高性能集成电路的概念范文

导语：如何才能写好一篇高性能集成电路的概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：数字锁相环；相位同步；温度控制；频率变换

中图分类号：TN752 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2008)02-046-02

Design of Temperature Frequency Conversion Circuit Based on Digital Phase Locked Loop

XIE Wancheng

(Loudi Vocational and Technical College,Loudi,417000,China )[HJ1*3][HJ]

[HJ*2]Abstract：The CC4046 integrated circuit phase locked loop uses the RC Voltage Controlled Oscillator(VCO),the exterior conjunction RC component of charge and discharge,the electric circuit is simple,the cost is inexpensive,the practical value is big,and widely used in the broadcast television system,several communications system,frequency synthesis system,automatic control and clock synchronization system.It overcomes these shortcoming such as low reliability and bad anti-interference to make use of integrated circuit phase locked loop constitutes to temperature frequency conversion circuit.For the accurate diagraph of temperature and need to carry on a temperature examination a control of the equipments provided a kind of viable electric circuit design a project.

Keywords：digital phase locked Loop；phase modulating synchronization；temperature control；frequency conversion

1 引 言

锁相的概念在20世纪30年代提出后，很快就被广泛地应用在电子和通讯领域中。使用锁相环PLL（Phase Locked Loop）电路的设备包括存储器、微处理器、硬盘驱动装置、射频无线收发器和光纤收发器等。近年来，集成电路的工作频率和片内集成的功能正以等比级数的速度增加，高性能的集成电路也被广泛地应用在高频无线通讯及光纤通讯中，这也意味着在同一个系统晶片内，同步的问题也变得更加复杂了。而数字集成锁相环路更有助于发展高性能和低成本的电子系统，高性能的锁相环频率控制系统在现代工业自动化、国防高精尖科技等领域有着越来越广泛的应用，其设计的合理性直接决定整个系统的精度。锁相环技术应用于应用于温度检测电路中，通过温度度传感器将温度的变化转变为频率的变化，可以用来精确测量温度或用于自动控制电路中调节机器的运转速度。

2 集成锁相环的基本原理

锁相环的主要任务是保证本机的振荡器产生的频率和相位与接收的基准信号频率和相位完全相同，使电路工作频率达到稳定。锁相环的基本组成如图1所示，其主要由相位比较器、低通滤波器、压控振荡器3部分组成。

3 系统结构及电路设计

3.1 集成锁相环的结构

如图2所示为采用了CMOS工艺的数字集成锁相环CC4060的内部结构及引脚图。其中，放大器A1对输入信号υi进行放大和整形。相位比较器（鉴相器）PC1仅由异或门构成，他要求两个相比较的输入信号必须各自是占空比为50%的方波；PC2是由边沿触发器构成的数字相位比较器，仅在2个相位比较的输入信号的上升沿起作用，与输入信号的占空比无关。

3.3 温控变频电路的设计

常见的温度控制系统，是先利用温度传感器将温度的变化转换为电阻中电流的变化，继而引起电压的变化，实现控制功能。虽然其实现容易，但是可靠性低，抗干扰能力差，本文力求解决这一问题。设计思路是将温度变化转换为频率变化加以控制，先借助温度传感器和数字集成锁相环电路把温度的变化转变为振荡器输出信号频率的变化，随着温度的渐渐升高，信号频率也随之慢慢改变，当达到设定温度时，频率也将确定。

将电压信号V变换成频率信号F在信号检测电路、现代通信中应用广泛，用锁相环电路能方便地实现V/F变换。根据压控振荡器的原理，在锁相环的输入端或VCO的电压控制端加一直流电压，则VCO的输出频率会随输入信号的瞬时电压变化而实现V/F变换。反之，也能实现F/V变换。图4就是根据这一原理实现的温度电压频率的信号变换电路。

在图4中，温度传感器AD590将检测温度（－50～125 ℃）变换成直流电流，经电阻分压后得到直流电压送入精密运放OP-07放大后输入到CC4060的第9脚，作为压控振荡器VCO的控制电压，从第4脚输出的频率信号f0与控制电压的大小对应成比例。因此，他也和温度传感器的直流电压VT成比例。R4和RP用于调整运放的输出电压，R5改变运放的增益。调整R1，Ct使VCO的固有频率fυ为10 kHz。逐点测量压控振荡器的电压控制曲线Vd和fυ；测量传感器AD590输出VTв胛露鹊墓叵担坏鹘朔OP-07的放大倍数，即可实现温度到频率信号的变换。

参 考 文 献

［1］蔡明生，黎福海，许文玉．电子设计［M］．北京：高等教育出版社,2004.

［2］沙占友．数字化测量技术与应用［M］．北京:机械工业出版社，2004.

［3］曹辉，胡俊，黄均鼐．数字式温度测量电路的设计及其实现［J］．微电子学报，2001(3).

［4］Razavi B.Monolithic Phase-locked Loops and Clock Recovery.IEEE Press，1996.

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关键词 DSP 数字信号处理 发展趋势

中图分类号：TP3 文献标识码：A

1 关于DSP芯片的发展和分类

DSP的概念的萌芽诞生于美国的大学，而在DSP芯片出现以前，实时信号的处理一般是在通用处理器上完成。直到上世纪70年代末才出现了专门的可编程数字信号处理器。纵观DSP芯片的发展历程，可以将其分为三个阶段：

第一阶段，DSP的雏形阶段。1980年前后，在DSP芯片出现之前，数字信号处理只能依靠通用MPU来完成，但是MPU较低的数字信号处理速度和高能耗难以满足高速实时的处理要求。1978年AMI公司了世界上第一块DSP 芯片―― S2811，随后各大集成电路厂商相继推出了各自的DSP芯片。这个时期的DSP芯片由于内部没有专门的单周期硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据处理能力和运算精度受到了很大的限制。

第二阶段，DSP的成熟阶段。1990年前后，国际上许多著名的集成电路厂家都相继推出自己的成熟的DSP产品。如：Motorola公司的DSP5600、9600系列，TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，AT&T公司的DSP32等。

第三阶段，DSP的完善阶段。2000年以后，DSP芯片不仅信号处理能力更加完善，而且系统开发更加方便，程序编辑调试更加灵活，功耗进一步降低，成本大幅下降，系统集成度更高，大大提高了数字信号的处理能力。这一时期的DSP芯片另外一个最大的特点是实现了指令的多发射，一般采用超长指令字（VLIW）结构，还有一些采用单指令多数据流（SIMD）结构，其时钟频率可高达1GHz以上，可在Windows环境下直接用C语言编程。

经过了快半个世纪的发展，目前市场上已有上百种DSP芯片，即使是同一公司的产品，每款DSP芯片在结构和性能上都有很大的差异，通常DSP芯片可以按照下列三种方式分类：

（1）按基础特性分类。这是根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。如果在某时钟频率范围内，DSP都能正常工作，除计算机速度有变化外，没有性能上的下降，这种芯片称为静态DSP芯片。如果两种或更多的DSP芯片，它们的指令集、机器代码及引脚结构相互兼容，称之为一致性DSP。

（2）按数据格式分类可分为即定点数据格式和浮点数据格式。

（3）按用途分类可以分为通用型DSP和专用型DSP。通用型适合普通的DSP应用。而专用型DSP是为特定的功能、运算设计的，如数字滤波、卷积和FFT等。

世界上主要的DSP制造商有四家：德州仪器（TI）、摩托罗拉（Motorola）、朗讯科技（Lucent）和模拟器件公司（ADI），其中TI公司独占鳌头，占世界市场45%的份额。TI公司多年来不断发展，开发了一个庞大的DSP家族――TMS320家族。在这个家族中，主要可以分为三大系列：

