)為首要問題是知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，許多企業(yè)不愿意推廣自己的IP核，原因幾乎一致，主要還是擔(dān)心知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)不力，辛辛苦苦研發(fā)出來的技術(shù)被別人盜用或?yàn)E用。6由于對如何依靠我國現(xiàn)行知識產(chǎn)權(quán)法律保護(hù)IP核缺乏了解，除個別IC企業(yè)掌握少量自主知識產(chǎn)權(quán)的IP核外，絕大多數(shù)國內(nèi)IC企業(yè)仍處于技術(shù)需求方的弱勢地位。不僅如此，“掌握核心技術(shù)的很多國外IP核供應(yīng)商對國內(nèi)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)也表示懷疑，拒絕將該IP核在中國交易”7使得中國IC企業(yè)難以獲得高質(zhì)量的IP核，并且動輒被懷疑存在抄襲等侵權(quán)行為8，更毋寧說進(jìn)行技術(shù)交流與學(xué)習(xí)創(chuàng)新。
二、中國集成電路IP核發(fā)展的戰(zhàn)略措施分析
集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)是電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)，集成電路IP核作為集成電路設(shè)計的關(guān)鍵性技術(shù)成果對于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)遇到的困難主要是缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的集成電路IP核，導(dǎo)致IP核對外技術(shù)依存度畸高。為此，需要推動我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，提升集成電路IP核的開發(fā)、獲取和保護(hù)能力，以促進(jìn)我國集成電路產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展。本文認(rèn)為可以考慮從以下三方面著手：
（一）加強(qiáng)IP核知識產(chǎn)權(quán)法律協(xié)調(diào)保護(hù)力度集成電路IP核的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)方法，國際IP核標(biāo)準(zhǔn)化組織VSIA（虛擬插槽接口聯(lián)盟）的《IP核保護(hù)白皮書》9中歸納了三種保護(hù)途徑，第一種是依靠知識產(chǎn)權(quán)法律的“威懾”作用防止IP核被非法傳播與使用，否則將借助司法程序予以制裁。第二種是借助合同、契約等方式，如通過許可證協(xié)議等方式阻止IP核被非授權(quán)性使用，以達(dá)到“防衛(wèi)”的效果。第三種則是通過水印和指紋等技術(shù)手段，對IP核的合法性進(jìn)行“檢測”和追蹤。我國借鑒了VSIA的相關(guān)方案，相繼制定了《集成電路IP核保護(hù)大綱》等11項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但如上述國家機(jī)構(gòu)的一系列調(diào)研報告表明的情況實(shí)施效果不甚理想。究其原因，主要是《集成電路布圖設(shè)計保護(hù)條例》（以下簡稱《IC條例》）制訂后保護(hù)思路的單一與保護(hù)力度的松懈。2001年《IC條例》的頒布讓業(yè)界普遍認(rèn)為依靠《IC條例》就足以解決集成電路設(shè)計保護(hù)方面的所有問題。實(shí)則不然，鑒于集成電路IP核技術(shù)的復(fù)雜性與侵權(quán)的隱蔽性，集成電路IP核的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)通常較為困難。技術(shù)上，IP核已經(jīng)發(fā)展到系統(tǒng)級別，依據(jù)設(shè)計流程上的區(qū)別可細(xì)分為多個類別。按照《IC條例》的規(guī)定只能對其中部分形式的IP核進(jìn)行保護(hù)，卻容易忽視其它類別的IP核可以納入《著作權(quán)法》《專利法》《反不正當(dāng)競爭法》等的保護(hù)范圍10，造成我國大量IP核創(chuàng)新成果的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)缺失。結(jié)合產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展，加強(qiáng)IP核知識產(chǎn)權(quán)法律間的協(xié)調(diào)保護(hù)力度，提升企業(yè)等創(chuàng)新主體的IP核知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識和保護(hù)能力，無疑將有助于促進(jìn)我國自主知識產(chǎn)權(quán)IP核數(shù)量的增加和設(shè)計質(zhì)量的提高。另外，有擔(dān)心加強(qiáng)IP核知識產(chǎn)權(quán)法律保護(hù)力度可能會更有利于跨國公司而不利于我國本土企業(yè)IP核知識產(chǎn)權(quán)獲取，實(shí)際大可不必。集成電路IP核等信息產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域的一個顯著特點(diǎn)就是容易出現(xiàn)相互制約的知識產(chǎn)權(quán)。只要我國企業(yè)能夠憑借后發(fā)優(yōu)勢獲得一定數(shù)量的IP核知識產(chǎn)權(quán)，特別是如果能夠掌握或者突破部分IP核通用或核心技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)，則能夠擁有與跨國公司交叉許可的談判資本，至少可以大幅要求降低許可使用費(fèi)用，同時形成良性循環(huán)并逐步實(shí)現(xiàn)全方位的趕超。值得注意的則是我國《反壟斷法》關(guān)于知識產(chǎn)權(quán)反壟斷的配合還需完善，以防止某些跨國公司憑借市場支配地位，通過搭售非必要專利、打包許可過期專利、限制競爭的技術(shù)回授等方式，濫用知識產(chǎn)權(quán)限制競爭，2015年初我國發(fā)生的高通公司壟斷案等已經(jīng)敲響了警鐘。從這個意義上講，加強(qiáng)集成電路設(shè)計業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)法律間協(xié)調(diào)保護(hù)力度，不僅要加強(qiáng)對權(quán)利人正當(dāng)利益的保護(hù)，還應(yīng)該加強(qiáng)對于權(quán)利人濫用知識產(chǎn)權(quán)權(quán)利的懲處力度。
