導(dǎo)語：如何才能寫好一篇集成電路儲存環(huán)境，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：集成電路布圖設(shè)計；知識；保護

前言：

當今世界，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子科技迎來了蓬勃的發(fā)展機遇，在短短的幾十年時間內(nèi)，電子行業(yè)發(fā)展到了一個前所未有的高度。尤其是計算機行業(yè)，更是電子行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)者。但是，在這些電子行業(yè)中，最離不開的，便是集成電路系統(tǒng)，即集成電路系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展影響著電子行業(yè)的發(fā)展。由于集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在其知識產(chǎn)權(quán)保護方面存在的問題也逐漸的暴露了出來。本文便著重于集成電路布局設(shè)計的知識及知識產(chǎn)權(quán)保護方面進行研究，從而為我國的集成電路事業(yè)的健康發(fā)展指出一條清晰明確的道路，順應(yīng)時展的潮流。

1 集成電路布圖設(shè)計概述

1.1 集成電路布圖設(shè)計的概念

集成電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體，即由半導(dǎo)體材料作為集成電路的基本元件，經(jīng)由多個元件進行合并連接，共同置于由半導(dǎo)體組成的基片上，最終組裝好的集成電路在電子器械或電子系統(tǒng)中控制電流，進而發(fā)揮其電子功能的部件。在計算機技術(shù)并不發(fā)達的初級階段，由于材料學(xué)以及電子工程學(xué)的發(fā)展比較落后，使得計算機內(nèi)部的電子元件是經(jīng)由導(dǎo)線進行彼此之間的連接，這種搭設(shè)方式不但增加了電流流動的時間，減緩了信息傳輸?shù)乃俣?，還極大的增加了計算機內(nèi)部的集成電路所占用的空間，使得計算機的體積極大，且信息處理緩慢，功能缺乏。但隨著時代的發(fā)展，材料科學(xué)的不斷進步，人們找到了良好的電子材料進行集成電路的搭建，因此，在集成電路的布局設(shè)計上能否取得進步便成為了計算機事業(yè)能否發(fā)展的關(guān)鍵所在。所謂的計算機部件設(shè)計，是經(jīng)由軟件或者圖紙進行電路布局的3D模型規(guī)劃，其就與土木工程中的建筑設(shè)計圖紙相似，能夠為產(chǎn)品的制造進行技術(shù)支持與步驟提供?？梢哉f，集成電路布局設(shè)計在集成電路發(fā)展事業(yè)中所占的位置是最重要的，且在資金的投入上也是最高的。通常需要巨大的資金投入與人才投入才能設(shè)計出合理的集成電路布局。

1.2 集成電路布圖設(shè)計的基本特征

集成電路布局設(shè)計的基本特征可以大體分為三個方面，依次為無形性，復(fù)制性以及表現(xiàn)形式的非任意性。在無形性上，由于計算機中的集成電路布局是由專業(yè)技術(shù)人員進行的智慧創(chuàng)造，僅僅能記錄在圖紙上以及電子儲存設(shè)備中?？梢哉f，這種思維創(chuàng)作的智慧結(jié)晶僅能通過有限的載體進行反映，進而被人了解知曉。這些都是集成電路布局設(shè)計的無形性的體現(xiàn)。在復(fù)制性上的體現(xiàn)更為明顯，當集成電路的布局設(shè)計儲存在電子儲存設(shè)備當中時，通過計算機中的軟件便可進行信息的復(fù)制，從而使得集成電路的布局設(shè)計被復(fù)制為多份。當不具備集成電路的布局規(guī)劃信息與圖紙時，想要了解某一電子設(shè)備中的集成電路布局狀況，可以對該電子設(shè)備進行拆分處理，將內(nèi)部的集成電路暴露出來，通過照相儀器或掃描儀器進行內(nèi)部布局信息采集，便可以采集到集成電路的布局信息。這種信息的采集可以極大的降低集成電路設(shè)計者的工作難度與工作量。在表現(xiàn)形式的非任意性上，集成電路在原材料的使用，元件的基本參數(shù)，工藝技術(shù)要求等等方面都有極其嚴格的要求。在技術(shù)規(guī)范與原則上也有一定的套路，因此說，在集成電路的表現(xiàn)形式上，其具有非任意性。

1.3 以電磁爐為例的集成電路

此處以電磁爐的集成電路為例進行簡單分析。SM16312集成電路主要控制電磁爐中的顯示屏部分。通過中央處理器的控制將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號，進行編碼轉(zhuǎn)化顯示在顯示屏當中。且當電磁爐的集成電路出現(xiàn)問題進行更換時，需要注意的問題更多，首先便要保證維修環(huán)境的整潔，防止環(huán)境中污染物的影響使得電磁爐的顯示屏部位出現(xiàn)問題。由集成電路控制的顯示屏燈管比較脆弱，電路維修時操作手段的不當會使得燈管破碎或傳輸導(dǎo)線的斷裂。進行導(dǎo)線焊接時，時間不可過長，否則容易導(dǎo)致電路控制的顯示屏部位完全損壞。

2 集成電路布圖設(shè)計的知識保護

2.1 對集成電路布圖設(shè)計進行保護的意義

之所以對于集成電路布局設(shè)計進行保護，是因為布圖設(shè)計是腦力勞動者腦力創(chuàng)作的成果與智慧的結(jié)晶。集成電路布圖屬于電子產(chǎn)業(yè)中專業(yè)要求較高的行業(yè)，如果不具備高端的專業(yè)知識與專業(yè)素養(yǎng)就無法進行集成電路的布圖設(shè)計。在設(shè)計者進行布圖設(shè)計的過程中，設(shè)計人員要對電路中的各個元件有詳細而充分的了解，在進行布圖設(shè)計時，既要考慮到固有的一些設(shè)計規(guī)定與功能布局，還要充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，只有將這兩點進行有機的結(jié)合，才能夠創(chuàng)造出優(yōu)秀的集成電路布圖。由于電路布圖的這種設(shè)計是一種無形的資產(chǎn)，只能通過有形的載體進行信息承載才能夠被人們了解。所以要對這種無形的設(shè)計進行產(chǎn)權(quán)保護，才能夠在最大程度上保證布圖設(shè)計者的權(quán)益不受到侵害。在創(chuàng)造性與實用性上，由于集成電路的布圖需要腦力的勞動，一旦創(chuàng)造出獨特的且信息處理迅速的電路布圖設(shè)計則會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，且有可能會對電子行業(yè)的進步與革新產(chǎn)生較大的影響，因此需要進行知識產(chǎn)權(quán)保護。

2.2 集成電路布圖設(shè)計保護模式選擇

對集成電路布圖設(shè)計進行保護，就需要依靠法律的力量。國家制定了相應(yīng)的《關(guān)于保護集成電路知識產(chǎn)權(quán)條約》。其中對于集成電路的保護就有明確的規(guī)定，既要求布局設(shè)計自身是由設(shè)計者自身進行獨立的思維創(chuàng)造或與其他人共同合作進行創(chuàng)造進而得到的成果。對于那些根據(jù)別人的集成電路布局設(shè)計進行模仿或復(fù)制的布局設(shè)計，不但不對其進行法律保護，還要追究其法律責(zé)任。由于集成電路布圖設(shè)計涉及到原創(chuàng)性，創(chuàng)造性與新穎性這三個方面，因此，知識產(chǎn)權(quán)在對其進行保護時，既要保護到成果作品自身，還要對其中蘊含的創(chuàng)新點與思維創(chuàng)造部分進行保護，這有這樣，才能對與集成電路布圖設(shè)計進行充分的保護，進而保護設(shè)計者的智力成果與財產(chǎn)安全。

2.3 集成電路布圖設(shè)計專有權(quán)設(shè)計

對于集成電路布圖設(shè)計的專有權(quán)進行保護，需要對主體，客體以及內(nèi)容這三方面進行保護。在主體保護方面，涉及到布圖設(shè)計的設(shè)計者，這既包括設(shè)計者自身與在思維創(chuàng)造過程中一同參與的合作者，還包括布圖設(shè)計的相關(guān)法人與組織，另外，相關(guān)的可以享受該成果的權(quán)利委托人也是保護主體之一。而保護的客體，指的則是設(shè)計者創(chuàng)造出的具備思維創(chuàng)造性的布圖設(shè)計。對于集成電路布圖設(shè)計的內(nèi)容保護既是對于設(shè)計專有權(quán)的具體權(quán)能進行保護。具體包括有復(fù)制權(quán)，商業(yè)利用權(quán)。

3 結(jié)語

當今世界，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子科技迎來了蓬勃的發(fā)展機遇，在短短的幾十年時間內(nèi)，電子行業(yè)發(fā)展到了一個前所未有的高度。集成電路是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的，由多個元件進行線路連接，設(shè)置在基片之上，以達到一定功能的電子產(chǎn)品。本文通過對集成電路布圖設(shè)計進行概述，并對集成電路布圖設(shè)計的知識保護進行分析，從而促進我國的集成電路事業(yè)的發(fā)展，使我國的電子產(chǎn)業(yè)趕上時代潮流。

參考文獻

[1]蔣黎.集成電路布圖設(shè)計法律保護研究[D].吉林大學(xué)，2013.