（1）TMS320C2000系列，包括C20x、C24x、C24xx、C28x等，该系列产品主要用于数字控制系统；

（2）TMS320C5000系列，包括C54x、C55x等，该系列主要用于低功耗、便携式的无线终端产品；

（3）TMS320C6000系列，包括C62x、C67x、C64x等，该系列产品主要用于高性能复杂的通讯系统或者其他一些高端应用，如图像处理等。

2 DSP芯片的趋势和应用

与国外相比，国内对DSP方面的研究起步较晚、差距较大。随着应用对DSP的要求越来越苛刻以及设计方法和工艺的日益进步，DSP技术预计将向着以下几个方面发展：

（1）更高的集成度。缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP多数基于RISC（精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP内核，并将几个DSP内核、MPU内核、专用处理单元、电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。这样的集成缩小了整机的体积，缩短了产品上市的时间，是一个重要的发展趋势。

（2）DSP的内核结构进一步改善。DSP的结构主要是针对应用，并根据应用优化DSP设计以改进产品的性能。多通道结构和单指令流多数据流（SIMD）、超长指令字结构（VLIW）、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的超级哈佛结构在新的高性能DSP芯片中将占据主导地位。

（3）向低功耗方向发展。便携式数字终端设备是DSP芯片最重要的应用市场之一，如何在保证高性能的同时降低功耗是未来DSP芯片设计时首先考虑的问题。

（4）可编程DSP将成为主导产品。可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。

（5）追求更高的运算速度。随着VLIW技术和静态超标量技术在DSP应用上获得巨大成功，DSP处理器在体系结构上可挖掘的空间进一步加大，通过增加CPU的运算单元数量就可以显著提高处理器的性能。

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人类已经进入了信息社会，电子信息产品已经透射到我们生活的各个角落，包括国防军工用品、通信、医疗、计算机及周边视听产品、玩具等。传统的电子线路设计工作需要有完备的元器件及仪器设备，在实验室中繁复调整测试才能完成。这需要消耗大量的时间、精力以及实验成本。传统的电子线路设计方法和手段，已经难以适应电子技术飞速发展的需要。

随着社会的发展和技术的进步，人美对电子相关行业提出了更高的要求：精确、稳定、轻巧、保密、可靠；同时，电子行业又具有产品更新快，研发周期短的特点，为了满足不断发展的市场需求，加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破，电子行业必须采用新的研究方法和技术。随着计算机的发展，计算机在电子设计中占有了很大的比重。计算机辅助技术(ComputerAidedDesign,CAD)技术，以及在其基础上发展起来的电子设计自动化(ElectronicDesignAutomztion,EDA)技术已成为电子领域的重要学科，并逐渐成为一个新型的产业部门。

一、传统电子产品设计中遇到的问题

1、传统的电子产品，从设计、调试到验证完成，一般采用面包板或专门的焊机板，通过手工装配，再进行电路的反复测量、评估电路性能。当电路设计非常复杂时，采用这种传统的设计方法，极易产生连线错误、器件损坏等人为错误，常会造成人力、财力、时间的浪费。尤其是设计集成电路时，传统的设计方法无法模拟集成电路的真实特性。

2、电子产品的各项性能的分析，特别是消耗和破坏性的分析与测试。

3、设计过程中的大量的复杂的计算。

二、电子设计自动化的发展过程及解决的问题

在20世纪70年代到80年代中期，计算机技术和电子技术的发展促进了计算机雇主设计(CAD)理论的研究和应用，是CAD技术成为电子设计领域的新兴学科。20世纪80年代中期开始，随着高性能计算机技术的发展，尤其是微型计算机技术的发展，CAD技术迈向了其高级阶段，出现了电子设计自动化(EDA)。

电子设计自动化技术(EDA)是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、信息处理技术、及智能化技术，进行链子线路与系统的功能设计、逻辑设计、性能分析、系统优化直至印制电路板的自动设计，它可以完成电子工程设计的全过程。利用EDA工具，电子设计工程师可以从概念、算法等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。其基本特征是以计算机硬件和相关软件为工作平台、最大限度地提高电子线路或系统的设计质量和效率，从而节省人力、物力和开发城本，缩短开发周期。

三、电子设计自动化的主要特点

1、设计过程自动化

在EDA的应用中，可以利用EDA应用软件，实现由系统层到电路层再到物理层的整个设计过程的自动化。在设计过程中，设计人员可以按照电子线路或系统的指标要求，采用完全独立于芯片厂商及其产品结构的描述语言，在功能级对设计产品进行定义，并利用应用软件提供的仿真技术验证设计结果。具体地讲，设计人员可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统通过计算机机上自动完成。

2、高度开发的集成环境

利用计算机技术的支持，在计算机平台上安装功能不同的软件，形成一个功能强大的EDA设计环境。在这个环境中，可以控制和管理设计方案、设计过程和设计数据，甚至可以让这些软件共享设计资源。这种高度开放的集成环境，包含了电路设计开发过程，而且其文件类型在不同的EDA软件中是可以共享的。

3、高度智能化的操作

在EDA技术中，由于应用软件的智能化设计，各种设计向导和提示十分完备，使电子设计人员不必学习更高深的专业理论知识，更不必进行手工运算，在应用软件环境中，就可以完成线路或系统的设计，并得到精确的仿真结果。

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电子电路课程是电工专业的专业基础课，也是非电工专业如计算机、机械等专业的非常重要的技术基础课程。电子电路课的主要任务是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打好电子电路技术的理论基础，并接受基本技能的训练。学生学好该课程无论是对后续专业课程的学习，还是毕业以后的工作或者对继续深造都起着重要的作用。

1.教师的实践能力

经过几年的教学活动和参加产品开发研制工作，证明理论教学与实际结合是至关重要的。在电子电路课程中，学生最终应达到两个目标，一是会将实际电路抽象成电路模型，并能分析其原理，当电路出现故障时会修复;二是会分析已经绘出的电路模型，达到实现电路设计的目的。上述教学目标的实现，需具备两个条件，一是教师的实践能力，二是实验设备与手段。现任的成人高校教师中，90%是从应试教育的模式中培养出来的，他们中的绝大多数人都是从学校出来后直接进入教育岗位的。教师本身就没有实践经验，所以在教学中只能有意无意地避开实践环节。但这一现象导致了人才培养的恶性循环。因此，教师和学校都应从这一误区中尽快地走出来。教师是否了解学科技术的前沿，能否更多地将当前新工艺——现代新产品设计流程;新电子元件——目前广泛使用的新器件，新仪器产品——现代电子仪器的使用介绍等内容融入课堂教学是至关重要的。

2.学生的学习状况

在课堂教学中，开始学生还可以接受一些知识，但随着教学的深入，学生感到了困难，随之学习的兴趣越来越少，主动学习便是一句空话，学习者也就是为了应付考试，最终的教学目的很难达到。

3.实验课的现状

由于工科专业招生困难，大部分学校把经费都投向了计算机房等能马上收回成本、赚钱的项目上。因此，电工实验都在吃着老本，用着十几年前的仪器设备，跟不上现代工业的发展及电路设计的要求，实验质量也因此受到很大的影响。所以，合理地增加实验经费，更新实验设备已迫在眉睫。另外，课时的压缩，导致教师把重点放在知识的传授上，对于实践环节只用很少的课时，这对提高学生的动手能力是极为不利的。

二、电子电路教学方法探讨

1.注重基础知识的教学同时避免过于片面性

面对学生编写教材和教学时，模拟电子电路课程不易片面强调以集成电路为主，理由如下：

（1）模拟电子电路是学生第一次接触到的一门工程型、技术型、实用型的课程，它与先修课程“电路分析基础”和“信号与系统”有很大的差别。后者是讲述模型化电路和信号的分析方法，而电路的结构、元件的取值和信号的性质的不同并不影响分析方法的学习。但电子电路却是具有—定功能的实用电路，学生在学习模拟电子电路课程时，由于受习惯思维的影响，碰到的第一个疑点和难点是不理解电子电路课程的工程性特点;而且面对实际的电子电路进行分析和计算时，要引入有源器件参数的离散性和误差。考虑到这些基本因素，学生在学习电子电路的过程中是否能采用在一定的误差和容差范围内，忽略某些次要因数，而抓住主要矛盾来进行工程估算，使之既不失设计计算的正确性和可靠性，又能使分析和设计计算简单化。这种基本能力的培养，显然应该作为模拟电子电路教学的基本出发点，而片面强调以集成电路为主势必会削弱学生这种基本能力的培养和建立。