（二）加快IP核知識產(chǎn)權(quán)海外技術(shù)收購步伐全球化時代的知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略不能隅于一國之內(nèi)，隨著我國整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，中國企業(yè)也開始越來越多的邁出國門，參股投資、兼并收購國外的公司企業(yè)。中國的集成電路產(chǎn)業(yè)也應(yīng)該部署自己的海外戰(zhàn)略，其中尤其應(yīng)當(dāng)重視對于所收購企業(yè)創(chuàng)新能力的考察，特別是知識產(chǎn)權(quán)價值的評估。審時度勢地加快IP核知識產(chǎn)權(quán)海外技術(shù)收購步伐能夠幫助我國集成電路設(shè)計企業(yè)在較短時間內(nèi)獲得自己作為權(quán)利人的IP核知識產(chǎn)權(quán)。進(jìn)行IP核跨國收購應(yīng)對國際上與集成電路設(shè)計IP核業(yè)務(wù)有關(guān)的公司情況進(jìn)行分析判斷。目前國際上，與集成電路設(shè)計IP核業(yè)務(wù)有關(guān)的公司主要有四大類11:一是以IP核授權(quán)或出售為主要贏利途徑的專業(yè)IP核公司，如ARM、Rambus、MIPSTechnologies等。二是大型的集成器件制造商(IDM)公司，如TI、Samsung、Freescale等，由于長期的技術(shù)積累，擁有大量供內(nèi)部重復(fù)使用的IP核；三是電子設(shè)計自動化（EDA）軟件公司，如Synopsys、Cadence、Mentor等，為推廣EDA軟件，這些公司大都開發(fā)了許多可供用戶使用的IP核，配合EDA工具一起銷售；四是晶圓代工（Foundry）廠，如TSMC、UMC、Charter等，為吸引更多的客戶到本公司加工流片，大都提供了包括標(biāo)準(zhǔn)單元庫在內(nèi)的FoundryIP核供客戶免費(fèi)使用。我國集成電路IP核海外收購的主要對象應(yīng)該是正處于創(chuàng)業(yè)期的小型專業(yè)IP核公司。大型的集成器件制造企業(yè)和電子設(shè)計自動化軟件公司除非經(jīng)營遇到極大困難或?yàn)檎{(diào)整發(fā)展方向欲轉(zhuǎn)售相關(guān)業(yè)務(wù)的，如IBM公司將筆記本業(yè)務(wù)與相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓中國聯(lián)想，否則一般很難切入收購相關(guān)IP核等知識產(chǎn)權(quán)。而晶圓代工廠的IP核由于多屬于非核心技術(shù)且通常免費(fèi)提供，收購意義也不大。容易忽略的是各國創(chuàng)新孵化器、高技術(shù)園區(qū)乃至高等院校內(nèi)的IP核創(chuàng)新成果或知識產(chǎn)權(quán)。國外公司對此一直十分重視，據(jù)報道，有世界知名的跨國公司就通過其在中國設(shè)立的子科技公司，逐個與上海高校科研處簽訂收購高校發(fā)明成果的合作框架協(xié)議或合同，而類似的情況還不在少數(shù)12。收購相關(guān)創(chuàng)新成果一則可以掌握最新技術(shù)，二則可以通過知識產(chǎn)權(quán)占領(lǐng)被申請國市場，如果是通過PCT申請渠道還可能在多國享有合法的壟斷權(quán)利，更為重要的是有助于整合國外人才促進(jìn)本國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)技術(shù)研發(fā)。中國的IP核海外收購可以學(xué)習(xí)、借鑒跨國公司的經(jīng)驗(yàn)和案例，本著互惠互利的原則，以公平合理的價格收購有潛力的國外專業(yè)IP核公司。當(dāng)然在收購中最好聘請優(yōu)秀的律師事務(wù)所、專利事務(wù)所和會計師事務(wù)所等中介機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分的知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險、價值分析與評估，避免產(chǎn)生不必要地法律糾紛乃至遭遇知識產(chǎn)權(quán)的陷阱。
（三）加大IP核知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)保護(hù)資金投入集成電路設(shè)計是個高投入高風(fēng)險的行業(yè)，屬于技術(shù)和資本密集型產(chǎn)業(yè)。集成電路設(shè)計研發(fā)費(fèi)用一般要占到銷售額的近15%，而后獲取知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)還需要投入一定的經(jīng)費(fèi)，更毋寧說進(jìn)行海外并購等。“我國集成電路產(chǎn)業(yè)十年以來科技投入1000多億元，但相比國際大企業(yè)，國內(nèi)全行業(yè)投入只是英特爾公司的1/6。”13加大IP核知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)保護(hù)資金投入，對于目前技術(shù)積累薄弱、自主知識產(chǎn)權(quán)缺乏、融資成本高昂的國內(nèi)集成電路設(shè)計企業(yè)而言無異于注入強(qiáng)勁的動力源泉。