集成电路与集成系统范文

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【关键词】逻辑芯片；功能测试；FPGA；MFC

在最原始的测试过程中，对集成电路（Integrated Circuit，IC）的测试是依靠有经验的测试人员使用信号发生器、万用表和示波器等仪器来进行测试的。这种测试方法测试效率低，无法实现大规模大批量的测试。随着集成电路的集成度和引脚数的不断增加，工业生产上必须要使用新的适合大规模电路测试的测试方法。在这种情况下，集成电路的自动测试仪开始不断发展。

现在国内的同类型产品中，一部分采用了单片机实现，这部分仪器分析速度慢，难以用于大规模的测试系统之中，并且在管脚的扩展性上受到严重的限制。另一部分使用了DSP芯片，虽然功能上较为完善，但造价不菲，实用性能有限。本文的设计是基于FPGA实现逻辑芯片的功能故障测试。由于FPGA芯片价格的不断下降和低端芯片的不断出现，使用FPGA作为主控芯片可以更适合于市场，且有利于对性能进行扩展。实验表明，该系统设计合理，能对被测芯片进行准确的功能测试。

1.逻辑芯片功能测试的基本理论简介

功能测试也称为合格―不合格测试，它决定了生产出来的元件是否能正常工作。一个典型的测试过程如下：将预先定义的测试模板加载到测试设备中，它给被测元件提供激励和收集相应的响应；需要一个探针板或测试板将测试设备的输入、输出与管芯或封装后芯片的相应管脚连接起来。测试模板指的是施加的波形、电压电平、时钟频率和预期响应在测试程序中的定义。

元件装入测试设备，测试设备执行测试程序，将输入模板序列应用于被测元件，比较得到的和预期的响应。如果观察到不同，则表示元件出错，即该元件功能测试不合格。

2.测试系统设计

该测试系统由下位机硬件电路和上位机测试软件两大部分构成。系统采用功能模块化设计，控制灵活，操作简单，而且采用ROM存储测试向量表库，方便以后的芯片型号添加和扩展，有很好的实际应用性。

2.1 硬件设计

控制器模块选用Altera的FPGA芯片EP3C16Q240C8N，配置芯片选用EPCS4。控制器由使用VerilogHDL硬件语言实现了包括串口接收模块、数据转换与测试保护模块和串口发送模块三个部分的功能设计。串口接收模块完成与串口芯片MAX3232进行通信，接收由上位机发送来的测试指令；数据转换与测试保护模块产生实现一个类似于D触发器的保护器，对测试端的被测芯片输出脚进行双保护，保证其在测试后的回测值不受初值影响；串口发送模块将测试后得到的数据组合为一个回测寄存器，并按照串口通信协议将回测数据发送回上位机。

串口通信模块选用MAX3232芯片，现串口的全双工数据传输。

2.2 软件设计

3.系统测试验证

3.1 常规测试

以芯片74LS08为例，测试流程如下：

（1）使用Microsoft Office Access 2003软件建立测试数据库，并在数据库中建立几款不同被测芯片的测试数据。

（2）在芯片型号检索对话框中输入“74LS08”型号后，点击“确定”按钮即可完成芯片检索的流程。

（3）自动测试模式下，系统将调用数据库中被测芯片的完整测试数据，并且完成整个测试集的循环测试。

3.2 故障测试

此时，如果被测芯片依然为74LS00芯片，而从上位机的数据库中重新调入74LS00芯片的测试信息进行测试，其测试结果则显示为“该芯片功能测试全部通过”。其显示界面如图3所示。由此可以验证，测试系统对芯片功能故障的判断十分准确，并且测试系统可以准确的识别存在故障的测试矢量位置，以便于用户进行进一步的分析。

4.结论

本文用FPGA进行了一个芯片功能测试系统，并对其功能进行了验证，实验结果表明该系统测试方法简单，测试过程迅速，测试结果准确。该系统为芯片功能测试提供了一个很好的解决方案，具有重要的应用价值。

参考文献

[]罗和平.数字IC自动测试设备关键技术研究[D].成都：电子科技大学，2008.

[2]马秀莹.新型超大规模集成电路（VLSI）直流参数自动测试系统[D].北京：北京工业大学，2005.

[3]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]张伟伟.混合电路仿真中的元件建模与故障建模技术研究[D].武汉：华中科技大学，2008.

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【关键词】高速公路；机电系统；公路技术应用

高速公路机电系统是发挥道路设施交通功能的主要辅助系统，包含有多个子系统，属于以电子、电气、控制、通信、机械、计算机网络和交通工程等技术为基础的综合性系统，通信系统、监控系统和收费系统以及供配电照明系统互相配合，协同作业，通过子系统内部和各子系统之间由通信网联系，监控系统和收费系统大都为计算机控制系统，实现光缆数字通信连接成远程计算机网络，从而完成各网络间的信息共享。

1 监控系统分析

监控系统是实现高速公路运行管理的主要手段。监控系统的目的是保证行车“安全”和道路“畅通”，其的作用是监视与控制，主要完成实时采集、记录和显示交通流数据、事故信息、气象信息，并据此判断各路段的交通状况，交通控制信息，对全线交通状况进行控制和调度。并在此基础上，再实现高速、环境保护等其他目标。监控对象属性在很大程度上决定监控系统的检测、控制方式、系统组成和设备配置。监控需要了解高速公路交通会出现哪些情况（交通流有几种状态），特别是那些影响“安全”和“畅通”的状态有何特点；需要确定用什么方法来描述、检测和转变（控制）这些状态。

监控系统的具体功能是准确及时采集交通流、交通环境和主要交通设施状态的各种信息，并根据已掌握的信息，迅速做出有针对性的处理和优化控制方案，并立即执行；通过建立多种信息渠道，为用户提供信息服务，引导驾驶员调整行驶行为，达到交通流动态平衡；可以进行探测和确认交通事件、隧道火情控制、冬季路面使用状态检测等专项检测；对交通事故能够做出快速响应，迅速排除事故根源和提供救援服务；并通过建立高速公路交通数据库，支持道路运行状况的评价，为改善高速公路经营和交通管理的决策提供数据分析。

2 通信系统分析

通信系统是高速公路现代化运行管理的支撑系统，通信系统实现监控系统和收费系统的高效运转，同时保证高速公路各管理部门间的业务联络畅通，并要为高速公路管理部门和外界建立必要的联系网络，同时，通信系统也是交通信息最主要的传输载体，为各种网络服务及电视会议系统提供传输通道。通信系统的主要任务是根据规定的技术要求，确保整个系统数据、命令、图像及语音等多种信息传输的及时性和准确性。因此，安全、可靠、完善和高效的通信系统是高速公路正常运行的重要保证。

高速公路通信的主要特点是专用性强，通信对象主要是高速公路管理部门内部各个单位和高速公路使用者；需要传输的信号种类繁多，有语音、图像、数据和GPS定位信号等；对各类信号的传输有明确要求，如图像和语音的实时性，控制指令和报警信号的高可靠度，收费数据严格的连续性等；另外是通信方式繁多，几乎包含了当前所有的通信方式，如光缆通信，程控电话，计算机网络数据和多媒体通信，移动电话，微波和卫星通信等；数据、图像和语音的传输和处理直接相联，通信系统是作为监控、收费等计算机网络的通信支网而出现，计算机直接参与通信是公路通信的主要特点；同时要求可靠性高，稳定性强，通信系统每天24h不间断运行，中断会丢失重要数据或造成事故处理不及时。

