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【關鍵詞】邏輯芯片；功能測試；FPGA；MFC

在最原始的測試過程中，對集成電路（Integrated Circuit，IC）的測試是依靠有經驗的測試人員使用信號發生器、萬用表和示波器等儀器來進行測試的。這種測試方法測試效率低，無法實現大規模大批量的測試。隨著集成電路的集成度和引腳數的不斷增加，工業生產上必須要使用新的適合大規模電路測試的測試方法。在這種情況下，集成電路的自動測試儀開始不斷發展。

現在國內的同類型產品中，一部分采用了單片機實現，這部分儀器分析速度慢，難以用于大規模的測試系統之中，并且在管腳的擴展性上受到嚴重的限制。另一部分使用了DSP芯片，雖然功能上較為完善，但造價不菲，實用性能有限。本文的設計是基于FPGA實現邏輯芯片的功能故障測試。由于FPGA芯片價格的不斷下降和低端芯片的不斷出現，使用FPGA作為主控芯片可以更適合于市場，且有利于對性能進行擴展。實驗表明，該系統設計合理，能對被測芯片進行準確的功能測試。

1.邏輯芯片功能測試的基本理論簡介

功能測試也稱為合格―不合格測試，它決定了生產出來的元件是否能正常工作。一個典型的測試過程如下：將預先定義的測試模板加載到測試設備中，它給被測元件提供激勵和收集相應的響應；需要一個探針板或測試板將測試設備的輸入、輸出與管芯或封裝后芯片的相應管腳連接起來。測試模板指的是施加的波形、電壓電平、時鐘頻率和預期響應在測試程序中的定義。

元件裝入測試設備，測試設備執行測試程序，將輸入模板序列應用于被測元件，比較得到的和預期的響應。如果觀察到不同，則表示元件出錯，即該元件功能測試不合格。

2.測試系統設計

該測試系統由下位機硬件電路和上位機測試軟件兩大部分構成。系統采用功能模塊化設計，控制靈活，操作簡單，而且采用ROM存儲測試向量表庫，方便以后的芯片型號添加和擴展，有很好的實際應用性。

2.1 硬件設計

控制器模塊選用Altera的FPGA芯片EP3C16Q240C8N，配置芯片選用EPCS4。控制器由使用VerilogHDL硬件語言實現了包括串口接收模塊、數據轉換與測試保護模塊和串口發送模塊三個部分的功能設計。串口接收模塊完成與串口芯片MAX3232進行通信，接收由上位機發送來的測試指令；數據轉換與測試保護模塊產生實現一個類似于D觸發器的保護器，對測試端的被測芯片輸出腳進行雙保護，保證其在測試后的回測值不受初值影響；串口發送模塊將測試后得到的數據組合為一個回測寄存器，并按照串口通信協議將回測數據發送回上位機。

串口通信模塊選用MAX3232芯片，現串口的全雙工數據傳輸。

2.2 軟件設計

3.系統測試驗證

3.1 常規測試

以芯片74LS08為例，測試流程如下：

（1）使用Microsoft Office Access 2003軟件建立測試數據庫，并在數據庫中建立幾款不同被測芯片的測試數據。

（2）在芯片型號檢索對話框中輸入“74LS08”型號后，點擊“確定”按鈕即可完成芯片檢索的流程。

（3）自動測試模式下，系統將調用數據庫中被測芯片的完整測試數據，并且完成整個測試集的循環測試。

3.2 故障測試

此時，如果被測芯片依然為74LS00芯片，而從上位機的數據庫中重新調入74LS00芯片的測試信息進行測試，其測試結果則顯示為“該芯片功能測試全部通過”。其顯示界面如圖3所示。由此可以驗證，測試系統對芯片功能故障的判斷十分準確，并且測試系統可以準確的識別存在故障的測試矢量位置，以便于用戶進行進一步的分析。

4.結論

本文用FPGA進行了一個芯片功能測試系統，并對其功能進行了驗證，實驗結果表明該系統測試方法簡單，測試過程迅速，測試結果準確。該系統為芯片功能測試提供了一個很好的解決方案，具有重要的應用價值。

參考文獻

[]羅和平.數字IC自動測試設備關鍵技術研究[D].成都：電子科技大學，2008.

[2]馬秀瑩.新型超大規模集成電路（VLSI）直流參數自動測試系統[D].北京：北京工業大學，2005.

[3]康華光.電子技術基礎（數字部分）[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]張偉偉.混合電路仿真中的元件建模與故障建模技術研究[D].武漢：華中科技大學，2008.

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【關鍵詞】高速公路；機電系統；公路技術應用

高速公路機電系統是發揮道路設施交通功能的主要輔助系統，包含有多個子系統，屬于以電子、電氣、控制、通信、機械、計算機網絡和交通工程等技術為基礎的綜合性系統，通信系統、監控系統和收費系統以及供配電照明系統互相配合，協同作業，通過子系統內部和各子系統之間由通信網聯系，監控系統和收費系統大都為計算機控制系統，實現光纜數字通信連接成遠程計算機網絡，從而完成各網絡間的信息共享。

1 監控系統分析

監控系統是實現高速公路運行管理的主要手段。監控系統的目的是保證行車“安全”和道路“暢通”，其的作用是監視與控制，主要完成實時采集、記錄和顯示交通流數據、事故信息、氣象信息，并據此判斷各路段的交通狀況，交通控制信息，對全線交通狀況進行控制和調度。并在此基礎上，再實現高速、環境保護等其他目標。監控對象屬性在很大程度上決定監控系統的檢測、控制方式、系統組成和設備配置。監控需要了解高速公路交通會出現哪些情況（交通流有幾種狀態），特別是那些影響“安全”和“暢通”的狀態有何特點；需要確定用什么方法來描述、檢測和轉變（控制）這些狀態。

監控系統的具體功能是準確及時采集交通流、交通環境和主要交通設施狀態的各種信息，并根據已掌握的信息，迅速做出有針對性的處理和優化控制方案，并立即執行；通過建立多種信息渠道，為用戶提供信息服務，引導駕駛員調整行駛行為，達到交通流動態平衡；可以進行探測和確認交通事件、隧道火情控制、冬季路面使用狀態檢測等專項檢測；對交通事故能夠做出快速響應，迅速排除事故根源和提供救援服務；并通過建立高速公路交通數據庫，支持道路運行狀況的評價，為改善高速公路經營和交通管理的決策提供數據分析。

2 通信系統分析

通信系統是高速公路現代化運行管理的支撐系統，通信系統實現監控系統和收費系統的高效運轉，同時保證高速公路各管理部門間的業務聯絡暢通，并要為高速公路管理部門和外界建立必要的聯系網絡，同時，通信系統也是交通信息最主要的傳輸載體，為各種網絡服務及電視會議系統提供傳輸通道。通信系統的主要任務是根據規定的技術要求，確保整個系統數據、命令、圖像及語音等多種信息傳輸的及時性和準確性。因此，安全、可靠、完善和高效的通信系統是高速公路正常運行的重要保證。

高速公路通信的主要特點是專用性強，通信對象主要是高速公路管理部門內部各個單位和高速公路使用者；需要傳輸的信號種類繁多，有語音、圖像、數據和GPS定位信號等；對各類信號的傳輸有明確要求，如圖像和語音的實時性，控制指令和報警信號的高可靠度，收費數據嚴格的連續性等；另外是通信方式繁多，幾乎包含了當前所有的通信方式，如光纜通信，程控電話，計算機網絡數據和多媒體通信，移動電話，微波和衛星通信等；數據、圖像和語音的傳輸和處理直接相聯，通信系統是作為監控、收費等計算機網絡的通信支網而出現，計算機直接參與通信是公路通信的主要特點；同時要求可靠性高，穩定性強，通信系統每天24h不間斷運行，中斷會丟失重要數據或造成事故處理不及時。

