集成电路的原理篇1
1 概述
电子标签是时下最为先进的非接触感应技术。Ri－R6C－001a芯片是美国德州仪器（ti）和荷兰飞利浦公司（philips）开发出的一种廉价的非接触感应芯片。这种芯片的无源最大读写距离可达1．2米以上。它与条形码相比，无须直线对准扫描，而且读写速度快，可多目标识别和运动识别，每秒最多可同时识别50个，频率为13．56mHz±7kHz（国际通用）的目标。它采用国际统一且不重复的8字节（64bit）唯一识别内码（Uniqueidentifier，简称UiD），其中第1～48bit共6字节为生产厂商的产品编码，第49～56bit1个字节为厂商代码（iSo／ieC7816－6／am1），最高字节固定为“eo”。其使用寿命大于10年或读写10万次，无机械磨损、机械故障，可在恶劣环境下使用，工作温度为－25～＋70℃?可反复读写且扇区可以独立一次锁定，并能根据用户需要锁定重要信息；现有的产品一般采用4字节扇区，内存从512bit～2048bit不等。
Ri－R6C－001a芯片采用柔性封装，它的超薄和多种大小不一的外型，使它可封装在纸张和塑胶制品（pVC、pet）中，既可应用于不同安防场合，也可再层压制卡。国际标准化组织已把这种非接触感应芯片写入国际标准iSo15693中。其主要原因是因为该芯片具有封装任意、内存量大、可读可写、防冲撞等独特的功能。
2 引脚排列与功能
图1所示为（Ri－RRC－001a芯片和引脚排列）。
3 内部结构
收发器需要5V外加电源，在实际操作中最小电压为3V，最大电压为5．5V，典型电压为5V。电损耗取决于天线阻抗和输出网络的配置。由于电源纹波和噪声会严重影响整个系统的性能，因此，德州仪器推荐使用标准电源。
射频收发器内部的输出晶体管是一个低阻场效应管，电耗直接在tX＿oUt脚消耗，推荐用5V电源供电，最好驱动50Ω天线。在输出端连接一个简单的谐振电路或者匹配网络可以降低谐波抑制，用选通方波驱动输出晶体管能达到100％的调制度。调整连接输出晶体管的电阻（典型电路中的R2）能获得10％的调制度，增大这个电阻，调制度也随之增加。通过发射编码器变换的数据可按照事先选择好的射频协议进行传输，通信速率应为5～120kB，而且至少要有一个速率满足已选择感应器协议的要求。
接收器通过外部电阻连接到天线后可将来自电子标签的调制信号通过二极管包络检波进行解调，接收解码器输出到控制器的数据是二进制数据格式，通信速率和射频协议由已选择的模式确定。在输出数据时，接收的数据串中已检测并标志了启动、停止、错误位。
该系统的正常时钟频率为13．56mHz，但是振荡器的工作频率范围为4mHz～16mHz。
在电源被重新启动后，设备为默认配置。Ri－R6C－001a系统有三个有效电源模式。主要模式是满载模式，而空载模式仅出现在与电路有关的标准振荡器和最小系统工作中的标准振荡器停振时，掉电模式则完全关断设备内部的偏置系统。当SCLoCK保持高电平时，可在Din端的输出脉冲上升沿唤醒电路。
Ri－R6C－001a芯片的串行通信接口通常使用三根线，其中的SCLoCK为串行双向时钟；Din为数据输入，DoUt为数据输出。参见图2所示的Ri－R6C－001a内部结构图。
4 典型电路应用
图3所示是Ri－R6C－001a的典型应用电路，该电路可驱动50Ω的天线，当电源电压为5V时，输出射频的功率为200mw，而当电源电压为3V时，输出射频功率为80mw。
图3
由于电路中的发射器一直工作，因此，应增大集成电路散热片的尺寸以增加散热面积。设计电路时，应避免过大的分布电容，当电路板分布电容过高时，可配合晶振调整电容C5的值，以减少时钟的不稳定性。推荐C5值为22pF。通过软件处理可使收发器的调制度在100％～10％范围内调整。iSo15693协议规定标签允许执行10％～30％之间的调制度（除100％之外），通过改变电阻R2的值可以达到这个要求。
集成电路的原理篇2
关键词：课程体系改革；教学内容优化；集成电路设计
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2015）34-0076-02
以集成电路为龙头的信息技术产业是国家战略性新兴产业中的重要基础性和先导性支柱产业。国家高度重视集成电路产业的发展，2000年，国务院颁发了《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（18号文件），2011年1月28日，国务院了《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》，2011年12月24日，工业和信息化部印发了《集成电路产业“十二五”发展规划》，我国集成电路产业有了突飞猛进的发展。然而，我国的集成电路设计水平还远远落后于产业发展水平。2013年，全国进口产品金额最大的类别是集成电路芯片，超过石油进口。2014年3月5日，国务院总理在两会上的政府工作报告中，首次提到集成电路（芯片）产业，明确指出，要设立新兴产业创业创新平台，在新一代移动通信、集成电路、大数据、先进制造、新能源、新材料等方面赶超先进，引领未来产业发展。2014年6月，国务院颁布《国家集成电路产业发展推进纲要》，加快推进我国集成电路产业发展，10月底1200亿元的国家集成电路投资基金成立。集成电路设计人才是集成电路产业发展的重要保障。2010年，我国芯片设计人员达不到需求的10%，集成电路设计人才的培养已成为当前国内高等院校的一个迫切任务[1]。为满足市场对集成电路设计人才的需求，2001年，教育部开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业[2]。
我校2002年开设电子科学与技术本科专业，期间，由于专业调整，暂停招生。2012年，电子科学与技术专业恢复本科招生，主要专业方向为集成电路设计。为提高人才培养质量，提出了集成电路设计专业创新型人才培养模式[3]。本文根据培养模式要求，从课程体系设置、课程内容优化两个方面对集成电路设计方向的专业课程体系进行改革和优化。
一、专业课程体系存在的主要问题
1.不太重视专业基础课的教学。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”是集成电路设计的专业基础课，为后续更好地学习专业方向课提供理论基础。如果基础不打扎实，将导致学生在学习专业课程时存在较大困难，更甚者将导致其学业荒废。例如，如果没有很好掌握moS晶体管的结构、工作原理和工作特性，学生在后面学习CmoS模拟放大器和差分运放电路时将会是一头雾水，不可能学得懂。但国内某些高校将这些课程设置为选修课，开设较少课时量，学生不能全面、深入地学习；有些院校甚至不开设这些课程[4]。比如，我校电子科学与技术专业就没有开设“晶体管原理”这门课程，而是将其内容合并到“模拟集成电路原理与设计”这门课程中去。