資本在促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性和必要性已經(jīng)獲得認(rèn)可，通過政府財政引導(dǎo)加股權(quán)投資基金協(xié)同運(yùn)作的方式被認(rèn)為是有效的手段。事實(shí)上，美國半導(dǎo)體業(yè)融資的主要渠道就是依靠風(fēng)險投資基金支持。中國臺灣地區(qū)之所以成為全球第四大半導(dǎo)體基地就與其六年建設(shè)計劃對集成電路產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)扶植有密切關(guān)系。我國也可以考慮：政府通過一定的政策，配合財政、稅收、信貸等措施，引導(dǎo)社會資金投入國內(nèi)集成電路IP核設(shè)計等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，而公司股權(quán)、所獲得集成電路IP核的知識產(chǎn)權(quán)許可使用收益等均可以作為投資回報；或者采用設(shè)立投資基金的方式，以基金投資公司為平臺，扶持國內(nèi)集成電路IP核設(shè)計企業(yè)克服資金短缺的困難、進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等工作。2014年6月，由工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、科技部、財政部等部門編制，國務(wù)院批準(zhǔn)的《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》正式實(shí)施，提出要著力發(fā)展集成電路設(shè)計業(yè)，強(qiáng)化企業(yè)創(chuàng)新能力，加強(qiáng)集成電路知識產(chǎn)權(quán)的運(yùn)用和保護(hù)。與此同時，繼北京之后，上海、武漢、深圳、合肥、沈陽等多地都加速打造地方版IC產(chǎn)業(yè)股權(quán)投資基金，據(jù)悉國家也將投入巨資以促進(jìn)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展。相信包括集成電路IP核在內(nèi)的我國IC業(yè)必將產(chǎn)生一大批創(chuàng)新性的技術(shù)成果，同時，也為企業(yè)加強(qiáng)對相關(guān)技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、完善管理奠定了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)然，還可以考慮進(jìn)一步細(xì)化基金支持項(xiàng)目，如果在可能的情況下，有必要建立一個或多個專門針對集成電路IP核等核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)的收購基金，以支持我國集成電路產(chǎn)業(yè)的海外技術(shù)并購。
三、結(jié)語
中國是一個IC制造和使用大國，但不是一個IC設(shè)計大國，更談不上IC設(shè)計強(qiáng)國。建設(shè)創(chuàng)新型國家與小康社會的中國，經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開高新技術(shù)的支撐，我國的IC設(shè)計應(yīng)該加快步伐迎頭趕上，因此中國需要在其中關(guān)鍵性技術(shù)——集成電路IP核的創(chuàng)造、保護(hù)與應(yīng)用方面具有自己的話語權(quán)。目前，我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著很大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，正處于十分關(guān)鍵的戰(zhàn)略機(jī)遇期。加強(qiáng)IP核知識產(chǎn)權(quán)法律協(xié)調(diào)保護(hù)力度、加快IP核知識產(chǎn)權(quán)海外技術(shù)收購步伐和加大IP核知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)保護(hù)資金投入，無疑對于推動我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級與轉(zhuǎn)型，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
作者：王鑫 單位：西南科技大學(xué)法學(xué)院
關(guān)鍵詞:電阻電容電感參數(shù)性能
電阻、電容、電感作為常見的電路元件,在任何電路中幾乎都能看他們的存在。由于這些電子元件太普通,以至于電路設(shè)計者在進(jìn)行電路設(shè)計時一般只關(guān)心其基本的參數(shù),即電阻阻值,電容容量,電感感量,而對其他的參數(shù)卻不太關(guān)心甚至忽略了,因此往往會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,雖然電路設(shè)計原理正確,但在把電路圖紙轉(zhuǎn)化為實(shí)物以后,經(jīng)常出現(xiàn)一些意想不到的現(xiàn)象,但又很難找出出現(xiàn)故障的原因。該文將通過幾個實(shí)例分析,簡要的介紹一下基本電子元件電阻、電容、電感在實(shí)際電路設(shè)計中進(jìn)行選擇的基本常識。
1電阻的選擇
1.1電阻的分類及特點(diǎn)
電阻主要有四種,碳膜電阻,線繞電阻,金屬膜電阻,金屬氧化膜電阻。碳膜電阻穩(wěn)定性良好,負(fù)溫度系數(shù)小,高頻特性好,受電壓和頻率影響較小,噪聲電動勢較小,阻值范圍寬,但精度不高。線繞電阻具有較低的溫度系數(shù),阻值精度高,穩(wěn)定性好,耐熱耐腐蝕,主要做精密大功率電阻使用,缺點(diǎn)是高頻性能差。金屬膜電阻比碳膜電阻的精度高,穩(wěn)定性好,溫度系數(shù)小。金屬氧化膜電阻在高溫下穩(wěn)定,耐熱沖擊,負(fù)載能力強(qiáng)。
1.2案例分析