3 收費系統分析

收費系統在高速公路的運營管理中起著至關重要的作用，也是高速公路規范化運作、統一管理的基礎保障系統。收費系統實現的主要功能是收費通量統計和車輛分型，按標準收取通行費并發放收據，統計、匯總與收費有關的數據和交通量數據，傳送到收費站點、收費管理所、監控中心等各級管理部門的上一級計算機進行處理，編制各類管理報表和進行數據分析，存儲重要數據，并根據監控中心的命令，對出入高速公路的車輛進行控制和調節。

該系統一般為三層次結構：收費車道、收費站（或稱收費監控廣場）、收費管理中心，收費系統在高速公路主線或匝道設有收費站，收費站根據進出交通量和道路條件設有若干條入口和出口收費車道。收費車道由收費島加以隔離，島上設置有各種收費設備。收費車道前后形成一個寬于道路路面的收費廣場，以便車輛排隊等待交費和供車輛加減速緩沖用；廣場旁設有收費監控樓，對收費廣場的情況進行實時監控。如果對收費采用計算機管理，則用計算機數據通訊網絡將收費車道、監控廣場和收費管理中心三級設備組成一個高效率的計算機收費網絡系統。

4 供配電照明系統分析

供配電照明系統是高速公路機電系統必不可少的輔助系統，也是提供給收費、監控、通信系統設備用電的系統。供配電照明系統的主要功能是按照規定的技術要求，24h不間斷的對機房內部設備和外場終端安全供電。要求既能正常供電，也能緊急供電。其中正常供電包含變電和配電兩部分。變電建設有高壓和低壓配電室以及裝備各種配電箱和配電屏。配電則按沿線布設電纜管道及各種規格電力電纜和控制通信電纜。緊急供電一般配備柴油交流發電機組、防酸漏鉛電瓶及UPS電源。高速公路照明一般有三個部分：主車道照明、廣場（立交和收費站）和隧道照明。在運輸繁忙、事故多發（立交和匝道連接點）、重要（主車道）路段設置主線照明，可以改善夜間行車環境，減少道路交通事故發生。照明能使CCTV攝像機充分發揮夜間監視的功能；收費廣場采用高桿照明，以保證收費車輛的安全交匯和排隊。隧道照明在白天和黑夜都必須工作，隧道內各區段的亮度分布需滿足人的視覺適應特點；各路段的人工照明亮度需要按照環境亮度條件進行調節；而且隧道內還應當設置斷電和火災時的應急照明系統。

5 綜合防雷系統分析

高速公路機電系統應當把雷電的危害及其防護技術措施放在重要的位置來考慮。雷電防護屬于一個系統工程，在所有的電力和工業設備上都很相似，要求較高的可靠性。隨著大規模電子設備日益廣泛的應用，高速公路機電系統不同程度地遭受了雷電侵害，輕則設備被雷電擊壞，造成系統部分功能喪失，重則造成系統癱瘓，經濟損失慘重。高速公路具有點多、線長、面廣的特點，既有大量的強電設備，又有監控、通信、傳感等弱電設備，因此對機電系統的防雷問題也應該從接地網、電源線、接地體、電源系統、傳輸光纜、電纜、整體機房防雷等多個方面進行全方位整體防雷研究，及時避免機電系統遭受雷擊損害。

參考文獻：

[1]吳偉國，張平樂，王帆.淺談機電系統建設與高速公路智能化[J].湖南交通科技，2009（04）.

[2]靳引利，范曉，雷雨.高速公路機電設備維護管理系統的設計與實現[J].公路交通科技（應用技術版）. 2007（09）.

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關鍵詞：城市路燈；電氣系統；設計原則；設計要點；自動化控制；遠程監控

一、城市路燈電氣系統的設計原則

城市路燈電氣系統的設計原則主要表現為：（1）統一協調原則。首先應該以全局觀念為設計的指導理念，將燈光的亮度、光影關系以及照明方式進行整合式考量，對于各個部分能夠對整體產生的影響進行分析。在進行城市路燈電器系統設計之前都需要制定一個建設規劃，確保整個建設工程能夠在規范的環境下進行。在對其進行整合式考量的過程中，應該對規劃的內容進行了解，使其能夠具備參照借鑒意義，分清系統設計的主次，對于一些重點環節進行明確。（2）綠色照明原則。隨著低碳環保概念的深入，城市路燈設計必須在綠色理念的指導下進行。對于照明產品進行選用的過程必須遵循節能環保的原則，確保所選的產品具備使用期限長、電能利用率高。對于照明電器系統進行較為嚴格的管控，避免光污染的出現，為我國的可持續發展事業做出巨大的貢獻。

二、城市路燈電氣系統的設計要點分析

1、合理選擇城市路燈參數。（1）布燈間距的選擇。間距的選擇在符合規范前提下盡量增加安裝高度，擴大安裝間距；（2）布燈方式的選擇。為單側布置、雙側交錯布置、雙側布置和中心對稱布置，要結合路面的斷面形式綜合考慮。一般，若選擇單側布置，則道路有效寬度值為實際路寬與一個懸挑長度的差；若為雙側布置，則有效寬度應定為實際路寬與兩個懸挑長度的差。若為中心對稱布置，則有效寬度與道路實際寬度相等。從而結合燈桿高度等基數可計算出城市路燈的平均照明度，并按相關標準進行設計和安裝。

2、合理選擇照明燈具。（1）截光型燈具：此種燈具最大光強方向范圍為0～65°，90°允許最大允許光強為10cd/1000lm；優點為眩光輕，不刺眼。缺點為照明范圍較小，周邊燈光昏暗，為快速路、主干路等主要道路照明燈常用類型。（2）半截光型燈具：此種燈具最大光強方向范圍為0～75°，90°允許最大允許光強為50cd/1000lm；優點為眩光適中，光線照明范圍較大，實用性高。為次干路及支路市政照明燈的首選類型。

3、強化路燈線路與路燈接地設計。線路設計是路燈安裝中的重點，設計過程要綜合考慮線路損耗以及電壓供給問題，確保供壓穩定。一般設計為額定電壓值上浮5%或以上。根據車流量以及照明效果，對亮燈盞數進行控制。燈光照明要首選滿足需求最大的群體，實現資源合理利用。隨著技術的發達，微機監控和無線控制成為目前主要監控模式。目前，對于路燈安裝接地的主要問題是安裝規范不統一。TN-S接地系統由于安全系數相對較高，因此應用最為廣泛。其原理為：專用保護線PE上電流和對地電壓均為零。并在干線上采用漏電保護器，將部分PE線越過漏電保護器重復接地。而對于PE線材料的選擇，多為鎧裝電纜的金屬外皮或者鍍鋅圓鋼。實踐證明，在路燈經過的起點、中間適當間隔和終點處打一組地極，同時要求接地電阻4Ω以下，可提高接地效果，減少觸電事故的發生。

三、城市路燈電氣自動化控制技術分析

1、PLC路燈自動化控制技術。PLC路燈控制技術具有可靠性、功能以及性價比等優勢，例如：產品的開發時間較短、系統功能性強、在可靠性和性價比方面較高、系統的硬件齊全、產品在使用方面比較方便、系統體積小、其設計、安裝和調試方面工作量相對較少，當然系統的維修也很方便等優點，該系統在工業生產中的控制裝置中使用廣泛。

2、城市路燈照明自動化控制系統電力載波路燈技術。照明控制系統電力載波路燈技術利用時控與光控雙向來進行控制，在系統檢測到每個路段的亮燈率，從而實現城市道路路燈的自動啟閉，有效控制半夜燈或者全夜；利用電壓和電流實現測量與監控，狀態信息與控制信號是通過電力線載波技g來傳輸的，對供電變壓器線路開路和短路等各種突發事件進行即時報警；實現智能管理和監控路燈，從而讓路燈達到可靠、穩定和經濟、高效的運行。

