集成电路反向设计篇1
关键词:集成电路;反向工程;知识产权;布图设计
intellectualpropertyResearch
onReverseengineeringofintegratedCircuit
YUpeng,DUJiao,YoUtao,XieXue-jun
(ministryofindustryandinformationtechnologySoftwareandintegratedCircuitpromotionCenter;
CSipintellectualpropertyexpertiseCenterofJudicature,Beijing100038,China)
abstract:thispaperfocusedontheipRissuesaboutReverseengineeringofiC.onthegroundofanalysisoftheseissues,somesuggestionshowtoensurethelegitimacyofReverseengineeringandhowtopreventtheimitationwiththeprotectionofipRwereproposed.
Keywords:integratedCircuit;Reverseengineering;intellectualproperty;layoutdesign
1引言
反向工程(Reverseengineering)包括反向分析和反向设计两个阶段。反向分析是指通过对目标产品的结构、功能、工作方式进行系统的分析和研究得到有价值的技术信息。反向设计是指在获取的技术信息基础上,设计出功能相近,但又不完全一样的产品的过程。集成电路反向工程通常做法是,利用物理、化学方法逐层解剖芯片,进行拍照和检测,分析芯片内的器件和电路结构,在充分了解原芯片关键技术原理的基础上,重新设计出功能相同或相似的集成电路产品。
利用反向工程设计集成电路和直接复制是两种不同的行为。直接复制是对原芯片的集成电路布图设计进行直接复制和简单修改,从而制造类似的兼容芯片,直接复制在技术上没有创新;而反向工程则通常需要进行重新设计,往往在技术上会有所创新。intel的法律顾问Jr.thomasDunlap曾在美国国会上作证:如果开发一种新芯片要花三至三年半的时间,用反向工程重新设计要花一至一年半的时间,而直接复制只需花三至五个月的时间。因此反向工程并不过分违背公平竞争原则。
并且由于竞争者通过反向工程对现有的集成电路产品进行分析、研究,能够更容易、更迅速地生产出功能相近、技术更加进步的集成电路,从而提供芯片的“第二供货来源”,促进整个集成电路产业的发展进步。所以在行业内,反向工程一直被认为是一种可以接受的行为。目前模拟电路设计工程师经常使用反向工程这一手段进行产品开发,数字电路设计工程师也应用反向分析来获取优秀设计的思想和经验【1】。
然而,反向工程毕竟是在对原有芯片关键技术进行分析的基础上进行的重新设计,有模仿的成分,所以反向工程在带来上述好处的同时,也容易在实践中引发知识产权争议。本文将逐一分析集成电路反向工程涉及的知识产权问题和应对方法。
2商业秘密
根据中国《反不正当竞争法》的规定,“商业秘密,是指不为公众所知悉、能为权利人带来经济利益、具有实用性并经权利人采取保密措施的技术信息和经营信息。”如果集成电路设计公司已经将研发资料、成果作为商业秘密进行管理和保护,通过反向工程获取该公司所研发芯片中属于商业秘密的技术信息,是否会有侵犯该公司商业秘密的风险?
根据我国最高人民法院颁布的《关于审理不正当竞争民事案件应用法律若干问题的解释》第十二条第一款的规定:通过反向工程等方式获得的商业秘密不认定为是以不正当手段获取权利人商业秘密。并且由于商业秘密的所有者对商业秘密信息没有排他性占有或使用的权利,只有错误获得、使用或揭露商业秘密才属侵权。所以不仅采用合法的反向工程方式获取集成电路设计是合法获取竞争对手技术秘密的重要手段,而且使用该信息进行设计生产也是合法的。
但需要注意的是,法律进一步对什么是“合法的反向工程”进行了定义。根据上述司法解释十二条第二款的规定:“前款所称‘反向工程’,是指通过技术手段对从公开渠道取得的产品进行拆卸、测绘、分析等而获得该产品的有关技术信息。当事人以不正当手段知悉了他人的商业秘密之后,又以反向工程为由主张获取行为合法的,不予支持。”在英美,“合法的反向工程”还要求证明“反向工程需付出重要劳动、技术或资金投入”。
因此,集成电路设计者在进行反向工程时,至少需要完成如下工作:
(1)从公开渠道购买产品,并保留发票,以证明产品是从公开渠道取得的。
(2)保留反向工程的过程记录和文档,并注明具体日期。这是因为一般反向工程实施人对反向工程的行为和相关投入有举证责任。
(3)调查参与反向工程人员的工作经历,以确保参与反向工程的人员只能是对该商业秘密权利人没有保密义务的人,例如是否是原集成电路设计公司的前雇员。
另一方面,集成电路产品的原设计者,当遇到涉嫌抄袭的竞争对手声称是通过反向工程设计出竞争产品时,应至少从以下几个角度提出疑问:
(1)竞争对手是否在产品公开出售前就开始进行反向工程。
(2)竞争产品是否出现过快,缺乏合理的反向工程时间。
(3)竞争对手的研发人员是否曾经在本公司工作过或参与过该产品的研发活动。
3集成电路布图设计专有权
集成电路布图设计是指集成电路上元件和互连线路的立体结构(三维配置)。集成电路布图设计专有权主要保护的是“受保护的布图设计的全部或者其中任何具有独创性的部分”的复制权【2】,这里的复制是指“重复制作布图设计或者含有该布图设计的集成电路”。而集成电路反向分析的主要内容之一就是得到原芯片的集成电路布图设计,反向设计则借鉴了原芯片的部分集成电路布图设计,那么这是否有侵犯集成电路布图设计权的风险呢?