如圖1所示電路,該電路是一個常見的濾波電路,在設(shè)計中電阻R的功率為1/16瓦,該電阻在此電路中的作用主要是衰減電路中的噪聲,但在實(shí)際運(yùn)行中,經(jīng)常出現(xiàn)電阻爆裂的現(xiàn)象,經(jīng)過測試,造成該現(xiàn)象的主要原因是在設(shè)計中只關(guān)注了電阻阻值,而忽視了對電阻額定功率的選擇。1.3電阻選擇要點(diǎn)在選擇電阻時,首先考慮的是電阻阻值的大小,這可以通過計算得到。由于電阻上有電流通過,因此電阻會消耗功率,為了保證電路的可靠運(yùn)行,這時還需要考慮電阻的額定功率,特別是在功耗高的支路上,電阻額定功率的選擇尤為重要,否則很容易損壞電阻。在一般的電源電路和其他設(shè)定器件工作參數(shù)的電路中,如電源電路中的電壓或電流取樣電阻,在晶體管放大電路中用于設(shè)置電路工作點(diǎn)的偏置電阻等,為了保證電路的穩(wěn)定工作,對相關(guān)電阻的精度要求將會大大提高,在這種情況下一般應(yīng)選用金屬膜電阻或金屬氧化膜電阻。對于繞線電阻,雖然精度高,但分布參數(shù)較大,不適合用于高頻電路中。
2電容的選擇
2.1電容的分類及特點(diǎn)
陶瓷電容:用高介電常數(shù)的鈦酸鋇一氧化鈦擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質(zhì),并用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極制成,體積小,價格低,穩(wěn)定性好,但容量較低。鉭電容:使用鉭作為介質(zhì),是一種電解電容,但不使用電解液,適合在高溫下工作。其特點(diǎn)是溫度特性好,適宜于小型化。主要缺點(diǎn)是耐壓耐電流能力較弱。鋁電解電容:鋁電解電容是由鋁圓筒做負(fù)極,里面裝有液體電解質(zhì),插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。它的特點(diǎn)是容量大,但是漏電大,穩(wěn)定性差,有正負(fù)極性,適宜用于電源濾波或者低頻電路中。
2.2電容的主要作用
從電容的容抗公式Z=1/ωC可以看出,信號頻率和電容容量都會影響其阻抗的大小,正是基于此原因,電容的一個重要作用就是濾波,幾乎所有的電源電路中都會用到。從理論上說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實(shí)際上超過1uF的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大的電解電容并聯(lián)了一個小電容,這時大電容通低頻,小電容通高頻。電容的第二個主要作用就是起旁路作用,旁路電容為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化,降低負(fù)載需求,就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進(jìn)行放電。電容的第三個主要作用是起去耦作用,避免電路間的耦合干擾。
2.3案例分析
如圖2所示電路,在少量數(shù)據(jù)處理時,電路工作正常用,而一旦出現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理,偶爾會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。在一般情況下,可能會認(rèn)為是時鐘或CPU出了問題,但實(shí)際上在此電路中并非如此。測量CPU供電引腳,發(fā)現(xiàn)紋波電壓很高,最后在該引腳增加兩個小電容以加強(qiáng)濾波作用,此時數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象即消失。
2.4電容選擇要點(diǎn)
陶瓷電容體積小、穩(wěn)定性好,但容量小,適用于高頻濾波。鉭電容溫度穩(wěn)定性好,容值較大,耐壓耐流能力弱,適用于高頻濾波。鋁電解電容容量大,耐壓高,但精度差,適用于低頻波波。另外還需要特別關(guān)注電容的阻抗與頻率變化的關(guān)系,事實(shí)上,一個電容器可等效成R、L、C二端線性網(wǎng)絡(luò),不同類型的電容器其等效參數(shù)R、L、C的差異很大,等效電感大的電容器(如電解電容器)不適合用于耦合、旁路高頻信號,等效電阻大的電容器不適合用于Q值要求高的振蕩回路中。
3電感的選擇
3.1電感的作用
由電感的阻抗公式Z=ωL可知,頻率越高,電感的阻抗越高,而對直流的阻抗為零,因此電感的一個基本作用就是通交流阻直流。另外由于電感是由導(dǎo)線繞制而成,由法拉弟電磁感應(yīng)定律可知,當(dāng)通過電感的電流發(fā)生變化時,電感將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,從而阻礙電流的變化,所以電感具有保持器件電流穩(wěn)定的作用。最后電感還有濾波的作用。
3.2案例分析
如圖3所示電路,電源電壓紋波較大,該電路中的LC濾波器本是用于濾波的,然而正是由于這個LC濾波器,導(dǎo)致了電路發(fā)生了諧振,該諧振信號疊加在輸出電壓上,從而使輸出電壓紋波增大,把濾波電感去掉,輸出電壓上幾乎波有紋波電壓。
3.3電感選擇要點(diǎn)
電感與電容構(gòu)成低通濾波器時,要防止噪聲頻率點(diǎn)與諧振頻率點(diǎn)的重合,以免產(chǎn)生共振。電感串聯(lián)在電源電路中,要考慮電感器件的壓降。信號線上的電感,要注意其品質(zhì)因數(shù)與頻率的關(guān)系,電源電路上使用的電感,要注意其直流電阻,額定電流大小等,特別需要強(qiáng)調(diào)的是在選電感時,首先應(yīng)明確其使用頻率范圍,鐵芯線圈只能用于低頻,一般鐵氧體線圈、空心線圈可用于高頻。
4結(jié)語
電阻、電容、電感作為基本的電子元件,他們的性能參數(shù)對電路的正常工作有極大的影響。該文通過幾個簡單的案例分析,說明在電路設(shè)計時不能簡單的只考濾電阻阻值、電容容量、電感感量,為了提高電路的工作質(zhì)量及電路工作的穩(wěn)定性還需要考慮其他的參數(shù),并簡單的說明了選型的基本原則。
參考文獻(xiàn)
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[2]張金.電子設(shè)計與制作100例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.