2.课程开设顺序不合理。专业基础课、专业方向课和宽口径专业课之间存在环环相扣的关系，前者是后者的基础，后者是前者理论知识的具体应用。并且，在各类专业课的内部也存在这样的关系。如果在前面的知识没学好的基础上，开设后面的课程，将直接导致学生学不懂，严重影响其学习积极性。例如：在某些高校的培养计划中，没有开设“半导体物理”，直接开设“晶体管原理”，造成了学生在学习“晶体管原理”课程时没有“半导体物理”课程的基础，很难进入状态，学习兴趣受到严重影响[5]。具体比如在学习moS晶体管的工作状态时，如果没有半导体物理中的能带理论，就根本没办法掌握阀值电压的概念，以及阀值电压与哪些因素有关。
3.课程内容理论性太强，严重打击学生积极性。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”这些专业基础课程本身理论性就很强，公式推导较多，并且要求学生具有较好的数学基础。而我们有些教师在授课时，过分强调公式推导以及电路各性能参数的推导，而不是侧重于对结构原理、工作机制和工作特性的掌握，使得学生（尤其是数学基础较差的学生）学习起来很吃力，学习的积极性受到极大打击[6]。
二、专业课程体系改革的主要措施
1.“4+3+2”专业课程体系。形成“4+3+2”专业课程体系模式：“4”是专业基础课“专业物理”、“半导体物理”、“固体物理”和“晶体管原理”；“3”是专业方向课“集成电路原理与设计”、“集成电路工艺”和“集成电路设计CaD”；“2”是宽口径专业课“集成电路应用”、“集成电路封装与测试”，实行主讲教师负责制。依照整体优化和循序渐进的原则，根据学习每门专业课所需掌握的基础知识，环环相扣，合理设置各专业课的开课先后顺序，形成先专业基础课，再专业方向课，然后宽口径专业课程的开设模式。
我校物理与电子科学学院本科生实行信息科学大类培养模式，也就是三个本科专业大学一年级、二年级统一开设课程，主要开设高等数学、线性代数、力学、热学、电磁学和光学等课程，重在增强学生的数学、物理等基础知识，为各专业后续专业基础课、专业方向课的学习打下很好的理论基础。从大学三年级开始，分专业开设专业课程。为了均衡电子科学与技术专业学生各学期的学习负担，大学三年级第一学期开设“理论物理导论”和“固体物理与半导体物理”两门专业基础课程。其中“固体物理与半导体物理”这门课程是将固体物理知识和半导体物理知识结合在一起，课时量为64学时，由2位教师承担教学任务，其目的是既能让学生掌握后续专业方向课学习所需要的基础知识，又不过分增加学生的负担。大学三年级第二学期开设“电子器件基础”、“集成电路原理与设计”、“集成电路设计CaD”和“微电子工艺学”等专业课程。由于“电子器件基础”是其他三门课程学习的基础，为了保证学习的延续性，拟将“电子器件基础”这门课程的开设时间定为学期的1～12周，而其他3门课程的开课时间从第6周开始，从而可以保证学生在学习专业方向课时具有高的学习效率和大的学习兴趣。另外，“集成电路原理与设计”课程设置96学时，由2位教师承担教学任务。并且，先讲授“CmoS模拟集成电路原理与设计”的内容，课时量为48学时，开设时间为6～17周；再讲授“CmoS数字集成电路原理与设计”的内容，课时量为48学时，开设时间为8～19周。大学四年级第一学期开设“集成电路应用”和“集成电路封装与测试技术”等宽口径专业课程，并设置其为选修课，这样设置的目的在于：对于有意向考研的同学，可以减少学习压力，专心考研；同时，对于要找工作的同学，可以更多了解专业方面知识，为找到好工作提供有力保障。
2.优化专业课程的教学内容。由于我校物理与电子科学学院本科生采用信息科学大类培养模式，专业课程要在大学三年级才能开始开设，时间紧凑。为实现我校集成电路设计人才培养目标，培养紧跟集成电路发展前沿、具有较强实用性和创新性的集成电路设计人才，需要对集成电路设计方向专业课程的教学内容进行优化。其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路工作特性和电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。
在“固体物理与半导体物理”和“晶体管原理”等专业基础课程教学中，要尽量避免冗长的公式及烦琐的推导，侧重于对基本原理及特性的物理意义的学习，以免削弱学生的学习兴趣。moS器件是目前集成电路设计的基础，因此，在“晶体管原理”中应当详细讲授moS器件的结构、工作原理和特性，而双极型器件可以稍微弱化些。
对于专业方向课程，教师不但要讲授集成电路设计方面的知识，也要侧重于集成电路设计工具的使用，以及基本的集成电路版图知识、集成电路工艺流程，尤其是CmoS工艺等相关内容的教学。实验实践教学是培养学生的知识应用能力、实际动手能力、创新能力和社会适应能力的重要环节。因此，在专业方向课程中要增加实验教学的课时量。例如，在“CmoS模拟集成电路原理与设计”课程中，总课时量为48学时不变，理论课由原来的38学时减少至36学时，实验教学由原来的10学时增加至12个学时。36学时的理论课包含了单级运算放大器、差分运算放大器、无源/有源电流镜、基准电压源电路、开关电路等多种电路结构。12个学时的实验教学中2学时作为eDa工具学习，留给学生10个学时独自进行电路设计。从而保证学生更好地理解理论课所学知识，融会贯通，有效地促进教学效果，激发学生的学习兴趣。
三、结论
集成电路产业是我国国民经济发展与社会信息化的重要基础，而集成电路设计人才是集成电路产业发展的关键。本文根据调研结果，分析目前集成电路设计本科专业课程体系存在的主要问题，结合我校实际情况，对我校电子科学与技术专业集成电路设计方向的专业课程体系进行改革，提出“4+3+2”专业课程体系，并对专业课程讲授内容进行优化。从而满足我校集成电路设计专业创新型人才培养模式的要求，为培养实用创新型集成电路设计人才提供有力保障。
参考文献：
[1]段智勇，弓巧侠，罗荣辉，等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报，2010，（5）.
[2]方卓红，曲英杰.关于集成电路设计与集成系统本科专业课程体系的研究[J].科技信息，2007，（27）.
[3]谢海情，唐立军，文勇军.集成电路设计专业创新型人才培养模式探索[J].电力教育，2013，（28）.
[4]刘胜辉，崔林海，黄海.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J].教育与教学研究，2008，（22）.