3、城市路燈照明自動化控制系統無線路燈控制技術。照明控制系統無線路燈控制構成是采用一個中心管理PC與好幾個路燈控制終端節點相連，通過TCP/IP協議實現監控中心和管理中心進行通信，采用設定路燈的工作信息，如開關時間或時鐘日歷等，系統的指令信息是通過路燈節點的路由來把控制信息由監控中心直接傳送到路燈終端節點，達到當路燈發生故障時進行報警。路燈照明燈的開關控制是通過無線電通道數據的收發來實現的，這樣避開了電力線載波通訊中的不確定性與干擾的繁雜，從而提高了控制系統的確定性與穩定性，這種控制系統性價比低、投資太大，當然具有安裝方便、控制組合多、布點靈活、系統安全性高的優點。

四、城市路燈遠程自動化監控技術的分析

1、城市路燈自動化監控系統的組成。基于GPRS-Internet的城市路燈遠程監控系統主要由兩個部分組成，即監控中心的主控計算機和道路兩旁路燈現場的多臺遠程監控終端，他們之間通過GPRS-Internet連接。監控中心主控計算機通過與Internet連接，可以采集到路燈的實時運行參數，并且對路燈進行遠程監測、控制和管理。遠程監控終端，即安裝于路燈終端的設備，要求位于移動通信覆蓋的區域范圍內。遠程監控終端接收執行來自監控中心的各個命令，如開關路燈命令、設置路燈開關時間、校對時鐘命令等，該系統通過傳感器能夠自動檢測出終端路燈設備的異常事故，并及時將信息上傳給主控中心計算機。

2、城市路燈自動化監控的控制中心。城市路燈自動化監控是通過控制中心實現對路燈終端的控制。控制中心的規模可大可小，既可以使用一臺計算機，也可以使用大型網絡計算機群組。控制中心一般由主控機、顯示設備、通信單元、供電設備和計算機網絡等組成。

3、城市路燈自動化監控的通信網絡。通信網絡主要負責信息的上傳和下達任務，一方面將控制中心的指令傳送給路燈終端，另一方面將路燈的運行狀況傳送給控制中心。目前比較常用的通信技術有，有線通信、無線通信、電力載波等，該系統中選取GPRS通信方式，它具有隨時隨地實現比較高速的數據傳輸，不受時間地點的限制等優點。

4、遠程監控系統的主要功能。路燈監控系統遠程監控終端的基本功能主要包括通信、控制和事故預警。通信：與控制中心交換數據，接收并執行控制中心的命令，更改遠程監控終端設置，上傳光敏傳感器采集到的光亮強度信息。控制：響應遙控命令，控制路燈開關。事故判斷與報警：對采集到的光亮度進行檢查，結合當前開關狀態和運行時間段，判斷運行狀態正常與否。如發生異常或發生事故，遠程監控終端立即報警。

結束語

城市路燈是現代市政設施現代化程度的標志之一，城市道路照明作為城市基礎設施建設的重要內容，安全、先進、可靠的城市路燈自動化監控系統對提高城市品位以及提高城市服務水平等方面具有重要作用，同時對社會效益和經濟效益的提高和對路燈管理部門的節能降耗具有重要意義。

參考文獻：

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一、西安在“絲綢之路經濟帶”中的定位

陜西省把“打造以西安國際化大都市為核心的絲綢之路經濟帶新起點”作為自己的戰略定位。西安作為陜西的省會城市，作為西北部經濟、文化和社會發展的領頭羊，在沿線城市中已經被國家賦予了最高定位――“國際化大都市”，由西安帶動絲綢之路經濟帶建設責無旁貸。因此，西安的基本思路應很明確，要充分發揮在絲綢之路經濟帶中的地理區位、交通樞紐、歷史文化、科教資源優勢，著力打造“一高地六中心”，努力把西安建設成最具發展活力、最具創新能力、最具輻射帶動作用的絲綢之路經濟帶新起點。

二、曲江新區和哄鄙態區在新絲路起點城市承擔的功能

（一）曲江新區在新絲路起點城市承擔的功能

曲江新區位于西安市東南部，是陜西省西安市確立的以文化產業和旅游產業為主導的城市發展新區，是西安市“五區一港兩基地”的重要組成部分，是西安建設國際化大都市的重要承載區，是國家文化部授予的首個國家級文化產業示范區。曲江新區的定位是國家級文化產業示范區、西部文化資源整合中心、西安旅游生態度假區和綠色文化新城。曲江新區核心區域面積51.5平方公里，同時輻射帶動大明宮遺址保護區、西安城墻景區、臨潼國家旅游休閑度假區和樓觀道文化展示區等區域，形成文化產業全新發展格局[1]。

1、文化的聯通者

西安作為古絲綢之路的起點，留下了許多絲綢文化的遺跡，而曲江新區近年來深挖文化資源、在文化方面大做文章，打造了一批極具影響力的文化產業項目，如大雁塔北廣場、大唐芙蓉園、曲江池遺址公園、大唐不夜城等，曲江可以利用這些文化資源把絲綢之路上文化相近的區域聯系起來開辟出新的文化旅游線路。通過文化的聯通帶動人員、政策等的聯通，從而發揮西安在“絲綢之路經濟帶”中聯通作用。

2、文化產業的領跑者

“絲綢之路經濟帶”沿線的國家和地區大部分都處于經濟欠發達的狀態，但它們大部分處于古絲綢之路的沿線上，文化資源比較豐富，但由于缺乏資金和技術的支持，發展速度和規模都極不理想。而曲江新區踐行的“充分依托陜西、西安大文化、大旅游、大文物的優勢，以城市運營收益大力投資文化產業和公共設施，以大項目為帶動，文化產業、公共文化事業和城市新區建設齊頭并進、協調發展”的模式，取得了可觀的效益，被國家文化部授予“首個國家級文化產業示范區”，為沿線城市提供了可以借鑒的成功經驗。沿線國家和地區可以結合自身的文化資源特色，借鑒曲江新區的發展模式，在曲江新區的帶領下把各自的文化產業發展起來。

（二）哄鄙態區在新絲路起點城市承擔的功能

哄鄙態區位于西安城區東部，北到渭河，南到繞城高速，包括哄焙恿膠鈾陌兜哪媳畢虼狀區域，規劃總面積129平方公里，其中集中治理區89平方公里，是西北地區首個國家生態區、國家水生態系統保護與修復示范區，也是歐亞經濟論壇永久會址、2011西安世界園藝博覽會、西安金融商務區和西安領事館區所在地。

1、金融服務的領航者

對西安金融商務區在絲綢之路經濟帶建設中的作用，陜西亦有明確定位。2013年11月，陜西省委書記趙正永在 “加快絲綢之路經濟帶新起點建設座談會”上的講話中明確提出，要“加快建設面向中亞、服務西部的區域性金融中心”。

西安金融商務區作為陜西省重點建設的區域性國際金融中心，是西安國際大都市的金融核心區，關中――天水經濟區金融服務支持基地，中國西部區域金融創新實驗區，它已初具規模。

2、綠色發展的引領者

哄鄙態區圍繞水環境建設和生態保護，以骸㈠焙游軸線，以雁鳴湖、世博園、桃花潭、國家濕地公園為輻射點，構建河湖相連的生態水系網絡，形成了大水大綠的城市生態廊道，成為全國生態文明建設試點區。并使2007 F1摩托艇世錦賽、2011西安世園會、2013環中國自行車賽等大型活動在哄彼忱舉辦，且使被譽為西安國際化開篇之作的歐亞經濟論壇永久會址于2007年落戶哄薄U廡┒忌動地體現了生態的價值，也為西安國際大都市增添了靚麗一筆――“綠色”，從而，哄鄙態區承擔起了展示國際大都市西安生態文明的重任。同時，為“絲綢之路經濟帶”上的還在徘徊茫然不知如何走生態之路的地區指明了方向，提供了可以借鑒的經驗。