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關(guān)鍵詞：電子技術(shù)；發(fā)展趨勢；特點；電子設(shè)備

電子技術(shù)是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術(shù)。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工藝革新和新材料的使用，新器件的出現(xiàn)，尤其是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的研制和推廣，電子技術(shù)在二十世紀發(fā)展的最為迅速，成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標志。它已廣泛用于國防、科學(xué)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、通訊（信息處理、傳輸和交流）、廣播、電視、航空、導(dǎo)航、無線電定位、自動控制、遙控遙測、計算機及文化生活等各個領(lǐng)域。對推動國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重要的作用，因此對電子技術(shù)的探究具有重要意義?，F(xiàn)將電子技術(shù)的發(fā)展趨勢和特點歸納為以下幾個方面。

1 條件極端復(fù)雜化

電子產(chǎn)品在生產(chǎn)、儲存、運輸和使用過程中，經(jīng)常受到結(jié)構(gòu)的限制和周圍環(huán)境的各種有害影響。如自身結(jié)構(gòu)的高硬度、大彈性、極大、極小、極厚、極薄和奇形怪狀等；外界條件如溫度、濕度、大氣壓力、太陽輻射、雨、風(fēng)、冰雪、灰塵、沙塵、鹽霧、腐蝕性氣體、霉菌、昆蟲及其他有害動物以及振動、沖擊、地震、碰撞、離心加速度、聲振、搖擺、電磁干擾及雷電等。這些在一定程度上都影響了電子產(chǎn)品的工作性能、使用可靠性和壽命等。所以電子技術(shù)在生產(chǎn)制造技術(shù)上，必須達到極端條件的要求。而“微機電系統(tǒng)”就是順應(yīng)而生的產(chǎn)品。

2 微型化

電子產(chǎn)品在社會生活各個領(lǐng)域的廣泛運用，技術(shù)精良，功能齊全，造型優(yōu)美，使用方便等要求，使其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正朝著微型化、小型化方向發(fā)展?，F(xiàn)代電子組裝技術(shù)的發(fā)展、大規(guī)模集成電路、功能集成件及系統(tǒng)功能集成件不斷涌現(xiàn)，為實現(xiàn)上述要求提供了技術(shù)保證。而作為電子產(chǎn)品基礎(chǔ)的各種電子元件則由大、重、厚，向短、小、輕、薄方向發(fā)展。如在電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材料上可以使用一些塑料的電子材料、鈦合金、鎂合金或是一些工程塑料合金來實現(xiàn)電子產(chǎn)品的輕薄化。而在連接設(shè)計上可用無引線的片式元件（SMC）和片狀器件（SMD）實現(xiàn)短小化。貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/10左右。一般采用SMT之后，電子產(chǎn)品體積縮小40%～60%，重量減輕60%～80%。如目前的手機和掌上電腦的結(jié)構(gòu)和組裝。其結(jié)構(gòu)材料一般采用工程塑料，結(jié)構(gòu)形式也各不相同，但基本都是采用螺釘、內(nèi)外卡連接固定，用表面貼裝技術(shù)裝配而成的微型化產(chǎn)品。

3 綠色化

綠色化是電子技術(shù)未來發(fā)展的必然趨勢。2006年7月1日歐盟《關(guān)于在電子電器設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令（RoHS）》正式生效。RoHS要求電子電器產(chǎn)品中所用的元器件原材料（單一均質(zhì)材料）中的六種有害物質(zhì)含量不能超過限額值。目前限制使用的物質(zhì)有鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價鉻（Cr+6）、多嗅聯(lián)苯（PBB）、多嗅二苯醚（PBDE），其限量標準分別是：1000mg/kg、100mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg。我國也與2006年2月28日正式了《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》。這一系列與此對應(yīng)的辦法的實施，有助于保護人類健康和報廢電子電氣設(shè)備合乎環(huán)境要求的回收惡化處理，同時也是一個技術(shù)壁壘，提高產(chǎn)品進入市場的準入門檻，使科技和環(huán)保實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。人與自然界的和諧統(tǒng)一。

4 集成化

它主要包括三個方面：現(xiàn)代技術(shù)的集成、加工技術(shù)的集成和企業(yè)管理的集成。其中，實現(xiàn)電子系統(tǒng)集成化的關(guān)鍵是微組裝技術(shù)（Microelectronics Packaging Technology，簡稱為MPT）和表面組裝技術(shù)（Surface Mounting Technology，簡稱為SMT）。MPT利用三維微型組件、大規(guī)模集成電路（VLSIC）、超大規(guī)模集成電路（ULSIC）和超高速集成電路（UHSIC）等元器件，采用自動表面安裝、多層混合組裝和裸芯片組裝方法來實現(xiàn)電子產(chǎn)品的集成化。SMT則是用自動組裝設(shè)備將片式化、微型化的無引線或短引線表面組裝元件、器件直接貼、焊到印制線路板表面或其他基板的表面位置上來實現(xiàn)電子產(chǎn)品的集成化。

5 高精度，多功能和智能化

現(xiàn)代電子技術(shù)往往要求高精度，多功能和智能化，有的還引入了計算機系統(tǒng)，因而其控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。精密機械廣泛地應(yīng)用于電子設(shè)備是現(xiàn)代電子設(shè)備的一大特點。

高精度往往要求超凈、超純和超精。例如在微電子制造中，不僅對加工車間里的塵埃顆粒直徑，顆粒數(shù)，芯片材料中的有害雜質(zhì)含量有嚴格限制，甚至要求加工精度達到納米級。

智能化裝備的基礎(chǔ)是計算機智能技術(shù)，目前計算機技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計和仿真，集成電路的版圖設(shè)計、印刷電路板（PCB）的設(shè)計和可編程器件的編程等各項工作中。

自控技術(shù)、計算技術(shù)和精密機械的緊密結(jié)合使電子產(chǎn)品具有更全面的功能，比如具有更高級的人類思維能力，只有想不到?jīng)]有做不到。它們之間的緊密結(jié)合使電子設(shè)備的精度和自動化程度達到了相當高的水平。

電子技術(shù)是信息、智力、知識密集型技術(shù)，其耗能低，污染少。展望電子設(shè)備的前景，電子技術(shù)將會跟隨時代的腳步不斷的創(chuàng)新，更高更好的新技術(shù)必將開拓更廣的領(lǐng)域，其良好的運用將很好的促進我國的現(xiàn)代化建設(shè)。

參考文獻

[1]王隆太，等.先進制造技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[2]張平亮，等.先進制造技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]馮.先進制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

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關(guān)鍵詞 EDA技術(shù) 電子工程

1EDA技術(shù)的基本概念

EDA是電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，是從CAD（計算機輔助設(shè)計）、CAM（計算機輔助制造）、CAT（計算機輔助測試）和CAE（計算機輔助工程）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)是以計算機為工具，集數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)、圖論與拓撲邏輯、計算數(shù)學(xué)、優(yōu)化理論等多學(xué)科最新理論于一體，是計算機信息技術(shù)、微電子技術(shù)、電路理論、信息分析與信號處理的結(jié)晶。

2EDA技術(shù)的發(fā)展過程

EDA技術(shù)的發(fā)展過程反映了近代電子產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)的一段歷史進程，大致分為3個時期。

（1）初級階段：早期階段即是CAD（Computer Assist Design）階段，大致在20世紀70年代，當時中小規(guī)模集成電路已經(jīng)出現(xiàn)，傳統(tǒng)的手工制圖設(shè)計印刷電路板和集成電路的方法效率低、花費大、制造周期長。人們開始借助于計算機完成印制電路板一PCB設(shè)計，將產(chǎn)品設(shè)計過程中高重復(fù)性的繁雜勞動如布圖布線工作用二維平面圖形編輯與分析的CAD工具代替，主要功能是交互圖形編輯，設(shè)計規(guī)則檢查，解決晶體管級版圖設(shè)計、PCB布局布線、門級電路模擬和測試。

（2）發(fā)展階段：20世紀80年代是EDA技術(shù)的發(fā)展和完善階段，即進入到CAE（Computer Assist Engineering Design）階段。由于集成電路規(guī)模的逐步擴大和電子系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，人們進一步開發(fā)設(shè)計軟件，將各個CAD工具集成為系統(tǒng)，從而加強了電路功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，該時期的EDA技術(shù)已經(jīng)延伸到半導(dǎo)體芯片的設(shè)計，生產(chǎn)出可編程半導(dǎo)體芯片。

（3）成熟階段：20世紀90年代以后微電子技術(shù)突飛猛進，一個芯片上可以集成幾百萬、幾千萬乃至上億個晶體管，這給EDA技術(shù)提出了更高的要求，也促進了EDA技術(shù)的大發(fā)展。各公司相繼開發(fā)出了大規(guī)模的EDA軟件系統(tǒng)，這時出現(xiàn)了以高級語言描述、系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)為特征的EDA技術(shù)。

3EDA技術(shù)的特點

EDA技術(shù)代表了當今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向，它的基本特征是采用高級語言描述，即硬件描述語言HDL（Hardware Description Language），就是可以描述硬件電路的功能。信號連接關(guān)系及定時關(guān)系的語言。它比電原理圖更有效地表示硬件電路的特性，同時具有系統(tǒng)仿真和綜合能力，具體歸納為以下幾點。

（1）現(xiàn)代化EDA技術(shù)大多采用“自頂向下（Top-Down）”的設(shè)計程序，從而確保設(shè)計方案整體的合理和優(yōu)化，避免“自底向上（Bottom-up）”設(shè)計過程使局部優(yōu)化，整體結(jié)構(gòu)較差的缺陷。

（2）HDL給設(shè)計帶來很多優(yōu)點：①語言公開可利用；②語言描述范圍寬廣；③使設(shè)計與工藝無關(guān)；④可以系統(tǒng)編程和現(xiàn)場編程，使設(shè)計便于交流、保存、修改和重復(fù)使用，能夠?qū)崿F(xiàn)在線升級。

4EDA技術(shù)的作用

EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計中發(fā)揮著不可替代的作用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

4.1驗證電路設(shè)計方案的正確性

設(shè)計方案確定之后，首先采用系統(tǒng)仿真或結(jié)構(gòu)模擬的方法驗證設(shè)計方案的可行性，這只要確定系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（數(shù)學(xué)模型）便可實現(xiàn)。這種系統(tǒng)仿真技術(shù)可推廣應(yīng)用于非電專業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計，或某種新理論、新構(gòu)思的設(shè)計方案。仿真之后對構(gòu)成系統(tǒng)的各電路結(jié)構(gòu)進行模擬分析，以判斷電路結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性及性能指標的可實現(xiàn)性。這種量化分析方法對于提高工程設(shè)計水平和產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要的指導(dǎo)意義。

4.2電路特性的優(yōu)化設(shè)計

元器件的容差和工作環(huán)境溫度將對電路的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的設(shè)計方法很難對這種影響進行全面的分析，也就很難實現(xiàn)整體的優(yōu)化設(shè)計。EDA技術(shù)中的溫度分析和統(tǒng)計分析功能可以分析各種溫度條件下的電路特性，便于確定最佳元件參數(shù)、最佳電路結(jié)構(gòu)以及適當?shù)南到y(tǒng)穩(wěn)定裕度，真正做到優(yōu)化設(shè)計。