集成电路的原理篇3
关键词：555集成电路；工作原理；电路分析
浙江省教育改革走在全国前列，从2014届开始，通用技术中的《电子控制技术》作为高考的选考内容，这对于全省通用技术教师教学来说是个严峻的挑战。大多数教师不是电子技术专业出身，有些从物理教师转行过来，更甚的是从生物、化学、文科等教师中转行过来，对电子技术专业知识相当的匮乏，且现使用的苏教版《电子控制技术》教材，没有经过教学实践检验，所以教材中有些错误的内容没有订正。这样情况下，我们有必要对555集成电路有全面的正确认识，并能分析其在电路中的工作原理和实际应用。
一、555集成电路命名规则和常见封装形式
555集成电路芯片的生产厂家众多，常见的有ne555、Ca555、mC7555、CB7555.那它们的命名规则是怎样的呢？
如果用ttL工艺制作的称为双极型集成电路，用CmoS工艺制作的称为CmoS集成电路。所有双极型集成电路型号最后3位数码都是555；所有CmoS产品型号最后4位数码都命名为7555；如果一个芯片上集成两个555并共用一组电源叫双定时器。双极型双定时器产品命名为556；CmoS双定时器命名为7556。双极型和CmoS型555定时器的功能和外部引脚的排列完全相同。
双极型的555集成电路工作电压为4.5V―15V，第3脚输出（驱动电流）可达200ma，可直接驱动小型继电器，但缺点是静态电流也偏大。
CmoS型的7555集成电路工作电压2―18V，静态电流很小，只有80ua，特别适合于使用电池、低电源电压场合。但7555的第3脚驱动电流很小，只有1ma，不能直接驱动继电器，需要通过三极管的放大来驱动继电器。
二、555芯片等效电路结构及工作原理
（1）555等效功能电路图。
虽然很多半导体器件公司都生产各自型号的555集成电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引脚功能端。
555集成电路内部等效电路图
555集成电路由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器（555由此得名）、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管tD和缓冲反相器G3组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管tD导通，外接电容元件通过tD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V―3V，输出电流可达200ma，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V―15V范围内使用。
（2）555集成电路工作原理分析
5脚经0.01uF电容接地，以防止引入干扰；比较器C1比较电压为2/3VCC，C2的比较电压为1/3VCC。
①当R（__）=0时，Q（__）=1，uo=0，t饱和导通。
②当R（__）=1、UtH>2VCC/3、UtR（____）>VCC/3时，C1=0、C2=1，Q（__）=1、Q=0，uo=0，t饱和导通。
③当R（__）=1、UtHVCC/3时，C1=1、C2=1，Q（__）、Q不变，uo不变，t状态不变。
④当R（__）=1、UtH
三、教材555电路案例分析
案例1.鸡蛋孵化温度控制器的设计电路图如下（教材p99页）
对于这个电路图根据我们之前对555原理的分析，发现教材对该电路的设计和分析有错误：
（1）图中三个箭头处应加上圆点，表示电路是连接的。
（2）将CB7555改为ne555，因CB7555是CmoS型的集成电路，输出电流只有1ma，驱动能力不够。ne55是双极型集成电路，能输出200ma，能直接驱动继电器。
（3）文字描述有误。这里的555是工作于双稳态。
把热敏电阻Rt1放入盛有37℃的水的烧杯中，调节可变电阻Rp1，使ne555的2脚电压低于VCC/3，6脚的电压低于2VCC/3，3脚输出高电平，点亮V1，继电器触点J-1闭合，电热器开始加热。
案例2555电路组成的水箱闭环电子控制系统电路图（教材p104页）
电路分析如下：
当水位低于b点时，555电路中的aC和BC都断开，所以2脚和6脚输入都是低电平，由555逻辑功能表分析可知，3脚输出高电平，V4饱和导通，继电器J吸合，电动机m工作抽水。由于3脚高电平，所以V1导通，打水指示灯亮。7脚输出状态是高电平V2截止，有水指示灯不亮。
电动机m抽水时，水位上升，如果在ab之间，相当于BC导通，aC断开，则2脚输入为高电平（大于VCC/3），6脚为低电平（小于2VCC/3），由555逻辑功能表分析可知，3脚输出状态不变，由原来的状态决定，即3脚输出高电平，V4饱和导通，继电器J吸合，电动机m还是继续工作抽水；由于3脚高电平，所以V1导通，打水指示灯亮。7脚输出状态是高电平V2截止，有水指示灯不亮。
当水位到达a时，aC接通，6脚主电平（大于2VCC/3），则3脚和7脚输出低电平，则V4和V1截止，继电器J断开，电动机m停止抽水，V1打水指示灯灭。由于7脚低电平，则V2导通，则有水指示灯亮。
当水位下降时，aC断开，BC接通，则6脚输入是低电平（小于2VCC/3），而2脚输入是高电平（大于VCC/3），3脚输出状态保持不变，即输出为低电平，抽水机不工作。
当水位下降到b时，电路工作情况跟（1）一样，抽水机又工始工作，又重复前面的周期运行情况。
以上是对教材两例的纠错和电路原理分析，但555电路的应用有很多种，如接成单稳态电路，可用在555触摸定时开关和定时器；还可以外接电容器，组成多谐振荡器，我们教师首先掌握555电路等效功能电路和基本的逻辑关系，对于实际电路也可以通过上面例子的分析方法，相信一定能理解其他555电路工作原理的，在电子控制技术教学中会更加得心应用，心中有底气。
参考文献：
集成电路的原理篇4
关键词：集成电路设计；本科教学；改革探索
作者简介：殷树娟（1981-），女，江苏宿迁人，北京信息科技大学物理与电子科学系，讲师；齐臣杰（1958-），男，河南扶沟人，北京信息科技大学物理与电子科学系，教授。（北京 100192）
基金项目：本文系北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：Km201110772018）、北京信息科技大学教改项目（项目编号：2010JG40）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：a 文章编号：1007-0079（2012）04-0064-02
1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。在近50年的时间里，集成电路已经广泛应用于工业、军事、通讯和遥控等各个领域。集成电路具有体积小、重量轻、寿命长和可靠性高等优点，同时成本也相对低廉，便于进行大规模生产。自改革开放以来，我国集成电路发展迅猛，21世纪第1个10年，我国集成电路产量的年均增长率超过25%，集成电路销售额的年均增长率则达到23%。我国集成电路产业规模已经由2001年不足世界集成电路产业总规模的2%提高到2010年的近9%。我国成为过去10年世界集成电路产业发展最快的地区之一。伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加，正是在这种压力驱动下，政府从“十五”计划开始大力发展我国的集成电路设计产业。
在20世纪末21世纪初，国内集成电路设计相关课程都是在研究生阶段开设，本科阶段很少涉及。不仅是因为其难度相对本科生较难接受，而且集成电路设计人员的需求在我国还未进入爆发期。我国的集成电路发展总体滞后国外先进国家的发展水平。进入21世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。[1]为了适应社会发展的需要，同时也为更好地推进我国集成电路设计的发展，国家开始加大力度推广集成电路设计相关课程的本科教学工作。经过十年多的发展，集成电路设计的本科教学取得了较大的成果，较好地推进了集成电路设计行业的发展，但凸显出的问题也日益明显。本文将以已有的集成电路设计本科教学经验为基础，结合对相关院校集成电路设计本科教学的调研，详细分析集成电路设计的本科教学现状，并以此为基础探索集成电路设计本科教学的改革。
一、集成电路设计本科教学存在的主要问题