（2）模拟电子电路课的新概念多，所涉及的基本理论、基础知识和基本方法对专科生的培养起着重要的作用;而且课程的内容体系与其他相关的专业课程之间保持着紧密的衔接和交融，因此在基本概念的讲述上不能压缩篇幅。另外，概念清楚、基础理论扎实，也是灵活应用集成电路的关键。

（3）集成电路类型品种繁多，而且发展十分迅速，到底以哪些电路为主?即使花费很大力气讲清楚了几种，由于基础不扎实学生也不可能用好其他类型的集成电路。

（4）集成电路内部结构极为复杂，大量问题不是从电路的基本原理考虑，而是从工艺角度考虑的，从提高性能指标考虑的。若提倡以集成电路为主，很容易出现内部电路讲的过细的情况，影响了基本理论的学习。

（5）由于片面提倡以集成电路为主，有许多书籍用大量的篇幅讲集成电路的应用，例如运放组成的反向比例放大、同相比例放大、加法、减法等电路。其实这些内容十分简单，只要讲清楚分析问题的思路和要点即可，完全可以让同学自己分析。故集成电路的应用不宜延伸太宽。

从以上五个方面来看，片面强调以集成电路为主的提法容易偏离模拟电子电路课程的方向，不利于加强基本概念和基本理论的学习，不利于打牢基础。

2.以实例为基础，讲授课程的主要内容

为提高学生的学习兴趣，开始先提出一个实际问题，例如用比较通俗语言讲解“电视信号测量仪”的原理方框图，对“电视信号测量仪”产品的原理方框图，先提出问题，再解决问题，在解决问题中根据课程基础知识衔接问题，确定方框图中各个方框详细内容解剖的顺序，在讲解基本原理的基础上一个一个攻克。在学生的头脑中始终有一个主线——解决实际问题，课程的主要内容逐步展开，使学生清楚学习完某一个单元电路后，它可以解决什么问题，今后如何应用。

例如：介绍检波方框时，先介绍二极管的构成、符号和特性，在介绍二极管的各种用途时，重点讲解二极管的检波特性，即如何将交流电变为直流电的过程，同时使学生对单元电路和整体之间的关系有深入了解。又如讲解中频放大器方框时，从三极管入手，可将模拟电路的主要内容引出;在LCD显示方框中，可引出数字电路中许多常用的单元电路部件。

3.以实例为切入点，改进实验手段，培养学生的设计能力

在教学中尽量多地通过实例的引用，使课堂教学内容丰富，不断激发学生的学习兴趣。但增加实验课时与改进实验手段仍是实现培养目标的关键。首先应明确实验课已不是传统意义上的电路物理量的测量与计算、验证定理。随着计算机的迅速发展，实验应提供给学生电子自动化设计工具，如Pspice软件，该软件能够模拟电路的性能，可以把它引入到教学与实验中，课堂上以实例中的某一模块为切入点，用计算机模拟电路性能并进行输入输出测量，使学生对实际电路的性能有较直观的了解，并借助该软件分析电路。

4.在实验教学和实验室科学化管理中加强计算机的应用

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1.1居民生活环境中的应用

在过去，人们接触网络通常都是在工作单位，现在，人们下班后可以在家中进行网上冲浪已成为人们生活的“必需品”了。在这种需求背景下，房产开发商提出了智能小区建设的规划，为小区住户提供了高质量的宽带交互式多媒体信息服务，并提供了实用的网络平台。当今在智能小区中，居民能够利用此平台实现网上销售与购物、远程医疗、视频在线、视频会议、电子商务、远程通讯、居家办公、异地间的资源共享等，真正地将居民日常生活所关心的家庭保健、家庭娱乐、工作学习等问题进行廉价、快速地信息化解决。

1.2信息化教育

如今，互联网与教育这两种力量决定着时代的命运。而这两种力量的融合促成了教育的信息化。教育信息化是以计算机、多媒体以及网络通讯为基础的现代化信息技术。信息化教育是信息社会的产物，同时是信息化社会对教育的新要求，其出现具有着时代的必然性。

1.3日常中的设备信息化

随着人们对生活信息化的需求，更多的日常设备都或多或少的应用上了信息技术。如：彩电的数字网络功能和冰箱的恒温控制系统等。而逐渐走入百姓家的汽车更显现出信息技术在日常设备中应用发挥到更高程度。汽车工程界专家曾指出：电子技术的发展已使汽车产品的概念发生了更为深刻的变化。汽车的新电子系统由各个电子控制单元（ECU）组成，能够独立操控，同时还可以协调到整体运行的最佳状态。

二、电子信息技术应用的特点

电子信息技术是当前计算机发展的主体特征，计算机网络信息技术的应用有如下特点：

2.1电子信息技术的集约化与智能化

智能化是计算机发展的主要方向，现代网络信息技术已经能够模拟人的感觉行为以及思维活动，进行集约化的逻辑分析及信息综合处理。

2.2电子信息技术的网络化与数字化

随着计算机应用技术的进一步深入，网络已经成为现代信息技术与计算机技术结合产物。通过使用计算机高清晰数字处理技术以及网络化运行，这样使信息资源得到共享与互动交流。

2.3电子信息技术的高效化与快捷化

现代计算机网络技术的开发与应用，是在各种信息资源的整合与存储的基础上，使用计算机信息处理技术，从而实现各种信息的高效率与快捷化管理。

三、电子信息技术的未来发展

3.1光电子技术是未来信息技术的核心技术

现代电子信息技术经历了电子学和光电子学两阶段的发展，随即步入了光子学新阶段。许多科学家预测，本世纪将是光电子技术得到迅速发展的世纪，光子作为信息与能量的载体，逐渐产生了信息光子学及能量光子学，两者都在按自己的规律及市场需求不断向前发展，推动了现代光电子交叉学科及光电子信息产业发展。所以，光电子学是未来信息技术的核心，将在未来许多科学技术领域中起到带领作用。

3.2微电子技术系统集成化

在电子信息技术中，电子信息硬件产品的“核心”即集成电路制造技术。集成电路的应用范围是十分广泛的，例如从计算机的CPU到IC卡的各种类型，都需要运用到集成电路。微电子技术已经过了大规模（LSI）、超大规模（VLSI）以及特大规模（ULSI）集成时代。作为高科技代表的集成电路技术对世界经济的发展有着重要的影响。集成电路产品的发展趋势体现在芯片面积趋大，集成度也越来越高，特征表现在尺寸越来越小，芯片上的系统也日益趋于完善。在未来十年内，集成电路的发展仍将以硅基CMOS电路为主流，其主要发展趋势是加工细微化及硅片大直径化。

3.3计算机技术向多媒体与智能化发展

计算机技术包括网络计算、移动计算、并行计算等，PC机、服务器和外部设备设计开发技术、多媒体技术以及人工智能技术等。近年来计算机性能几乎每两年提高一个数量级。当前的CPU已由32位向64位过渡了；产品结构已经从计算机为核心向因特网网络设备为核心转变；存储设备在系统中的比重趋大，存储技术向海量存储方向转变；多媒体技术的应用将使计算机、通信以及家电融为一体，DVD光驱已取代CD-ROM，语言与手写识别技术和数字图像交互技术已趋于实用化，多媒体技术在微机中绿化带的配置引起了注意，电脑将更加趋于个性化与拟人化。笔记本电脑得到了迅速发展，手持电脑也以全新的面貌面向世人。