5EDA技術(shù)的軟件

目前EDA技術(shù)的軟件很多，如EWB、PROTELL等。

（1）EWB（Electronics Workbench）軟件。EWB是基于PC平臺的電子設(shè)計軟件，由加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司研制開發(fā)，該軟件具有以下特點：①集成化工具：一體化設(shè)計環(huán)境可將原理圖編輯、SPICE仿真和波形分析、仿真電路的在線修改、選用虛擬儀器、借助14種分析工具輸出結(jié)果等操作在一個集成系統(tǒng)中完成。②仿真器：交互式32位SPICE強化支持自然方式的模擬、數(shù)字和數(shù)/?；旌显?。自動插入信號轉(zhuǎn)換界面，支持多級層次化元件的嵌套，對電路的大小和復(fù)雜沒有限制。只有提供原理圖網(wǎng)絡(luò)表和輸入信號，打開仿真開關(guān)就會在一定的時間內(nèi)將仿真結(jié)果輸出。③原理圖輸入：鼠標點擊一拖動界面，點一點自動連線。分層的工作環(huán)境，手工調(diào)整元器件時自動重排線路，自動分配元器件的參考編號，對元器件尺寸大小沒有限制。④分析：虛擬測試設(shè)備能提供快捷、簡單的分析。主要包括直流工作點、瞬態(tài)、交流頻率掃描、付立葉、噪聲、失真度、參數(shù)掃描、零極點、傳遞函數(shù)、直流靈敏度、最差情況、蒙特卡洛法等14種分析工具，可以在線顯示圖形并具有很大的靈活性。⑤設(shè)計文件夾：同時儲存所有的設(shè)計電路信息，包括電路結(jié)構(gòu)、SHCE參數(shù)、所有使用模型的設(shè)置和拷貝。全部存放在一個設(shè)計文件中，便于設(shè)計數(shù)據(jù)共享以及丟失或損壞的數(shù)據(jù)恢復(fù)。⑥接口：標準的SPICE網(wǎng)表，既可以輸入其他CAD生成的SHCE網(wǎng)絡(luò)連接表并行成原理圖供EWB使用，也可以將原理圖輸出到其他PCS工具中直接制作線路板。

（2）PROTEL軟件。廣泛應(yīng)用的Protel99主要分為兩大部分：用于電路原理圖的設(shè)計原理圖設(shè)計系統(tǒng)（Advanced Schematic）和用于印刷電路板設(shè)計的印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)（Advanced PCB）。

篇4

1單片機

單片機是指電路芯片形成的集成，依托規(guī)模巨大的集成電路，在硅片上對CPU、RAM和ROM等功能進行集成，對小型計算機系統(tǒng)進行構(gòu)建完善。當前，單片機在諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。其基本原理是在具有集成性特點的可編程電路中，各部件完成相應(yīng)的指令任務(wù)。一般是集成電路對指令任務(wù)進行編寫，再通過各部件對指令任務(wù)進行完成。在對指令實施操作的具體環(huán)節(jié)中，各部件需形成聯(lián)合協(xié)作，無法獨立操作。單片機主要由三個部分構(gòu)成：（1）控制器。在單片機中，控制器占據(jù)著核心地位，是中心操作環(huán)節(jié)，其作用類似人體大腦，發(fā)揮著總體控制的關(guān)鍵作用?？刂破饕詥纹瑱C結(jié)構(gòu)為依據(jù)進行設(shè)計，能對單片機狀態(tài)進行調(diào)整，促進各部分實現(xiàn)協(xié)調(diào)運行。（2）儲存器。從實質(zhì)上來看，儲存器發(fā)揮著記憶感應(yīng)器的作用，單片機通過儲存器對指令進行獲取，并對各部分地址劃分進行獲取，能保障單片機各部分結(jié)構(gòu)的良好運轉(zhuǎn)。（3）運算器。電子技術(shù)以運算為核心，通過運算才能保障各項基本操作。在單片機中，運算器最為忙碌。單片機主要具備如下技術(shù)特點：（1）使用期限較長。與微處理器相比，單片機的使用期限更長。當前，半導(dǎo)體技術(shù)實現(xiàn)了迅猛發(fā)展，加速了MPU更新。新型CPU核心技術(shù)日益豐富，具有較長的生存周期。（2）運算速度快。單片機提高了抗干擾性能，并降低了噪音。單片機強調(diào)在降低時鐘頻率的前提下，保持較快的運算速度。單片機改善了內(nèi)部時序，在保持原有時鐘頻率的前提下，大幅度加快了運算速度。（3）具有良好的減噪效果，且可靠性較強。單片機生產(chǎn)廠家在對單片機進行設(shè)計時，對多種新技術(shù)進行了應(yīng)用，增強了單片機的可靠性。例如，EFT技術(shù)的抗干擾性能較強，在振蕩電路中，外界因素對正弦信號造成干擾，各毛刺信號迭加于其波形上，即觸發(fā)信號干擾正常時鐘。對施密特電路和RC濾波進行交替使用，能消除毛刺，使時鐘信號恢復(fù)正常。當前，單片機在相鄰引腳上對電源和地線引腳進行安置，不僅能降低穿過芯片的相應(yīng)電流，還便于在電路板上布置去耦電容，能有效降低系統(tǒng)噪聲。

2單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用

2.1在通訊行業(yè)中的應(yīng)用

電子技術(shù)能增強人際聯(lián)系，并推動產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)良好的無線整合。智能化和移動設(shè)備的廣泛應(yīng)用深刻改變了日常生活，先進的通訊技術(shù)有賴于對單片機的應(yīng)用。例如，手機錄音功能在采集語音信息的過程中，發(fā)生信號中斷后，單片機通過對電壓的自動獲取，保障信號繼續(xù)。同時，手機識別語音技術(shù)也對單片機技術(shù)進行了應(yīng)用，利用單片機形成音頻接入點，促進手機增強自動識別性能。

2.2在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用

在對網(wǎng)絡(luò)進行使用的過程中，極易出現(xiàn)病毒襲擊電腦的情況。這是由于電腦具有外部接入設(shè)備，木馬病毒會通過該設(shè)備傳播，形成對電腦的侵襲。網(wǎng)絡(luò)病毒肆虐嚴重威脅網(wǎng)絡(luò)安全，不僅影響人們的生產(chǎn)生活，還會竊取信息數(shù)據(jù)和保密資料。利用單片機對數(shù)據(jù)進行傳輸，能有效規(guī)避網(wǎng)絡(luò)病毒對電腦的侵襲，能有效保障電腦數(shù)據(jù)和資料的安全。

2.3在出租車計價器中的應(yīng)用

單片機經(jīng)過長期發(fā)展，形成了豐富的功能，在出租車計價器中得到了廣泛應(yīng)用。利用單片機監(jiān)控出租車的速度和行駛路程，能實現(xiàn)對計算機的準確控制，并計算數(shù)據(jù)，對出租車單價進行實時顯示，能實現(xiàn)對司機和乘客雙方權(quán)益的有效保障。單片機還具備自動感應(yīng)功能，能對數(shù)據(jù)信息進行有效收集和集中處理。

2.4在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用

單片機在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用，有效保障了醫(yī)療設(shè)備的先進性，能促進患者增加對醫(yī)療機構(gòu)和醫(yī)療服務(wù)的滿意度。單片機的集成功能極為強大，在電子醫(yī)療設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。例如，單片機與檢測分析設(shè)備的融合，單片機與超聲分析設(shè)備的融合，單片機與病房呼叫和監(jiān)護系統(tǒng)的融合等。

2.5在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

當前，工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了良好的自動化發(fā)展。部分工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境較為特殊，對人體產(chǎn)生的健康危害較大，其工業(yè)生產(chǎn)活動的危險性較高。利用自動化設(shè)備開展工業(yè)生產(chǎn)，能有效保障工人安全和身體健康。在工業(yè)領(lǐng)域，利用單片機采集數(shù)據(jù)信息，實施程序控制，能促進工業(yè)管理目標的良好實現(xiàn)，能促進工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展。單片機在流水線作業(yè)和報警系統(tǒng)中的應(yīng)用較多。自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的落實，從整體上改善了工業(yè)生產(chǎn)條件，能實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)的細致調(diào)控。在高危險工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用單片機，能創(chuàng)設(shè)良好協(xié)調(diào)處理數(shù)據(jù)的良好條件，能實現(xiàn)對工業(yè)技術(shù)的持續(xù)良好落實，增強工業(yè)生產(chǎn)的安全性。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中構(gòu)建自動消防系統(tǒng)和警報系統(tǒng)，能以環(huán)境變化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，促進單片機功能對智能統(tǒng)籌平臺的貫徹，為消防職能的良好發(fā)揮創(chuàng)設(shè)良好條件，并實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全的有效保障。超聲波儀器在實施檢測時，能將現(xiàn)象條件作為依據(jù)對患者身體狀況進行確定，并完善觀察環(huán)境，從整體上提高醫(yī)療效率。

3單片機的開發(fā)技術(shù)

3.1CPU開發(fā)技術(shù)基于對CPU的改進，研發(fā)單片機，主要包括如下內(nèi)容：一，對CPU總線寬度進行改進。以往，建立CPU總線寬度的基礎(chǔ)為8位，對之進行改進后，可開發(fā)拓展為32位或者48位，能有效增強單片機處理信息的功能；二，對CPU結(jié)構(gòu)形式進行改進。傳統(tǒng)單片機的建立只有一個CPU基礎(chǔ)，對之進行開發(fā)改進后，可形成兩到三個CPU基礎(chǔ)。

3.2存儲設(shè)備的開發(fā)技術(shù)

當前，單片機的研發(fā)重點之一是改進存儲設(shè)備。例如，對存儲設(shè)備具備的讀寫功能實施研究，采用閃速型存儲設(shè)備，具備靜態(tài)讀寫和動態(tài)讀寫的雙重功能。在使用單片機的過程中，發(fā)生掉電情況時，能避免信息丟失，增強了單片機的高效性和便捷性。