3 收费系统分析

收费系统在高速公路的运营管理中起着至关重要的作用，也是高速公路规范化运作、统一管理的基础保障系统。收费系统实现的主要功能是收费通量统计和车辆分型，按标准收取通行费并发放收据，统计、汇总与收费有关的数据和交通量数据，传送到收费站点、收费管理所、监控中心等各级管理部门的上一级计算机进行处理，编制各类管理报表和进行数据分析，存储重要数据，并根据监控中心的命令，对出入高速公路的车辆进行控制和调节。

该系统一般为三层次结构：收费车道、收费站（或称收费监控广场）、收费管理中心，收费系统在高速公路主线或匝道设有收费站，收费站根据进出交通量和道路条件设有若干条入口和出口收费车道。收费车道由收费岛加以隔离，岛上设置有各种收费设备。收费车道前后形成一个宽于道路路面的收费广场，以便车辆排队等待交费和供车辆加减速缓冲用；广场旁设有收费监控楼，对收费广场的情况进行实时监控。如果对收费采用计算机管理，则用计算机数据通讯网络将收费车道、监控广场和收费管理中心三级设备组成一个高效率的计算机收费网络系统。

4 供配电照明系统分析

供配电照明系统是高速公路机电系统必不可少的辅助系统，也是提供给收费、监控、通信系统设备用电的系统。供配电照明系统的主要功能是按照规定的技术要求，24h不间断的对机房内部设备和外场终端安全供电。要求既能正常供电，也能紧急供电。其中正常供电包含变电和配电两部分。变电建设有高压和低压配电室以及装备各种配电箱和配电屏。配电则按沿线布设电缆管道及各种规格电力电缆和控制通信电缆。紧急供电一般配备柴油交流发电机组、防酸漏铅电瓶及UPS电源。高速公路照明一般有三个部分：主车道照明、广场（立交和收费站）和隧道照明。在运输繁忙、事故多发（立交和匝道连接点）、重要（主车道）路段设置主线照明，可以改善夜间行车环境，减少道路交通事故发生。照明能使CCTV摄像机充分发挥夜间监视的功能；收费广场采用高杆照明，以保证收费车辆的安全交汇和排队。隧道照明在白天和黑夜都必须工作，隧道内各区段的亮度分布需满足人的视觉适应特点；各路段的人工照明亮度需要按照环境亮度条件进行调节；而且隧道内还应当设置断电和火灾时的应急照明系统。

5 综合防雷系统分析

高速公路机电系统应当把雷电的危害及其防护技术措施放在重要的位置来考虑。雷电防护属于一个系统工程，在所有的电力和工业设备上都很相似，要求较高的可靠性。随着大规模电子设备日益广泛的应用，高速公路机电系统不同程度地遭受了雷电侵害，轻则设备被雷电击坏，造成系统部分功能丧失，重则造成系统瘫痪，经济损失惨重。高速公路具有点多、线长、面广的特点，既有大量的强电设备，又有监控、通信、传感等弱电设备，因此对机电系统的防雷问题也应该从接地网、电源线、接地体、电源系统、传输光缆、电缆、整体机房防雷等多个方面进行全方位整体防雷研究，及时避免机电系统遭受雷击损害。

参考文献：

[1]吴伟国，张平乐，王帆.浅谈机电系统建设与高速公路智能化[J].湖南交通科技，2009（04）.

[2]靳引利，范晓，雷雨.高速公路机电设备维护管理系统的设计与实现[J].公路交通科技（应用技术版）. 2007（09）.

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关键词：城市路灯；电气系统；设计原则；设计要点；自动化控制；远程监控

一、城市路灯电气系统的设计原则

城市路灯电气系统的设计原则主要表现为：（1）统一协调原则。首先应该以全局观念为设计的指导理念，将灯光的亮度、光影关系以及照明方式进行整合式考量，对于各个部分能够对整体产生的影响进行分析。在进行城市路灯电器系统设计之前都需要制定一个建设规划，确保整个建设工程能够在规范的环境下进行。在对其进行整合式考量的过程中，应该对规划的内容进行了解，使其能够具备参照借鉴意义，分清系统设计的主次，对于一些重点环节进行明确。（2）绿色照明原则。随着低碳环保概念的深入，城市路灯设计必须在绿色理念的指导下进行。对于照明产品进行选用的过程必须遵循节能环保的原则，确保所选的产品具备使用期限长、电能利用率高。对于照明电器系统进行较为严格的管控，避免光污染的出现，为我国的可持续发展事业做出巨大的贡献。

二、城市路灯电气系统的设计要点分析

1、合理选择城市路灯参数。（1）布灯间距的选择。间距的选择在符合规范前提下尽量增加安装高度，扩大安装间距；（2）布灯方式的选择。为单侧布置、双侧交错布置、双侧布置和中心对称布置，要结合路面的断面形式综合考虑。一般，若选择单侧布置，则道路有效宽度值为实际路宽与一个悬挑长度的差；若为双侧布置，则有效宽度应定为实际路宽与两个悬挑长度的差。若为中心对称布置，则有效宽度与道路实际宽度相等。从而结合灯杆高度等基数可计算出城市路灯的平均照明度，并按相关标准进行设计和安装。

2、合理选择照明灯具。（1）截光型灯具：此种灯具最大光强方向范围为0～65°，90°允许最大允许光强为10cd/1000lm；优点为眩光轻，不刺眼。缺点为照明范围较小，周边灯光昏暗，为快速路、主干路等主要道路照明灯常用类型。（2）半截光型灯具：此种灯具最大光强方向范围为0～75°，90°允许最大允许光强为50cd/1000lm；优点为眩光适中，光线照明范围较大，实用性高。为次干路及支路市政照明灯的首选类型。

3、强化路灯线路与路灯接地设计。线路设计是路灯安装中的重点，设计过程要综合考虑线路损耗以及电压供给问题，确保供压稳定。一般设计为额定电压值上浮5%或以上。根据车流量以及照明效果，对亮灯盏数进行控制。灯光照明要首选满足需求最大的群体，实现资源合理利用。随着技术的发达，微机监控和无线控制成为目前主要监控模式。目前，对于路灯安装接地的主要问题是安装规范不统一。TN-S接地系统由于安全系数相对较高，因此应用最为广泛。其原理为：专用保护线PE上电流和对地电压均为零。并在干线上采用漏电保护器，将部分PE线越过漏电保护器重复接地。而对于PE线材料的选择，多为铠装电缆的金属外皮或者镀锌圆钢。实践证明，在路灯经过的起点、中间适当间隔和终点处打一组地极，同时要求接地电阻4Ω以下，可提高接地效果，减少触电事故的发生。

三、城市路灯电气自动化控制技术分析

1、PLC路灯自动化控制技术。PLC路灯控制技术具有可靠性、功能以及性价比等优势，例如：产品的开发时间较短、系统功能性强、在可靠性和性价比方面较高、系统的硬件齐全、产品在使用方面比较方便、系统体积小、其设计、安装和调试方面工作量相对较少，当然系统的维修也很方便等优点，该系统在工业生产中的控制装置中使用广泛。

2、城市路灯照明自动化控制系统电力载波路灯技术。照明控制系统电力载波路灯技术利用时控与光控双向来进行控制，在系统检测到每个路段的亮灯率，从而实现城市道路路灯的自动启闭，有效控制半夜灯或者全夜；利用电压和电流实现测量与监控，状态信息与控制信号是通过电力线载波技g来传输的，对供电变压器线路开路和短路等各种突发事件进行即时报警；实现智能管理和监控路灯，从而让路灯达到可靠、稳定和经济、高效的运行。