3.4通信技术向宽带化、综合化及个性化

发展通信技术包括光纤传输技术、数字微波技术、移动通信技术、有线或无线接入技术与卫星、等。低轨道卫星通信当前已经实用化；光纤传输技术使其传输速度翻一番，传递活动画面的通信业务已经在人们生活中得到应用；移动通信技术的发展十分迅速，CDMA、GSM数字移动通信已经全面取代了模拟移动通信，GPRS走向商用，而第三代移动通信系统的国际标准正在制定并予实施；数字微波系统由数字系列（PDH）向同步数字系列（SDH）全面转变；在通信产业中宽带接入技术发展较为迅速，光纤主干网站接入已超过G级，Internet无线接入技术以及蓝牙技术日臻成熟；IP电话向电信业务的深入，使得传统电信技术和IP技术融合速度得到进一步加快，其中IP选路、包交换、DWDM光传输及Web应用已成宽带网下一代必须考虑的四大要素，IP技术将与ATM技术相互结合。

3.5网络技术向大容量、多业务与高性能发展

目前，IP业务呈爆炸式增长发展，宽带综合业务超高速因特网、数字网（B-ISDN）将是未来网络技术发展的重点。第二代融合数据、语音以及影像的多元Internet网络取代第一代Inter－net单一数据网络已经成为必然，使用密集波分多路复用技术（DWDM）的光通信网络将极大降低网络传输的成本，使用户享受无限带宽，使多媒体实时通信成为了可能。网络多媒体通信的主要任务就是实现所有媒体成份数据的有效传输与应用。

四、小结

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【关键词】处理器；容错技术；研究；展望

中图分类号：E951 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

容错技术对于处理器的正常运行来说至关重要，如何在处理器上很好的利用容错技术已经成为了处理器进一步发展的必要课题，处理器容错技术的研究需要结合处理器的特性展开，同时对其容错技术做出进一步的探讨。

二、容错技术概述

容错就是当由于种种原因在系统中出现了数据、文件损坏或丢失时，系统能够自动将这些损坏或丢失的文件和数据恢复到发生事故以前的状态，使系统能够连续正常运行的一种技术。

容错FT(Fault Tolerant)技术一般利用冗余硬件交叉检测操作结果。随着处理器速度的加快和价格的下跌而越来越多地转移到软件中。未来容错技术将完全在软件环境下完成，那时它和高可用性技术之间的差别也就随之消失了。

局域网的核心设备是服务器。用户不断从文件服务器中大量存取数据，文件服务器集中管理系统共享资源。但是如果文件服务器或文件服务器的硬盘出现故障，数据就会丢失，所以，我们在这里讲解的容错技术是针对服务器、服务器硬盘和供电系统的。

三、处理器容错

处理器在运行过程中产生的错误可以分为硬错误和软错误两种。硬错误是电路单元产生的不可恢复故障,是永久性的错误;而软错误则是由于噪声干扰或者高能粒子撞击而引起的瞬态故障,是可以恢复的错误。研究表明,计算机系统中80%~90%的失效都由瞬态故障引起,表明瞬态故障是引起计算机系统失效的主要原因。

为了消除软错误的影响,提高处理器的可靠性,可以在设计阶段采用容错设计技术,通过冗余容错的电路以及体系结构设计,使得处理器具有容错功能。容错技术总是同冗余的概念联系在一起,冗余技术可以基本分为如下几类:硬件冗余、软件冗余、信息冗余和时间冗余。

四、 处理器容错方向

随着处理器逐步采用纳米级制造工艺，处理器的集成度越来说高，功能越来越强大。然而在处理器性能得到大幅提高的同时，由于集成电路特征尺寸的减小、电源电压的降低和频率的升高，使得处理器对于串扰、接地反弹、电磁干扰以及辐射等各种噪声干扰变得更加敏感，并可能引发错误的操作，大大降低了处理器的可靠性。直到近几年，处理器本身的可靠性和容错设计才得到人们足够的重视。处理器容错设计的研究有四个主流方向，下面将分别介绍当前处理器可靠性设计和容错处理的各个方向：

1、在 FPGA 上实现可重构容错处理器

可重构技术的出现使处理器可靠性的提高得到了很大的发展空间，取得了巨大的进步。FPGA 本身具有可编程改变逻辑的功能，因此在高可靠性设计中，可以利用 FPGA 的现场可编程特性，当工作单元出现故障时，通过对芯片进行重新布局布线以及网镖数据重载，实现芯片逻辑功能的现场重构和修改，从而提高无人工作环境下处理器的可靠性。

2、单芯片处理器的容错与可靠性研究

从硬件和软件设计两个方面采取措施，提高单芯片处理器的可靠性，这是当前处理器可靠性研究的主流方向。为了提高单芯片处理器的可靠性，可以从工艺、电路设计、微结构设计以及软件设计等不同角度出发分别采取措施，绝大多数研究都集中在处理器的容错结构设计上。

3、处理器阵列的容错与可靠性研究

一些对处理器性能需求很高的特殊应用场合需要采用处理器阵列，例如图像处理、气象预测等。

五、处理器容错技术

本节以我们提出的分类法为基础，以处理器容错技术的趋势为线索，对目前流行的处理器结构、微结构的容错机制，以及业界在不同层次上有代表性的研究成果进行介绍和分析.

1容错与高性能技术的融合

如图1所示，时问冗余可以在指令级或线程级等不同的级别实现.

（一）指令级容错

指令级容错主要利用处理器已有的高性能技术，在对其结构、微结构做最小改动的情况下利用ILP实现容错.近年来许多高性能技术已经应用到容错领域,例如指令重发、指令复制、指令重用(instruction reuse)以及Bi-t sliced技术等。

指令重发与指令复制技术(instruction reissueand instruction replication)时间冗余技术的典型作法是使指令执行两遍并对两次执行结果进行比较,实现以指令为单位的“细粒度”容错。这可以通过指令重发或指令复制机制实现。

①指令重发:在处理器的调度段使指令重复执行;

②指令复制:在解码段利用指令注入技术(in-struction injection)在处理器中形成多个指令流实现。该方法利用指令注入逻辑从主线程生成R-1个冗余指令流,并为每条指令的R个拷贝分配连续的ROB(reorder buffer)单元分别进行解码并分派到功能单元执行,起到了重复执行的效果。当多个指令流的执行结果一致时,在处理器提交段又合成为一个指令流,即每条指令只提交一次;不一致时则利用分支回绕(branch rewind)机制将处理器恢复到正确状态。总之,指令重新执行的方式以时间为代价换取了处理器的高可信性。

（二） 指令重用IR(instruction reuse)

动态指令重用是一种非前瞻技术,原理类似于备忘录。指令重用利用程序本身固有的冗余特征,即一个静态指令的实例会以相同操作数多次执行,来消除处理器冗余计算提高性能。为降低其时间代价,人们把IR指令重用技术应用于容错领域。

如图2所示。重用缓冲(reuse buffer)包括一个操作码、两个操作数和一个执行结果。指令执行时会检索重用缓冲,命中则直接利用查找的结果进行提交;否则指令正常执行,并将指令执行结果写入重用缓冲。重用也可以在不同的级别实现,如块重用、踪迹重用等.