三、曲江新區與哄鄙態區的協同發展

（一）兩區協同發展的含義

赫爾曼?哈肯指出，“協同學是一門橫斷學科（交叉學科），

它研究系統中子系統之間怎樣合作以產生宏觀的空間結構、時間結構或功能結構”。“協同作用”是協同學與協同理論的基本概念，實際上就是系統內部各要素或各子系統相互作用和有機整合的過程[3]。

本文研究的兩區協同發展正是基于赫爾曼?哈肯所提出的協同學思想，是指西安市兩個新區之間協調與共生，自成一體，形成高效和高度有序化的整合，實現兩區“一體化”運作的經濟發展方式。通過兩區的協同發展，充分發揮曲江新區的文化產業優勢和哄鄙態區的生態資源、會展業及金融產業的優勢，帶動兩區文化旅游、生態旅游、會展旅游、金融服務業等現代服務業的發展，使西安國際化大都市的文化、生態和金融形象更加鮮明、突出。

（二）兩區協同發展的有利條件

1、區位條件

曲江新區和哄鄙態區所處的位置臨近，如圖1所示，交通便利，為文化產業、旅游、會展和金融業等產業的跨區協同發展提供了便利的交通條件。

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航空微電子及關鍵技術

以集成電路為核心的微電子技術，在軍事通信、軍事指揮、軍事偵察、電子干擾和反干擾、無人機、軍用飛機、導彈，雷達、自動化武器系統等方面得到廣泛應用，覆蓋了軍事信息領域的方方面面。因此，現代信息化戰爭又被稱為“芯片之戰”。出于國防裝備的需要，世界軍事強國不僅重視通用微電子技術發展，也十分重視專用微電子技術的發展。這是因為專用微電子產品不僅在國防裝備中應用廣泛，而且對國防裝備的作戰效能起著關鍵作用。美國提出，在其防務的技術優勢中，集成電路是最重要的因素。20世紀80年代美國就將集成電路列為戰略性產業。決定航空電子系統成本和技術的關鍵和核心，是以航空關鍵集成電路和元器件為核心的航空微電子技術和產品。

當前微電子科學技術一個重要的發展方向，就是由集成電路（IC）向集成系統（IS）轉變，并由此產生了微系統。微系統有兩重含義：一是將電子信息系統集成到硅芯片上，即信息系統的芯片集成——片上系統或System on-a-Chip（SoC）。另一含義就是微電子機械系統（MEMS）和微光機電系統。

SoC將一個基于PCB上實現的系統功能盡可能的轉化為基于功能、性能高度集成的基于硅的系統級芯片實現。因此，SoC盡可能多的集成系統的功能，可以減小系統體積重量，提高系統的性能，提高系統的可靠性，并能降低系統的制造成本。

MCM（Multi-Chip Module）是利用先進的微組裝技術將多個（2個或以上)集成電路管芯及其他微型元器件組裝在單一封裝外殼內，形成具有一定部件或系統功能的高密度微電子組件。基于MCM基礎上發展起來的系統級封裝SIP（System in Package），是將整個應用系統中所有的電路管芯和其他微型元器件組裝在單一封裝外殼內的技術。MCM/SIP技術的開發應用將是突破傳統封裝固有瓶頸的一種有效途徑，實現信息技術的發展對集成電路的封裝密度、處理速度、體積、重量及可靠性等方面提出新的應用要求。

上世紀90年代，美國NASA為實現太空飛船小型和微型化提出先進飛行計算機計劃（AFC），將MCM 作為在微電子領域保持領先地位的重要技術加以發展，并確定其為2010年前重點發展的十大軍民兩用高新技術之一。 日本一直以來都是MCM 技術的推崇者，他們建立的MCM技術協會進一步促進多芯片組件的發展與應用。

雖然SoC可以集成多種功能IP，但多工藝混合的IP難以采用SoC在單一硅片上實現, 因此雖然SoC發展迅速，但并不能取代MCM/SIP技術，一定程度上來講，MCM/SIP技術是對SoC實現小型化的重要補充。因此，SoC/MCM（SIP）技術固有的技術優點，是航空電子系統低功耗、高性能、高可靠、超小型化的發展的永恒追求，也是航空電子系統發展迫切需要的核心技術之一。

航空微電子產業的國內外現狀

航空電子系統所用關鍵集成電路與元器件的基本上可以分為四大類別：通用高端芯片、航空專用集成電路、機載任務子系統專用處理芯片、航空核心元器件。

1、通用高端芯片，主要是指處理類、存儲類、電源類、A/D、D/A、OP等類別的集成電路。高端通用芯片決定航空電子系統的整體性能，是航空系統中不可缺少的一類重要器件。由于武器裝備發展的需求超前于我國集成電路的研制和國產化，各項主戰裝備進入設計定型時，國內出現無“芯”可用的狀況，導致定型裝備的高端通用芯片基本依賴于進口，在重點型號中幾款用量大的CPU芯片大都要依靠進口，只有少數是國產化的CPU芯片，而且性能都比較低。

2、航空專用集成電路，主要包是指總線網絡及相關標準協議，以及使用MCM、SIP設計的模塊。航空專用集成電路一般分為兩種：第一種是滿足航空標準、協議和規范的專用電路，如支持ARINC429協議、1553B協議、光纖通道FC-AE協議等的電路，它決定了航空電子系統的體系結構。這類芯片主要是總線協議處理類芯片，是航空電子系統的“中樞神經”，遍布飛機的各個部件和角落。第二種是滿足飛機應用環境要求的專用集成電路。這類芯片是面向航空電子系統的應用需求特點開發的芯片。歐美新一代飛機研制中，廣泛使用了SoC/MCM(SIP)技術手段，實現低功耗、高性能、高可靠性、超小型化的最終目標。為了達到F-22等新一代飛機綜合核心處理機（ICP）對“性能/體積”方面的要求，美國“寶石臺”計劃中定義了多達12種MCM。

3、機載任務子系統專用處理電路，主要包括彈載計算機小型化核心芯片、頭顯定位處理系統芯片、頭/平顯畸變校正芯片、機載專用遠程激光測距芯片以及機載防撞系統綜合信號處理芯片等。機載任務子系統專用處理電路是決定航電任務子系統或設備某些特定性能的專用集成電路，如彈載計算機、頭顯定位處理系統芯片、頭/平顯畸變校正芯片、機載專用遠程激光測距芯片和機載防撞系統綜合信號處理芯片。目前國內該類任務子系統多采用專用電路板卡實現，缺點主要在于體積大、功耗高、集成度低、數據處理時間長等。

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關鍵詞：電路圖　讀圖　技巧

一、讀集成電路圖要做到“三清楚”

分析彩色電視機整機電路圖，首先要弄清楚整機集成電路塊的使用情況，即采用的是什么機心的電路。

1、集成電路的類型要清楚。即要弄清楚整機電路圖中所使用各集成塊的類型和型號，這是識讀集成電路圖的第一步。集成塊類型可分為圖像通道集成塊，伴音通道集成塊，伴音功放集成塊，解碼集成塊，行掃描集成塊，場掃描集成塊，場輸出集成塊，遙控微處理器集成塊，節目存儲器集成塊，字符存儲集成塊，開關電源集成塊和模擬開關集成塊等。首先要分清楚集成塊類型，還要弄清楚具體型號。很多不同型號的集成塊，其內部功能和電路結構是相同的；有的電路結構不同，但能完成相同的功能。了解了具體型號，才能掌握集成塊的基本功能。

隨著集成電路集成度的不斷提高，整機中集成塊的數量也再不斷減少，由早期的六片機發展到四片機，以及現在市場上流行的兩片機和單片機。集成度的提高，使集成塊的功能越來越強大，只有通過了解集成塊的型號，才能進一步熟悉集成塊的功能。

2、集成電路內部的信號通路要清楚。要弄清這一點，首先要熟悉集成電路的功能框圖，明確各個框圖完成的具體功能，即熟悉輸入什么信號、輸出什么信號，信號波形、幅度和頻率等的變化規律。要熟悉各方面的聯系，熟悉信號在集成電路的流通過程。對集成電路內部各框圖的具體電路結構、工作過程不必深究。