中国《集成电路布图设计保护条例》第二十三条第二款规定:“为个人目的或者单纯为评价、分析、研究、教学等目的而复制受保护的布图设计”的行为“可以不经布图设计权利人许可,不向其支付报酬”。所以,以评价、分析、研究为目的进行反向分析是法律许可的行为,不视为侵权。
中国《集成电路布图设计保护条例》第二十三条第三款还规定:“在依据前项评价、分析受保护的布图设计的基础上,创作出具有独创性的布图设计”的行为“可以不经布图设计权利人许可,不向其支付报酬”。所以判断反向设计是否侵犯原集成电路布图设计的标准是看新设计是否具有“独创性”。
集成电路布图设计的“独创性”要同时满足两个条件:(1)布图设计是创作者自己的智力劳动成果,即自己创作;(2)在其创作时该布图设计在布图设计创作者和集成电路制造者中不是公认的常规设计,即非常规设计。对于由常规设计组成的布图设计如果满足上述两个条件,也应认为具备“独创性”。
由于集成电路布图设计权主要保护的是“受保护的布图设计的全部或者其中任何具有独创性的部分”的复制权,所以判断新设计是否具有“独创性”的对比范围应是原布图设计的整体以及原布图设计的独创性部分。
在分析反向设计是否有侵犯原布图设计权的风险时,应当
(1)首先应将新设计与原设计整体进行比较。如果反向设计与原布图设计整体相同或仅进行少量常规设计的修改,则侵权风险较大;而仅与原布图设计部分的常规设计相同并会不构成侵权。
(2)之后应重点比较反向设计所借鉴的原设计具有独创性的那部分布图设计。如果此部分布图设计,反向设计在原布图设计的基础上进行了非常规设计的修改,即所投入的智力劳动具备创造性,则不侵犯原集成电路布图设计专有权。
上述集成电路布图设计侵权判断方法,是笔者对司法鉴定工作实践经验的总结,可以明确的分析判断出两个集成电路布图设计是否实质相似。读者可以根据此方法尝试分析美国的典型集成电路布图设计侵权案例:Brooktreev.advancedmicroDevices和alteraCorporationv.ClearLogic。
2004年以来,我国的集成电路布图设计纠纷也时有发生,如浙江杭州中院受理的(美国)安那络公司诉杭州士兰微电子股份有限公司侵犯集成电路布图设计专有权案、上海一中院受理的(美国)安那络公司诉上海贝岭股份有限公司侵犯集成电路布图设计专有权案、南京中院判决的华润矽威科技诉南京源之峰科技侵犯集成电路布图设计专有权案等。所以在中国,集成电路设计者进行反向工程时需要进行如下工作,以减小相关纠纷风险:
(1)反向工程前检索原集成电路是否进行了布图设计登记、该集成电路是否已经商业利用2年以上。这是由于集成电路布图设计专有权根据登记而产生,并且中国《集成电路布图设计保护条例》规定:需在该布图设计在世界任何地方首次商业利用之日起2年内完结。所以如果能明确集成电路产品上市2年后还未进行布图设计登记,则该布图设计在中国不受保护。
(2)如果检索到原集成电路进行了布图设计登记,则在反向设计过程中要注意满足“独创性”要求,并且在反向设计完成时应进行侵权风险评估。
而作为原集成电路设计者,为防止竞争对手通过反向工程设计竞争产品,应在产品上市之前就及时进行集成电路布图设计登记。
4著作权
集成电路布图设计是一种三维图形配置,如果集成电路布图设计没有进行登记,而著作权随作品的创作完成而自动产生不需要进行登记,那集成电路布图设计是否能获得著作权的保护?集成电路反向工程会导致侵犯著作权的风险吗?答案是反向工程设计或直接复制芯片生产本身都不会有侵犯著作权的风险。
这是因为集成电路布图设计的拓扑结构隐藏在芯片内部,一般消费者无法目睹,故集成电路布图不具备作品的欣赏价值,只具备工业实用价值。根据著作权法的“实用物品原则”,如果作品属于实用物品,著作权法对它的保护只能及于该实用物品上不具有实用性质且可独立存在的图形设计,而不能及于该实用物品的实用性质方面。该原则目前已得到了国际知识产权界的普遍认同。因此集成电路布图设计不受著作权法的保护,而是由专门的工业产权“集成电路布图设计专有权”进行保护。