2容错与低功耗技术的融合

和高性能一样，低功耗和可信性已经成为下一代处理器设计的两个重要指标.因此，正确地理解处理器中各组成部件的功耗与可信性的关系及其交互具有重要意义。人们对Cache中的功耗与容错交互问题进行了深入研究。Zhang等人提出一种通过保护复制数据实现低功耗的机制;Somani等人对使用频率高的Cache行进行保护降低功耗;Li等人在电路级和微结构级研究了可信性与低功耗的交互与均衡问题,并提出了一种自适应的、利用不同复杂度编码实现对Cache中干净数据(clean)和脏数据(dirty)保护的机制。Zhang等人提出了一种检测点(checkpointing)与动态电压调整DVS(dynamic volt-age scaling)相结合的方法在实现容错的同时对Cache进行动态功耗管理。功耗感知的(energy-aware)自适应检测点在任务级对功耗动态管理的同时实现了容错。不同的低功耗技术具有不同的可信行为,低功耗与可信性的交互与均衡已经受到业界的高度关注。

3性能/功耗/容错的交互

DVS控制策略机制网络处理器NP(network processor)的出现为路由器等高性能网络设备的构建提供了灵活、高效的平台,目前已成为嵌入式领域的热点。典型的NP集多处理与多线程技术与一身,在一个芯片中集成了多个利用包级并行性快速执行的可编程微引擎ME(micro engine)提供强大的网络处理能力。Intel公司的IXP1200是NP结构的代表,它由一个Stron-gARM处理器核、6个微引擎、一个标准内存接口和一个高速总线接口组成。随着主频的提高和复杂性的增加,功耗已经成为NP设计中的重要因素之一。在这样的背景下,Luo等人开发了一个基于IXP1200的定时准确的、开源的结构级性能/NP仿真框架———NePSim,在性能与功耗方面获得了满意的准确度。如图4所示,Luo模拟了DVS技术对降低功耗空间进行了优化,以0.5%的性能代价获得了8。1%的功耗收益。目前我们正在从事NP中性能/功耗/容错交互与均衡的深入研究。

六、结束语

本文研究分析后得出的结论是，处理器容错技术对于当今处理器的性能优化有很大的帮助，能够极大的提高处理器的使用效果，为用户提供更好的处理器，但是，对于处理器的容错技术，我们还需进一步的进行研究和分析。

参考文献

[1] 梁柱.网格与容错[J].科学咨询(决策管理). 2010(04)

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能耗是个大问题

为突破“摩尔定律”的极限，除了不断提升集成电路计算机运算效率，各种新型计算机也在科学家脑中酝酿。以量子计算机为例，其基本数据单位依然是比特0或1。但与传统计算机不同，一个量子比特可以同时表现为0和1，两个量子比特就是00、01、10、11四种状态。以此类推，300个量子比特承载的数据量便可达到2的300次方，超过整个宇宙的原子数量总和，由此带来运算速度的极大提升。

除了提高性能，降低计算机系统能耗更是个棘手问题。据专家介绍，目前国际上高性能计算的主流体系结构，都建立在上世纪40年代冯·诺伊曼的理论之上，随着时展已面临不少瓶颈。例如，实际应用性能仅有峰值性能的5%10%，许多性能被“放空”；用户无法根据实际应用需求自主参与计算控制，实用性差。这两个缺陷导致计算系统能耗高居不下，目前位列世界前10名的高性能计算系统功耗均在数兆瓦以上，相当于一个中等城市公共照明用电的总量。各大互联网公司的数据中心能耗同样惊人，谷歌公司云计算中心每天的耗电量和整个日内瓦市的耗电量相当。如果未来计算机只是简单地做服务器数量叠加，而不考虑能耗问题，其用电成本将是天文数字。

向结构体系动刀

如何让计算机系统实现真正的高效能运算？邬江兴院士大胆选择了向整个计算机体系架构“动刀”，提出了一种全新的“PRCA体系结构”。在这种新体系下，计算机变得更加“聪明”，它不仅能分析、识别各种应用的类型、需要动用的计算资源，还能据此“调兵遣将”，做到“减有余，补不足”。例如，一个由100台服务器组成的数据中心，50台用于处理和电子邮件相关的指令，50台用于提供视频点播服务。在传统的计算架构下，这种任务分派是一成不变的；但在PRCA架构下，如果视频服务过于集中，50台服务器应接不暇，那么原本为邮件服务待命的服务器，也能　“增援”。这样一来，计算机资源的可持续利用率提高，硬件的更新换代频率有可能将不再频繁。由于所有的计算能力都用在“刀刃”上，整个系统能耗也大大降低。

和传统计算机　“铁板一块”的体系架构不同，这种新概念计算机最大的特点是“会认知”、“柔性可变”。当外界指令输入，算核能根据需要组合出不同的CPU、GPU或者存储器结构来支持运算。结构变成什么样子，完全取决于指令的内容。邬江兴院士将此类比为碳原子碳原子排列结构不同，既可以产生出世界上最坚硬的金刚石，也能够变成较柔软的石墨。

颠覆性创新有待验证

这种动态可变的体系架构，通过软件和硬件的共同创新实现。软件方面包括一系列新型系统，硬件则涉及CPU、存储结构等方面的改革。对于传统计算机体系结构来说，这相当于一次颇具颠覆性的创新，需要进一步实践验证。项目组也坦言，目前学界对此尚有不同看法和意见。但至少有一点已在业内达成基本共识：从具体的应用需求出发，重新设计计算机的结构，实现“智能”调配资源，很可能是未来高效能计算机的发展方向。

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【关键词】机械电子工程；电子电路学；人工智能

世之瞩目的人机大战最终以阿尔法狗的胜利而告终。这场为无数人所关注的围棋比赛，刷新了人们对人工智能的认知。长久以来，人工智能对人类来说仿佛只是一个存在性的概念。殊不知，人工智能已经悄然分布在我们身边。对于人工智能的讨论和定性一直尘埃未定。但毋庸置疑，人工智能必然是未来的一个发展方向。人工智能涉及到众多学科，例如仿生学、电子电路学、机械电子工程学等。比起其他学科，机械电子工程是一门比较老的学科。无论是在理论的成熟性上，还是在应用的广泛性上，机械电子工程都有着得天独厚的优势。因此，研究人工智能的发展，必然离不开机械电子工程的相应支撑。

1人工智能的发展

人工智能的概念起源于工业时代。随着科技的发展，大量的机器开始取代人力进行生产工作。无论是以蒸汽为动力的机器，还是以电力为动力的机器，都可以周而复始地重复一样工作，从而大幅度地解放人力资源。但是，由于机器的局限性，它们只能固定地重复某一动作或者某一套动作，而不会自我进行改变。当外界环境改变的时候，它们依旧会重复这些动作。因此，人们急切需要一种可以针对外部条件进行自我改变的机器。随着电子管和计算机的应用与普及，特别是随后的晶体管和集成电路的发展，为人工智能的出现提供了契机。人工智能的定义是指某一样机器在执行某一项指令时，如果外部条件发生改变，它也会自行改变自己的行动方式，从而适应外部条件的改变。但机器毕竟是机器，它们并不具有人类的思维。它们能够对环境作出判断和对自身做出改变，是因为人类提前在它们内部设置好了相应的程序。而晶体管和集成电路的大规模普及，和机械电子工程的成熟应用，为人工智能的应用与发展提供了新的成长土壤。

2机械电子工程与人工智能的相关性分析

归根结底，人工智能依旧属于机器。既然是机器，便离不开电子电路与机械的支撑。无论是多复杂，多精密的人工智能机器，当我们进行仔细分析的时候，就会发现，它们其实就是一个个电路所组成的。机械电子工程在电气时代就已经得到大规模发展。经过这么多年的应用，机械电子工程无论是在理论上的成熟性，还是在应用上的广泛性，都有着众多学科无可比拟的优势。而人工智能是在晶体管与集成电路发展成熟后，尤其是微型电子计算机发展成熟后，才得到快速发展的一门技术。换而言之，人工智能就是机械电子工程所延伸出来的一种产物。只是它包含了众多其它学科的知识，才是两者有了一定的区别。人工智能是机械电子工程的一种延伸性产物，但并不是完全性的机械电子工程产物。正如前文所言，人工智能除了包含了机械电子工程学，还包括了仿生学、物理学甚至数学等众多学科。所以，从严格定义上来说，人工智能与机械电子工程是不同的两个学科。但这两个学科并不是完全独立的，正如数学和物理学、物理学和化学。从表面上看，两者似乎并不相干；从严格定义上看，彼此也是分属不同的学科。但是当我们仔细分析的时候，我们就会发现，这些学科是彼此交叉的，互相联系的。所以，我们在对它们进行分析的时候，需要互相联系彼此，进行综合性分析。我们在发展人工智能的时候，必然是离不开机械电子工程的相应技术的支撑。因此，我们应该从更高的层面，综合分析，将它们联系起来，实现综合性发展。