3.3能耗降低技術(shù)CPU技術(shù)更新能促進

MUP技術(shù)實現(xiàn)革新發(fā)展，進而加快單片機的運轉(zhuǎn)速度，并提高振幅運動頻率。在一般情況下，單片機轉(zhuǎn)速越快，則耗能越多。能耗過大不僅會縮短單片機的實際使用期限，還會形成噪音。因此，在保持高轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對噪音的減少和能耗的降低，是單片機極為關(guān)鍵的開發(fā)技術(shù)。對單片機內(nèi)部順序進行改變，對其整體振動頻率進行利用，實現(xiàn)對單片機所需能耗的降低，并延長其使用壽命，加快其運行速度。在機器使用過程中，依靠高速運轉(zhuǎn)完成工作的單片機難免會產(chǎn)生噪音。設(shè)計人員對單片機轉(zhuǎn)速進行降低來防止噪音產(chǎn)生，難以形成良好效果。對單片機運轉(zhuǎn)進行檢驗可知，噪音來源主要是集成電路，電源噪音對電子芯片形成撞擊即產(chǎn)生噪音?？筛淖冸娫丛恢茫乐闺娫丛胍魧﹄娮有酒淖矒?，從整體上減少噪音，增強用戶體驗感。

3.4單片機程序開發(fā)技術(shù)

篇5

【關(guān)鍵詞】無線通信 射頻能量收集 自身供電

1 引言

近50年來，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，射頻能量正在從世界各地數(shù)十億的無線電發(fā)射器中發(fā)射而出，這些發(fā)射器包括移動電話、移動電話基站和電視/電臺信號發(fā)射基站等。因此，利用射頻能量來為一些低功耗電路供電已經(jīng)成為一種趨勢。圖1給出了頻率分布的范圍，由此可見，射頻能量中有很大一部分是可以被收集的。

利用這些能量為設(shè)備供電能夠降低設(shè)備對電池的需求，同時可以使擁有電池的設(shè)備充電去延長電池的使用時間，也可延長一次性電池的使用壽命；無電池的設(shè)備可以設(shè)計成一種得到能量就能運行或有足夠的充電累積就會運行的結(jié)構(gòu)。這一技術(shù)的優(yōu)點在于其能夠利用例如基站和手機等無線發(fā)射器產(chǎn)生的“免費”能量，射頻能量發(fā)射器將會隨著用戶的增加而持續(xù)增加，特別是寬帶移動用戶的增加，已經(jīng)接近10億。移動電話作為射頻能量的發(fā)射源的主體，將有可能為各種近距離傳感器應(yīng)用提供能量。在一些城市中，人們已經(jīng)可以從一個位置檢測出很多WIFI發(fā)射器發(fā)射出來的射頻信號了。在近距離情況下，比如室內(nèi)無線局域網(wǎng)絡(luò)，人們可以很容易的從一個路由器獲取100mW的功率。當然，對于遠距離的射頻能量信號，則需要使用擁有更寬頻帶的裝置去收集。

為了試驗射頻能量收集的可行性，需要在不同的位置對可用的射頻能量進行測試。在結(jié)合收集器性能方面知識的情況下，可以確定射頻能量收集裝置部署的地點。然而缺乏對能量水平和特定時間、位置等因素的認識限制了射頻能量收集開發(fā)的應(yīng)用范圍。

在低輸入射頻功率轉(zhuǎn)換效率進步的情況下，已經(jīng)有少數(shù)針對射頻能量收集的報道。例如：一種比較有效的硅整流二極管天線，利用的是改進的全貼片天線，在射頻輸入功率為-20dBm時的轉(zhuǎn)換效率達到18%。在東京做過的一個試驗是從一個頻率為845MHz的移動電話基站收集射頻能量，在收集能量長達65小時以后，這些能量能夠使液晶溫度計工作4分鐘 。

在20世紀90年代后期，射頻能量發(fā)射設(shè)備的增加和低功耗消費類電子產(chǎn)品的使用為射頻能量收集的研究提供了基礎(chǔ)。在前期的工作中，Hagery等人提出了一種寬帶整流天線陣列，試圖收集頻率范圍在2-18GHz的射頻能量。Powercast公司在2005年做過一個試驗：在1.5英里外，用了一個小功率（5kW AM）的無線電發(fā)射站作為基站來獲取射頻能量。然而，這些系統(tǒng)并未發(fā)展到實際應(yīng)用。

2 基本原理

射頻能量信號是通過天線接收的，所以天線的工作頻率必須與所接收到信號的頻率相同，射頻信號通過天線接收后既可以用在RF-DC轉(zhuǎn)換器上又可以用在單純的RF應(yīng)用上；RF-DC轉(zhuǎn)換器將RF信號轉(zhuǎn)換為DC信號，從而可以將獲取的能量存儲在能量儲存裝置中；能量儲存裝置可以給RF-DC轉(zhuǎn)換器、RF裝置、低功耗應(yīng)用提供能量。射頻能量收集系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

2.1 天線

圖3為天線示意圖。發(fā)射信號的天線有很多種，如手機基站、電視信號發(fā)射塔和WIFI路由器等；接收信號的天線則屬于射頻能量收集器的一部分，通過它接收外界的射頻信號來進行后續(xù)工作。

在任何移動設(shè)備中天線的設(shè)計都是相當重要的。平面貼片天線是一種形狀適宜、重量輕、易于操作的天線。然而，其本身卻也不那么小。

一種減小天線尺寸的方法是在高介電常數(shù)的材料上制備貼片天線（這里使用的是Rogers RO6010，εr=10.2，d=2.54mm）。圖4是測量的是頻率為2.45 GHz天線的增益。一般來說，單個的天線不能收集到足夠的能量去驅(qū)動一個器件，多天線結(jié)構(gòu)可以獲取一個更大范圍的射頻能量。

2.1.1 電視信號

如圖5所示為Digital-TV能量收集裝置原理圖，該裝置在不使用任何電池的情況下從6.3千米以外的廣播電視塔收集射頻信號能量，利用這些能量能夠使一個輸入電壓為1.8V的單片機進行工作。在東京和亞特蘭大，使用型號為NARDA SRM-300的測試儀對50-900MHz范圍內(nèi)的無線頻譜進行了測量，結(jié)果如圖6所示：Digital-TV頻率范圍較廣且信號強度較強，因此對其信號能量進行收集相對來說較為容易。

VYAS R J等人設(shè)計了一種嵌入式傳感器平臺，這種結(jié)構(gòu)收集數(shù)字電視射頻信號能量，將所收集到的能量存儲在一個100uf的MLCC里，在不使用任何電池的情況下，利用這些收集到的能量能夠為一個型號PIC24F、輸入電壓1.8V、16位的單片機供電并維持其正常工作。該能量收集器的功率可達到-18.86dBm。

2.1.2 WIFI信號

美國俄亥俄州立大學(xué)的OLGUN U等人針對無線傳感器等無線設(shè)備的應(yīng)用需要，設(shè)計了一種新型射頻能量收集裝置，通過對頻率為2.45 GHz的 WiFi信號能量進行為時20分鐘的收集轉(zhuǎn)換，可以輸出最大值為20μA的電流，這能使帶有LCD顯示裝置的室內(nèi)外溫濕度監(jiān)測器持續(xù)工作10分鐘。這次試驗測量了在辦公室中三個正交方向和幾個點的WIFI信號。圖7為使用這種測量方法對WIFI信號強度進行為時2分鐘測量的信號強度圖，可以看出利用這種方法能夠收集到相當大量的射頻能量。

表1總結(jié)了能量收集裝置最終的測量結(jié)果，可以看出該裝置可以像電池那樣對負載提供電壓。最終的結(jié)果顯示，即使當接收的能量低到-40dBm時還是能產(chǎn)生直流電壓。所以，即使在能量非常小的時候它也是可以運行的。

2.1.3 GSM信號

由于移動電話的數(shù)量眾多且大多數(shù)時間是在白天使用的，因此在白天所收集到的射頻能量會比夜間要多。為了能夠在不同位置之間進行公平的比較，在2012年4月4日到2012年5月5日期間，每個工作日的上午十點到下午三點進行了測量，測量頻率為0.3-2.5GHz，使用的儀器為安捷倫N9912A、BICOLOG20300全方位天線。如圖8所示是在北倫敦地鐵外測量的射頻功率密度分布圖，從圖中能夠很清楚地分辨出DTV、GSM900、GSM1800、3G和WIFI信號的帶寬。

一個設(shè)計良好的天線應(yīng)該能夠具有獲取整個頻帶能量的功能，這對于計算整個頻帶的能量是非常重要的。輸入射頻功率密度是在結(jié)合了所有頻譜后計算出來的。2013年，Teck Beng Lim等人在新加坡南洋理工大學(xué)對GSM900和GSM1800這兩種信號的能量密度進行了測量。測量過程中使用的是Rohde&Schwarz FSV信號分析儀、頻率為900MHz和1800MHz的伸縮天線。從圖9中可以很清楚的看到六個峰值點是要收集的能量，這些峰值的帶寬通常都很窄；圖10中給出的是GSM1800的能量密度：可以看到，GSM1800的帶寬更寬，這看起來更有利于能量的收集，但GSM1800的峰值要比GSM900低很多。

2.2 RF-DC轉(zhuǎn)換電路

RF-DC轉(zhuǎn)換電路是能量收集器的核心部分，主要功能是將接收到的射頻信號轉(zhuǎn)換為直流信號。電路主要由阻抗匹配、整流器和電源管理三部分組成。

通常來說用單個硅整流天線二極管為設(shè)備提供能量是遠遠不夠的，使用多個相互連接的天線可以提供足夠的能量。如圖11（a）所示，一種結(jié)構(gòu)是在整流器前并聯(lián)多個天線，匯總RF信號再進行整流。在點對點的射頻系統(tǒng)中（窄基帶），這種結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)移是最有效的；如圖11（b）所示，另一種結(jié)構(gòu)則是每個天線對應(yīng)一個整流器，先進行整流再匯總直流信號，對于大型硅整流二極管天線和射頻能量收集（消除隨機偏振的影響），這種結(jié)構(gòu)是最合適的。

如圖12為射頻整流電路工作原理圖，射頻信號負向流入時（a）：當VN-1 > Vd+ VRF時，M2N-1管開啟，這時由于VKVN時，M2N管開啟，充電電流IN從電容CH（N）流入電容CV（N），在這個過程的最后階段，電容CV（V-1）里面的電荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移到電容CV（N）中。