【關(guān)鍵詞】PCB;布局布線;抗干擾;SMT
《電子電路設(shè)計》課程是一門理論與實(shí)際結(jié)合性很強(qiáng)，極具實(shí)踐性的新興課程，是高職機(jī)電類專業(yè)的專業(yè)技能課程之一。近年來在高職院校的項(xiàng)目教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，在本門課程的教學(xué)中常常只是將重點(diǎn)放在對電子電路設(shè)計應(yīng)用軟件的功能熟練操作上，卻忽視了對PCB板設(shè)計的一些實(shí)用應(yīng)用，特別是如果設(shè)計出來的產(chǎn)品與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)，這樣其能不能經(jīng)過產(chǎn)品測試并進(jìn)入到實(shí)際的生產(chǎn)中，我們要打個大在的問號。不然要么會大大提高了生產(chǎn)成本，要么是不符合生產(chǎn)要求而放棄。那么如何在這門課程的教學(xué)中實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)的聯(lián)接，將是本文將要探討的問題。
實(shí)踐證明，對電子產(chǎn)品設(shè)計師尤其是線路板設(shè)計人員來說，即使電路原理圖設(shè)計正確，可是如果印制電路板設(shè)計不當(dāng)，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。因?yàn)殡S著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB板的密度越來越高。PCB板設(shè)計的好壞對于抗干擾 能力影響很大。因此，在設(shè)計印制電路板的時候，就要學(xué)會掌握各種電路設(shè)計技巧，注意采用正確的設(shè)計方法。為此，我們在《電子電路設(shè)計》課程的教學(xué)內(nèi)容方面做了很多全面的創(chuàng)新，增加了PCB設(shè)計技巧應(yīng)用技能，充分提升了課程的教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了專業(yè)技能課程的實(shí)踐性及可制造性。最終完成這門課程的職業(yè)目標(biāo)。
一、布局布線技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用
隨著微孔和單片高密度集成系統(tǒng)等新硬件技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，自由角度布線、自動布局和3D布局布線等各種新軟件將會成為電路板設(shè)計人員必備的設(shè)計工具之一。早期的一些電路板設(shè)計工具，有提供布局的專門布局軟件，布線也有專門的布線軟件，兩者之間聯(lián)系不大。而隨著球柵陣列封裝的高密度單芯片、高密度連接器、微孔內(nèi)建技術(shù)以及三維板在印刷電路板設(shè)計中的應(yīng)用越來越多，布局和布線已越來越一體化，并成為設(shè)計過程中相當(dāng)重要組成部分。近年來，自動布局和自由角度布線等軟件技術(shù)已漸漸成為解決這類高度一體化問題的重要方法，利用這些軟件能在短時間范圍內(nèi)設(shè)計出可制造的電路板。在目前電子產(chǎn)品快消時代來臨的情況下，手動布線極為耗時，不合時宜。因此，現(xiàn)在要求布局布線工具具有自動布線功能，以快速響應(yīng)市場對產(chǎn)品設(shè)計提出的要求。在利用這一技巧時，我們應(yīng)重點(diǎn)告訴學(xué)生如何設(shè)計約束條件。由于要考慮電磁兼容（EMC）及電磁干擾、串?dāng)_、信號延遲和差分對布線等高密度設(shè)計因素，布局布線的約束條件每年都在增加，所以這就要求布線工具具有更大的靈活性，它必須能夠使用不同的約束條件，能適應(yīng)不同的微孔和構(gòu)建技術(shù)的要求。
現(xiàn)在，自動布線技術(shù)已極為普及。我們有理由相信，自由角度布線、自動布局和3D布局等各種新電子設(shè)計軟件技術(shù)也會同自動布線技術(shù)一樣成為PCB板設(shè)計人員的日常設(shè)計工具，設(shè)計人員可用這些新技術(shù)來解決微孔和單片高密度集成系統(tǒng)等新型硬件技術(shù)問題。
二、PCB設(shè)計抗干擾措施
在設(shè)計中，要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布且及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計 質(zhì)量好、造價低的PCB.以往在這個過程中我們會在教學(xué)中傳授PCB設(shè)計的一般原則。而PCB及電路抗干擾措施卻往往被忽視。
其實(shí)印制電路板的抗干擾設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計的 幾項(xiàng)常用措施做一些說明。