3机械电子工程的智能发展

现在，人们的生活中越来越追求便利。无论是智能手机的发展，还是掌上电脑的应用，都充分体现了这一点。机械电子工程起源于电气时代，发展的成熟性和实用性都很高。但是，它已经无法完全适用于现代的生产生活。而随着智慧城市的提出和各种人工智能产品的大规模应用，人们对机械电子工程的发展提出了新的要求，即“智能化、微型化、实用化”。例如现在常见的一种“智能家居”。这种东西已经不再仅仅是一种概念产品，而是已经发展出实物。它们可以根据人们的需求，对人们的生活环境进行适应性改变。“智能家居”从实物上而言，就是一些电子产品在微型计算机的整体控制下，进行对相应工作的分析和处理。这也就是机械电子工程的未来发展方向。随着微型计算机的大规模普及和应用，尤其是各种高性能的微型计算机的应用，需要机械电子工程为它们提供相应的电子电路来支撑，从而使得它们能够正常工作。因此，机械电子工程应该把握住时代的前沿，追随着时展的脚步，根据自身独有的成熟性优势，进一步发展，从而适应新时代的“智能化、微型化、实用化”的要求。

4结束语

人工智能虽然都得到了长足的发展，但综合来看，人工智能的发展仍旧十分不成熟，还有着很大的发展空间。机械电子工程作为人工智能的基础，也会随着人工智能的发展，实现自身理论的进一步成熟和相关技术的飞速发展。综合分析来看，人工智能虽然是机械电子工程的延伸产物，却已经和机械电子工程有了很大的不同。当我们在发展人工智能的时候，必然是离不开机械电子工程的相应技术的支撑。如果我们真的要对它们进行分析的话，我们就应该从更高的层面，综合分析，将它们联系起来，实现综合性发展。

参考文献

[1]王琪.机械电子工程与人工智能的关系探究[J].科学传播,2012.

[2]肖斌.薛丽敏.李照顺.对人工智能发展新方向的思考[J].信息技术,2009.

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只要想一想数码相机(DSC)。MP3播放器、GPS接收器。个人数字助理(PDA)等产品的情形，就能理解这一点。这些产品大多数都能用AC适配器、通用串行总线(USB)电缆或锂离子电池供电。不过，管理和控制这些电源之间的电源通路却带来了极大的技术挑战。直到最近，设计师们一直设法用大量MOSFET、运算放大器以及此类元器件来个别实现这一功能，但他们一直面临着巨大的热插拔问题和可引起严重系统问题的大浪涌电流。

大多数由电池供电的手持产品都采用专用集成电路(ASIC)来满足电池充电、电源通路控制、提供多个电源等需求，以及实现真正输出断接、准确USB限流等保护功能。采用这种方法的原因很明显：可以用单个器件满足所有电源管理需求。然而，这种做法也存在一些缺点。首先，ASIC采用特殊芯片制造工艺制造，难于最大限度地提高每项电源管理功能的性能。其次是从订货到交货的时间较长，这与ASIC的定义和开发有关，此问题在当今这种动态而设计周期短的时代变得更加重要。一个电源管理ASIC从概念到交货的生产时间超过一年半是常见的事。在这么长的时间里，特定产品的设计需求可能已改变了3次或更多。

以MP3播放器为例，从十几家制造商的多种MP3播放器可看出，这些产品的特点和功能存在共性，可用专用标准产品(ASSP)来实现．而且没有用单一芯片制造工艺制造集成电路常常产生的那种性能损失。就这些应用而言．凌特公司的LTC3455代表着高水平的功能集成。

采用4mm×4mm QFN封装的LTC3455无缝地管理AC适配器、USB电缆和锂离子电池之间的电源通路，同时符合USB电源标准。仿佛这还不够，LTC3455还具有一个全功能线性锂离子电池充电器，可提供高达800mA的充电电流，另外还有两个高效率的同步降压型转换器，能产生大多数USB外部设备需要的低压轨。此外，LTC3455还为微处理器提供加电复位信号、为存储卡供电提供热插拔(HotSwap)输出以及提供一个适合用作低电池电量比较器或LDO控制器的自由增益构件。

LTC3455的电源提供方法与属于充电器馈送型系统的现有电池和电源管理集成电路不同。在这类系统中，外部电源不直接向负载供电，而是用适配器或USB端口给电池充电，然后再由电池向负载供电。如果电池已经深度放电．那么电源电流要经过一个延迟时间才能到达负载。这是因为在电池获得所需的最低充电量之前不能向外供电。LTC3455去除了这一延迟，这样AC或USB电源一接上，手持产品就能加电。此外，该芯片将利用任何未被负载使用的可用电源给电池充电。

功能丰富、由电池供电的新型手持产品的另一个关键趋势是用开关电源代替线性稳压器以延长电池寿命。不过这个趋势导致了另一个设计问题， 因为很多手持产品的电路板上都有噪声敏感高频电路以及敏感射频接收器。噪声发生器(开关电源)和噪声敏感电路在一起可能产生干扰。

传统的解决办法是让产生噪声的电路远离对噪声敏感的电路。不过，在今天的手持产品中，例如在智能电话中．元器件排列如此紧密，以至于不可能再用这种方法了。由于成本和尺寸的原因，求助于屏蔽也不实际。传统的开关电源将噪声能量集中到窄带谐波中。不过，如果这些谐波中的一个碰巧与敏感频率(例如．接收器的中频(IF)通带)重合，就有可能产生干扰。这就迫使集成电路制造商设计在输入和输出都具有低噪声以及具有低电磁干扰(EMI)辐射的产品。

一种已经成功运用的降低噪声的方法是让DC／DC转换器的系统时钟产生高频抖动。这种方法以及由此产生的扩频工作允许用伪随机数(PRN)序列调制开关频率，以消除窄带谐波。一个在片上实现扩频工作的集成电路例子是凌特公司的LTC3251。LTC3251是一个500mA高效率，低噪声、无电感器型降压DC／DC转换器。LTC3251的扩频振荡器用来产生每个周期的时长都是随机但频率固定在1MHz至1．6MHz的时钟脉冲。这样做的好处是将开关噪声扩展到较宽的频率范围上。

最新的“智能”蜂窝电话允许Web浏览，无线传输电子邮件，拍照片、播放流式视频甚至玩游戏。一个处于萌芽期的趋势是，蜂窝电话中还包括一个使电话具有高容量存储能力的微型硬盘驱动器(HDD，盘片直径小于1英寸)，从而使这些智能电话还能作为MP3播放器使用。不过．要把这些功能塞进一个外形尺寸已经受限的产品中，同时还要获得更长的工作时间，智能电话制造商无疑面临着越来越大的压力。

从图1所示的智能电话方框图中很容易理解，功能越多，在不同的功率级上就需要越多的低压输出轨。蜂窝电话中的主电源轨过去常常是3．3V的，而较新的蜂窝电话设计采用1．5V主电源轨的情形越来越常见了。原因很清楚．大多数数字大规模集成(LSt)IC都工作在1．5V或更低的电压上。说明这种情况的两个例子是需要1．375V电压的基带芯片组和需要1．2V电压的应用DSP(用于视频处理)。

很明显，由于受到空间、效率和成本因素的制约，用负载点(POL)DC／DC转换直接把3．6V的锂离子电池标称输出电压降至上述较低的电压是不现实的。因此，设计师们转而选择采用两步转换的方法。他们先用高效率降压型转换器将锂离子电池电压降至1．5V。然后，从这个1．5V主电源轨．他们可以简单地用非常低压差(VLDO)稳压器为低压数字LSI集成电路供电。由于标称工作电流较低以及低压轨之间的转换效率可以达到80％～90％．所以两步转换方法在很大程度上是可能实现的。例如，在从1．5V降至1．375V以便为基带芯片组内核供电时，效率为91．7％。