3、城市路灯照明自动化控制系统无线路灯控制技术。照明控制系统无线路灯控制构成是采用一个中心管理PC与好几个路灯控制终端节点相连，通过TCP/IP协议实现监控中心和管理中心进行通信，采用设定路灯的工作信息，如开关时间或时钟日历等，系统的指令信息是通过路灯节点的路由来把控制信息由监控中心直接传送到路灯终端节点，达到当路灯发生故障时进行报警。路灯照明灯的开关控制是通过无线电通道数据的收发来实现的，这样避开了电力线载波通讯中的不确定性与干扰的繁杂，从而提高了控制系统的确定性与稳定性，这种控制系统性价比低、投资太大，当然具有安装方便、控制组合多、布点灵活、系统安全性高的优点。

四、城市路灯远程自动化监控技术的分析

1、城市路灯自动化监控系统的组成。基于GPRS-Internet的城市路灯远程监控系统主要由两个部分组成，即监控中心的主控计算机和道路两旁路灯现场的多台远程监控终端，他们之间通过GPRS-Internet连接。监控中心主控计算机通过与Internet连接，可以采集到路灯的实时运行参数，并且对路灯进行远程监测、控制和管理。远程监控终端，即安装于路灯终端的设备，要求位于移动通信覆盖的区域范围内。远程监控终端接收执行来自监控中心的各个命令，如开关路灯命令、设置路灯开关时间、校对时钟命令等，该系统通过传感器能够自动检测出终端路灯设备的异常事故，并及时将信息上传给主控中心计算机。

2、城市路灯自动化监控的控制中心。城市路灯自动化监控是通过控制中心实现对路灯终端的控制。控制中心的规模可大可小，既可以使用一台计算机，也可以使用大型网络计算机群组。控制中心一般由主控机、显示设备、通信单元、供电设备和计算机网络等组成。

3、城市路灯自动化监控的通信网络。通信网络主要负责信息的上传和下达任务，一方面将控制中心的指令传送给路灯终端，另一方面将路灯的运行状况传送给控制中心。目前比较常用的通信技术有，有线通信、无线通信、电力载波等，该系统中选取GPRS通信方式，它具有随时随地实现比较高速的数据传输，不受时间地点的限制等优点。

4、远程监控系统的主要功能。路灯监控系统远程监控终端的基本功能主要包括通信、控制和事故预警。通信：与控制中心交换数据，接收并执行控制中心的命令，更改远程监控终端设置，上传光敏传感器采集到的光亮强度信息。控制：响应遥控命令，控制路灯开关。事故判断与报警：对采集到的光亮度进行检查，结合当前开关状态和运行时间段，判断运行状态正常与否。如发生异常或发生事故，远程监控终端立即报警。

结束语

城市路灯是现代市政设施现代化程度的标志之一，城市道路照明作为城市基础设施建设的重要内容，安全、先进、可靠的城市路灯自动化监控系统对提高城市品位以及提高城市服务水平等方面具有重要作用，同时对社会效益和经济效益的提高和对路灯管理部门的节能降耗具有重要意义。

参考文献：

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一、西安在“丝绸之路经济带”中的定位

陕西省把“打造以西安国际化大都市为核心的丝绸之路经济带新起点”作为自己的战略定位。西安作为陕西的省会城市，作为西北部经济、文化和社会发展的领头羊，在沿线城市中已经被国家赋予了最高定位――“国际化大都市”，由西安带动丝绸之路经济带建设责无旁贷。因此，西安的基本思路应很明确，要充分发挥在丝绸之路经济带中的地理区位、交通枢纽、历史文化、科教资源优势，着力打造“一高地六中心”，努力把西安建设成最具发展活力、最具创新能力、最具辐射带动作用的丝绸之路经济带新起点。

二、曲江新区和哄鄙态区在新丝路起点城市承担的功能

（一）曲江新区在新丝路起点城市承担的功能

曲江新区位于西安市东南部，是陕西省西安市确立的以文化产业和旅游产业为主导的城市发展新区，是西安市“五区一港两基地”的重要组成部分，是西安建设国际化大都市的重要承载区，是国家文化部授予的首个国家级文化产业示范区。曲江新区的定位是国家级文化产业示范区、西部文化资源整合中心、西安旅游生态度假区和绿色文化新城。曲江新区核心区域面积51.5平方公里，同时辐射带动大明宫遗址保护区、西安城墙景区、临潼国家旅游休闲度假区和楼观道文化展示区等区域，形成文化产业全新发展格局[1]。

1、文化的联通者

西安作为古丝绸之路的起点，留下了许多丝绸文化的遗迹，而曲江新区近年来深挖文化资源、在文化方面大做文章，打造了一批极具影响力的文化产业项目，如大雁塔北广场、大唐芙蓉园、曲江池遗址公园、大唐不夜城等，曲江可以利用这些文化资源把丝绸之路上文化相近的区域联系起来开辟出新的文化旅游线路。通过文化的联通带动人员、政策等的联通，从而发挥西安在“丝绸之路经济带”中联通作用。

2、文化产业的领跑者

“丝绸之路经济带”沿线的国家和地区大部分都处于经济欠发达的状态，但它们大部分处于古丝绸之路的沿线上，文化资源比较丰富，但由于缺乏资金和技术的支持，发展速度和规模都极不理想。而曲江新区践行的“充分依托陕西、西安大文化、大旅游、大文物的优势，以城市运营收益大力投资文化产业和公共设施，以大项目为带动，文化产业、公共文化事业和城市新区建设齐头并进、协调发展”的模式，取得了可观的效益，被国家文化部授予“首个国家级文化产业示范区”，为沿线城市提供了可以借鉴的成功经验。沿线国家和地区可以结合自身的文化资源特色，借鉴曲江新区的发展模式，在曲江新区的带领下把各自的文化产业发展起来。

（二）哄鄙态区在新丝路起点城市承担的功能

哄鄙态区位于西安城区东部，北到渭河，南到绕城高速，包括哄焙恿胶铀陌兜哪媳毕虼状区域，规划总面积129平方公里，其中集中治理区89平方公里，是西北地区首个国家生态区、国家水生态系统保护与修复示范区，也是欧亚经济论坛永久会址、2011西安世界园艺博览会、西安金融商务区和西安领事馆区所在地。

1、金融服务的领航者

对西安金融商务区在丝绸之路经济带建设中的作用，陕西亦有明确定位。2013年11月，陕西省委书记赵正永在 “加快丝绸之路经济带新起点建设座谈会”上的讲话中明确提出，要“加快建设面向中亚、服务西部的区域性金融中心”。

西安金融商务区作为陕西省重点建设的区域性国际金融中心，是西安国际大都市的金融核心区，关中――天水经济区金融服务支持基地，中国西部区域金融创新实验区，它已初具规模。

2、绿色发展的引领者

哄鄙态区围绕水环境建设和生态保护，以骸㈠焙游轴线，以雁鸣湖、世博园、桃花潭、国家湿地公园为辐射点，构建河湖相连的生态水系网络，形成了大水大绿的城市生态廊道，成为全国生态文明建设试点区。并使2007 F1摩托艇世锦赛、2011西安世园会、2013环中国自行车赛等大型活动在哄彼忱举办，且使被誉为西安国际化开篇之作的欧亚经济论坛永久会址于2007年落户哄薄U庑┒忌动地体现了生态的价值，也为西安国际大都市增添了靓丽一笔――“绿色”，从而，哄鄙态区承担起了展示国际大都市西安生态文明的重任。同时，为“丝绸之路经济带”上的还在徘徊茫然不知如何走生态之路的地区指明了方向，提供了可以借鉴的经验。