3、集成電路的內外聯系要清楚。集成電路要完成一定的功能，還要與外部單元電路和外接元器件發生聯系。首先要明確各功能框圖引出腳的功能，引出腳外接元器件的功能作用。否則，就不能看深，看懂整機電路圖。識別集成電路各引出腳，識別引出腳的外接元器件，是識讀集成電路的主要工作。同一塊集成電路，在不同的設計者手中，可能設計出不同的外接元器件網絡。另外，要弄清楚集成電路與分立件單元電路的聯系，這些分立件單元電路往往是識讀電路的難點，這些難點不突破，就不能正確、全面識讀整機電路圖。

二、劃分整機電路的方法

識讀整機電路框圖，弄清電路結構，是看懂彩電電路的第一步。但實際上常常很少能同時得到電路框圖和原理圖，將兩種圖對照識讀。檢修中遇到更多的，則是將印制電路板實物，與電路圖對照，以確認某各元器件屬于哪部分電路。這樣，如何在整機電路原理圖上劃分電路結構，得到相應的框圖，常常是識圖的第一步。根據實踐經驗，劃分整機電路框圖的方法有以下幾種：

1、以主要元器件為線索，這是讀圖實踐中最常用的方法。彩電型號、電路盡管千變萬化，但他們的主要部件和基本功能是不變的，所以在印制電路扳上找到顯像管、行輸出變壓器高頻頭等體積較大的元器件，或在電路圖上找到這些元器件符號后，就能確認它們周邊所屬的電路系統。例如，與天線插孔相連的高頻頭，而沿高頻頭IF端引線，就能找到圖像中頻路；由顯像管陰極，可以找到視頻輸出電路；由顯像管陽極供電導線就可以找到行輸出變壓器；由行輸出變壓器可以找到行輸出管，逆向推下去就能找到整個行電路；由行、場偏轉線圈可以找到行場輸出電路；由揚聲器可以找到音頻功放電路；由電源插頭可以找到開關電源電路；由開關變壓器的二次側各路供電導線，可以找到場輸出、行輸出和CFU等系統功能電路。

大部分彩電電路中，元器件符號標注有一種習慣做法，即對同一系統或同一單元電路中的元器件，采用同一數字作為序號開頭。例如，看到某一圖樣中開關電源部分元器件序號都是7XX。那么標注序號為C705的電容，或標號為VD709的二極管必然是在電源部分。同樣道理，如果想知道某個序號為VD603的二極管屬哪部分電路，只要看到印制電路板上行輸出變壓器序號為T602，馬上就可以判斷它是行電路器件。注意：廠方用于生產線上的樣圖，容易麼損，為保持清晰，一般元件序號與其代號平排，不采用下腳標方式，如R512，不寫做R512，這一點是國家標準不完全相對。

2、以機心類型為線索。目前彩電型號雖多，但是許多彩電采用的是同一種機心，所以一旦看到相似的電路，或是確定彩電的機心類型，就能了解它們的電路結構。當然，這是需要積累資料，掌握一些典型機心的電路結構。這種方法對一些型號系列化彩電電路的框圖認定簡潔有效。

3、以集成塊為線索。無論在整機電路圖中，還是在印制電路板實物中，集成塊都是“顯眼”的器件，很容易找到和辨認型號。查清彩電電路中使用了哪些集成塊，以及主要集成塊(包括小信號處理器、CPU和存儲器等)型號，就能根據資料認定機心類型和電路結構。這也是識讀彩電電路的常用方法。

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【關鍵詞】競賽；集成電路；教學改革

Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit

GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong

VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing，China 100124

Abstract：Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea，right organize procedure，a steady preparation，corporation between university and company，teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student，can push Quality Education，can advance the ability of theory and practice，can improve the ability of resolve problem，can cultivate the spirit of creativity，can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.

Keywords：competition；Integrated circuit；teaching reformation

集成電路在社會發展中扮演著非同尋常的角色，幾乎滲透到了各行各業。隨著全球經濟一體化的發展，集成電路的制造與開發中心正逐步向我國轉移。我們肩負重大的歷史使命，是要把我國建設成為集成電路的生產大國進而成為集成電路強國[1]。因此培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京華大九天軟件有限公司致力于開發自主產權的EDA軟件，提供高端的SoC解決方案和一站式設計生產服務，為培養集成電路設計人才提供了很好的軟件平臺。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。對學生來說，競賽為他們提供了一個開闊眼界、互相學習和交流的好機會，這是任何課堂教學都無法替代的；對指導老師來說，競賽可以促進他們轉變陳舊的教學理念，改進落后的課程體系，積極尋求新的教學模式，真正做到教學目標、教學內容和教學方法與時俱進，切實達到面向應用、面向市場、面向社會并最終為社會提供優秀專業人才的最高教學目標[2]。實踐表明，開展大學生集成電路設計競賽，對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義，同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起了一定的引導作用，極大的強化了學生繪制版圖和電路設計能力。本人有幸帶領學生參加了此次比賽，獲得了一些啟示。

1.立足現實，拓寬應用

本次大賽的活動宗旨是豐富微電子學專業學生的專業知識，培養學生理論聯系實際、獨立思考和操作能力，鞏固和加深所學專業知識基礎，推動京津地區高校微電子學專業的交流和發展，并對國產正版EDA軟件的普及和應用起到積極推動作用。

2011年北京大學生集成電路設計大賽分成大學本科和研究生兩個級別（本科生組33個組；研究生33個組），每組3人，進行筆試和上機操作。比賽相關規則：筆試階段，采用閉卷形式，由各參賽隊員獨立完成，最終成績計入小組總分；上機操作，以小組形式參加。

2.正確的指導思想

電子學會組織的此次大學生集成電路大賽立足高，緊密結合教學實際，著重基礎、注重培養實踐能力的原則為大賽成功舉行樹立了正確的指導思想。

“華大九天杯”集成電路大賽凝聚了各級領導、專家、學者和我校學科部領導、老師及每個參賽隊員的心血與汗水。在比賽的前后，我們的指導思想是：參賽獲獎不是最終目的，深人持久地開展教育教學改革，充分調動學生學習積極性，吸引更多的學生參加各類競賽和科技活動，培養更多的優秀專業人才，才是我們的努力方向。集成電路大賽引來了眾多企業，他們對參賽學生的青睞，對于與學校合作的重視，也正是我們學校所渴求的。在參賽中與同行各企業充分交流，學校與企業的緊密結合，才能更清楚市場對優秀畢業生的要求，進而能明確培養目標，并在平時的課程教學中加以滲透，在教學中不斷改進；在參賽中與其他兄弟院校充分分享經驗，不斷學習別人的長處，分析參賽中暴露的共性問題，在教育教學中不斷改進；在參賽中提高教師的指導水平和改進教育教學方法；在參賽中提高學生的綜合素質，培養大批適應現代化建設需要的基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高、具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才，才是我們參加北京大學生集成電路設計競賽的最終目的。

3.準備認真，重在過程

承辦方北方工業大學周密的準備工作和熱情的服務為大賽成功舉行創造了良好的外部環境。北方工業大學和華大九天公司組織的集訓為成功參賽奠定了扎實的基礎。

在學科部領導和各位老師的努力下，在實驗室老師的大力協助下，在華大九天公司培訓人員的大力支持下，我們組織了兩個階段的集中培訓，并在培訓的基礎上進行了有針對性的輔導練習，并在參賽前舉行了預賽。這些環節對學生和老師起到了很好的引導和督促作用，保證了良好的訓練環境，營造了積極向上的參賽氛圍。