在政府的大力扶持下，自“十五”计划开始，国内的集成电路设计本科教学开始走向正轨。从最初的少数几个重点高校到后来众多相关院校纷纷设置了集成电路设计本科专业并开设了相关的教学内容。近几年本科学历的集成电路设计人员数量逐渐增加，经历本科教学后的本科生无论是选择就业还是选择继续深造，都对国内集成电路设计人员紧缺的现状起到了一定的缓解作用。但从企业和相关院校的反馈来看，目前国内集成电路设计方向的本科教学仍然存在很多问题，教学质量有待进一步提高，教学手段需做相应调整，教学内容应更多地适应现阶段产业界发展需求。其主要存在以下几方面问题。
首先，课程设置及课程内容不合理，导致学生学习热情降低。现阶段，对于集成电路设计，国内的多数院校在本科阶段主要开设有如下课程：“固体物理”、“晶体管理”、“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”（各校命名方式可能有所不同）等。固体物理和晶体管原理是方向基础课程，理论性较强，公式推导较多，同时对学生的数学基础要求比较高。一方面，复杂的理论分析和繁琐的公式推导严重降低了本科生的学习兴趣，尤其是对于很多总体水平相对较差的学生。而另外一方面，较强的数学基础要求又进一步打击学生的学习积极性。另外，还有一些高等院校在设置课程教学时间上也存在很多问题。例如：有些高等院校将“固体物理”课程和“半导体器件物理”课程放在同一个学期进行教学，对于学生来说，没有固体物理的基础就直接进入“晶体管原理”课程的学习会让学生很长一段时间都难以进入状态，将极大打击学生的学习兴趣，从而直接导致学生厌学甚至放弃相关方向的学习。而这两门课是集成电路设计的专业基础课，集成电路设计的重点课程“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程的学习需要这两门课的相关知识作为基础，如果前面的基础没有打好，很难想象学生如何进行后续相关专业知识的的学习，从而直接导致学业的荒废。
其次，学生实验教学量较少，学生动手能力差。随着iC产业的发展，集成电路设计技术中电子设计自动化（electronicdesignautomatic，eDa）无论是在工业界还是学术界都已经成为必备的基础手段，一系列的设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用。因此，作为集成电路设计方向的本科生，无论是选择就业还是选择继续深造，熟悉并掌握一些常用的集成电路设计eDa工具是必备的本领，也是促进工作和学习的重要方式。为了推进eDa工具的使用，很多eDa公司有专门的大学计划，高校购买相关软件的价格相对便宜得多。国家在推进iC产业发展方面也投入了大量的资金，现在也有很多高等院校已经具备购买相关集成电路设计软件的条件，但学生的实际使用情况却喜忧参半。有些高校在培养学生动手能力方面确实下足功夫，学生有公用机房可以自由上机，只要有兴趣学生可以利用课余时间摸索各种eDa软件的使用，这对他们以后的工作和学习奠定了很好的基础。但仍然还有很多高校难以实现软件使用的最大化，购买的软件主要供学生实验课上使用，平时学生很少使用，实验课上学到的一点知识大都是教师填鸭式灌输进去的，学生没有经过自己的摸索，毕业后实验课上学到的知识已经忘得差不多了，在后续的工作或学习中再用到相关工具时还得从头再来学习。动手能力差在学生择业时成为一个很大的不足。[2]
再者，理工分科紊乱，属性不一致。集成电路设计方向从专业内容及专业性质上分应该属于工科性质，但很多高校在专业划分时却将该专业划归理科专业。这就使得很多学生在就业时遇到问题。很多招聘单位一看是理科就片面认为是偏理论的内容，从而让很多学生错失了进一步就业的好机会。而这样的结果直接导致后面报考该专业的学生越来越少，最后只能靠调剂维持正常教学。其实，很多高校即使是理科性质的集成电路设计方向学习的课程和内容，与工科性质的集成电路设计方向是基本一致的，只是定位属性不一致，结果却大相径庭。
二、改革措施
鉴于目前国内集成电路设计方向的本科教学现状，可以从以下几个方面改进，从而更好地推进集成电路设计的本科教学。
1.增加实验教学量
现阶段的集成电路本科教学中实验教学量太少，以“模拟集成电路设计”课程为例，多媒体教学量40个学时但实验教学仅8个学时。相对于40个学时的理论学习内容，8个学时的实验教学远远不能满足学生学以致用或将理论融入实践的需求。40个学时的理论课囊括了单级预算放大器、全差分运算放大器、多级级联运算放大器、基准电压源电流源电路、开关电路等多种电路结构，而8个学时的实验课除去1至2学时的工具学习，留给学生电路设计的课时量太少。
在本科阶段就教会学生使用各种常用eDa软件，对于增加学生的就业及继续深造机会是非常必要的。一方面，现在社会的竞争是非常激烈的，很少有单位愿意招收入职后还要花比较长的时间专门充电的新员工，能够一入职就工作那是最好不过的。另一方面，实验对于学生来说比纯理论的学习更容易接受，而且实验过程除了可以增加学生的动手操作能力，同样会深化学生对已有理论知识的理解。因此，在实践教学工作中，增加本科教学的实验教学量可以有效促进教学和增进学生学习兴趣。
2.降低理论课难度尤其是复杂的公式推导
“教师的任务是授之以渔，而不是授之以鱼”，这句话对于集成电路设计专业老师来说恰如其分。对于相同的电路结构，任何一个电路参数的变化都可能会导致电路性能发生翻天覆地的变化。在国际国内，每年都会有数百个新电路结构专利产生，而这些电路的设计人员多是研究生或以上学历人员，几乎没有一个新的电路结构是由本科生提出的。
对于本科生来说，他们只是刚刚涉足集成电路设计产业，学习的内容是最基础的集成电路相关理论知识、电路结构及特点。在创新方面对他们没有过多的要求，因此他们不需要非常深刻地理解电路的各种公式尤其是复杂的公式及公式推导，其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。例如，对于集成电路设计专业的本科必修课程――“固体物理”和“晶体管原理”，冗长的公式及繁琐的推导极大地削弱了学生的学习兴趣，同时对于专业知识的理解也没有太多的益处。[3]另外，从专业需要方面出发，对于集成电路设计者来说更多的是需要学生掌握各种半导体器件的基本工作原理及特性，而并非是具体的公式。因此，减少理论教学中繁琐的公式推导，转而侧重于基本原理及特性的物理意义的介绍，对于学生来说更加容易接受，也有益于之后“模拟集成电路”、“数字集成电路”的教学。
3.增加就业相关基础知识含量
从集成电路设计专业进入本科教学后的近十年间本科生就业情况看，集成电路设计专业的本科生毕业后直接从事集成电路设计方向相关工作的非常少，多数选择继续深造或改行另谋生路。这方面的原因除了因为本科生在基本知识储备方面还不能达到集成电路设计人员的要求外，更主要的原因是随着国家对集成电路的大力扶持，现在开设集成电路设计相关专业的高等院校越来越多，很多都是具有研究生办学能力的高校，也就是说有更多的更高层次的集成电路设计人才在竞争相对原本就不是很多的集成电路设计岗位。
另外一方面，集成电路的版图、集成电路的工艺以及集成电路的测试等方面也都是与集成电路设计相关的工作，而且这些岗位相对于集成电路设计岗位来说对电路设计知识的要求要低很多。而从事集成电路版图、集成电路工艺或集成电路测试相关工作若干年的知识积累将极大地有利于其由相关岗位跳槽至集成电路设计的相关岗位。因此，从长期的发展目标考虑，集成电路设计专业本科毕业生从事版图、工艺、测试相关方向的工作可能更有竞争力，也更为符合本科生知识储备及长期发展的需求。这就对集成电路设计的本科教学内容提出了更多的要求。为了能更好地贴近学生就业，在集成电路设计的本科教学内容方面，教师应该更多地侧重于基本的电路版图知识、硅片工艺流程、芯片测试等相关内容的教学。
三、结论
集成电路产业是我国的新兴战略性产业，是国民经济和社会信息化的重要基础。大力推进集成电路产业的发展，必须强化集成电路设计在国内的本科教学质量和水平，而国内的集成电路设计本科教学还处在孕育发展的崭新阶段，它是适应现代iC产业发展及本科就业形势的，但目前还存在很多问题亟待解决。本文从已有的教学经验及调研情况做了一些分析，但这远没有涉及集成电路设计专业本科教学的方方面面。不过，可以预测，在国家大力扶持下，在相关教师及学生的共同努力下，我国的集成电路设计本科教学定会逐步走向成熟，更加完善。
参考文献：
[1]王为庆.高职高专《protel电路设计》教学改革思路探索[J].考试周刊,2011,(23).