三、曲江新区与哄鄙态区的协同发展

（一）两区协同发展的含义

赫尔曼・哈肯指出，“协同学是一门横断学科（交叉学科），

它研究系统中子系统之间怎样合作以产生宏观的空间结构、时间结构或功能结构”。“协同作用”是协同学与协同理论的基本概念，实际上就是系统内部各要素或各子系统相互作用和有机整合的过程[3]。

本文研究的两区协同发展正是基于赫尔曼・哈肯所提出的协同学思想，是指西安市两个新区之间协调与共生，自成一体，形成高效和高度有序化的整合，实现两区“一体化”运作的经济发展方式。通过两区的协同发展，充分发挥曲江新区的文化产业优势和哄鄙态区的生态资源、会展业及金融产业的优势，带动两区文化旅游、生态旅游、会展旅游、金融服务业等现代服务业的发展，使西安国际化大都市的文化、生态和金融形象更加鲜明、突出。

（二）两区协同发展的有利条件

1、区位条件

曲江新区和哄鄙态区所处的位置临近，如图1所示，交通便利，为文化产业、旅游、会展和金融业等产业的跨区协同发展提供了便利的交通条件。

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航空微电子及关键技术

以集成电路为核心的微电子技术，在军事通信、军事指挥、军事侦察、电子干扰和反干扰、无人机、军用飞机、导弹，雷达、自动化武器系统等方面得到广泛应用，覆盖了军事信息领域的方方面面。因此，现代信息化战争又被称为“芯片之战”。出于国防装备的需要，世界军事强国不仅重视通用微电子技术发展，也十分重视专用微电子技术的发展。这是因为专用微电子产品不仅在国防装备中应用广泛，而且对国防装备的作战效能起着关键作用。美国提出，在其防务的技术优势中，集成电路是最重要的因素。20世纪80年代美国就将集成电路列为战略性产业。决定航空电子系统成本和技术的关键和核心，是以航空关键集成电路和元器件为核心的航空微电子技术和产品。

当前微电子科学技术一个重要的发展方向，就是由集成电路（IC）向集成系统（IS）转变，并由此产生了微系统。微系统有两重含义：一是将电子信息系统集成到硅芯片上，即信息系统的芯片集成——片上系统或System on-a-Chip（SoC）。另一含义就是微电子机械系统（MEMS）和微光机电系统。

SoC将一个基于PCB上实现的系统功能尽可能的转化为基于功能、性能高度集成的基于硅的系统级芯片实现。因此，SoC尽可能多的集成系统的功能，可以减小系统体积重量，提高系统的性能，提高系统的可靠性，并能降低系统的制造成本。

MCM（Multi-Chip Module）是利用先进的微组装技术将多个（2个或以上)集成电路管芯及其他微型元器件组装在单一封装外壳内，形成具有一定部件或系统功能的高密度微电子组件。基于MCM基础上发展起来的系统级封装SIP（System in Package），是将整个应用系统中所有的电路管芯和其他微型元器件组装在单一封装外壳内的技术。MCM/SIP技术的开发应用将是突破传统封装固有瓶颈的一种有效途径，实现信息技术的发展对集成电路的封装密度、处理速度、体积、重量及可靠性等方面提出新的应用要求。

上世纪90年代，美国NASA为实现太空飞船小型和微型化提出先进飞行计算机计划（AFC），将MCM 作为在微电子领域保持领先地位的重要技术加以发展，并确定其为2010年前重点发展的十大军民两用高新技术之一。 日本一直以来都是MCM 技术的推崇者，他们建立的MCM技术协会进一步促进多芯片组件的发展与应用。

虽然SoC可以集成多种功能IP，但多工艺混合的IP难以采用SoC在单一硅片上实现, 因此虽然SoC发展迅速，但并不能取代MCM/SIP技术，一定程度上来讲，MCM/SIP技术是对SoC实现小型化的重要补充。因此，SoC/MCM（SIP）技术固有的技术优点，是航空电子系统低功耗、高性能、高可靠、超小型化的发展的永恒追求，也是航空电子系统发展迫切需要的核心技术之一。

航空微电子产业的国内外现状

航空电子系统所用关键集成电路与元器件的基本上可以分为四大类别：通用高端芯片、航空专用集成电路、机载任务子系统专用处理芯片、航空核心元器件。

1、通用高端芯片，主要是指处理类、存储类、电源类、A/D、D/A、OP等类别的集成电路。高端通用芯片决定航空电子系统的整体性能，是航空系统中不可缺少的一类重要器件。由于武器装备发展的需求超前于我国集成电路的研制和国产化，各项主战装备进入设计定型时，国内出现无“芯”可用的状况，导致定型装备的高端通用芯片基本依赖于进口，在重点型号中几款用量大的CPU芯片大都要依靠进口，只有少数是国产化的CPU芯片，而且性能都比较低。

2、航空专用集成电路，主要包是指总线网络及相关标准协议，以及使用MCM、SIP设计的模块。航空专用集成电路一般分为两种：第一种是满足航空标准、协议和规范的专用电路，如支持ARINC429协议、1553B协议、光纤通道FC-AE协议等的电路，它决定了航空电子系统的体系结构。这类芯片主要是总线协议处理类芯片，是航空电子系统的“中枢神经”，遍布飞机的各个部件和角落。第二种是满足飞机应用环境要求的专用集成电路。这类芯片是面向航空电子系统的应用需求特点开发的芯片。欧美新一代飞机研制中，广泛使用了SoC/MCM(SIP)技术手段，实现低功耗、高性能、高可靠性、超小型化的最终目标。为了达到F-22等新一代飞机综合核心处理机（ICP）对“性能/体积”方面的要求，美国“宝石台”计划中定义了多达12种MCM。

3、机载任务子系统专用处理电路，主要包括弹载计算机小型化核心芯片、头显定位处理系统芯片、头/平显畸变校正芯片、机载专用远程激光测距芯片以及机载防撞系统综合信号处理芯片等。机载任务子系统专用处理电路是决定航电任务子系统或设备某些特定性能的专用集成电路，如弹载计算机、头显定位处理系统芯片、头/平显畸变校正芯片、机载专用远程激光测距芯片和机载防撞系统综合信号处理芯片。目前国内该类任务子系统多采用专用电路板卡实现，缺点主要在于体积大、功耗高、集成度低、数据处理时间长等。

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关键词：电路图　读图　技巧

一、读集成电路图要做到“三清楚”

分析彩色电视机整机电路图，首先要弄清楚整机集成电路块的使用情况，即采用的是什么机心的电路。

1、集成电路的类型要清楚。即要弄清楚整机电路图中所使用各集成块的类型和型号，这是识读集成电路图的第一步。集成块类型可分为图像通道集成块，伴音通道集成块，伴音功放集成块，解码集成块，行扫描集成块，场扫描集成块，场输出集成块，遥控微处理器集成块，节目存储器集成块，字符存储集成块，开关电源集成块和模拟开关集成块等。首先要分清楚集成块类型，还要弄清楚具体型号。很多不同型号的集成块，其内部功能和电路结构是相同的；有的电路结构不同，但能完成相同的功能。了解了具体型号，才能掌握集成块的基本功能。

随着集成电路集成度的不断提高，整机中集成块的数量也再不断减少，由早期的六片机发展到四片机，以及现在市场上流行的两片机和单片机。集成度的提高，使集成块的功能越来越强大，只有通过了解集成块的型号，才能进一步熟悉集成块的功能。