電源管理部分示意圖如圖13所示，當M管關(guān)閉時，電流順時針流過電感并產(chǎn)生一個磁場，電感左側(cè)為正極；當M管開啟時，由于阻抗較高，電流將因此減小。為保持負載有持續(xù)的電流流過，先前產(chǎn)生的磁場的磁極將會逆轉(zhuǎn)（現(xiàn)在電感左側(cè)為負極），這樣就變成了兩個串聯(lián)在一起的電源。這個串聯(lián)的電源產(chǎn)生更高的電壓并通過二極管D給電容C充電。如果M管開關(guān)周期很短，電感在兩次充電過程之間將不會完全放電，所以當M管開啟時，負載兩端電壓總會比電源輸入電壓要高。當M管開啟時，與負載并聯(lián)的電容將會充電，隨著M管的關(guān)閉，右側(cè)電路被短接，這樣電容就能夠為負載提供能量，同時二極管的存在也保證了電流不會流過左側(cè)電路。為了防止電容放電過多，M管必須要很快的下一次開啟。

2.2.1 二極管的選擇

能量收集電路一個很重要的要求是工作在低輸入射頻功率下。從天線獲得的直流信號的峰值電壓一般來說都遠小于二極管的閾值電壓，最好的情況是具有低開啟電壓的二極管。而且，由于能量收集電路工作在高頻率狀態(tài)下，需要使用一個開關(guān)時間很短的二極管。肖特基二極管是用一個金屬-半導(dǎo)體PN結(jié)的二極管，這能讓PN結(jié)工作更快，且正向壓降只有0.15V。在實驗中，用了兩個Avago Technologies二極管，HSMS-2822和HSMS-2852。前一個開啟電壓為340mV，后一個為150mV。HSMS-2852適合LPD在射頻能量很弱的環(huán)境下使用，而HSMS-2822適合HPD工作在RF能量很強的環(huán)境下。飽和電流是另一個影響二極管性能的重要參數(shù)，希望二極管有高飽和電流，低結(jié)電容，低等效串聯(lián)電阻（ESR）。此外，擁有更好的飽和電流的二極管能夠產(chǎn)生更好的正向電流，這有利于驅(qū)動負載。

雖然肖特基二極管具有很好的特性，但它很難被集成到芯片內(nèi)部，所以需要用MOS管將其替代。如圖14所示，MOS管柵極接地，負載為電容。理想情況下，Φ1時間段，當RFIN+>V0時，電流流入電容并給電容充電；在Φ2時間段，當RFIN+

2.2.2 級數(shù)

輸出電壓與能量收集電路的倍壓器級數(shù)成正比。然而，實際約束限制了級數(shù)，也就限制了輸出電壓。由于每級電容存在寄生電容的影響，隨著級數(shù)的增加，電壓增益會減小，最后都可以忽略不計了。圖15和圖16表示了級數(shù)對效率和電壓的影響。采用ADS 射頻輸入功率從-20dBm到20dBm和級數(shù)從1到9的模式，電路級數(shù)越多，效率就越高。然而，級數(shù)越多，效率曲線的峰值就越偏向更高功率區(qū)域。電壓曲線顯示，隨著電路級數(shù)的增加裝置能獲得更高的電壓，但是在低功率區(qū)域功率損耗也相應(yīng)的增加。

對于能量收集電路，負載阻抗的選擇是很重要的，對電路性能的影響如圖17所示。如果負載值太低或者太高電路的效率就會降低。該圖是對五級電路進行測量后的結(jié)果，每一級都是改進的串聯(lián)排列的HSMS-2852倍壓器。

2.2.3 RF輸入功率的影響

由于能量收集電路包括二極管，二極管本身是非線性器件，因此電路本身表現(xiàn)出非線性。這意味著能量收集電路的阻抗會隨著從天線接收到的功率的變化而改變。當電路和天線匹配的時候，能夠達到最大功率傳輸效果，在特定的輸入功率表現(xiàn)出阻抗匹配。

圖18描繪了射頻輸入能量從-20dBm到20dBm對能量收集電路阻抗的影響。工作時的非線性表現(xiàn)在5dBm處有個拐點。

2.3 能量儲存

在能量儲存方面可以利用傳統(tǒng)的充電電池、新型薄膜電池以及電容對能量進行儲存。但電池存在可充電次數(shù)有限，需要更換等缺點。這就需要考慮采用新的存儲方案，例如使用超級電容。傳統(tǒng)超級電容為電化學(xué)雙層電容器（EDLC），這種電容已經(jīng)有30多年的使用歷史了。EDLC是在必須被頻繁更換的電池與在使用封裝下無法提供足夠電荷存儲的靜電/電解電容之間的最好產(chǎn)品。

3 重點難點

設(shè)計能量收集器的難點有三個，分別是天線、靈敏度和轉(zhuǎn)換效率。

就天線而言，雖然科學(xué)工作者經(jīng)過多年努力已經(jīng)在設(shè)計技術(shù)方面取得了不小的成果，但是天線的小型化、寬頻帶問題仍是射頻能量收集技術(shù)的關(guān)鍵。原因是要將其應(yīng)用在較小的設(shè)備上就必須要求天線小型化，占用空間小；其次，空間中的射頻能量比較低，所分布頻帶比較散，所以要求天線必須具有寬頻帶的特點。

就靈敏度而言，靈敏度決定了能量收集器工作的最大范圍。射頻能量比較低時，對其進行收集需要靈敏度較高的射頻能量收集器。影響靈敏度的因素主要有：天線與整流器之間的匹配情況、整流器件閾值電壓的影響等。經(jīng)科研工作者不斷努力，靈敏度雖已得到提高，但前提是需要使用幾十級的整流電路，這就導(dǎo)致芯片面積增加、寄生參數(shù)增加等一系列問題。

就轉(zhuǎn)換效率而言，功率轉(zhuǎn)換效率是收集器的一個重要指標，當射頻信號能量比較低時轉(zhuǎn)換效率會迅速降低。目前提高效率的方法有采用外部閾值、內(nèi)部閾值、自閾值的補償以實現(xiàn)對整流MOS管進行閾值補償加快其導(dǎo)通速度等方法。但這些技術(shù)效果還不是很理想，需要進一步改進或者發(fā)展其他新方法。

4 結(jié)論

在當今科技如此發(fā)達的社會，射頻能量幾乎無處不在，特別是在城區(qū)內(nèi)，這使得收集射頻能量來供給一些低功耗電子產(chǎn)品供電的概念成為可能。本文通過對已有的、應(yīng)用在射頻能量收集器上的天線、RF-DC轉(zhuǎn)換電路、電源管理電路進行了總結(jié)與分析。然而，天線、靈敏度和轉(zhuǎn)換效率等幾個重點問題仍亟待解決。

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[8]PRUSAYON NINTANAVONGSA， UFUK MUNCUK， DAVID RICHARD LEWIS，et al.“Design Optimization and Implementation for RF Energy Harvesting Circuits”.IEEE Journal on emerging and selected topics in circuits and system，Vol.2，NO.1， March 2012.

作者簡介

田龍（1988-），男，河北省人。碩士研究生學(xué)歷。研究方向為集成電路設(shè)計。

劉征（1989-），男，天津市人。碩士研究生學(xué)歷。研究方向為集成電路設(shè)計。

鞠家欣（1972-），男，黑龍江省人。博士研究生學(xué)歷。主要研究方向為集成電路設(shè)計。

姜巖峰（1972-），男，甘肅省人。現(xiàn)為北方工業(yè)大學(xué)教授、碩士生導(dǎo)師。主要研究方向為集成電路設(shè)計。

篇6

1機電一體化與PLC技術(shù)分析

機電一體化，在生產(chǎn)系統(tǒng)中融合計算機技術(shù)，促進系統(tǒng)升級與整合，降低生產(chǎn)人員工作強度，大幅度提升設(shè)備使用效率，實現(xiàn)推動智能化操作系統(tǒng)建設(shè)的目的。同時，落實可持續(xù)建設(shè)理念，降低生產(chǎn)時能源消耗，推動我國工業(yè)生產(chǎn)水平的提升。1)PLC技術(shù)具有其本體的技術(shù)特點，將其與計算機技術(shù)相結(jié)合可以在最大程度上發(fā)揮出機電一體化的功能。如今伴隨著我國機電一體化水平的不斷提高，對其產(chǎn)品儲存量與計算速度的要求也越來越高。PLC技術(shù)的應(yīng)用便可以很好的解決這一問題，為人們生產(chǎn)生活提供了方便。相對于其他技術(shù)在應(yīng)用到器件設(shè)備中具有更加優(yōu)質(zhì)的抗干擾性能（牛利松,田通，焦春來，PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析，數(shù)字通信世界,2019年第7期169和216頁）。通過對現(xiàn)有的PLC技術(shù)的應(yīng)用情況以及生產(chǎn)水平進行研究統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)該技術(shù)中應(yīng)用了大規(guī)模集成電路技術(shù)，同時大規(guī)模集成電路技術(shù)表現(xiàn)出極高的可靠性。2)通過市場調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，日本三菱公司生產(chǎn)的可編程邏輯控制器在無故障的情況下可以工作較長的時間。主要是因為在生成PLC的過程中，使用的硬件具有自我檢測功能，一旦檢測到問題，可以及時進行警報，便于進行及時處理。由于集成電路以及半導(dǎo)體材料的不斷發(fā)展，芯片的集成度不斷提高，同時電路元件在芯片上的集成度也不斷升高。因此PLC產(chǎn)品的型號以及規(guī)模也已經(jīng)發(fā)生了相當大的變化，主要體現(xiàn)在集成器件的功能上。PLC產(chǎn)品的功能規(guī)模相當豐富，更好地滿足工業(yè)控制的各種需要。同時器件本身具備完整的數(shù)據(jù)運算和邏輯處理功能，因此具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢。

2機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)運用PLC技術(shù)的措施

機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)種類較多，為了提升研究深度與準確性，本部分選擇具體案例分析。以染色生產(chǎn)系統(tǒng)為例，分析PLC技術(shù)的具體運用，并著重分析側(cè)重點。