1.對于電源線的設(shè)計，我們要根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時應(yīng)使電源線、地線的走向跟數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有利于增強(qiáng)抗噪聲能力。
2.對于地線設(shè)計，我們可以利用這幾個原則：首先數(shù)字地與模擬地分開。如果線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量 分開。同時低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時可部分串聯(lián)后 再并聯(lián)接地。而高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線要短而粗，高頻元件周圍盡量使用 柵格狀大面積鋪銅等辦法。其次接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的額定電流。如果可以，接地線可在2～3mm以上。最后接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團(tuán)環(huán)路大多 能提高抗噪聲能力。
3.用好去耦電容是PCB設(shè)計的常規(guī)做法，我們可在印制板的各個關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)?退藕電容。退藕電容的一般配置原則有如下幾點(diǎn)：第一電源輸入端跨接10～100uf的電解電容器。如果可以就接100uF以上的更好。第二是每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個0.01pF的瓷片電容，如果印制板空間不足，可每4～8個芯片布置一個1～10pF的電容。第三是對于RAM、ROM存儲器件，應(yīng)在芯片 的電源線和地線之間直接接上退藕電容。 第四是電容接線不能太長，尤其是高頻旁路 電容不能有引線。除此之外，還應(yīng)注意以下兩方面：第一在印制板中有接觸器、繼電器、 按鈕等元件時。操作它們時均會產(chǎn)生火花放電，必須采用RC 電路 來吸收放電電流。第二CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時對不用腳要接地或接電源處理。
三、可制造性分析
現(xiàn)代電子產(chǎn)品的生產(chǎn)基本都是依靠SMT來進(jìn)行生產(chǎn)，因此我們在設(shè)計的時候就必須讓學(xué)生們知道要了解SMT的制造過程，這樣我們設(shè)計出來的產(chǎn)品才能符合生產(chǎn)的要求。在SMT生產(chǎn)工藝流程中，通常將SMT分為掛膠制程（波峰焊）和錫膏制程（回流焊）。它們的主要分別是：貼片前的工藝不同，前者使用貼片膠，后者使用焊錫膏。貼片后的工藝不同，前者過回流爐只起固定作用、還須過波峰焊，后者過回流爐起焊接作用。那么在設(shè)計和選擇的時候除了考慮以上特點(diǎn)，接下來就要考慮下面的幾個問題：
1.拼板是否用陰陽板？優(yōu)缺點(diǎn)？
2.是否采用拼板及拼板的個數(shù)？
現(xiàn)在幾乎所有的小電路板設(shè)計完成后都需進(jìn)行陰陽拼板，一般為四拼一的方式。所謂陰陽板就是我們通常所見的在一個拼板中的同一面既有TOP面又有BOTTOM面的PCB電路板。因此陰陽板拼板其實(shí)就是將兩塊同樣的PCB板，一塊正放另一塊反放拼在一起看作是一塊PCB板。在SMT生產(chǎn)過程中，從而進(jìn)行過爐焊接，焊完一面，不需改動貼片機(jī)的程序，再將其翻轉(zhuǎn)焊接另一面，最終焊接完成全板。在此我們闡述下采用此種拼版形式的優(yōu)點(diǎn)：一是可以充分利用SMT長線的優(yōu)勢降低了生產(chǎn)成本。二是采用陰陽板，在開始編制程序的時候就達(dá)到節(jié)省優(yōu)化程序的時間了。采用陰陽板，也就是將兩面的程序合成一個程序來做，這樣只要針對一個程序來考慮優(yōu)化肯定會費(fèi)時費(fèi)力。三是采用陰陽板，在附加工具和輔料方面也會有很大的節(jié)省（針對部分產(chǎn)品來說）。通常能省一半。最后在生產(chǎn)效率上面來說，可以提高產(chǎn)量。如果做單面板，要采用手工焊接元器件，會降低了生產(chǎn)效率。還有就是由于陰陽板是一個貼裝程序，這樣在生產(chǎn)的時候就比兩面程序，減少了基板搬運(yùn)時間，從而使生產(chǎn)效率大大提高。這些PCB設(shè)計技巧在我們以往課堂教學(xué)及高職教材內(nèi)容上面總是容易被忽視，可是對于從事PCB專業(yè)人員來說卻是必需掌握的。因此，在本門課程教學(xué)改革過程中，我們增加了這些PCB設(shè)計應(yīng)用技巧及可制造性分析，達(dá)到了對課程改革的職業(yè)目標(biāo)要求。
參考文獻(xiàn)
[1]王平，田文娟.電子CAD教程[M].東南大學(xué)出版社，2009.