2、集成电路内部的信号通路要清楚。要弄清这一点，首先要熟悉集成电路的功能框图，明确各个框图完成的具体功能，即熟悉输入什么信号、输出什么信号，信号波形、幅度和频率等的变化规律。要熟悉各方面的联系，熟悉信号在集成电路的流通过程。对集成电路内部各框图的具体电路结构、工作过程不必深究。

3、集成电路的内外联系要清楚。集成电路要完成一定的功能，还要与外部单元电路和外接元器件发生联系。首先要明确各功能框图引出脚的功能，引出脚外接元器件的功能作用。否则，就不能看深，看懂整机电路图。识别集成电路各引出脚，识别引出脚的外接元器件，是识读集成电路的主要工作。同一块集成电路，在不同的设计者手中，可能设计出不同的外接元器件网络。另外，要弄清楚集成电路与分立件单元电路的联系，这些分立件单元电路往往是识读电路的难点，这些难点不突破，就不能正确、全面识读整机电路图。

二、划分整机电路的方法

识读整机电路框图，弄清电路结构，是看懂彩电电路的第一步。但实际上常常很少能同时得到电路框图和原理图，将两种图对照识读。检修中遇到更多的，则是将印制电路板实物，与电路图对照，以确认某各元器件属于哪部分电路。这样，如何在整机电路原理图上划分电路结构，得到相应的框图，常常是识图的第一步。根据实践经验，划分整机电路框图的方法有以下几种：

1、以主要元器件为线索，这是读图实践中最常用的方法。彩电型号、电路尽管千变万化，但他们的主要部件和基本功能是不变的，所以在印制电路扳上找到显像管、行输出变压器高频头等体积较大的元器件，或在电路图上找到这些元器件符号后，就能确认它们周边所属的电路系统。例如，与天线插孔相连的高频头，而沿高频头IF端引线，就能找到图像中频路；由显像管阴极，可以找到视频输出电路；由显像管阳极供电导线就可以找到行输出变压器；由行输出变压器可以找到行输出管，逆向推下去就能找到整个行电路；由行、场偏转线圈可以找到行场输出电路；由扬声器可以找到音频功放电路；由电源插头可以找到开关电源电路；由开关变压器的二次侧各路供电导线，可以找到场输出、行输出和CFU等系统功能电路。

大部分彩电电路中，元器件符号标注有一种习惯做法，即对同一系统或同一单元电路中的元器件，采用同一数字作为序号开头。例如，看到某一图样中开关电源部分元器件序号都是7XX。那么标注序号为C705的电容，或标号为VD709的二极管必然是在电源部分。同样道理，如果想知道某个序号为VD603的二极管属哪部分电路，只要看到印制电路板上行输出变压器序号为T602，马上就可以判断它是行电路器件。注意：厂方用于生产线上的样图，容易麽损，为保持清晰，一般元件序号与其代号平排，不采用下脚标方式，如R512，不写做R512，这一点是国家标准不完全相对。

2、以机心类型为线索。目前彩电型号虽多，但是许多彩电采用的是同一种机心，所以一旦看到相似的电路，或是确定彩电的机心类型，就能了解它们的电路结构。当然，这是需要积累资料，掌握一些典型机心的电路结构。这种方法对一些型号系列化彩电电路的框图认定简洁有效。

3、以集成块为线索。无论在整机电路图中，还是在印制电路板实物中，集成块都是“显眼”的器件，很容易找到和辨认型号。查清彩电电路中使用了哪些集成块，以及主要集成块(包括小信号处理器、CPU和存储器等)型号，就能根据资料认定机心类型和电路结构。这也是识读彩电电路的常用方法。

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【关键词】竞赛；集成电路；教学改革

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

集成电路在社会发展中扮演着非同寻常的角色，几乎渗透到了各行各业。随着全球经济一体化的发展，集成电路的制造与开发中心正逐步向我国转移。我们肩负重大的历史使命，是要把我国建设成为集成电路的生产大国进而成为集成电路强国[1]。因此培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京华大九天软件有限公司致力于开发自主产权的EDA软件，提供高端的SoC解决方案和一站式设计生产服务，为培养集成电路设计人才提供了很好的软件平台。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。对学生来说，竞赛为他们提供了一个开阔眼界、互相学习和交流的好机会，这是任何课堂教学都无法替代的；对指导老师来说，竞赛可以促进他们转变陈旧的教学理念，改进落后的课程体系，积极寻求新的教学模式，真正做到教学目标、教学内容和教学方法与时俱进，切实达到面向应用、面向市场、面向社会并最终为社会提供优秀专业人才的最高教学目标[2]。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起了一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图和电路设计能力。本人有幸带领学生参加了此次比赛，获得了一些启示。

1.立足现实，拓宽应用

本次大赛的活动宗旨是丰富微电子学专业学生的专业知识，培养学生理论联系实际、独立思考和操作能力，巩固和加深所学专业知识基础，推动京津地区高校微电子学专业的交流和发展，并对国产正版EDA软件的普及和应用起到积极推动作用。

2011年北京大学生集成电路设计大赛分成大学本科和研究生两个级别（本科生组33个组；研究生33个组），每组3人，进行笔试和上机操作。比赛相关规则：笔试阶段，采用闭卷形式，由各参赛队员独立完成，最终成绩计入小组总分；上机操作，以小组形式参加。

2.正确的指导思想

电子学会组织的此次大学生集成电路大赛立足高，紧密结合教学实际，着重基础、注重培养实践能力的原则为大赛成功举行树立了正确的指导思想。

“华大九天杯”集成电路大赛凝聚了各级领导、专家、学者和我校学科部领导、老师及每个参赛队员的心血与汗水。在比赛的前后，我们的指导思想是：参赛获奖不是最终目的，深人持久地开展教育教学改革，充分调动学生学习积极性，吸引更多的学生参加各类竞赛和科技活动，培养更多的优秀专业人才，才是我们的努力方向。集成电路大赛引来了众多企业，他们对参赛学生的青睐，对于与学校合作的重视，也正是我们学校所渴求的。在参赛中与同行各企业充分交流，学校与企业的紧密结合，才能更清楚市场对优秀毕业生的要求，进而能明确培养目标，并在平时的课程教学中加以渗透，在教学中不断改进；在参赛中与其他兄弟院校充分分享经验，不断学习别人的长处，分析参赛中暴露的共性问题，在教育教学中不断改进；在参赛中提高教师的指导水平和改进教育教学方法；在参赛中提高学生的综合素质，培养大批适应现代化建设需要的基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新精神和实践能力的高级应用型人才，才是我们参加北京大学生集成电路设计竞赛的最终目的。

3.准备认真，重在过程

承办方北方工业大学周密的准备工作和热情的服务为大赛成功举行创造了良好的外部环境。北方工业大学和华大九天公司组织的集训为成功参赛奠定了扎实的基础。

在学科部领导和各位老师的努力下，在实验室老师的大力协助下，在华大九天公司培训人员的大力支持下，我们组织了两个阶段的集中培训，并在培训的基础上进行了有针对性的辅导练习，并在参赛前举行了预赛。这些环节对学生和老师起到了很好的引导和督促作用，保证了良好的训练环境，营造了积极向上的参赛氛围。

在电子竞赛的准备过程中，适逢暑假，假期长，学生们可以充分利用暑假时间认真复习电子器件、数字电子电路、集成电路分析与设计等课程的理论知识。同时，学生们还学习华大EDA软件，进行实际电路和版图绘制上机练习，培养了理论联系实践的学风。通过竞赛准备，学生需要综合运用所学知识，解决竞赛中遇到的各种问题，提高了运用理论知识解决实际问题的能力。通过竞赛准备，磨合了小组间的默契配合和分工，增进了师生情谊，提高了团队作战能力。通过竞赛准备，找出了自己在知识上的不足，明确了社会的需要、工作岗位的需要和工作性质，树立了新的奋斗目标，产生了学习新的动力。