集成电路的原理篇5
在非微电子专业如计算机、通信、信号处理、自动化、机械等专业开设集成电路设计技术相关课程，一方面，这些专业的学生有电子电路基础知识，又有自己本专业的知识，可以从本专业的系统角度来理解和设计集成电路芯片，非常适合进行各种应用的集成电路芯片设计阶段的工作，这些专业也是目前芯片设计需求最旺盛的领域；另一方面，对于这些专业学生的应用特点，不宜也不可能开设微电子专业的所有课程，也不宜将集成电路设计阶段的许多技术（如低功耗设计、可测性设计等）开设为单独课程，而是要将相应课程整合，开设一到二门集成电路设计的综合课程，使学生既能够掌握集成电路设计基本技术流程，也能够了解集成电路设计方面更深层的技术和发展趋势。因此，在课程的具体设置上，应该把握以下原则。理论讲授与实践操作并重集成电路设计技术是一门实践性非常强的课程。随着电子信息技术的飞速发展，采用eDa工具进行电路辅助设计，已经成为集成电路芯片主流的设计方法。因此，在理解电路和芯片设计的基本原理和流程的基础上，了解和掌握相关设计工具，是掌握集成电路设计技术的重要环节。技能培训与前瞻理论皆有在课程的内容设置中，既要有使学生掌握集成电路芯片设计能力和技术的讲授和实践，又有对集成电路芯片设计新技术和更高层技术的介绍。这样通过本门课程的学习，一方面，学员掌握了一项实实在在有用的技术；另一方面，学员了解了该项技术的更深和更新的知识，有利于在硕、博士阶段或者在工作岗位上，对集成电路芯片设计技术的继续研究和学习。基础理论和技术流程隔离由于是针对非微电子专业开设的课程，因此在课程讲授中不涉及电路设计的一些原理性知识，如半导体物理及器件、集成电路的工艺原理等，而是将主要精力放在集成电路芯片的设计与实现技术上，这样非微电子专业的学生能够很容易入门，提高其学习兴趣和热情。
2非微电子专业集成电路设计课程实践
根据以上原则，信息工程大学根据具体实际，在计算机、通信、信号处理、密码等相关专业开设集成电路芯片设计技术课程，根据近两年的教学情况来看，取得良好的效果。该课程的主要特点如下。优化的理论授课内容
1）集成电路芯片设计概论：介绍iC设计的基本概念、iC设计的关键技术、iC技术的发展和趋势等内容。使学员对iC设计技术有一个大概而全面的了解，了解iC设计技术的发展历程及基本情况，理解iC设计技术的基本概念；了解iC设计发展趋势和新技术，包括软硬件协同设计技术、iC低功耗设计技术、iC可重用设计技术等。
2）iC产业链及设计流程：介绍集成电路产业的历史变革、目前形成的“四业分工”，以及数字iC设计流程等内容。使学员了解集成电路产业的变革和分工，了解设计、制造、封装、测试等环节的一些基本情况，了解数字iC的整个设计流程，包括代码编写与仿真、逻辑综合与布局布线、时序验证与物理验证及芯片面积优化、时钟树综合、扫描链插入等内容。
3）RtL硬件描述语言基础：主要讲授Verilog硬件描述语言的基本语法、描述方式、设计方法等内容。使学员能够初步掌握使用硬件描述语言进行数字逻辑电路设计的基本语法，了解大型电路芯片的基本设计规则和设计方法，并通过设计实践学习和巩固硬件电路代码编写和调试能力。
4）系统集成设计基础：主要讲授更高层次的集成电路芯片如片上系统（SoC）、片上网络（noC）的基本概念和集成设计方法。使学员初步了解大规模系统级芯片架构设计的基础方法及主要片内嵌入式处理器核。丰富的实践操作内容
1）Verilog代码设计实践：学习通过课下编码、上机调试等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述语言进行基本数字逻辑电路设计的能力，并通过给定的ip核或代码模块的集成，掌握大型芯片电路的集成设计能力。
2）iC前端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路前端设计平台DesignCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用DesignCompiler进行集成电路前端设计的流程和方法，主要包括RtL综合、时序约束、时序优化、可测性设计等内容。
3）iC后端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路后端设计平台iCCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用iCCompiler进行集成电路后端设计的流程和方法，主要包括后端设计准备、版图规划与电源规划、物理综合与全局优化、时钟树综合、布线操作、物理验证与最终优化等内容。灵活的考核评价机制
1）iC设计基本知识笔试：通过闭卷考试的方式，考查学员队iC设计的一些基本知识，如基本概念、基本设计流程、简单的代码编写等。
2）iC设计上机实践操作：通过上机操作的形式，给定一个具体并相对简单的芯片设计代码，要求学员使用Synopsys公司数字集成电路设计前后端平台，完成整个芯片的前后端设计和验证流程。
3）iC设计相关领域报告：通过撰写报告的形式，要求学员查阅iC设计领域的相关技术文献，包括该领域的前沿研究技术、设计流程中相关技术点的深入研究、集成电路设计领域的发展历程和趋势等，撰写相应的专题报告。
3结语
集成电路的原理篇6
方框图是表示该设备是由哪些单元功能电路所组成的图，能表示这些单元功能是怎样有机地组合起来，并完成它的整机功能。方框图仅表示整个机器的大致结构，即包括了哪些部分。每一部分用一个方框表示，有文字或符号说明，各方框之间用线条连起来，表示各部分之间的关系。方框图只能说明机器的轮廓、类型以及大致工作原理，看不出电路的具体连接方法，也看不出元件的型号数值。方框图一般是在讲解某个电子电路的工作原理时，或是介绍电子电路的概况时采用的。按运用的程序来说，一般是先有方框图，再进一步设计出原理电路图。如果有必要时再画出安装电路图，以便于安装。装配图是表示电原理图中各功能电路、各元器件在实际线路板上分布的具置以及各元器件管脚之间连线走向的图形。装配图也就是布线图，如果用元件的实际样子表示，又叫实体图。原理图只说明电路的工作原理，看不出各元件的实际形状，不知道在机器中是怎样连接的，以及位置在什么地方，而装配图就能解决这些问题。装配图一般很接近于实际安装和接线情况。如果采用印制电路板，装配图就要用实物图或符号画出每个元件在印制板的什么位置，焊在哪些接线孔上。装配图有图纸表示法和线路板直标法两种。图纸表示法用一张图纸（称印制线路图）表示各元器件的分布和它们之间的连接情况，这也是传统的表达方式。线路板直标法则在铜箔线路板上直接标注元器件编号，这种表示方式的应用越来越广泛，特别是进口设备中大多采用这种方式。
电子电路的分解
任何复杂的电子电路都是由一些具有完整基本功能的单元电路组成，也就是说任何复杂的电子电路都可以分解为若干个单元电路，比如各种直流稳压电源，其技术指标可能有所不同，但就其电路组成而言，都是有变压器降压电路、整流电路、滤波电路以及稳压电路等单元组成的，交流电由变压器降压后，经整流输出脉动直流电压，然后经滤波电路变为较平滑的直流电压，最后由稳压电路进行稳压输出。复杂电路一旦被分解成若干个单元电路，就可以从分析单元电路着手，去了解各单元电路的工作原理、性能特效以及有关参数，进而分析每个单元电路和整机电路之间的关系，了解电路的设计思想。