2.1溫控系統(tǒng)硬件組成

本次設(shè)計考慮到紡織行業(yè)的特點，選擇歐姆龍公司生產(chǎn)的α系列PLC機型，屬于典型中小型機，其中最大控制I/O點數(shù)為1184點。染色機溫控系統(tǒng)核心選擇PLC系統(tǒng)，打破傳統(tǒng)儀表控制的不足，用戶可以根據(jù)自己產(chǎn)品與布料調(diào)整染色控制溫度曲線，并借助PLC優(yōu)點，通過簡單編程實現(xiàn)輸入信號與輸出信號的聯(lián)鎖，一旦出現(xiàn)故障情況及時作出反應(yīng)，提高控制系統(tǒng)的安全性與可靠性。溫控系統(tǒng)控溫單元采取晶閘管，并將其作為電子開關(guān)，觸發(fā)通過功率擴展板實現(xiàn)，并對加熱器通斷進行控制，PLC中測量反饋信號輸入選擇熱電偶，構(gòu)建一個完整閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度的精確控制（郭潤梅，分析PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，世界有色金屬,2018年第22期212和214頁）。

2.2溫度測控模塊分析

考慮到紡織品染色工藝要求的溫度范圍及特點，設(shè)計時溫度傳感器選擇鉑電阻，它的控制溫度低于20攝氏度時線性度良好，甚至可以將非線性校正部分去除掉。通過程序?qū)⑾鄳?yīng)設(shè)定值寫入該模塊，直接將原有溫度曲線進行調(diào)整，滿足不同生產(chǎn)廠家或不同紡織品種的優(yōu)勢，該模塊該交易對溫度自動修正，模塊中輸入熱電偶修正值，利用認為修正方式減少熱電偶本身誤差造成溫控誤差，促進控制精準度的提升。

2.3人機互動模塊分析

1)開關(guān)量模塊。開關(guān)量輸入模塊主要承擔待染色物質(zhì)類型的選擇，選擇C200H-ID212；輸出模塊選擇C200H-OC225主要負責(zé)染色故障報警信息的輸出。2)人機界面。染色機啟動與停止通過觸摸屏模塊實現(xiàn)，選擇染色品種、溫度參數(shù)等，出現(xiàn)報警故障時直接顯示發(fā)生故障的位置及原因。

2.4系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)容

染色機溫控系統(tǒng)的主要組成部分就是軟件部分，直接為全中文操作環(huán)境，并支持微軟系統(tǒng)拖拉與粘貼操作，提高操作者編程編程效率。

3技術(shù)趨勢分析

結(jié)合科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢得知，在以后幾年中，研究人員肯定會制造出更多新型的電氣工程設(shè)備，在機電一體化之中，結(jié)合現(xiàn)有的運行環(huán)境，對人機界面進行大力的完善，保證PLC技術(shù)在機電一體化當中得到更好運用，推動我國電氣工程朝著智能化、自動化方向發(fā)展。將PLC技術(shù)運用到機電一體化系統(tǒng)當別關(guān)鍵，這也是未來的發(fā)展趨勢，設(shè)計人員可以根據(jù)當前機電一體化系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀，對計算機組網(wǎng)進行大力的完善，保證PLC電氣控制系統(tǒng)更加健全。當前PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，由于其網(wǎng)路布局較為廣泛，密度也比較大，將會在機電一體化當中取得良好運用。將來PLC技術(shù)在電氣設(shè)備當中的應(yīng)用越來越多，保證通訊工具更加完整，控制系統(tǒng)的操作界面更加人性化（唐中武，PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，黑龍江科學(xué),2018年第16期126-127頁）。由于我國大型工業(yè)電氣設(shè)備的快速發(fā)展，將PLC技術(shù)應(yīng)用到自動化控制系統(tǒng)之中，能夠更好的提高各項電氣設(shè)備安全性能。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全面發(fā)展，機電一體化系統(tǒng)當中的PLC技術(shù)自動化程度不斷提升，這也滿足當前智能社會的發(fā)展要求。

結(jié)語：

篇7

關(guān)鍵詞：低功耗；無線供能；電荷泵整流器；低壓差線性穩(wěn)壓器；帶隙基準電壓源；電源抑制

中圖分類號：TM44；TN722；TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-04

0 引 言

近幾年，受益于集成電路工藝技術(shù)與片上系統(tǒng)（System on Chip，SOC）的不斷發(fā)展，射頻識別、微傳感網(wǎng)絡(luò)以及環(huán)境感知等智能技術(shù)得到了飛速發(fā)展。其中，對于無線供能植入式芯片的能量管理、功耗等問題受到了持續(xù)關(guān)注與研究。當能量采集完成后，如何管理該能量是下一代被動與半被動植入式醫(yī)療設(shè)備的要點之一。

在低功耗植入式芯片中，如低噪聲放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等對工作電壓及其紋波都有一定的要求，因此須通過無線能量管理單元（Wireless Power Management Unit，WPMU）將其電源性能優(yōu)化。在被動式芯片中，電荷泵整流器（Charge Pump Rectifier，CPR）、帶隙基準源（Bandgap Reference，BGR）、低壓差線性穩(wěn)壓器（Low Dropout Regulator，LDO）是WPMU的重要組成單元[1]。芯片工作時，人體各種低頻信號（EEG、ECG）會通過相應(yīng)的耦合方式傳輸?shù)诫娫赐飞?，從而產(chǎn)生低頻噪聲，因此必須采用相關(guān)技術(shù)獲得高電源抑制比電源。論文首先通過電荷守恒定理對傳統(tǒng)Dickson電路進行動態(tài)分析及能量轉(zhuǎn)換效率的改進；然后采用電源抑制增強（Power Supply Rejection Boosting，PSRB）與前饋消除（Feed-forword Cancellation，F(xiàn)WC）等技術(shù)分別提高BGR、LDO在運放工作帶寬內(nèi)的電源抑制力（Power Supply Rejection，PSR），并在輸出節(jié)點并聯(lián)電容以濾除超高頻紋波；最后為保證LDO在負載變化時的穩(wěn)定性，利用零極點追蹤補償來滿足相位裕度的要求。

論文對高性能無線能量管理單元預(yù)設(shè)指標為：

（1）CPR在輸入500 mV交流小信號時能輸出2 V電壓并驅(qū)動200 A的電流。

（2）BGR輸出電源抑制比在LDO的工作范圍內(nèi)盡可能大于60 dB，以減小對LDO的影響。

（3）LDO輸出電源抑制比在生物信號頻率處（01 kHz）及CPR輸入信號處大于60 dB，從而提供負載電路高性能的工作電壓。

（4）在滿足以上性能的情況下，盡可能減小電路工作時的靜態(tài)電流。

1 無線能量管理單元的基本原理

圖1所示為論文采用的無線供能能量管理單元拓撲結(jié)構(gòu)。由圖1可知，WPMU主要包含CPR、BGR、LDO及保護電路（PRO）等模塊。芯片通過片外天線采集到由基站發(fā)射的高頻無線能量信號，CPR將信號整流后進行升壓，產(chǎn)生紋波較大的電壓，并將該能量儲存到Cs中。由BGR與LDO所組成的環(huán)路通過負反饋輸出紋波較小的VDD來驅(qū)動負載電路。其中BGR為LDO提供一個精準穩(wěn)定的參考電壓，因此BGR的性能影響著LDO輸出電壓的性能。芯片中的保護電路包括過溫保護電路、過壓保護電路、限流電路，其主要目的在于意外情況下對電路關(guān)斷，實現(xiàn)對電路的保護。

設(shè)計能量管理單元時，在無線供能的環(huán)境下要注意相關(guān)性能的優(yōu)化，而這又伴隨著其它性能的犧牲，下面將詳細分析論文采用的CPR、BGR、LDO設(shè)計原理及電路結(jié)構(gòu)。

3 版圖及后仿真結(jié)果

采用SMIC 0.18 m CMOS工藝，在Cadence下對電路進行仿真驗證，無線能量管理單元的版圖如圖7所示，其中包含了CPR、BGR、LDO及PRO等模塊，芯片的尺寸大小為277 m×656 m。

電路在工作時要避免反饋環(huán)路發(fā)生震蕩，必須保證LDO環(huán)路的相位裕度，論文在tt、ff、ss三個工藝角下對其進行不同負載電流（0200 A）的仿真，仿真結(jié)果如表1所列。該結(jié)果表明在負載電流0200 A內(nèi)，由于零極點追蹤補償?shù)淖饔?，相位裕度均大?0度，根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，LDO環(huán)路能在負載變化的范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

圖8所示為BGR、LDO的PSR仿真波形，從圖中可以看出，BGR采用PSRB技術(shù)后，PSR在低頻降低了近25 dB。當LDO采用FWC技術(shù)時，電源抑制在低頻段得到了顯著提升，電路空載時，在100 Hz內(nèi)提升了近20 dB，滿載時提升了近40 dB。

圖912給出了WPMU中CPR與LDO的相關(guān)瞬態(tài)仿真結(jié)果，當輸入頻率為500 MHz、幅度為0.5 V的正弦波時，電路建立時間約為13 s，CPR的紋波約為5 mV，而LDO的輸出電壓紋波減小至2.3 V，即高頻處PSR約為-66 dB。因此論文采用的LDO在生物信號頻率處（DC-10 kHz）與輸入信號頻率處（100 MHz以上）具有較好的PSR。表2對相關(guān)文獻與本文設(shè)計進行性能比較，可以看出，該電源管理單元能輸出性能更好的工作電壓。

4 結(jié) 語

論文針對CPR、LDO、BGR進行研究，設(shè)計了一種應(yīng)用于低功耗無線供能植入式醫(yī)療芯片的能量管理單元。采用SMIC 0.18 m CMOS工藝提供的本征MOS管使CPR的效率得到提升。利用PSRB將BGR的PSR在低頻處從-75 dB降低到-95 dB，這是優(yōu)化LDO電源抑制能力的基本前提。通過FWC、零極點追蹤補償改善LDO的PSR與穩(wěn)定度，在驅(qū)動0.2 mA的負載電流時，PSR為-85 dB@DC，而相位裕度在負載范圍內(nèi)均大于60度，該性能可適用于對電源性能要求較高的模塊。

參考文獻

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[6]王憶.高性能低壓差線性穩(wěn)壓器研究與設(shè)計[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.