集成电路布图设计和印刷线路板都是完成电路功能的实用物品,它们在著作权上面临的情况类似。上海迪比特实业有限公司诉摩托罗拉(中国)电子有限公司印刷线路板著作权侵权案的判决可以说明这个问题。在判决书中,法院认为印刷线路板设计图属于图形作品,应受著作权法保护,他人未经著作权人许可,不得复制、发行印刷线路板设计图。但印刷线路板本身属于一种具有实用功能的工业产品,已经超出了文学、艺术和科学作品的保护范围,因此不属于著作权法保护的客体。被告摩托罗拉公司按照印刷线路板设计图生产印刷线路板的行为,是生产工业产品的行为,而不属于著作权法意义上的复制。因此,原告关于被告摩托罗拉公司在C289手机中擅自复制原告t189手机的印刷线路板设计图的行为构成对原告著作权侵权的主张无法律依据,不予支持。
目前世界各国著作权法的规定和相关司法判例,对于集成电路布图设计或印刷线路板一般都不给予著作权法的保护,仅对于其设计图纸进行著作权保护。所以集成电路布图设计如果要避免被直接复制,就一定要在主要市场国家进行集成电路布图设计登记。反向工程时,要注意不要使用原芯片的说明书,避免著作权纠纷。
5专利权
由于集成电路布图设计只保护集成电路的拓扑结构,竞争对手较易进行规避;而商业秘密无法有效保护已经上市销售集成电路产品的设计。那么如何利用现有的知识产权制度来保护本公司的研发成果呢?作为集成电路原设计者,较好的选择是:除了要对集成电路产品进行集成电路布图设计登记外,还要积极利用专利手段保护自己的智力成果。
这是因为专利保护的是技术方案,可以保护发明人的设计思想。一件关于电路连接关系的专利,其专利保护范围能覆盖许多具体的电路实现,因此反向工程的设计方案即使不侵犯集成电路布图设计,也很可能落入专利的保护范围,这加大了反向工程的难度。
而且专利不仅可以用来保护集成电路的内部电路连接关系,还可以保护器件结构、功能模块连接关系、芯片内的信号处理流程和方法、芯片封装结构和方法等。这样可以通过对集成电路产品形成全面的专利保护网,阻止竞争对手使用反向工程提取设计思想重新进行设计。特别值得注意的是应重视申请集成电路产品的接口电路、接口指令和接口信号处理流程的专利,以防止竞争对手开发出设计不同但兼容的芯片。
另一方面,集成电路反向工程的设计者,要考虑到原芯片设计公司可能已经申请了相关专利,因此在进行反向工程前应按申请人和技术进行专利检索和侵权分析,在反向设计过程中进行专利规避设计,以降低侵权风险。
6反向工程在司法鉴定中的应用
反向工程不仅可以使竞争对手在较短的时间内,以较少的投入,制造更好的竞争产品;而且还可以帮助原设计者证明他人侵犯了自己的专利、技术秘密或者集成电路布图设计。
如果芯片原设计者怀疑竞争对手侵犯了自己的权利,可以委托集成电路领域专业的知识产权司法鉴定机构为其出具司法鉴定意见报告,作为竞争对手侵犯自己权利的证据。通常知识产权司法鉴定机构会委托第三方检测机构(常采用反向工程对嫌疑产品进行分析)获得的检测报告,利用检测报告作为鉴定的依据出具鉴定结论,这样的鉴定结论在法庭上的证明力大于芯片原设计者单方委托检测机构获得的检测报告,而且司法鉴定机构还可以从技术角度判断技术方案是否实质相同。
7总结
综上所述,虽然反向工程本身是集成电路行业一种普遍被接受的行为,但其行为也受到各种知识产权保护的限制;在集成电路反向工程的过程中应注意一系列的知识产权问题,完成相应的知识产权管理工作;而集成电路设计者想要保护自己的设计,避免反向工程对自己产品造成的冲击,也需要从多个方面做好准备,为集成电路产品申请相关专利、登记集成电路布图设计、进行技术秘密保护,从而全面的保护自己的智力劳动成果。
参考资料