在现代蜂窝电话中更加流行的功能是具有拍摄高分辨率静止图像和视频图像的内置数字相机。相机性能的提高也导致对大功率白光光源的需求，以使相机可在室内或昏暗环境中使用。广泛用于为彩色显示屏提供背光照明的白光发光二极管(LED)已经成为配备相机的蜂窝电话中的主要光源。白光LED拥有能够满足现代蜂窝电话设计师所要求的各种特点，如小尺寸、高光输出、可提供“闪光灯”和持续“视频”物体照明等。高输出功率LED一直专门用作各种集成相机灯。这些专门的相机LED非常适用于完成物体照明任务，但是它们也是极大的电池功耗源。

虽然用大功率LED产生可见光这一基本任务很简单．但是如果不改善现有设计．那么实现高性能电源和电流控制解决方案却是非常困难的，凌特公司的LTC3454是专门用来优化效率、准确度和大电流相机灯应用中LED电流控制的新产品之一。

LTC3454是一种同步降压―升压型DC／DC转换器，为 由单节锂离子电池输入产生高达1A电流以驱动单个大功率LED而优化。该器件视VIN和LED正向电压的不同，自动在同步降压、同步升压和4开关降压一升压模式之间转换。在整个可用锂离子电池电压范围(2．7V～4．2V)内可实现高于90％的PLED／PIN效率。

新出现的3G W-CDMA应用具有高速数据链路(也称为“高速下行链路分组接入”)，因此与其前一代相比，这些应用产生了一些独特的电源需求。为了获得最高的数据传输速率，射频功率放大器(RF PA)需要4．2V的标称输入电压。由于锂离子电池大多数情况下都是3．6V，因此当用锂离子电池为这些应用供电时，需要升压功能以获得4．2V电压。传统上，能够获得的最高电压是电池电压减去集成电路中集成的旁路晶体管上的100mV～200mY压降。当蜂窝电话改变到话音模式时．射频功率放大器需要更低的电源电压，通常为1V左右。提供这些电压一般来说是不难的，但是这里有一个潜在的问题，即电源必须能够在不到25μs的时间内从4．2V迅速转换到1V(反之亦然)。蜂窝电话从备用模式转换到发送模式时，也需要这么快的转换率，反过来也是这样。这就排除了SEPIC转换器或具开关LDO 的升压型转换器这类解决方案，因为这些解决方案不能在低于25us的时间内在高速数据模式和话音模式之间转换。

不过，凌特公司的LTC3444同步降压―升压型转换器已经为用于3G W-CDMA应用而进行了优化。它可以用单节锂离子电池向0．5V～5V之间的输出提供高达400mA的持续输出电流。LTC3444独特的降压―升压型设计使它能够用高于，低于和等于输出电压的输入电压工作。为了获得最高的数据传输速率，射频功率放大器需要4．2V标称输入电压。由于锂离子电池大多数情况下都是3．6V，因此当用锂离子电池为这些应用供电时，需要升压功能以获得4．2V电压。这种升压能力使得LTC3444对其前一代产品和所有同类器件而言都是独一无二的，这些同类器件采用旁路晶体管代行升压功能，而且只能提供略低于VBATT的电压。

篇10

产业集群研究最核心的任务是回答什么是集群创新绩效的决定因素。20年来关于产业集群的学术成果，无论是理论研究还是经验实证，无论是比较研究还是历史分析，都试图找到决定或影响“产业集群持续绩效差异”的关键因素。

基于区域创新系统和企业能力理论，我们提出“创新能力―绩效差异”的概念框架。它可以简单地概括为“环境―资源―意识―活动―能力―绩效”，其中，环境是产业集群的外生因素，集群的结构包括集群的创新资源和主体构成，创新意识是产业集群中主体对创新的认知，创新活动既包括个体独立的创新活动，也包括主体间的互动创新。

创新能力是决定集群持续绩效差异的根本性因素。创新是嵌入在经济系统中的，因此创新环境十分重要。集群文化和企业的抱负水平是影响创新能力的重要因素。集群创新能力是在主体的创新活动中形成和加强的。创新环境、创新资源、创新意识和主体活动的协同演进共同决定产业集群的创新能力。

二、研究的方法

以参与集群的企业为对象，提出了产业集群创新能力评价指标体系（见表1）。在此基础上，设计了问卷调查表和分析方法。关于综合评价值，我们设定了5级量化评价标准：A；偏差值60以上；B：偏差值55―59；C：偏差值50―54；D：偏差值45―49；E：偏差值44以下。相应得分销数点后数进行四舍五入处理。得分越高，说明产业集群创新能力越高。

调研方法遵循三个标准：地理接近性；产业专业分工配套体系的系统性；与生产制造企业相关的支撑机构的完备性，由专家和学者推荐选定了10个典型产业集群进行研究（见表2）。调研的内容包括同集群公共管理部门、集群内企业的座谈，针对重点企业的深度访谈，以及对集群内样本企业基本上采取了“一对一”、“定点”式的问卷调查，发放了528份问卷，回收了435份有效问卷，回收率为82.39%。

三、研究的发现

结论一：提升集群内企业对于市场和技术的认知度，对于利用外部创新资源的认知度是强化产业集群创新意识的重点

10个产业集群在创新意识得分上存在差异，它主要来自于集群内企业对市场和技术机会的认知度的差异上。例如，玉环阀门和晋江鞋业产业集群所在区域内具有较强的创业和创新意识，但是企业的创业、创新意识，集群内企业对市场和技术机会，以及企业对利用外部创新资源的认知度都偏低，尤其是对利用企业外部资源的认知上。这说明，产业集群所在区域内较强的创业、创新文化价值观，并不等同于企业的创业创新意识，企业对市场和技术机会，以及企业对利用外部创新资源较强的认知度，并出现了“强区域价值观、弱企业认知”的客观事实。

另外，传统产业集群的创新意识上弱于新兴产业集群的创新意识。例如，在10个集群中，张江集成电路、丹阳金属新材料、成都软件产业集群中企业的创新意识更高。这说明，传统产业集群中企业竞争更加激烈，创业或创新机会更少，而新兴产业集群中企业的创业或创新机会更多，也愿意承担更大的风险。

再有，产业集群中企业对于利用外部创新资源的认知度低于对于市场和技术机会的认知度。分析显示，无论是传统产业集群还是新兴产业集群对于利用外部创新资源的认知度相对较低，传统产业集群又低于新兴产业集群的认知。

结论二：提升企业研发机构的水平和平均技术人员强度是夯实产业集群创新资源的关键

在10个产业集群中，65.53%的被调研企业设立了研发机构，张江集成电路和扬州半导体照明产业集群中100% 的被调研企业都设立了研发机构，但是拥有市级以上的技术中心的被调研企业为25.47%。同时，出现了“两级分化”的现象，一类是研发机构水平确实较低，达不到国内认定的标准；另一类研发机构水平较高，但没有申请国内相关认定。例如，张江集成电路产业集群，被调研企业中有66.41%企业研发投入强度有所增加；66.25%的企业技术人员投入强度有所增加；57.72%的企业熟练技术工人投入强度有所增加。但就平均投入强度而言，提升企业平均技术人员投入强度显得较为迫切。

结论三：集群内企业合作创新深度不够的问题，以及同大学科研机构合作参与度低的问题最为突出

调查分析显示，无论是传统产业集群还是新兴产业集群在合作创新深度方面都需要加强。10个集群内所有被调查企业中开展过同其他企业、大学科研机构合作创新活动的企业，“同其他企业在开发、交易和融资方面的洽谈件数/合作件数/向大学科研机构咨询件数/合作件数/技术转移件数/向大学科研机构、其他企业引进人才数”总和的平均数为3.68件（人）/每个参与合作创新企业。与大学科研机构的合作件数和技术转移件数就更少了。这说明企业与外部创新资源真正有深度的合作创新还非常少。