在電子競賽的準備過程中，適逢暑假，假期長，學生們可以充分利用暑假時間認真復習電子器件、數字電子電路、集成電路分析與設計等課程的理論知識。同時，學生們還學習華大EDA軟件，進行實際電路和版圖繪制上機練習，培養了理論聯系實踐的學風。通過競賽準備，學生需要綜合運用所學知識，解決競賽中遇到的各種問題，提高了運用理論知識解決實際問題的能力。通過競賽準備，磨合了小組間的默契配合和分工，增進了師生情誼，提高了團隊作戰能力。通過競賽準備，找出了自己在知識上的不足，明確了社會的需要、工作崗位的需要和工作性質，樹立了新的奮斗目標，產生了學習新的動力。

4.參賽對嵌入式系統和集成電路設計教學改革的啟示

北京大學生集成電路設計競賽對于培養學生參加實踐的積極性、理論聯系實際的學風和團隊意識有著重要作用，競賽給學生提供了一個施展才華、發揮創新能力的機會和平臺。并對高校集成電路設計課程的教學內容和電子科學與技術的課程體系改革和學生今后工作起到一定的引導作用。

4.1 知識整合的系統教學思想

自從1958年基爾比發明集成電路以后，集成電路一直按照摩爾定律的預測飛速發展。面對集成電路如此迅猛的發展形勢，教學工作也要與時俱進，不斷改革創新。我承擔《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程，深深體會到微電子專業的學生學習嵌入式系統與其他專業有所區別，因為芯片的設計方向日益朝著片上系統SOC、片上可編程系統SOPC的方向發展[3]。學生不僅需要有系統的概念[4]，同時需要對典型處理器體系結構有清晰的理解，在設計SOC芯片時才會有系統的設計思想[5]，又會對處理器內部體系架構有清晰的概念。因此，在對微電子專業的學生講授嵌入式系統時，要緊密結合集成電路設計的要求，結合集成電路分析與設計、數字電子、模擬電子、電子器件等課程的內容，使學生不僅對處理器結構體系清楚，更熟悉各模塊電路，如ALU單元電路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM單元等等。在處理器的，培養學生系統的概念，掌握外部單元電路，如存儲器單元電路、系統總線單元、SPI、IIC、UART等等接口電路，從使用者的期望角度出發，來進行芯片的設計，既是使用者，又是設計者。學生在學習集成電路設計的課程時，緊密結合嵌入式系統中的系統體系結構、結合處理器內部的體系結構，具有整體的大的系統性設計概念，整合學生對各個課程的分離的知識內容，培養綜合運用所學知識解決系統問題。通過增加實驗和上機課時，提高學生將理論與實踐緊密結合，培養學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。

4.2 改革傳統的教學模式

我國的大學課堂教學模式長期以來被德國教育家赫爾巴特的“四段論”與前蘇聯教育家凱洛夫的“五環節”所主宰，在新的教育環境和教育目標下，他們所倡導的課堂教學結構和施教程序越來越明顯地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代學”的陳腐教學思想和“注入式”、“滿堂灌”的落后教學方法.這種“以教師為中心，以教材為中心”的課堂教學，決定了學生在整個教學過程中所處的被動地位，很大程度地禁錮了學生的創造性思維，對學生自學能力、實踐能力和創新能力的培養構成了嚴重的障礙[2]。

現代教育理論指出：指導學生從實踐和探索中通過思考獲取知識，又在解決問題的探索活動中，運用已獲得的知識和技能是培養智能的最好途徑。

本次競賽上午閉卷完成理論知識的考試。本科生的上機操作內容是根據提供的狀態圖設計一個計數器電路，然后進行原理圖的繪制，再次進行版圖繪制，進而進行DRC、LVS等環節驗證，并撰寫設計報告。學生需要利用數字電路中所學的狀態表，構造出邏輯關系式，運用卡諾圖化簡得到最簡電路，最后再繪制單元電路，設計出具體的CMOS電路和版圖，并進行驗證。同時還需要構造出計數器所需的時鐘電路。在上機的開始一個半小時中，指導老師可以參與指導，這樣增加了比賽中老師對學生的限時指導內容，更有利于學生的競賽，符合培養人才的現論要求。

學生基本上完成了從需求分析、電路設計、繪制電路、（仿真）、版圖繪制、驗證到撰寫報告等環節。通過競賽，使學生能親自感受一個簡單的集成電路設計流程，培養了學生的系統設計概念。學生從早晨9點一直進行到下午六點，在短短的一天內要完成筆試和7個小時的上機電路繪制和驗證等工作，小組成員只有密切配合，充分發揮各自的優勢，保持堅韌不拔的精神，才能取得最終的勝利。這種方式非常有利于培養學生的合作精神和團隊精神，鍛煉了學生的毅力和體力。

施教之功，貴在引導。可以看出，競賽在很大程度上符合現代教育理論的要求，符合學生的認知規律。以學生為主體、教師為主導的教學模式正是以傳授知識為前提，以形成技能為基點，以培養智能為重心，以全面發展人才為歸宿。在《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程教學中，增大課程的實驗內容，學生帶著問題，進行學習，進行思考、小組討論，經老師點撥，實現了運用所學理論解決實際問題的過程，既培養了學生的綜合能力，又完成了教學任務，符合現代教育論的要求。

施教之旨，在于培養學習方法和思維方式，培養獲取新知及再創造之本領。將學生分成小組，布置某一命題，發揮學生的主動性，引導他們查閱資料，分析歸納總結，并在課堂中進行報告或實驗演示。學生反映效果很好，獲取了知識，又培養了學生自學能力和主動獲取知識的方法。

5.引導學生參與科研，撰寫學術論文

通過大賽引導大學生形成一股扎扎實實的學習和研究的風氣。激發學生在專業領域的學習興趣，參與到老師平時的科研中，增加動手實踐的機會。并在科研中進一步培養學生的研究興趣，形成良性循環。對于取得的研究成果，可以引導學生撰寫論文，并能在廣大同學中起到表率作用。

6.結束語

培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。正確的指導思想、科學的組織程序、踏實認真的準備工作以及大賽對校企合作、對教學改革將產生重要的影響。實踐表明，開展大學生集成電路設計競賽，對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義，同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起一定的引導作用，極大的強化了學生繪制版圖、電路設計能力和集成電路設計思想。

參考文獻

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[2]陳建英,李濤,撒曉英.抓住競賽契機 深化計算機專業教學改革[J].西南民族大學學報·自然科學版,2010,36(9):75-77.

[3]Ahmet Bindal,Sandeep Mann,Billal N.Ahmed.An Undergraduate System-on-Chip

(SoC)Course for Computer Engineering Students[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,2005,48(2)：P279-289.

[4]Lei Jing,Zixue Cheng,Junbo Wang.A Spiral Step-by-Step Educational Method for Cultivating Competent Embedded System Engineers to Meet Industry Demands[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,1-10.

[5]Xiumin Shi,Ji Zhang,Yanbing Ju.Research and Practice in Undergraduate Embedded System Course[C].The 9th International Conference for Young Computer Scientists,

2569-2663.