集成电路的原理篇7
关键词：有源滤波柜霍尔电流传感器电流互感器干扰
中图分类号：o361.4文献标识码：a文章编号：
1引言
随着我国工业化水平的提高，各行各业对电网的质量要求越来越高，同时工业自动化大量使用的整流器、变频器、中频炉和自动焊接设备等，在电力系统中产生较大的谐波污染，使得系统中的电压、电流的波形发生畸变，造成电网质量恶化，目前，谐波危害已成为电网的最主要公害。有源滤波柜是解决电力系统谐波问题的新型方案。有源滤波柜与谐波源并联，通过实时检测跟踪谐波源负载产生的谐波电流，快速生成与之大小相等方向相反的电流加以抵消，从而消除谐波，提高电能质量。故此有源滤波柜需要采集iGBt发出电流信号与负载侧电流信号，而采集的信号的准确性与稳定性，将直接影响有源滤波柜的补偿效果，必须尽可能保证采集的电流信号不受干扰。
目前采集电流信号的方式大致有两种：一种是采用电流霍尔，直接将大电流变为毫安级电流信号供装置使用；一种是采用电流互感器，将大电流变为0~5a电流后再经过电流变送器变为0~5V电压信号供装置使用。
本文将分别分析电流霍尔与电流互感器各自的优缺点，并给出不同位置及使用条件下应采取的电流采集方案。
2霍尔电流传感器的原理及应用
2.1霍尔电流传感器的工作原理
霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。
直放式电流传感器（开环式）（如图1所示）：众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。
图1直放式电流传感器
磁平衡式电流传感器（闭环式）（如图2所示）：磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。当原边导线经过电流传感器时，原边电流ip会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流iS，并存在以下关系式：iS*nS=ip*np。（其中，iS—副边电流；ip—原边电流；np—原边线圈匝数；nS—副边线圈匝数；np/nS—匝数比，一般取np=1。）
图2磁平衡式电流传感器
2.2霍尔电流传感器的应用
近年来，自动化系统中大量使用大功率晶体管、整流器和可控硅，普遍采用交流变频调速及脉宽调制电路，使得电路中不再只是传统的50周的正弦波，出现了各种不同的波形。对于这类电路，采用传统的测量方法不能反应其真实波形，而且电流、电压检出元件也不适应中高频、高di/dt电流波形的传感和检测。
霍尔效应传感器，可以测量任意波形的电流和电压。输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。针对霍尔效应传感器普遍存在温度漂移大的缺点，采用补偿电路进行控制，有效地减少了温度对测量精度的影响，确保测量准确；具有精度高、安装方便、售价低的特点。
2.3霍尔电流传感器的特点
直放式霍尔电流传感器（50a……10000a）Ⅰ、测量频率：0……50KHzⅡ、反应时间：＜7uSⅢ、线性度：1%Ⅳ、电源耗电少
磁平衡霍尔电流传感器（1a……1000a）Ⅰ、测量频率：0……150KHzⅡ、精度：0.2%Ⅲ、反应时间：＜1uSⅣ、线性度好：0.1%
3电流互感器的原理及特点
3.1电流互感器的原理
电流互感器利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。其工作原理、等值电路也与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。由于副边接近于短路，所以原、副边电压U1和Uc2都很小,励磁电流i0也很小。
电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形（图3a、b、c）。
图3电流互感器与测量仪表的接线
3.2电流互感器的特点
一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流无关；电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行；
电流互感器副边不允许开路。
4、iGBt发出电流的采集分析
1、目前使用的iGBt功率还不是很大，其发出的电流不高于200a，所以使用的电缆不会很粗，霍尔电流传感器与电流互感器均可以使用；
2、iGBt装于有源滤波柜体中，其发出的电流到pCB板的距离很近，霍尔电流互感器采用屏蔽电缆采集信号，屏蔽线离大电流电线也比较远，对采集信号不会造成多大影响；电流互感器也可以使用，但需要多加一个电流变送器，多增加一次电流转换，会有一定的信号延迟，其准确性也不如霍尔电流互感器精准；
3、霍尔电流传感器的速度非常快，检测速度可以满足iGBi过流保护动作的要求，线性度也非常好，对电流检测具有很高的线性度；电流互感器的精度与反应时间没有霍尔电流传感器优越。
5、负载侧电流的采集分析
1、一般情况下，负载侧的谐波率为30%左右，即负载侧电流会是iGBt发出电流的3倍左右，使用的电缆或铜排都会比较粗，而电流霍尔的中心孔径都不大，在大电流情况下，霍尔电流传感器无法直接使用；电流互感器的适用范围就很广了，多大电流的电缆和铜排都有与其相对应的电流互感器；
2、有源滤波柜是并联安装与电网上，与负载为并联安装，实际使用现场负载可能离apF柜很远，若采用屏蔽电缆传输信号的话，由于其传输的信号为毫安级电流信号，信号的衰减和干扰都会非常严重，严重影响有源滤波柜的准确补偿；采用电流互感器，其二次侧为0~5a电流，即便经远距离传输，电流信号都不会受到多大影响；
3、电流互感器与电流变送器尽量选择精度比较高点的，电流变送器的输出信号仍采用屏蔽电缆。
6、结论
经以上分析，我们可以得出以下结论，对于iGBt发出电流的采集，采用霍尔电流互感器，充分发挥霍尔电流互感器的速度快、线性度好等优势；对于负载侧电流信号的采集，采用电流互感器加电流变送器的方式，充分发挥电流互感器远距离传输信号的优势。
7、参考文献
1唐治平，杨胡萍等《供配电技术》北京：电子工业出版社，2006，10；
2陈艾《敏感材料与传感器》北京：化学工业出版社，2004，10；
集成电路的原理篇8
关键词：太阳光；图像传感器；数字信号处理器（DSp）
中图分类号：tp216文献标识码：a文章编号：1009-3044（2014）16-3933-04
abstract：asunlightdetectingequipmentcircuitisdesignedbasedonDSpinthispaper.accordingpinholeimagingprinciple，usingCmoSimagesensoroV7670capturethesunspotbyDSptmS320LF2407aprocesscontrol，itcancontrolactuatorstoadjusttheanglebetweentheplaneoftheimagingmechanismandthesun'srays.Soitcanmakesolarfullcollection，andachievetheautomatictracking.