集群内企业与其他企业和大学、科研机构的合作正处于从“接触了解”到“开展合作”的过渡阶段，与大学科研机构的合作创新仍需加强。从合作参与度情况看，集群内企业与其他企业的合作参与度高于与大学科研机构的合作参与。集群所有被调查的企业中，在过去1年里，已经有接近50%的企业同其他企业，以及大学科研机构进行过洽谈和技术咨询,这说明集群内企业已经开始一定程度“接触了解”。

值得注意的是，株洲轨道交通、丹阳高性能金属材料、扬州半导体照明产业集群内都有50%以上的企业不仅同大学科研机构进行了技术咨询，而且还开展了合作研发活动。另外，引进技术人才仍然是产业集群内企业进行合作创新的主要活动，被调查企业平均有61.51%的企业都采取了这种方式。

产业集群的合作网络基础设施已经具备了一定的基础。不同的产业集群在合作网络基础设施建设上存在一定差异。10个产业集群中，在协调机构建设和地方政府支持合作研发项目上差异最大，4个产业集群内有75%企业认为本区域“没有”或“不清楚存在”促进合作的协调机构，有70%以上企业认为本区域“没有”或“不清楚存在”地方政府支持的合作研发项目。

结论四：无论是传统还是新兴产业集群都面临产品开发和商业化能力提升的问题。同时，传统产业集群持续发展需要以企业研究开发能力和平均研发水平的提升为支撑

传统产业集群内企业研发能力和平均研发水平都弱于新兴产业集群，并具有一定差距。如，黄岩模具、晋江鞋业、玉环阀门集群的企业平均研发水平得分都低于44分。黄岩模具、晋江鞋业、玉环阀门和铁西装备制造产业集群中开展研发活动的比重基本上在20―35%的范围内，而其他的高性能金属材料（54.44%）、半导体照明（71.79%）、集成电路（68.18%）、软件（51.97%）、轨道交通（86.67%）和工程机械（52.38%）产业集群内企业开展研发活动的比重都在50%以上。

结论五：合作创新对集群内企业销售收入和技术水平提升具有较大贡献

10个产业集群中，株洲轨道交通、张江集成电路、丹阳高性能技术材料、长沙工程机械、扬州半导体照明产业集群“企业销售收入”得分都超过了50分。总体上看，有近70%的被调查企业认为合作创新对促进销售收入增长和技术水平提升有较大贡献，其中对新兴产业集群的促进更加明显一些。

结论六：各地产业集群亟需制定和落实开放公共技术平台建设和合作研究开发激励政策，创造良好的风险投资环境，吸引高端人才，提升产品配套水平

产业集群已经初步形成了核心技术人才的洼地；产业集群中企业核心生产设备较容易获得；传统产业集群比新兴产业集群整体上具有更完备的产品配套。但是，产业集群风险资本发展水平需要进一步提高；地区集群政策中最为薄弱的是合作研究开发政策和开放公共技术平台政策，其次是组织各种形式的技术交流政策。

四、政策启示

（一）以“创新能力”提升作为各项集群政策制定的核心价值导向

政府的政策关键在于引导社会资源的配置，发挥好导向和杠杆作用。因此，无论新增项目投资、企业技术改造投资，还是科技项目投入、公共服务平台建设，还是对企业的各项奖励等方面的政策，都要突出“集群创新能力”提升这一核心价值导向。换言之，政策选择的对象不是以“大”为标准，而应该是以“创新能力强”为标准。政策不是简单地向“大项目”、“大企业”倾斜，而应该向“创新能力强的企业和项目”倾斜。

同时，政策激励的重点应该是“创新的产出”。即不仅仅企业经济意义上的规模产出，更应该是在“品牌、专利、技术标准、技术先进性”等方面的产出。

（二）技术融合发展是产业集群政策制定的基本思路

打破传统“产业边界”的桎梏。产业集群的发展过程本身就是一个“技术范式”不断变化的动态演进过程。既定的基于统计意义的产业划分，以及基于“高技术”和“低技术”的产业划分都不符合产业集群发展的客观实际。很难用一个统计意义上的“产业划分”标准去概括一个产业集群，也很难用“低技术”去概括“传统产业集群”，用“高技术”来概括“战略新兴产业集群”。在产业集群动态演进的过程，“技术融合”进而形成新的“技术范式”是一条重要的产业集群发展规律。

应从“技术融合发展”的角度去思考，处理好传统产业集群和战略性新兴产业集群发展之间的关系。既要更多地、更有效地发挥战略性新兴技术对传统产业的改造和提升，促进新的技术范式形成；也要更有效发挥传统产业既有市场基础的优势，促进战略性新兴产业的尽快成熟。

（三）领军企业培育是产业集群政策制定的突破口

领军企业缺乏，或者是没有形成领军企业梯队是当前我国产业集群发展的一个最突出瓶颈，并直接导致了集群内“竞争水平低”、“对市场和技术机会识别能力差”、“对外利用合作创新资源意识弱”等问题的出现。

领军企业是产业集群内产业链各环节分工的“组织者”。领军企业的培育将会直接提升产业集群内部的组织程度。领军企业是新技术的“守门员”，是链接产业集群内外部创新资源的“桥梁”。通常是领军企业最先识别，最先消化、吸收、应用，最先在产业集群中进行扩散。领军企业是集群内其他企业最直接的“示范者”。集群内对于最新技术和市场机会的识别，对于外部创新资源的识别，往往都是由领军企业“率先示范”的，并进而促进了其他企业跟进，示范是最好的引导。领军企业是高水平竞争的“驱动者”。领军企业的培育不是一个静态的概念，而是一个动态选择的过程。注意形成产业集群内的“领军企业梯队”，从而强化了集群内的“竞争水平”，不只是低水平、同质化的竞争。领军企业培育对象的选择并不仅仅表现在企业规模层面上，更应该表现在创新能力和成长能力层面上，更应该关注企业的创新产出。

（四）建立高水平的产业配套体系是产业集群政策制定核心内容

产品竞争力通常是产业集群企业竞争力的一个重要表现。而产品竞争力不仅来源于终端企业的设计和装配能力，更重要的是来源于相关的原材料、零部件企业、生产设备企业。这些企业的集合形成了产业配套体系。

目前，中国产业集群形成了一定产业配套能力，但却是“雄厚的低水平产业配套能力”。具体表现为：许多传统产业集群配套的“低、小、散、污”问题，例如，鞋业、阀门等；先进制造类产业集群配套的“核心零部件”外购问题，例如，工程机械、装备制造和轨道交通等；新兴产业集群的“原材料”、“核心零部件”和“核心生产设备”的国外依赖问题，例如，新材料、半导体照明和集成电路等。

因此，需要分类制定相关政策，促进终端企业和相关配套企业之间的互动，在互动中创新发展。以建立高水平产业配套体系作为产业集群政策的核心内容，真正释放“集群互动优势”，形成“集群创新体系的力量”。

（五）公共服务平台建设是产业集群政策制定的重要支点

产业集群优势的发挥在于“共享”和“互动”。产业集群公共服务平台就是“共享”和“互动”的重要载体，在这个载体上各种要素得到更加有效的配置。从产业集群要素的公共服务平台可以划分为四大类：

一是公共技术服务平台。它是为产业集群内企业提供技术支撑、促进企业间合作创新、促进企业同大学科研机构进行合作创新的平台。公共技术服务平台是产业集群中的合作网络基础设施，将直接影响企业合作创新的参与度和合作创新深度。二是公共人才服务平台。“人力资源”是产业集群的创新发展的最重要、最活跃的要素，通常技术也是附着在人力资源要素上。三是公共融资服务平台。在产业集群内企业创新过程中，在不同的阶段需要不同的金融机构提供融资服务，来分散风险，分享收益。融资环境已经成为影响产业集群发展的关键因素。四是公共管理服务平台。包括了政府的政策服务以及行业协会和商会的服务。