4.参赛对嵌入式系统和集成电路设计教学改革的启示

北京大学生集成电路设计竞赛对于培养学生参加实践的积极性、理论联系实际的学风和团队意识有着重要作用，竞赛给学生提供了一个施展才华、发挥创新能力的机会和平台。并对高校集成电路设计课程的教学内容和电子科学与技术的课程体系改革和学生今后工作起到一定的引导作用。

4.1 知识整合的系统教学思想

自从1958年基尔比发明集成电路以后，集成电路一直按照摩尔定律的预测飞速发展。面对集成电路如此迅猛的发展形势，教学工作也要与时俱进，不断改革创新。我承担《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程，深深体会到微电子专业的学生学习嵌入式系统与其他专业有所区别，因为芯片的设计方向日益朝着片上系统SOC、片上可编程系统SOPC的方向发展[3]。学生不仅需要有系统的概念[4]，同时需要对典型处理器体系结构有清晰的理解，在设计SOC芯片时才会有系统的设计思想[5]，又会对处理器内部体系架构有清晰的概念。因此，在对微电子专业的学生讲授嵌入式系统时，要紧密结合集成电路设计的要求，结合集成电路分析与设计、数字电子、模拟电子、电子器件等课程的内容，使学生不仅对处理器结构体系清楚，更熟悉各模块电路，如ALU单元电路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM单元等等。在处理器的，培养学生系统的概念，掌握外部单元电路，如存储器单元电路、系统总线单元、SPI、IIC、UART等等接口电路，从使用者的期望角度出发，来进行芯片的设计，既是使用者，又是设计者。学生在学习集成电路设计的课程时，紧密结合嵌入式系统中的系统体系结构、结合处理器内部的体系结构，具有整体的大的系统性设计概念，整合学生对各个课程的分离的知识内容，培养综合运用所学知识解决系统问题。通过增加实验和上机课时，提高学生将理论与实践紧密结合，培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。

4.2 改革传统的教学模式

我国的大学课堂教学模式长期以来被德国教育家赫尔巴特的“四段论”与前苏联教育家凯洛夫的“五环节”所主宰，在新的教育环境和教育目标下，他们所倡导的课堂教学结构和施教程序越来越明显地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代学”的陈腐教学思想和“注入式”、“满堂灌”的落后教学方法.这种“以教师为中心，以教材为中心”的课堂教学，决定了学生在整个教学过程中所处的被动地位，很大程度地禁锢了学生的创造性思维，对学生自学能力、实践能力和创新能力的培养构成了严重的障碍[2]。

现代教育理论指出：指导学生从实践和探索中通过思考获取知识，又在解决问题的探索活动中，运用已获得的知识和技能是培养智能的最好途径。

本次竞赛上午闭卷完成理论知识的考试。本科生的上机操作内容是根据提供的状态图设计一个计数器电路，然后进行原理图的绘制，再次进行版图绘制，进而进行DRC、LVS等环节验证，并撰写设计报告。学生需要利用数字电路中所学的状态表，构造出逻辑关系式，运用卡诺图化简得到最简电路，最后再绘制单元电路，设计出具体的CMOS电路和版图，并进行验证。同时还需要构造出计数器所需的时钟电路。在上机的开始一个半小时中，指导老师可以参与指导，这样增加了比赛中老师对学生的限时指导内容，更有利于学生的竞赛，符合培养人才的现论要求。

学生基本上完成了从需求分析、电路设计、绘制电路、（仿真）、版图绘制、验证到撰写报告等环节。通过竞赛，使学生能亲自感受一个简单的集成电路设计流程，培养了学生的系统设计概念。学生从早晨9点一直进行到下午六点，在短短的一天内要完成笔试和7个小时的上机电路绘制和验证等工作，小组成员只有密切配合，充分发挥各自的优势，保持坚韧不拔的精神，才能取得最终的胜利。这种方式非常有利于培养学生的合作精神和团队精神，锻炼了学生的毅力和体力。

施教之功，贵在引导。可以看出，竞赛在很大程度上符合现代教育理论的要求，符合学生的认知规律。以学生为主体、教师为主导的教学模式正是以传授知识为前提，以形成技能为基点，以培养智能为重心，以全面发展人才为归宿。在《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程教学中，增大课程的实验内容，学生带着问题，进行学习，进行思考、小组讨论，经老师点拨，实现了运用所学理论解决实际问题的过程，既培养了学生的综合能力，又完成了教学任务，符合现代教育论的要求。

施教之旨，在于培养学习方法和思维方式，培养获取新知及再创造之本领。将学生分成小组，布置某一命题，发挥学生的主动性，引导他们查阅资料，分析归纳总结，并在课堂中进行报告或实验演示。学生反映效果很好，获取了知识，又培养了学生自学能力和主动获取知识的方法。

5.引导学生参与科研，撰写学术论文

通过大赛引导大学生形成一股扎扎实实的学习和研究的风气。激发学生在专业领域的学习兴趣，参与到老师平时的科研中，增加动手实践的机会。并在科研中进一步培养学生的研究兴趣，形成良性循环。对于取得的研究成果，可以引导学生撰写论文，并能在广大同学中起到表率作用。

6.结束语

培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。正确的指导思想、科学的组织程序、踏实认真的准备工作以及大赛对校企合作、对教学改革将产生重要的影响。实践表明，开展大学生集成电路设计竞赛，对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义，同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起一定的引导作用，极大的强化了学生绘制版图、电路设计能力和集成电路设计思想。

参考文献

[1]甘学温,赵宝瑛等.集成电路原理与设计[M].北京:北京大学出版社,2007.

[2]陈建英,李涛,撒晓英.抓住竞赛契机 深化计算机专业教学改革[J].西南民族大学学报·自然科学版,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.

致谢：竞赛工作是由国家自然基金赞助（No.60976028）；北京工业大学博士基金赞助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020

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关键词：快速启动电路；欠压保护；迟滞电压

中图分类号：TN432 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

欠压保护也称低电压保护[1，2]，是指集成电路中由于某种原因使得电源电压值降低到一定的极限值时，欠压保护电路能够检测到电源电压较低，将芯片关断并保持与电源的切断状态，待电源电压恢复到一定的大小时，芯片可恢复工作。

欠压保护电路是集成电路设计中必不可少的模块，是保证系统在工作环境异常情况下能够保持系统稳定的基础。传统的欠压保护电路[3]利用电阻对电源电压进行分压，将分压后得到的电压与参考电压通过迟滞比较器进行比较，从而检测电源电压是否欠压。因此，欠压保护电路需要外部参考电压，电路的独立性较差；同时，引入迟滞比较器和电阻分压电路，使得电路结构变得复杂，也增大了电路的面积。

本文提出一种新型欠压保护电路，电路不需要使用外部参考电压[4]和迟滞比较器[5]，利用一种类似于带隙基准PTAT电流源的电路结构完成对电源电压的检测和比较；同时，巧妙地利用负反馈实现了电路对电压检测的迟滞功能；最后，电路设计了提高电路启动速度的单元模块电路，确保了欠压保护电路在电源电压恢复正常后电路能够迅速正常工作。