致謝：競賽工作是由國家自然基金贊助（No.60976028）；北京工業大學博士基金贊助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020

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關鍵詞：快速啟動電路；欠壓保護；遲滯電壓

中圖分類號：TN432 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

欠壓保護也稱低電壓保護[1，2]，是指集成電路中由于某種原因使得電源電壓值降低到一定的極限值時，欠壓保護電路能夠檢測到電源電壓較低，將芯片關斷并保持與電源的切斷狀態，待電源電壓恢復到一定的大小時，芯片可恢復工作。

欠壓保護電路是集成電路設計中必不可少的模塊，是保證系統在工作環境異常情況下能夠保持系統穩定的基礎。傳統的欠壓保護電路[3]利用電阻對電源電壓進行分壓，將分壓后得到的電壓與參考電壓通過遲滯比較器進行比較，從而檢測電源電壓是否欠壓。因此，欠壓保護電路需要外部參考電壓，電路的獨立性較差；同時，引入遲滯比較器和電阻分壓電路，使得電路結構變得復雜，也增大了電路的面積。

本文提出一種新型欠壓保護電路，電路不需要使用外部參考電壓[4]和遲滯比較器[5]，利用一種類似于帶隙基準PTAT電流源的電路結構完成對電源電壓的檢測和比較；同時，巧妙地利用負反饋實現了電路對電壓檢測的遲滯功能；最后，電路設計了提高電路啟動速度的單元模塊電路，確保了欠壓保護電路在電源電壓恢復正常后電路能夠迅速正常工作。

一、欠壓保護電路分析與設計

新型欠壓保護電路的原理如圖2所示，電路主要由三部分組成：類帶隙基準PTAT電流源的電壓檢測電路；負反饋電路構成的遲滯電路模塊；快速啟動電路。其中，電壓檢測電路由三極管Q1、Q2，電阻R1、R2、R5、R6、R7和MOS管MP1、MP2、（一）核心電路工作原理

在圖2所示的新型欠壓保護電路中，三極管Q1、Q2和電阻R1、R2構成類似于帶隙基準電壓源的欠壓保護電路核心部分。三極管Q1的面積為Q2的n倍，三極管Q1和Q2的基極電位為電源電壓經過分壓后得到的電壓VO1。

當電源電壓從零開始上升并達到一定的值之后，三極管Q1和Q2打開并流過電流，MOS管MP1、MP2，電阻R1、R2組成的電路正常工作。

（二）遲滯原理

為了避免當電源電壓大小在翻轉閾值電壓附近周圍變化時，欠壓保護電路的輸出結果在翻轉閾值周圍出現反復高頻變化，電路引入了正反饋電路，NMOS管MN3隨著輸出電平的高低導通或者關斷。

當電源電壓較低，輸出電平為低電平時，NMOS管MN3導通，此時

當VREF具有零溫度系數時，遲滯電壓 也具有零溫度系數，這也是本電路的優點之一。

（三）快速啟動電路原理

在集成電路的設計中，欠壓保護電路作為集成電路的保護單元模塊，必須在電路整體啟動之前工作，因此保護電路的啟動速度必須得到重視。在以往的欠壓保護電路的設計中，一般只關注保護電路的自啟動問題，而忽略保護電路啟動速度的分析和優化。

新型欠壓保護電路在不需要使用外部參考電壓的同時，優化了電路的自啟動過程。當電源電壓VDD由低電平逐漸上升至高電平時，三極管Q3的基極與三極管Q4的集電極電位也隨之上升，三極管Q3優先于三極管Q1和Q2導通，使得MP1柵極電位隨之下降。當電源電壓上升至一定大小時，Q1和Q2開始工作，MP1導通，電路正常工作，三極管Q3和Q4加快了電路寄生電容存儲電荷的泄放速度，加快了電路的啟動速度。同時，當電路正常工作時，Q1發射極電壓VE1上升，三極管Q3隨之關閉，快速啟動電路不再影響電路正常工作。

二、仿真結果與分析

三、結束語

本文設計的欠壓保護電路，充分利用了類帶隙基準PTAT電流源結構中電源電壓大小對PTAT電流大小的影響，完成了電源電壓的檢測功能；利用電阻分壓原理來調整欠壓保護閾值，通過調節電阻分壓電路從而調整遲滯電壓閾值的大小；同時，優化了啟動電路設計，電路具有啟動時間短的優點。該電路使用較少的器件完成了整個電路的設計，在滿足高檢測精度的同時降低了功耗。

參考文獻：

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關鍵詞： 《射頻集成電路設計》課程 教學改革 理論教學 實驗教學

當前無線通信、全球定位及雷達等行業的爆炸性增長推動射頻（RF）電路設計領域再次興起，對射頻集成電路設計工程師的需求巨大。不少高校已將《射頻集成電路設計》課程作為電子信息類學生的專業必修課。射頻集成電路設計與低頻模擬集成電路設計及分立射頻電路設計是完全不同的工作。本課程涉及多方面的基礎知識、信息量大、實踐性強，因此搞好射頻集成電路的教學工作對提高教學質量、培養學生的實踐能力和創新意識、提高就業競爭力等方面均具有重要意義［1］。

一、理論教學方面

1.兼顧基礎性與工程性確定授課內容。

目前，“射頻集成電路設計”課程有大量的國內外優秀教材可選，如Thomas H. Lee著的“The design of CMOS radio frequency integrated circuits”，Reinhold Ludwig及Pavel Bretchko著的“RF circuit design：Theory and applications”，W. Alan Davis及Krishna K. Agarwal著的“Radio frequency circuit design”，等等。不同的教材針對的讀者各不相同，有的針對具有堅實理論基礎的研究生，有的針對工程技術人員。針對本科生的教學，前期應講授基本理論知識，使學生快速進入射頻領域，接著轉向更實用的射頻集成電路設計，避開冗長的數學推導。講授內容包括傳輸線分析、Smith圓圖、多端口網絡、濾波器設計、放大器設計及振蕩器、混頻器設計等。

建立并完善彈性教學制度。在教學目標不變的情況下，教學計劃根據實際情況進行適當調整，從提高就業競爭力的角度使學生得到專業化訓練，綜合培養職業技能與職業意識。

2.利用生動形象的課件輔助教學。

多媒體課件是提高課堂教學質量的重要手段。制作課程的電子課件，反映教師的授課思想，體現授課內容精華，使學生提綱挈領地掌握知識要點。課件中穿插圖片、動畫、視頻等媒體素材［2］，力求生動形象，使學生印象深刻。課件與板書相互補充，取長補短，避免枯燥的課堂講解，很好地完成教學目標。在多媒體課件的教學過程中，不斷積累經驗，注重與同類課件之間的交流，取其所長，不斷完善。教師應不斷提高自身的專業素養及創新能力，使多媒體課件真正發揮集中性和交互性的作用，活躍課堂氣氛，培養學生的學習興趣，激發學生的感官效能，加快知識點的接收、理解和記憶，促進學生自主學習，提高教學效率。

3.以教師為主導和以學生為主體相結合。

教學過程中，教師起主導作用。教師不僅要有豐富扎實的理論知識和實踐操作能力，而且要有豐富的教學、科研經驗。要利用教學、科研、產業化相結合的新型模式，將科研優勢轉化為教學優勢，用科研、產業的成果豐富和完善射頻集成電路的理論與實踐教學。要通過課程項目研究開發、項目教學與成果轉化，做到與行業接軌。在課程項目化過程中要與企業建立密切的聯系，在課程內容和實踐教學體系的設置上不斷調整，力求帶給學生最新的知識與技能，保證讓學生學有所用［3］。應追蹤國內外專業動向，對近幾年射頻集成電路領域所取得的成果和有待深入研究的問題進行介紹，保證課程內容的時效性與先進性，讓學生了解射頻集成電路行業的現狀及發展趨勢，激發學生的學習興趣，取得較好的教學效果。

高質量的課堂教學不僅與教師的專業知識、教學能力有關，學生的專業背景、學習能力和學習態度對課堂教學的有效性也有一定的影響。教師在授課過程中要活躍課堂教學氣氛，循序漸進地引導學生進行思考，培養其自主學習能力、表達交流能力，營造快樂學習的氛圍。

二、實驗教學方面

1.從基礎性、全面性、工程性三個方面完善實驗內容。

射頻集成電路的問題較多地表現在電路匹配、靈敏度、器件參數一致性等問題，解決這些問題需要有強大的工具支持。ADS（Advanced Design System，先進設計系統）是一種功能強大的射頻電路設計工具［4］。實驗內容的設置包括基礎部分和工程部分，并兼顧全面性的要求。基礎部分包括DC仿真、AC仿真、S參數仿真、瞬態仿真等，工程部分包括射頻濾波器、低噪聲放大器、混頻器設計等。

2.建立網絡教學平臺。

網絡教學平臺在時間和空間上對課堂教學進行了擴展。下載中心有大量的與課程相關的資料，包括國內外優秀教材推薦，國內外射頻領域的優秀團隊及最近研究進展，實用軟件學習指南，典型的工程實例，等等，為感興趣的學生進行更深入的研究提供了捷徑。學生可在網上與教師進行交流、挖掘潛在人才。

三、結語

本文從理論教學和實驗教學兩個方面對“射頻集成電路設計”課程教學改革進行了有益的探討。經過近幾年的研究及建設，本課程的教學取得了較好的效果，深受學生好評。

參考文獻：

［1］Reinhold Ludwig.射頻電路設計――理論與應用［M］.北京：電子工業出版社，2002.