關(guān)鍵詞：直流電動機(jī)；調(diào)速系統(tǒng)；單片機(jī)控制；硬件設(shè)計
1 直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計
1.1硬件設(shè)計
采用89C51單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)，由PWM信號發(fā)生電路發(fā)送PWM信號到直流電機(jī)，然后通過測速電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路將數(shù)據(jù)重新發(fā)回89C51單片機(jī)，從而進(jìn)行PI運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的調(diào)控。該89C51單片機(jī)由CPU和8個元件構(gòu)成，它們都以片內(nèi)的單一總線進(jìn)行連接，構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)仍然是通用CPU配置芯片的構(gòu)成模式，在功能單元控制方面則采用特殊功能寄存器集中控制方法。
（1）PWM信號發(fā)生電路設(shè)計
（2）PWM信號發(fā)生電路設(shè)計
PWM信號波可以用單片機(jī)的PWM端口輸出，通過編程來產(chǎn)生，也可以通過使用PWM芯片實(shí)現(xiàn)。如果PWM波的頻率太高，驅(qū)動直流電機(jī)控制要求的功率太高，而PWM波的頻率太低，電磁噪聲的產(chǎn)生是比較大的。在實(shí)踐應(yīng)用中，如果頻率在18KHz的PWM波，應(yīng)用效果是最好的。在該系統(tǒng)中，應(yīng)用兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位的串行計數(shù)器4040構(gòu)成的PWM信號發(fā)生電路。PWM信號發(fā)生電路由三片通用數(shù)字電路構(gòu)成，它可以使軟件設(shè)計構(gòu)成大大簡化，但同樣也適用于單片機(jī)系統(tǒng)。
（3）功率放大驅(qū)動電路設(shè)計
功率放大驅(qū)動采用美國IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動器。該芯片采用CMOS工藝制作，邏輯電源電壓范圍為5 V～20 V ，適應(yīng)TTL 或CMOS 邏輯信號輸入，具有獨(dú)立的高端和低端2 個輸出通道，具有較理想的抗噪效果和快速和完整的保護(hù)功能，可大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。
（4）保護(hù)電路設(shè)計
在該電路中，為了防止功率管和負(fù)載因過電流損壞，需對電流值進(jìn)行嚴(yán)格控制。利用IR2110 的SD 端可實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)控制功能，其過電流保護(hù)的工作原理如圖 3 所示。穩(wěn)壓二極管D1 提供一標(biāo)準(zhǔn)電壓，電阻R2 對電流進(jìn)行采集，將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，再與標(biāo)準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定值時，比較器輸出高電平，提供給IR2110 SD 端，IR2110 控制切斷功率管，從而防止過電流的產(chǎn)生。電流值的大小可以根據(jù)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值及電流檢測電阻計算出來。當(dāng)IR2110 用于驅(qū)動大功率IGBT 管時，SD 端的過電流保護(hù)功能應(yīng)慎重使用，因?yàn)榇箅娏麝P(guān)斷下d i/ d t 很大，控制及驅(qū)動電路屏蔽不好情況下會串入很大的干擾信號，很容易引起SD 端保護(hù)誤動作。
圖3 過電流保護(hù)原理
1.2軟件設(shè)計
1）主程序設(shè)計
主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個初始值與測速電路送來的值相比較得到一個誤差值，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。主程序軟件由1個主程序、1個中斷子程序和1個PI控制算法子程序組成。主程序主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是由單片機(jī)P1口生數(shù)據(jù)送到PWM信號發(fā)生電路，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2）軟件調(diào)試
在軟件設(shè)計編程中，經(jīng)常會出現(xiàn)問題，包括鍵盤掃描、PWM信號產(chǎn)生電路的控制和單片機(jī)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動方向等問題。總結(jié)軟件調(diào)試過程，可以認(rèn)識到軟件調(diào)試過程需注意的幾個關(guān)鍵點(diǎn)：
（1）仔細(xì)檢查源代碼，看看是否有編程語言語法的錯誤；
（2）子程序設(shè)計找出錯誤和重點(diǎn)調(diào)查；
（3）使用各種方法來仔細(xì)檢查程序，一步步操作，直到系統(tǒng)調(diào)試成功為止。
3）系統(tǒng)仿真
選擇proteus仿真軟件，利用proteus繪制系統(tǒng)電路圖。如果程序在keil C調(diào)試通過，將生成以HEX為擴(kuò)展名的文件，這是為了使系統(tǒng)能在Proteus文件成功模擬的重要文件。一些文件被加載到單片機(jī)系統(tǒng)的仿真，驗(yàn)證是否能完成直流電機(jī)調(diào)速。如果不成功，回到軟件調(diào)試步驟繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，識別和修正錯誤并重新運(yùn)行系統(tǒng)。硬件電路仿真設(shè)計是根據(jù)設(shè)計方案完成的，在模擬過程中也遇到了許多問題，如元件選擇、電路設(shè)計和選擇元素等。因此，要熟悉和掌握系統(tǒng)組件的使用方法和原則。
2 結(jié)束語
綜上所述，本文論述直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的單片機(jī)控制是以以89C51單片機(jī)作為設(shè)計核心，以C語言編制程序?qū)崿F(xiàn)對直流電動機(jī)的平滑調(diào)速。實(shí)際上，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)調(diào)速還有很多種途徑，相較于其他硬件設(shè)計或者是軟硬件結(jié)合設(shè)計而言，采用PWM軟件設(shè)計方法在實(shí)現(xiàn)調(diào)動及調(diào)速控制則具有更為明顯的靈活性和成本優(yōu)勢，同時也能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的調(diào)控作用。因此，本文論述的用意既是為加深直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的單片機(jī)控制理論探究，也為廣大業(yè)務(wù)人員提供交流溝通的平臺，共同進(jìn)學(xué)習(xí)。
參考文獻(xiàn)
[1] 李維軍，韓小剛，李 晉；基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)[J]；維普資訊；2007，（09）.