一、欠压保护电路分析与设计

新型欠压保护电路的原理如图2所示，电路主要由三部分组成：类带隙基准PTAT电流源的电压检测电路；负反馈电路构成的迟滞电路模块；快速启动电路。其中，电压检测电路由三极管Q1、Q2，电阻R1、R2、R5、R6、R7和MOS管MP1、MP2、（一）核心电路工作原理

在图2所示的新型欠压保护电路中，三极管Q1、Q2和电阻R1、R2构成类似于带隙基准电压源的欠压保护电路核心部分。三极管Q1的面积为Q2的n倍，三极管Q1和Q2的基极电位为电源电压经过分压后得到的电压VO1。

当电源电压从零开始上升并达到一定的值之后，三极管Q1和Q2打开并流过电流，MOS管MP1、MP2，电阻R1、R2组成的电路正常工作。

（二）迟滞原理

为了避免当电源电压大小在翻转阈值电压附近周围变化时，欠压保护电路的输出结果在翻转阈值周围出现反复高频变化，电路引入了正反馈电路，NMOS管MN3随着输出电平的高低导通或者关断。

当电源电压较低，输出电平为低电平时，NMOS管MN3导通，此时

当VREF具有零温度系数时，迟滞电压 也具有零温度系数，这也是本电路的优点之一。

（三）快速启动电路原理

在集成电路的设计中，欠压保护电路作为集成电路的保护单元模块，必须在电路整体启动之前工作，因此保护电路的启动速度必须得到重视。在以往的欠压保护电路的设计中，一般只关注保护电路的自启动问题，而忽略保护电路启动速度的分析和优化。

新型欠压保护电路在不需要使用外部参考电压的同时，优化了电路的自启动过程。当电源电压VDD由低电平逐渐上升至高电平时，三极管Q3的基极与三极管Q4的集电极电位也随之上升，三极管Q3优先于三极管Q1和Q2导通，使得MP1栅极电位随之下降。当电源电压上升至一定大小时，Q1和Q2开始工作，MP1导通，电路正常工作，三极管Q3和Q4加快了电路寄生电容存储电荷的泄放速度，加快了电路的启动速度。同时，当电路正常工作时，Q1发射极电压VE1上升，三极管Q3随之关闭，快速启动电路不再影响电路正常工作。

二、仿真结果与分析

三、结束语

本文设计的欠压保护电路，充分利用了类带隙基准PTAT电流源结构中电源电压大小对PTAT电流大小的影响，完成了电源电压的检测功能；利用电阻分压原理来调整欠压保护阈值，通过调节电阻分压电路从而调整迟滞电压阈值的大小；同时，优化了启动电路设计，电路具有启动时间短的优点。该电路使用较少的器件完成了整个电路的设计，在满足高检测精度的同时降低了功耗。

参考文献：

[1]王锐，唐婷婷.一种BICMOS欠压保护电路的设计[J].电子科技，2006（10）：76-78.

[2]王智鹏，杨虹.一款无电压比较器的欠压保护电路[J].电子世界，2012（07）：51-52.

[3]赵春波，许伟，吴玉广.一种CMOS欠压保护电路的设计[J].集成电路与元器件，2004（10）：172-174.

[4]钱金川，朱守敏.一种过压欠压及延时保护电路的设计[J].机床电器，2008（01）：57-59.

[5]邹雪城，韩俊峰.一种基于比例电流的欠压保护电路的设计和实现[J].华中科技大学学报（自然科学版），2007（35）：64-66.

[6]Allen P E，Holberg D R.CMOS模拟集成电路设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[7]Gray P R，Meyer R G.Analysis and Design of Analog Integrated Circuits[M].John Wiley，2001.

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关键词： 《射频集成电路设计》课程 教学改革 理论教学 实验教学

当前无线通信、全球定位及雷达等行业的爆炸性增长推动射频（RF）电路设计领域再次兴起，对射频集成电路设计工程师的需求巨大。不少高校已将《射频集成电路设计》课程作为电子信息类学生的专业必修课。射频集成电路设计与低频模拟集成电路设计及分立射频电路设计是完全不同的工作。本课程涉及多方面的基础知识、信息量大、实践性强，因此搞好射频集成电路的教学工作对提高教学质量、培养学生的实践能力和创新意识、提高就业竞争力等方面均具有重要意义［1］。

一、理论教学方面

1.兼顾基础性与工程性确定授课内容。

目前，“射频集成电路设计”课程有大量的国内外优秀教材可选，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。不同的教材针对的读者各不相同，有的针对具有坚实理论基础的研究生，有的针对工程技术人员。针对本科生的教学，前期应讲授基本理论知识，使学生快速进入射频领域，接着转向更实用的射频集成电路设计，避开冗长的数学推导。讲授内容包括传输线分析、Smith圆图、多端口网络、滤波器设计、放大器设计及振荡器、混频器设计等。

建立并完善弹性教学制度。在教学目标不变的情况下，教学计划根据实际情况进行适当调整，从提高就业竞争力的角度使学生得到专业化训练，综合培养职业技能与职业意识。

2.利用生动形象的课件辅助教学。

多媒体课件是提高课堂教学质量的重要手段。制作课程的电子课件，反映教师的授课思想，体现授课内容精华，使学生提纲挈领地掌握知识要点。课件中穿插图片、动画、视频等媒体素材［2］，力求生动形象，使学生印象深刻。课件与板书相互补充，取长补短，避免枯燥的课堂讲解，很好地完成教学目标。在多媒体课件的教学过程中，不断积累经验，注重与同类课件之间的交流，取其所长，不断完善。教师应不断提高自身的专业素养及创新能力，使多媒体课件真正发挥集中性和交互性的作用，活跃课堂气氛，培养学生的学习兴趣，激发学生的感官效能，加快知识点的接收、理解和记忆，促进学生自主学习，提高教学效率。

3.以教师为主导和以学生为主体相结合。

教学过程中，教师起主导作用。教师不仅要有丰富扎实的理论知识和实践操作能力，而且要有丰富的教学、科研经验。要利用教学、科研、产业化相结合的新型模式，将科研优势转化为教学优势，用科研、产业的成果丰富和完善射频集成电路的理论与实践教学。要通过课程项目研究开发、项目教学与成果转化，做到与行业接轨。在课程项目化过程中要与企业建立密切的联系，在课程内容和实践教学体系的设置上不断调整，力求带给学生最新的知识与技能，保证让学生学有所用［3］。应追踪国内外专业动向，对近几年射频集成电路领域所取得的成果和有待深入研究的问题进行介绍，保证课程内容的时效性与先进性，让学生了解射频集成电路行业的现状及发展趋势，激发学生的学习兴趣，取得较好的教学效果。

高质量的课堂教学不仅与教师的专业知识、教学能力有关，学生的专业背景、学习能力和学习态度对课堂教学的有效性也有一定的影响。教师在授课过程中要活跃课堂教学气氛，循序渐进地引导学生进行思考，培养其自主学习能力、表达交流能力，营造快乐学习的氛围。

二、实验教学方面

1.从基础性、全面性、工程性三个方面完善实验内容。

射频集成电路的问题较多地表现在电路匹配、灵敏度、器件参数一致性等问题，解决这些问题需要有强大的工具支持。ADS（Advanced Design System，先进设计系统）是一种功能强大的射频电路设计工具［4］。实验内容的设置包括基础部分和工程部分，并兼顾全面性的要求。基础部分包括DC仿真、AC仿真、S参数仿真、瞬态仿真等，工程部分包括射频滤波器、低噪声放大器、混频器设计等。

2.建立网络教学平台。

网络教学平台在时间和空间上对课堂教学进行了扩展。下载中心有大量的与课程相关的资料，包括国内外优秀教材推荐，国内外射频领域的优秀团队及最近研究进展，实用软件学习指南，典型的工程实例，等等，为感兴趣的学生进行更深入的研究提供了捷径。学生可在网上与教师进行交流、挖掘潜在人才。

三、结语

本文从理论教学和实验教学两个方面对“射频集成电路设计”课程教学改革进行了有益的探讨。经过近几年的研究及建设，本课程的教学取得了较好的效果，深受学生好评。

参考文献：

［1］Reinhold Ludwig.射频电路设计――理论与应用［M］.北京：电子工业出版社，2002.