Keywords：Sunlight；imagesensor；Digitalsignalprocessor（DSp）
随着不可再生资源的逐渐减少，造成全球能源危机，新能源的开发应运而生。如太阳能以其具有储量的无限性，存在的普遍性，利用的清洁性，利用的经济性等特点成为研究的热点[1]。
但由于太阳能的能源具有不连续性、密度低、空间分布不均的特点，使得收集和利用不方便。为提高设备对太阳能能量的接收效率，太阳光自动跟踪装置应运而生。装置设计原理主要可分为：时钟式、程序控制式、压差式、控放式、光电式和用于天文观测和气象台的太阳跟踪装置几种[2]。
其中，时钟式和程序控制式的跟踪装置电路简单，时钟累计误差大且不能自动消除，跟踪精度较低；压差式和控放式的跟踪装置原理结构较复杂，设计难度大，只能用于单轴跟踪，控制精度低；光电式跟踪装置具有较高的灵敏度，具有相应速度快、噪声低、小型轻量及耐震性的特点容易实现，但不能进行连续跟踪。因此，设计一种全新的太阳光跟踪装置，使之能够兼具电路原理结构简单，跟踪范围广、精度高，且能实时自动跟踪的特点。从而广泛推动太阳能的普及利用。
本文设计了一种基于视觉的太阳光检测装置，与现有的其它方法相比具有直观，方便的优点。根据小孔成像原理，采用CmoS图像传感器oV7670采集太阳光斑，经DSptmS320LF2407a核心处理器控制相关参数设置寄存器变量来实现，并可通过串行通信实现远程监控。对太阳光斑定位的同时控制执行机构适时调整成像机构所在平面与太阳光线的夹角使得太阳能充分采集，实现自动跟踪。该装置对全方位监控系统也有一定的借鉴意义，有着重要的使用价值和良好的应用前景。
1装置组成的工作原理
该装置主要由成像机构、采集控制机构和执行机构组成，工作原理如图1所示。
2装置的成像机构
成像机构：主要包括光学系统、图像传感器部分。
采集太阳光时，利用小孔成像原理，通过小孔及下方的成像机构，将太阳光投影至接收屏上形成光斑图像。接收屏下方另设有图像传感器，常用的有三种：CCD图像传感器、CmoS图像传感器及CiS接触式图像传感器。
CmoS图像传感器以其高集成度、高速、小体积、低成本、低功耗、且单一电源即可驱动等特点在市场占据了大量的份额。虽然它处理的图像质量，如噪声比、分辨率、灵敏度不高，但对于本系统对图像质量要求并不高的环境，再兼顾CmoS图像传感器具有软件可编程控制，可实现直接数字化输出，能够大大降低系统设计的难度，提高系统设计的稳定性和灵活性的优势，最终选用了omniVission公司生产的数字式彩色CmoS图像传感器oV7670。
CmoS图像传感器oV7670初始化流程图如图2所示。
3装置的采集控制与执行机构
采集控制机构：选用ti公司生产的型号为tmS320LF2407a的专用于控制的DSp数字信号处理器作为系统的核心处理器。
本系统由DSp控制，主要完成图像的采集和处理部分。接收屏上的太阳光斑图像信息，通过CmoS图像传感器输出为数字信号，DSp采集这些数字信息进行处理，得到太阳光斑在接收屏上的位置坐标，并保存接收屏的图像数据，通过串口与pC机通信，将接受屏的太阳光斑图像、此时的太阳高度角、方位角在显示器上全部显示出来。
3.1图像采集系统
图像采集系统如图3所示，是由CmoS图像传感器oV7670，数据隔离器74LVCH16245及DSp数字信号处理器tmS320LF2407a三部分组成。由于oV7670没有片选端，且不具有三态输出，因此在将oV7670采集到的太阳光斑图像存入到DSp外部Ram时，容易产生数据线的总线竞争，为了避免这个问题，在oV7670与DSp之间加了一个数据隔离芯片，型号是philips公司生产的74LVCH16245。
3.2图像处理系统
图像处理系统如图4所示，由DSp电路和DSp存储空间设计两部分组成。
1）DSp电路
DSp电路的设计主要包括复位电路、pLL锁相环电路、电源管理电路、信号隔离电路、JtaG扫描仿真口、外扩存储器电路及SCi通信模块电路。
具体电路连接图如图5所示。
本装置的执行机构主要由控制机构控制电机的转动进行太阳光线的跟踪。
4结论
由DSp采集、处理、识别检测到的太阳的高度角和方位角判断成像机构所在平面是否与太阳光线始终保持垂直夹角，若有偏差，系统控制电路发出控制信号给步进电机，由步进电机带动整个执行机构调整偏转角度，实现成像机构对太阳高度角和方位角的实时跟踪。
参考文献：
[1]郑飞.碟式太阳能热发电跟踪机构电路优化设计和实现[D].北京：中国科学院，2003.
集成电路的原理篇9
关键词：微机保护数据采集数字信号处理器复杂可编程控制器件
中图分类号：tn710文献标识码：a文章编号：1007-9416(2012)07-0144-03
随着微机保护的发展一些新的保护原理和方案特别是基于故障波形特征(暂态分量)或高频分量的保护原理以及基于人工神经网络(ann)和模糊集理论的智能保护方案受到了越来越多的关注并逐步实用化。这些新方法在改善保护性能的同时也对保护装置的计算精度和速度提出了更高的要求。另外，变电站综合自动化和数字化变电站的发展，也要求微机保护硬件具有高度集成化、标准化和开放性。
基于上述要求，本文提出一种可应用于高压输电线路微机保护的新型数据采集系统。该数据采集系统采用anaLoG公司的16位数据采集芯片aD7656，该芯片内部带有独立的高速6通道同步采样保持器和模数转换器，简化了电路设计，可以自动完成多路输入通道的数据采集工作而无需处理器的干预。
1、数据采集系统的硬件结构
数据采集系统包括模拟量预处理(电压、电流变换和低通滤波)、采样保持及模数转换等功能模块，完成将模拟输入量准确地转换成所需的数字量，传给处理器(DSp)进行相关处理、计算。其中aD7656芯片完成了采样保持和模数转换功能，处理器采用DSp芯片tmS320VC33，二者之间逻辑使用CpLD芯片XC95144，如图1所示。
2、系统各部分原理图及主要芯片
2.1模拟量预处理
输入模拟信号是由电压、电流互感器二次侧输出的9路工频电压、电流信号。在进行a/D转换之前，每路输入的模拟信号须经过信号变换以满足a/D转换器件量程，并滤除高频成分以满足采样定理要求。如图2所示为信号变换和RC低通滤波电路[8]。
交流模拟量变换回路的基本设计原则是：要保证各电压/电流互感器的一次、二次侧之间相位位移保持一致；互感器要在整个工作范围内保持线性传输，输入小信号不失真，输入大信号不饱和。aD7656芯片输入电压范围设为±5V(±5V、±10V可选)，为了使电压/电流变换器二次侧信号与a/D量程匹配，电压变换器应选用变比为(100/)/(5/)=100/3.53。若高压电流互感器二次额定电流为（一般为5a或1a），为了保证其线性范围，电流变换器变比为20/3.53。
由于无源滤波器具有结构简单、能经受较大的浪涌冲击、可靠性高的特点，而高阶的模拟滤波器将带来长的过渡过程，有可能影响保护的速度，所以一般选择采用一阶RC无源低通滤波器。本系统采样频率设为1.6kHz，即每周波采32点，若按2.5倍频滤波应滤除0.64kHz以上高频信号分量，则电阻R参数选为2.5kΩ，电容C参数选为0.1μF。低通滤波的幅频/相频响应如图3所示。可见，在截止频率ω=2πf=4019.2rad/s处，信号幅度低于0.707。
稳压管组成双向限幅，使a/D变换芯片的输入电压限制在峰-峰值±5V以内。
2.2模数转换与DSp芯片及原理电路