1 接口電路芯片設(shè)計
芯片是人機(jī)接口電路中重要的組成部分,也是其最為基礎(chǔ)的組成部分之一。在人機(jī)接口電路之中最為重要的是驅(qū)動芯片,其實(shí)際作用是對LED進(jìn)行驅(qū)動,并結(jié)合相應(yīng)的電阻構(gòu)成人機(jī)接口電路的驅(qū)動電路。在實(shí)際的工作之中,芯片需要接受系統(tǒng)中的時鐘信號,該信號一般是由內(nèi)部時鐘產(chǎn)生并發(fā)出的。另一方面,芯片在接口電路中還可以實(shí)現(xiàn)對振蕩電波的接受與放大,并對電波的頻率進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸l,從而使電波頻率與系統(tǒng)的整體要求相吻合,更好地促進(jìn)系統(tǒng)的工作。
2 電路接口地址空間的分配
在電路的設(shè)計過程之中,應(yīng)該遵循實(shí)際的設(shè)計電路對系統(tǒng)的電路進(jìn)行正確的連接,利用相應(yīng)的芯片輸出的行掃描線,進(jìn)行實(shí)際的編碼輸出。在此過程之中,應(yīng)該對地址譯碼器進(jìn)行選擇與研究,一般情況下,譯碼器可以輸出相應(yīng)的電子信號,該信號會經(jīng)過預(yù)先設(shè)計的路徑進(jìn)入鍵盤系統(tǒng),遵循低電平有效原則。鍵盤之中的信號經(jīng)過處理之后進(jìn)入相應(yīng)的芯片,形成具體的系統(tǒng)信息,并接受系統(tǒng)邏輯軟件的檢測與掃描,這個操作過程的目的是系統(tǒng)進(jìn)行按尋找的過程,并對電路中產(chǎn)生的電路抖動進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)電路抖動的持續(xù)檢測,直至抖動消失。通過這種電路按鍵尋找的方式其實(shí)就是實(shí)現(xiàn)電路接口地址分配的過程,對污水處理系統(tǒng)人機(jī)接口的設(shè)計有著極為重要的意義與價值。
包含在FIFO狀態(tài)字節(jié)中的字符計數(shù)(狀態(tài)的低三位)指示。當(dāng)檢測到某鍵被按下時,8279芯片的IRQ引腳改為高電平,與此同時,FIFO狀態(tài)的改變以說明存放于FIFO中的字符數(shù)。當(dāng)80C196KC單片機(jī)讀入一個數(shù)據(jù)后,IRQ降為低電平。若FIFORAM中仍然有數(shù)據(jù),則IRQ再次轉(zhuǎn)為高電平,如此反復(fù)進(jìn)行。
3 主控程序中鍵盤程序設(shè)計
主控程序中鍵盤程序是人機(jī)接口電路的核心部分,對其進(jìn)行的設(shè)計應(yīng)該做到面面俱到。在實(shí)際的設(shè)計過程中,應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的設(shè)計流程圖,對其程序進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。在設(shè)計過程之中,首先需要注意的就是相應(yīng)的按鍵是否有按下的情況,并對各個按鍵的功能進(jìn)行依次的選擇與設(shè)定,并設(shè)計出相應(yīng)的子程序執(zhí)行按鍵。鍵盤在整體系統(tǒng)的過程中起到輸入的功能,是人機(jī)進(jìn)行交流的主要媒介,因此,必須對鍵盤程序進(jìn)行合理科學(xué)的設(shè)計,通過這種方式才能實(shí)現(xiàn)更為有效的人機(jī)交流。
4 鍵值與鍵定義
按鍵是人機(jī)接口電路中實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流的主要媒介之一,在電路設(shè)計中是必不可少的因素之一。在實(shí)際的人機(jī)接口電路設(shè)計過程中需要對按鍵的鍵值進(jìn)行設(shè)計,還要對相應(yīng)的按鍵進(jìn)行定義,給與其實(shí)際的按鍵功能。污水處理系統(tǒng)人機(jī)接口電路中按鍵不是一成不變的,結(jié)合不同的工作環(huán)境與工作過程,會有不同的鍵值與鍵定義。但是,在實(shí)際的設(shè)計過程中一般都會包含一些必不可少的功能鍵,其中較為典型的就是啟動鍵:、下傳鍵、上傳鍵、復(fù)位鍵、停止鍵、設(shè)定鍵、查詢鍵、鍵和鍵:、鍵和鍵、方式鍵、參數(shù)鍵、確定鍵。
5 顯示器工作原理
顯示器也是人機(jī)接口電路中的一個組成部分,顯示器的選擇主要是由芯片決定的,8279芯片對應(yīng)的顯示器型號為8×8LED顯示器。A0-A3和B0-B3為段控輸出(高電平有效),通過驅(qū)動器放大,可直接控制每只LED顯示器的七段發(fā)光二極管。其中,A3為最高位,B0為最低位。SL0-SL2為位控輸出,經(jīng)過74HC138譯碼后,對每只LED進(jìn)行控制。掃描速度由內(nèi)部定時器決定,A0-A3和B0-B3與其同步變化。這是該顯示器實(shí)際的工作原理,也是在進(jìn)行人機(jī)接口電路設(shè)計中極為關(guān)鍵的設(shè)計因素,在實(shí)際的設(shè)計過程之中一定要注意選擇合理的顯示器,結(jié)合電路的工作環(huán)境與工作特點(diǎn),設(shè)計出更加科學(xué)的顯示器,促進(jìn)人機(jī)接口電路的順利工作。