［2］王云，褚庆昕，涂治红.射频电路与天线立体化实验教材建设［J］.中国现代教育设备，2011，11：124-126.

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【关键词】石英晶体谐振器;集成电路;二次封装

随着时代的进步，改革开放的不断深入，科学技术的迅猛发展，新产品、新器件层出不穷。我们引进了钟振这种新型器件，它是将普通晶体振荡器的除石英谐振器外的诸多元件集成于一块标准的可封装的集成电路中，在相应频段焊上不同的石英谐振器就成为了不同频率的振荡器，它是一种新型的晶体器件。石英谐振器的频率在一定条件下直接决定了钟振的频率，要制作不同频率的钟振，实质上就是制作与之配套的不同频率的石英谐振器，因此石英谐振器是钟振的核心部分。

1.产品主要技术指标

频率―温度稳定度：≤±30×10-6;

工作温度：-55℃～+125℃;

基准温度初始精度：≤±3×10-6;

频率―电压允差：≤3×10-6;

输出波形：方波;

占空比：45%～55%;

短期频率稳定度：0.05ppm/s;

电源电压：+5V±0.5V;

外形尺寸：20.8mm×13mm×5.6mm。

2.技术难点

2.1 宽温频率―温度稳定度

在-55℃～125℃超宽温度范围内使其频率温度稳定度达30ppm，且体积又小，难度是很大。采用石英晶体谐振器计算机辅助设计软件，计算晶体角度，为保证温度频差，对晶体切角进行了大量试验验证，对EFG角度分选出各种角度做成的晶体用美国S&A公司制造的2200晶体综合参数测试系统，反复几次的温度测试、数据取样论证，得出结论角度选为AT切35°30'±0.5'，满足技术要求。

2.2 高可靠性的保证

电子系统向着小型化和高密度化发展，使得其内部热功率密度增加，可靠性降低。降低电路的功耗，是减少系统内部温升的主要途径。尽量采用低功耗器件，在满足工作速度的情况下，尽量选用CMOS电路，此电路就是选用CMOS电路。同时又改变了通用钟用晶振加工工艺，以往晶片封装，晶片易损坏，现把整个薄膜电路改为印制电路板形式，并且把军用元件，石英晶体牢固的焊在印制电路板上，使元器件与印制电路板成为一体，此设计方案起到双重保护作用，这样能经受较大的振动和冲击，满足用户的技术需求，在结构上采用二次焊封装技术，密封性好，这样就确保该振荡器能稳定可靠的工作。

2.3 基准温度初始精度

针对钟振来说想达到基准温度初始精度±3ppm这个精度是很难的，晶体的频率温度转折点约在27℃左右，既要保证宽温温度特性，又要保证±3ppm的基准温度初始精度，必须采用功耗小的集成电路来实现，集成电路功耗一般都在25mA左右，通过增大电路中反馈偏值电阻，来减小电流，使电流达到10mA左右，降低功率，再采取晶体外壳大面积接地来散热，降低电流通过晶体产生热量使其频率漂移，满足此项指标要求。

3.振荡电路的设计

3.1 设计方案

振荡器是一种把直流电能转变为一定形式的周期交变的信号发生器。振荡系统可以是LC组成的振荡回路，称作LC振荡器。而LC振荡器的频率稳定度只能达到10-2～10-3量级。许多应用领域中是不能满足技术要求的。由于石英谐振器具有很高的Q值，能使频率稳定度可以提高到10-4～10-10量级或者更高。所以，在频率稳定度要求很高的情况下，就要使用石英晶体组成的振荡器。这种晶体振荡器体积小、性能稳定，可以做到几十个PPM甚至更小，完全能达到技术指标要求，满足用户使用需求，适合批量生产。

根据用户要求的技术指标，要设计一种高可靠并适用温度超宽，输出波形为方波的振荡器。通过论证，采用集成电路与晶体谐振器相结合，产生振荡，组成晶体振荡器。如图1。这种电路设计新颖，加工方便，可靠性高，输出频率稳定，适合批量生产。

图1

3.2 满足电路振荡的理论条件

使用表面贴装技术把集成电路、印制电路板与石英晶体混合组成晶体振荡器，振荡线路由放大器和反馈网络按闭环回路组成，如图2所示。

图2

此电路产生振荡条件是：

a.放大器A的电压增益A乘以反馈网络F的衰减系数F的积必须大于1，即AF≥1。

b.信号通过放大器A和反馈网络F后，其总的相移为360o的正整数倍。

4.振荡器用晶体设计

4.1 水晶材料

水晶有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。不论是天然水晶还是人造水晶，都程度不同的存在一些缺陷，这些缺陷，轻的会影响晶体元件的电性能，严重的根本就不能使用。随着晶体的小型化，高频化，和高稳定度要求，对水晶质量的要求越来越高。因此，为保证晶体质量，对水晶材料的质量要求是比较严格的。本产品的要求是Q值>240万的Z块（或Z板）人造水晶，包裹体密度的等级标准选Ⅰ级，腐蚀隧道密度不低于3级。

4.2 石英晶片的设计

标称频率为30MHz的晶体，根据该振荡器内部设计结构及可靠性，我们选AT切泛音振动模式，晶片外形通常采用Ф=4.5mm平片倒边。

4.3 工艺过程

4.3.1 切角的保证

对切割后为35o30'±2'的方片，进行角度校对，使其在35o30'±0.5'以内。为了保证最终角度，经过粗磨、改圆、精磨后的晶片再进行一次EFG角度分选，进一步保证切角的精度。

4.3.2 滚筒倒边

利用滚筒倒边可以有效地抑制寄生振动，减少边缘效应，从而改善石英片的电性能。利用进筒前后频率，可以有效地控制倒边宽度，倒边频率上升60kHz，可达预期效果。

4.3.3 抛光

对滚筒倒边合格的石英晶片用二氧化铈进行抛光，最后使晶片的厚度达0.168mm+ 0.003mm以内。

4.3.4 清洗、被银、上架点胶、微调等

工序同其它石英谐振器的加工基本相同。

4.3.5 封装与老化

封装采用真空电阻焊封装，然后放入105℃±2℃烘箱内老化168h。

5.实测结果

按照上述的设计方案对产品进行了生产试制，从测试结果看（如表1所示），振荡器的各项指标完全达到了技术指标，满足用户上机使用要求。

6.结束语

钟振由于它具有体积小，重量轻，功耗低，稳定性好，加工方便并广泛适用于数字电路等优点而具有巨大的发展潜力。我们采用了新工艺、新材料，采用了先进的晶体制造技术、使产品达到了国内领先水平，在研制生产中不断总结经验教训，逐步摸索出一套适合于我们现有条件的加工制作工艺，进一步提高产品质量，更好地为科研服务。

参考文献

[1]张沛霖，钟维烈，等.压电材料与器件物理[M].山东科学技术出版社，1997.

[2]赵声衡.晶体振荡器[M].科学出版社，2008.