模数转换采用的aD7656是analog公司生产的一款16位高速6通道同步采样芯片，功能框图如图4所示。它内部带有6个高速同步采样/保持电路通道和16为逐次逼近型模数转换器(aDC)，采样速率250kSpS，满足实时性要求。aD7656的6路模拟输入分为三组,分别由ConVSta、ConVStB、ConVStC来控制启动，可通过引脚或软件方式设定输入电压范围(±10V或±5V，为±4×VReF或±2×VReF)，它提供了可选的高速并行或串行接口,从而允许该器件与微处理器(mCU)或数字信号处理器(DSp)连接,每个通道的输出都可为一个16位字,可见它非常适合于多路采集系统需要。
处理器所采用的tmS320VC33是ti公司的一种DSp芯片，除具有一般浮点DSp的优点之外，还具有众多的内部资源：34K×32位双存取的SRam，4K×32位的片内屏蔽式的Rom，还包括一个串口、两个定时器及Dma控制器等，为设计提供了很大的便利。由于它采用了内部1.8V、外部3.3V供电，因而功耗比原有型号降低了大约一个数量级。
处理器与模数转换间的逻辑控制用CpLD完成。本装置使用Xilinx公司的CpLD器件——XC95144。XC9500系列器件的最快达3.5ns，宏单元数达288个，可用门数达6400个，系统时钟可达到200mHZ。XC9500系列器件采用快闪存储技术（FastFLaSH），功耗低。XC9500系列产品符合pCi总线规范；含JtaG测试接口电路，具有可测试性；具有在系统可编程（iSp：inSystemprogrammable）能力；具有5v和3.3v工作电压混合模式；有很好的保密和抗干扰能力等等。XC9500系列可提供从最简单的paL综合设计到最先进的实时硬件现场升级的全套解决方案。由于tmS320VC33的i/o口电压为3.3V，为了与其匹配，aD7656数据逻辑输出电压也应为3.3V，即将tmS320VC33的DVDD与aD7656的VDRiVe同接到+3.3V电源。
下面考虑aD7656与tmS320VC33接口电路的设计。如图5，是aD7656与tmS320VC33接口电路原理图,为了简化两片aD7656只画出一片。
高压输电线路微机保护输入的9路模拟信号需要两片aD7656芯片来完成。两个芯片的6个采样使能端ConVSta/B/C连在一起，这样可以进行9路模拟信号同步采样。模数转换完成后，数据存储在输出数据寄存器中，BUSY电平降低，两个芯片BUSY信号在CpLD中进行或逻辑，则两个芯片的模数转换全部完成再通过CpLD触发DSp中断，DSp在中断处理程序中读数据。、、接地则输出为并行模式，可一次读出16位数据。通过片选和可以连续读出一个芯片6个通道的数据，然后通过CpLD的地址译码选择另一片aD，再读出3路数据，则可读出全部9路数据。
3、数据采集系统软件设计
数据采集系统软件设计的主要功能是完成数据采集，把数据读取到数据存储器，由DSp处理器进行数据分析与处理。数据采集的流程为：DSp完成初始化自检后，首先设定定时器时间间隔，开放DSp的外部中断，启动定时器。当定时采样周期到，定时器输出通过CpLD向a/D发采样命令，启动a/D转换。数据采集工作主要在a/D中断服务子程序中进行。当a/D转换完成后向DSp发出中断请求信号，DSp程序转入外部a/D中断服务子程序，连续6次读取6路数据，然后通过片选选取另一个芯片，再次读取3个通道的转换结果，两次完成全部数据采样。数据采集系统a/D中断服务子程序流程如图6所示。
4、结语
以上较完整的论述了应用于高压输电线路微机保护的新型数据采集系统设计的各个部分：模拟量处理、模数转换及其与DSp处理器的接口、软件流程等。该系统具有采样速率高、精度高及高可靠性、高度集成化和开放性等特点。
参考文献
[1]杨奇逊.微型机继电保护基础.水利电力出版杜,1987.
[2]兀鹏越,俞霄靓.基于DSp的分布式微机保护测控装置的硬件设计.现代电子技术,2007,(21),109～111,114.
集成电路的原理篇10
关键词：电子技术；专业课程；一体化教学；教学成果评价
在电子技术专业教学中，传统理论讲授式教学已不能满足现代电子专业人才培养的需求，因为传统的教学方式很难调动广大学生学习的积极性，以及提高学生的专业操作技能，也体现不出教师的“成就感”。所以，加快由传统理论讲授式教学向一体化教学的转变是目前职业院校教学改革的关键，同时也是现代电子专业人才培养的必然趋势。学生能在一体化教学场景中找到学习规律，激发学习兴趣，培养自主学习能力，从而提高教学质量。笔者根据近几年在电子专业一体化教学改革探索中的经验，并以电子电路课程中的集成功率放大器一体化教学为例，进行系统阐述。
一、电子技术专业课程一体化教学课题的选择
教学课题的选择不仅能够涵盖专业理论教学内容，而且还需具备实践操作性，更重要的是课题在选择过程中必须明确目标和任务。
1.明确一体化教学课题的目标
一体化教学课题目标就是要实现理实一体化。如选择集成功率放大器作为一体化教学课题，其目标是让学生通过亲自动手制作一个有形、有声、有趣的集成功率放大器，激发其学习兴趣和动力。
2.明确一体化教学课题的任务
一体化教学课题的任务是在轻松的教学场景下引导学生动手“做”，熟练掌握电子基本操作技能和基本理论知识。如集成功率放大器一体化教学课题的任务是通过“做”使学生掌握集成运算放大器的工作原理、功率放大器的电路分析方法和计算方法，同时掌握电子电路的安装与调试技能等。
二、电子技术专业课程一体化教学过程的实施
一体化教学过程的实施过程是学生掌握知识与技能的重要途径。下面就以集成功率放大器一体化教学过程为例，系统介绍如何进行电子专业课程一体化教学过程的实施。
1.通过实物演示激发学生的学习欲望
集成功率放大器一体化教学实施的第一步是老师演示自制的示教板，让学生直观感觉音乐就是从一块电路板和喇叭里发出的。这时可以让学生将自己手机的音乐通过接口送入示教板电路中，激发学生想自己动手“做”的欲望。学生成了学习的主动者，只要教学场景设计合理，引导学生动手去“做”，教师不会觉得难教，学生也就不觉得难了。
2.结合实物系统讲解电路结构和工作原理
通过实物图和电路原理图结合起来讲解电路的结构和工作原理，无疑可以让学生在有“形”的对应下学习，避免了电路原理图的一些抽象概念，降低了学生理解电路工作原理的难度，为下一步学生自己动手“做”打下基础。
3.开展实训教学，指导学生动手“做”
学生熟悉了电路结构及原理后，就可以分发电子元器件和pCB板，指导学生自己动手“做”。学生“做”的过程可分三步进行：第一步，学生进行电子元器件识别与检测，掌握用万用表检测新器件的方法；第二步，讲解电路装接工艺及要求，重点强调焊接须注意的事项；第三步，学生进入电路装接与调试环节，教师应在现场帮助解决学生遇到的问题。在调试过程中，教师应利用示波器和万用表在示教板上演示调试过程，学生可以直观掌握电路调试方法。
三、电子技术专业课程一体化教学成果的评价
1.通过教学成果评价提升学生的专业综合技能
通过对教学成果进行评价，不但可以掌握本课题实施后是否已达到目标与任务，而且还可以检验学生掌握专业技能的程度。如在对集成功率放大器一体化教学成果评价时，应从功率输出的大小、音质的好坏、电路安装的整体布局等方面进行评价，指出每个学生所“做”电路的优缺点，并帮助其改进。
2.通过教学成果评价创新改进教学课题