篇8

成果簡介： 天然食品防腐劑與天然食品防腐粉均屬食品防腐領(lǐng)域。取花生殼為原料，經(jīng)過精細處理，制成天然食品防腐劑和天然食品防腐粉。天然食品防腐劑無菌無毒，不影響食品的色、香、味。將它添加于醬油中，醬油保質(zhì)期可達一年之久。將天然食品防腐粉事先放入浸泡咸鴨蛋的水中，制成的咸鴨蛋咸淡適中，清香可口。此浸泡液可使用五年仍不變質(zhì)。使用天然食品防腐劑制作的醬油和使用天然食品防腐粉制作的咸鴨蛋，均屬綠色食品。

本發(fā)明操作簡單易行，有廣闊的發(fā)展前景。預(yù)計未來，將天然食品防腐劑用于飲料、果汁、面條、粉絲等食品，也是值得探討的。該發(fā)明有較好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。（本成果聯(lián)系方式：蔣玉英 13135288192）

一種從含硒酸泥中分離和回收硫鐵硒的方法

成果簡介： 本發(fā)明公開了一種從硫鐵礦制酸過程含硒酸泥中回收硫、鐵、硒的方法。先在含硒酸泥中加入煤油浸提單質(zhì)硫，過濾分離含單質(zhì)硫的熱煤油和含硒、鐵的脫硫渣。待熱煤油冷卻后單質(zhì)硫析出。再將含硒、鐵的脫硫渣加入到硫酸和氯酸鈉的混合溶液中，過濾分離氧化浸出液和含鐵殘渣，在氧化浸出液中先后加入亞硫酸鈉和硫脲，還原得到沉硒后液和粗硒。硫的總回收率達97%至98%；硒的品位達到92%至93%，硒的總回收率達94%至95%。本發(fā)明操作簡便、設(shè)備簡單，具有很好的應(yīng)用價值。

高性能存儲控制器平臺

成果簡介： 隨著制成工藝的進步，工業(yè)界已經(jīng)有能力生產(chǎn)密度愈來愈大且低成本的NAND閃存芯片，這將非常有助于推動固態(tài)硬盤（SSD）技術(shù)在筆記型電腦的應(yīng)用。SSD的核心芯片是控制器芯片，可以智能地調(diào)度和控制數(shù)據(jù)傳輸，用以提高個人電腦應(yīng)用所需的SSD傳輸帶寬，香港應(yīng)用科技研究院SSD平臺可以授權(quán)給客戶使用的包括IP及芯片解決方案種類。

高性能存儲控制器平臺技術(shù)包括硅芯片IP，帶有SATA II設(shè)備介面的測試芯片以及FPGA開發(fā)板和相應(yīng)固件；當中亦提供SSD參考設(shè)計方案，從而減少客戶開發(fā)SSD SoC的時間，也可以幫助客戶根據(jù)產(chǎn)品的需求定制設(shè)計，實現(xiàn)不同的應(yīng)用，如SSD或DOM等。此平臺能滿足高性能NAND閃存的龐大市場應(yīng)用，特別是PC市場對記憶體的需求。

主要技術(shù)：

（1） 24位BCH糾錯-用于增強基于多層單元（MLC）NAND閃存應(yīng)用的可靠性；

（2） 可編程的糾錯處理器-用于更好地支持單層單元閃存（SLC）及多層單元閃存（MLC）混和應(yīng)用，提供高性價比和可靠的SSD解決方案；

（3） 定制化多通道設(shè)計-提高SSD應(yīng)用的數(shù)據(jù)吞吐量并可做到可擴展設(shè)計；

（4） 先進的映射技術(shù)-高效的映射邏輯塊到物理頁或塊。

超高速USB3.0介面

固態(tài)硬盤控制器芯片

成果簡介： 本成果將開發(fā)先進的NAND閃存控制器用以支持新的同步介面的NAND閃存標準，如ONFi或Toggle模式。同時，將開發(fā)相應(yīng)的軟件以最大化資料操作帶寬，并提升NAND閃存讀寫效率。增強的糾錯模塊在這個專案中也會改進，用以處理可能帶來更多誤碼的新型MLC NAND閃存。此外，本成果也將研發(fā)USB3.0設(shè)備端控制IP，這個非常復(fù)雜且有價值的IP將完全符合USB組織所定義的USB3.0規(guī)范。

主要技術(shù)：

（1） 增強 BCH 糾錯-用于增強基于多層單元（MLC）NAND閃存應(yīng)用的可靠性；

（2）先進 NAND 閃存控制器-用于支持同步介面ONFi或Toggle模式等NAND閃存標準，提升訪問速度；

（3） USB3.0設(shè)備端控制器-完全相容USB3.0標準并后續(xù)相容USB2.0。

LED驅(qū)動器

成果簡介： 高功率照明二極體技術(shù)的迅速發(fā)展帶來LED照明的普及化。新一代的AC-DC和DC-DC LED驅(qū)動器，以順應(yīng)這一趨勢。這些驅(qū)動器技術(shù)跟高功率 LED 燈合并起來將會替代傳統(tǒng)日光燈、MR16、T8、街道以及E27節(jié)能燈。

（1）AC-DC LED驅(qū)動器

我們已經(jīng)為高功率二次側(cè)感應(yīng)（SSR）AC-DC適配器集成電路及原邊感應(yīng)（PSR）AC-DC LED控制器/驅(qū)動器集成電路開發(fā)了高電壓模擬構(gòu)建模塊，包括：

* 低EMI的片上振蕩器

* 自動恢復(fù)短路保護

* 溫度感測器和過溫保護

* 模擬數(shù)位轉(zhuǎn)換器

* PID控制器

* 零電流檢測器、欠壓閉鎖電路

* 提供離線應(yīng)用的PWM電流模式控制器

（2）DC-DC LED驅(qū)動器

DC-DC LED驅(qū)動器在工作電壓為30V時可以提供輸出電流350mA到1A。LED驅(qū)動器平臺模擬IP原件上的主要組成部分包括一個高電壓調(diào)節(jié)器、電流檢測電路、可編程（可擴展）功率驅(qū)動器和功率FET、關(guān)機控制電路和高電壓ESD保護電路。將上述IP元件集成于LED驅(qū)動器平臺，則只需少數(shù)外部元件裝配在一起便可使用。香港應(yīng)用科技研究院研發(fā)的LED驅(qū)動器使得節(jié)能LED燈可替代現(xiàn)有的T8螢光燈管、MR16鹵素?zé)艉虴27燈泡。

v-Trainer 視覺訓(xùn)練儀

成果簡介： v-Trainer 是新一代經(jīng)專業(yè)測試有效治療弱視和雙眼視的訓(xùn)練儀，治療數(shù)據(jù)存于內(nèi)嵌式USB主儲存器，可在家里或其他地方使用。具有電子目鏡內(nèi)含高分辨率顯示屏，針對個別患者的視覺能力而自動調(diào)校訓(xùn)練設(shè)置，治療軟件可升級，預(yù)裝治療軟件，可改善弱視及雙眼視功能和內(nèi)置特殊光學(xué)組件，模擬視光檢驗時的真實性等特點。具有改善視力（87%患者的視力提高多于1行，68%患者的視力提高多于2行）、改善對比敏感度（100%患者普遍得到改善，85%患者能于高空間頻率范圍內(nèi)得到改善）和改善雙眼視功能（66%患者普遍得到改善）三大治療效果。

微投影芯片

成果簡介： 微投影技術(shù)可以將原始銀幕尺寸通過投影轉(zhuǎn)變成清晰的大銀幕影像，可以為上網(wǎng)本、手機、MP4、數(shù)字照相機和攝像機等小型電子設(shè)備提供大銀幕顯示功能。

LCoS顯示IP模塊采用基于全數(shù)位設(shè)計的真脈寬調(diào)制方式，全部經(jīng)過硅芯片驗證。這些IP包括嵌入式視頻專用SRAM、DDR I/O、數(shù)位調(diào)制模塊、時鐘分布模塊等一系列高性能電路模塊。成像IP模塊同時相容VAN和TN兩種液晶模式。

針對微投影應(yīng)用定制的集成LED驅(qū)動電路，具有回應(yīng)速度快、無開關(guān)毛刺和低功耗等優(yōu)點。同時，集成的DC-DC轉(zhuǎn)換器（包括boost和buck）可以為LCoS成像芯片和視頻處理芯片提供可編程電源電壓。

將LCoS成像技術(shù)和集成LED驅(qū)動芯片相結(jié)合，客戶可以設(shè)計、生產(chǎn)出高性能低功耗低成本的微投影儀產(chǎn)品。

磷酸鐵鋰系復(fù)合材料的制備方法

成果簡介： 本發(fā)明公開一種磷酸鐵鋰系復(fù)合材料的制備方法，其特征在于采用磷酸氫鐵作為鐵源和磷源，將鋰源（氫氧化鋰、碳酸鋰、草酸鋰等）、磷酸氫鐵和摻雜源物質(zhì)混合，置于球磨機中進行機械化學(xué)反應(yīng)，使鋰替換FeHPO4中的氫，將球磨后的物料置于保護性氣氛下煅燒數(shù)小時晶化即可得到磷酸鐵鋰（LiFePO4）復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于它簡化了合成工藝，降低了材料成本，得到的磷酸鐵鋰復(fù)合材料比容量高，循環(huán)性能良好，易于工業(yè)化應(yīng)用。

聯(lián)系單位：湖南省技術(shù)產(chǎn)權(quán)交易所

聯(lián)系地址：長沙市八一路59號省技術(shù)產(chǎn)權(quán)交易大樓704

電子郵箱：.cn

聯(lián) 系 人：周利平 向光遠

郵 編： 410001

篇9

本文結(jié)合實踐，總結(jié)分析了常用元器件電阻、電容、電感、半導(dǎo)體二極管、三極管的損壞原因及其表現(xiàn)，以及常用、有效的六種檢測維修方法：直觀法、電阻法、電壓法、電流法、示波器法以及代換法等，可對維修檢測實踐給以幫助。

【關(guān)鍵詞】 熱敏電阻 漏電阻 電擊穿 代換試驗法

電器設(shè)備的故障多由元器件壞損所致，其它原因引發(fā)電子設(shè)備的故障也經(jīng)常導(dǎo)致電子元器件的損壞，造成設(shè)備不能工作。因而，鑒別元器件的好壞，掌握元器件損壞的特點以及多種電器檢修方法，對查找故障點及修復(fù)設(shè)備是十分重要的。