［2］王云，褚慶昕，涂治紅.射頻電路與天線立體化實驗教材建設［J］.中國現代教育設備，2011，11：124-126.

篇10

【關鍵詞】石英晶體諧振器;集成電路;二次封裝

隨著時代的進步，改革開放的不斷深入，科學技術的迅猛發展，新產品、新器件層出不窮。我們引進了鐘振這種新型器件，它是將普通晶體振蕩器的除石英諧振器外的諸多元件集成于一塊標準的可封裝的集成電路中，在相應頻段焊上不同的石英諧振器就成為了不同頻率的振蕩器，它是一種新型的晶體器件。石英諧振器的頻率在一定條件下直接決定了鐘振的頻率，要制作不同頻率的鐘振，實質上就是制作與之配套的不同頻率的石英諧振器，因此石英諧振器是鐘振的核心部分。

1.產品主要技術指標

頻率―溫度穩定度：≤±30×10-6;

工作溫度：-55℃～+125℃;

基準溫度初始精度：≤±3×10-6;

頻率―電壓允差：≤3×10-6;

輸出波形：方波;

占空比：45%～55%;

短期頻率穩定度：0.05ppm/s;

電源電壓：+5V±0.5V;

外形尺寸：20.8mm×13mm×5.6mm。

2.技術難點

2.1 寬溫頻率―溫度穩定度

在-55℃～125℃超寬溫度范圍內使其頻率溫度穩定度達30ppm，且體積又小，難度是很大。采用石英晶體諧振器計算機輔助設計軟件，計算晶體角度，為保證溫度頻差，對晶體切角進行了大量試驗驗證，對EFG角度分選出各種角度做成的晶體用美國S&A公司制造的2200晶體綜合參數測試系統，反復幾次的溫度測試、數據取樣論證，得出結論角度選為AT切35°30'±0.5'，滿足技術要求。

2.2 高可靠性的保證

電子系統向著小型化和高密度化發展，使得其內部熱功率密度增加，可靠性降低。降低電路的功耗，是減少系統內部溫升的主要途徑。盡量采用低功耗器件，在滿足工作速度的情況下，盡量選用CMOS電路，此電路就是選用CMOS電路。同時又改變了通用鐘用晶振加工工藝，以往晶片封裝，晶片易損壞，現把整個薄膜電路改為印制電路板形式，并且把軍用元件，石英晶體牢固的焊在印制電路板上，使元器件與印制電路板成為一體，此設計方案起到雙重保護作用，這樣能經受較大的振動和沖擊，滿足用戶的技術需求，在結構上采用二次焊封裝技術，密封性好，這樣就確保該振蕩器能穩定可靠的工作。

2.3 基準溫度初始精度

針對鐘振來說想達到基準溫度初始精度±3ppm這個精度是很難的，晶體的頻率溫度轉折點約在27℃左右，既要保證寬溫溫度特性，又要保證±3ppm的基準溫度初始精度，必須采用功耗小的集成電路來實現，集成電路功耗一般都在25mA左右，通過增大電路中反饋偏值電阻，來減小電流，使電流達到10mA左右，降低功率，再采取晶體外殼大面積接地來散熱，降低電流通過晶體產生熱量使其頻率漂移，滿足此項指標要求。

3.振蕩電路的設計

3.1 設計方案

振蕩器是一種把直流電能轉變為一定形式的周期交變的信號發生器。振蕩系統可以是LC組成的振蕩回路，稱作LC振蕩器。而LC振蕩器的頻率穩定度只能達到10-2～10-3量級。許多應用領域中是不能滿足技術要求的。由于石英諧振器具有很高的Q值，能使頻率穩定度可以提高到10-4～10-10量級或者更高。所以，在頻率穩定度要求很高的情況下，就要使用石英晶體組成的振蕩器。這種晶體振蕩器體積小、性能穩定，可以做到幾十個PPM甚至更小，完全能達到技術指標要求，滿足用戶使用需求，適合批量生產。

根據用戶要求的技術指標，要設計一種高可靠并適用溫度超寬，輸出波形為方波的振蕩器。通過論證，采用集成電路與晶體諧振器相結合，產生振蕩，組成晶體振蕩器。如圖1。這種電路設計新穎，加工方便，可靠性高，輸出頻率穩定，適合批量生產。

圖1

3.2 滿足電路振蕩的理論條件

使用表面貼裝技術把集成電路、印制電路板與石英晶體混合組成晶體振蕩器，振蕩線路由放大器和反饋網絡按閉環回路組成，如圖2所示。

圖2

此電路產生振蕩條件是：

a.放大器A的電壓增益A乘以反饋網絡F的衰減系數F的積必須大于1，即AF≥1。

b.信號通過放大器A和反饋網絡F后，其總的相移為360o的正整數倍。

4.振蕩器用晶體設計

4.1 水晶材料

水晶有天然的也有人造的，是一種重要的壓電晶體材料。不論是天然水晶還是人造水晶，都程度不同的存在一些缺陷，這些缺陷，輕的會影響晶體元件的電性能，嚴重的根本就不能使用。隨著晶體的小型化，高頻化，和高穩定度要求，對水晶質量的要求越來越高。因此，為保證晶體質量，對水晶材料的質量要求是比較嚴格的。本產品的要求是Q值>240萬的Z塊（或Z板）人造水晶，包裹體密度的等級標準選Ⅰ級，腐蝕隧道密度不低于3級。

4.2 石英晶片的設計

標稱頻率為30MHz的晶體，根據該振蕩器內部設計結構及可靠性，我們選AT切泛音振動模式，晶片外形通常采用Ф=4.5mm平片倒邊。

4.3 工藝過程

4.3.1 切角的保證

對切割后為35o30'±2'的方片，進行角度校對，使其在35o30'±0.5'以內。為了保證最終角度，經過粗磨、改圓、精磨后的晶片再進行一次EFG角度分選，進一步保證切角的精度。

4.3.2 滾筒倒邊

利用滾筒倒邊可以有效地抑制寄生振動，減少邊緣效應，從而改善石英片的電性能。利用進筒前后頻率，可以有效地控制倒邊寬度，倒邊頻率上升60kHz，可達預期效果。

4.3.3 拋光

對滾筒倒邊合格的石英晶片用二氧化鈰進行拋光，最后使晶片的厚度達0.168mm+ 0.003mm以內。

4.3.4 清洗、被銀、上架點膠、微調等

工序同其它石英諧振器的加工基本相同。

4.3.5 封裝與老化

封裝采用真空電阻焊封裝，然后放入105℃±2℃烘箱內老化168h。

5.實測結果

按照上述的設計方案對產品進行了生產試制，從測試結果看（如表1所示），振蕩器的各項指標完全達到了技術指標，滿足用戶上機使用要求。

6.結束語

鐘振由于它具有體積小，重量輕，功耗低，穩定性好，加工方便并廣泛適用于數字電路等優點而具有巨大的發展潛力。我們采用了新工藝、新材料，采用了先進的晶體制造技術、使產品達到了國內領先水平，在研制生產中不斷總結經驗教訓，逐步摸索出一套適合于我們現有條件的加工制作工藝，進一步提高產品質量，更好地為科研服務。

參考文獻

[1]張沛霖，鐘維烈，等.壓電材料與器件物理[M].山東科學技術出版社，1997.

[2]趙聲衡.晶體振蕩器[M].科學出版社，2008.