1 電子元器件損壞原因及表現(xiàn)

1.1 電阻（電位器）

電阻是一種導(dǎo)體，在電路中用R表示，它的故障一般只有兩種，即增值和開路。電阻增值多是電流過大所致。當流過電阻的電流超過額定電流后，電阻會冒煙以致開路。電阻損壞引起電路故障后其表面涂層會變色或發(fā)黑，從外觀判斷，既直觀又快速。

1.2 電容器

電容是儲存電荷的元件，電路中用C表示。電容兩極板間填充的是絕緣介質(zhì)，兩極間的電阻就是常說的漏電阻。漏電阻大漏電流就小，漏電阻小漏電流就大。電容損壞引起的故障比較復(fù)雜，最簡單的故障就是開路和短路。開路是充放電電流過大所致，短路多是電壓過高擊穿引起，當然也不排除其它原因。

1.3 電感器（變壓器）

電感線圈是一種非標準元件，按照不同用途可以制成各種不同形狀，電路中用L表示。電感的主要參數(shù)有：電感量、品質(zhì)因數(shù)及分布電容。電感故障主要表現(xiàn)為：開路（線頭霉斷）、短路（局部短路）、受潮、磁芯破損等，其故障率相對較低。變壓器是利用線圈間互感原理制成的，可變壓、變流及變換阻抗，用T表示。變壓器種類很多，但常見故障不外乎短路、斷路和漏電。

1.4 半導(dǎo)體器件（二極管、三極管）

晶體管在電子電路中居中心地位，決定了電路功能能否實現(xiàn)。在電路中晶體二極管用VD表示，晶體三極管（下簡稱“三極管”）用VT表示。晶體極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)為PN結(jié)，二極管有一個PN結(jié)，三極管有兩個PN結(jié)。三極管的主要參數(shù)有：集電極最大耗散功率PCM、集電極最大電流ICM、集射極最大電壓BVCEO等。三極管在工作時，因工作電壓過高、工作電流過大、工作狀態(tài)不符合要求等都會造成損壞。

2 常用檢修方法

電器設(shè)備的檢修方法很多，以下介紹幾種常用的檢修方法：

（1）直觀法。直觀法就是通過親眼看到的方式去發(fā)現(xiàn)問題，排除故障的檢測方法。

通過直觀法可以檢測任何一種電器設(shè)備或電路，如電器設(shè)備的破損，斷裂，插口是否生銹，電路是否有斷開等現(xiàn)象。直觀法有兩種檢測對象，一種是對實物進行檢測，另一種是對圖像進行檢測，如對電視機的檢測即可通過示波器進行檢測。

對實物進行檢測，如果遇到需要拆分的電器設(shè)備，在拆分前必須注意觀察電器設(shè)備的外表，看有無碰傷痕跡，機器上的按鍵、插口、電器設(shè)備的連線有無損壞等。拆分后，注意觀察電器內(nèi)部的情況，如熔斷器是否熔斷，電阻是否燒焦，變黑，電解電容器是否變形，有無漏液等現(xiàn)象，電路板上的焊點是否良好等。

直觀法是最方便，也是最常用的一種檢測方法。

（2）電阻法。電阻法就是利用萬用表的電阻檔對電路以及元器件檢測的一種方法。

（3）電壓法。電壓法是檢測電器元件及測量電路最基本、最常用的方法。經(jīng)常測試的電壓是各級電源電壓、晶體管的各極電壓以及集成塊各腳電壓等。一般而言，測得電壓的結(jié)果是反映電器工作狀態(tài)是否正常的重要依據(jù)。電壓法可分為直流電壓檢測和交流電壓檢測兩種。

（4）電流法。電流法是通過檢測晶體管、集成電路的工作電流，各局部的電流和電源的負載電流來判斷電器故障的一種方法。用電流法檢測電子電路時，可以快速找出晶體管發(fā)熱、電源變壓器等元器件發(fā)熱的原因，也是檢測各元器件和集成電路工作狀態(tài)的常用方法。電流法檢測可分直接測量法和間接測量法兩種。

（5）示波器法。示波器是一種綜合性電信號顯示和測量儀器，它不但可以直接顯示出電信號隨時間變化的波形及其變化過程，測量出信號的幅度、頻率、脈寬、相位差等，還能觀察信號的非線形失真，測量調(diào)制信號的參數(shù)等。示波器法是利用示波器觀察信號通路各測試點，根據(jù)波形的有無、大小和是否失真來判斷故障的一種檢修方法。

（6）代換試驗法。代換試驗法是用規(guī)格相同、性能良好的元器件或電路，代替故障電器上某個被懷疑而又不便測量的元器件或電路，從而來判斷故障的一種檢測方法。

當代換局部電路時，如懷疑某一級放大器有故障，可將此級放大器輸出端斷開，另找一臺同型號或同類工作正常的機器，在同樣的部位斷開，將好的機器斷開點之前工作正常。再將斷開點移至所懷疑這及放大器的輸入端，再作上述代換試驗。

以上僅列舉常用的六種故障檢測方法，電子電器因工作環(huán)境及其他因素造成故障不同，故障檢修方法也會不盡相同，這要靠平時多學(xué)習(xí)多實踐，及時采用合適的檢修方法，才能又快又好的查出問題解決問題。

參考文獻

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[2]王兆安，黃俊.《電力電子技術(shù)》第五版.機械工業(yè)出版社，2009-7.

[3]王仁祥.《常用低壓電器原理及其控制技術(shù)第2版》.機械工業(yè)出版社，2009-1.

篇10

關(guān)鍵詞：智能輪椅；傳感器；系統(tǒng)；定位

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 22-0000-01

Hardware System Design Based on Multi-Sensor Intelligent Wheelchair

Hao Minchai

(Shijiazhuang Vocational College,Shijiazhuang 050081,China)

Abstract:High-performance low-cost intelligent wheelchair can greatly improve today's elderly and disabled users of the quality of life,safe and convenient to use people to their destination,during operation,the smart wheelchair can accept user issued the directive,according to the designated routes,so the design of intelligent wheelchair in the perception of the environment is an integral part of this paper,the context-aware intelligent wheelchair part of the multi-sensor system architecture,component design analysis and interpretation.

Keywords:Intelligent wheelchair;Sensor;System;Positioning

一、傳感器系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

能夠?qū)崿F(xiàn)智能輪椅的總功能主要有：定位系統(tǒng)，環(huán)境感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和人機交互界面等功能。因此該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中傳感器模塊主要有內(nèi)部狀態(tài)感知和外部環(huán)境感知兩部分構(gòu)成，對于姿態(tài)傳感器主要用來調(diào)整輪椅自身的位姿信息；編碼器傳感器是位移速度和距離獲得自定位的信息采集源；視覺、超聲波和接近開關(guān)主要負責(zé)持續(xù)獲得周圍環(huán)境和輪椅位于障礙物的距離等的信息。驅(qū)動控制模塊我們采用電機控制后輪驅(qū)動的方式，在控制器的操作去控制電動輪椅的前進、后退和轉(zhuǎn)向。

圖1：智能輪椅硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

二、多傳感器數(shù)據(jù)采集與處理

該智能輪椅有2個相對獨立的驅(qū)動輪并各自配有電機碼盤。電機碼盤實時進行數(shù)據(jù)檢測構(gòu)成了里程計式相對定位傳感器，并安裝有傾角傳感器和陀螺儀傳感器來測量輪椅在運動過程的姿態(tài)。超聲波傳感器和接近開關(guān)用于感知周圍環(huán)境信息。為能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離的障礙物信息，還配備了超聲波傳感器。還配備了CCD圖像傳感器用于判斷前方行進路程中的深度信息。

三、姿態(tài)傳感器

該智能輪椅設(shè)計采用了一個傾角傳感器和一個陀螺儀的組合來構(gòu)成姿態(tài)傳感器檢測車體平臺的運行姿態(tài)。傾角傳感器用來測量輪椅偏離豎直方向的角度，陀螺儀用來測量角速度。

以TMS320LF2407A為控制核心的運動控制器，根據(jù)編碼器和姿態(tài)傳感器檢測到的平臺運行的位移和姿態(tài)信號，通過一定的控制策略計算出控制量，再經(jīng)脈寬調(diào)制控制及驅(qū)動器放大后驅(qū)動直流電動機運轉(zhuǎn)，隨時調(diào)整車體平臺的運行速度，從而使車體平臺始終保持平衡狀態(tài)。控制電路原理圖如圖2所示。控制板采集來自傾角和角速度傳感器的信號并對信號進行調(diào)理（濾波、整形、偏移），然后將信號傳送到控制板中，經(jīng)過DSP的運算處理（控制算法由電動車系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)而出），通過DSP的兩路脈寬調(diào)制將控制信號發(fā)出，再經(jīng)過電機驅(qū)動模塊驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，控制輪椅保持平衡狀態(tài)。

圖2：控制電路原理圖

四、多路超聲波測距模塊

本智能輪椅自主避障系統(tǒng)采用超聲波傳感器測量障礙物的距離，工作時，由單片機通過三路信號線選通多路模擬開關(guān)，由多路模擬開關(guān)負責(zé)每一路超聲波傳感器的通斷。每一路超聲波傳感器工作時，都由單片機的I/O口發(fā)射出頻率為40kHz，幅值為5V的矩形脈沖信號，經(jīng)過信號放大電路，變成穩(wěn)定的12V矩形脈沖信號，由超聲波發(fā)射換能器發(fā)射出超聲波。超聲波遇到障礙物返回，由超聲波接收換能器接收，經(jīng)過信號濾波放大集成電路，觸發(fā)單片機中斷。由單片機計算渡越時間，從而計算出障礙物的距離。

五、編碼器

編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”，通過“1”和“0”的二進制編碼來將采集來的物理信號轉(zhuǎn)換為機器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。

產(chǎn)生的時鐘頻率是每個輸入序列的4倍，且把這個時鐘作為通用定時器2的輸入時鐘。圖4給出了正交編碼脈沖、增減計數(shù)方向及時鐘的波形。

圖4：編碼器輸出脈沖圖

六、結(jié)論