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[2]集成电路布图设计独创性判断法律问题研究.崔哲勇.中国政法大学硕士学位论文.2006.12
[3]反向工程法律问题比较研究.陈晓亮.复旦大学硕士学位论文.2008.10
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[5]集成电路布图设计保护法比较研究.郑胜利.北大知识产权评论
[6]半导体集成电路的知识产权保护.郭禾.中国人民大学学报2004年第一期
[7]集成电路布图设计专有权的撤销.何伦健.专利法研究
[8]集成电路芯片专利侵权纠纷案件中的侵权判定.游涛.中国集成电路.总第133期.2010.6
[9]半导体产业中集成电路布图设计登记与专利申请研究.骆苏华.半导体行业.2008.6
[10]SemiconductorChipprotectionactof1984:apreliminaryanalysis.wilson,Davidi.,LaBarre,Jamesa..1985
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[12]patentinfringementdiscoveryinintegratedcircuits:anewapproach.Davidward.省略/whitepaper.pdf
[13]迪比特诉摩托罗拉索赔近亿元.省略/ljfy/mtdj_view.aspx?id=9102
注释
集成电路反向设计篇2
[关键词]独立学院课程教学方法
[中图分类号]G642[文献标识码]a[文章编号]1009-5349（2016）20-0207-02
独立学院是指普通高校根据教育部《关于规范并加强普通高校以外的机制和模式试办独立学院管理的若干意见》的规定，与之以外的其他社会组织、团体或个人合作，自筹经费并举办的具有本科层次、实施本科高等教育的学院。它是普通高校的重要组成部分，又与普通高校不同，有其独特性。独立学院介于研究型大学与应用型职校之间，培养的人才既不是研究型设计人员，又不是完全应用型技工，应定位于本科应用复合型专用人才。如果简单沿用普通高校的培养方案、教育模式和教学方法，就达不到我们预期的培养目标。针对生源特点，以保障独立学院教育教学质量的提高、保障独立学院本科教育的基本要求，培养出具有独立学院特色的本科应用复合型专业人才，研究探索适合独立学院本科教学的教学方法，势在必行。本文就电子类、光电类专业的电子技术基础课程的教学方法进行探讨。
一、精学教学内容
《电子技术基础》课程是理论性和实践性都很强的一门学科，是电子专业、光电专业的一门重要专业基础课程，教学大纲给出的课时越来越少。如何上好这门课程，使学生打好专业基础，首要的就是在完成教学大纲要求的前提下，新选讲课内容，做到内容丰富、结构合理、概念清晰、条理清楚，在原有经典知识基础上，适当增加新器件、新知识。
电子技术基础主要分为模拟电子和数字电子两大模块。每一模块以基本部件为基础要素，再由基本部件构成的各种电能为重点进行以分析。模电的基本部件就是二极管、三极管、场效应管等。每个部件应该简化内部结构等的讲述，重点介绍外部特性、参数、检测、应用等。数电的基本部件就是各种基本逻辑门，各种存储器、触发器等。同理，应该简化内部电路结构的讲述，而重点讲解逻辑门和触发器的逻辑符号、逻辑关系。以基本部件为核心，可构成各式各样的电路。例如，由二极管可构成整流、限幅、钳位、检波、开关等电路；由三极管（场效应管）可构成各种放大器（低频、高频、功率差分），由门电路可构成各种组合逻辑电路；由触发器可构成各种时序电路等等，对这些电路不必一一讲解，要节选内容。重点讲解，通过典型电能，教会学生分析思路和方法，做到举一反三，典型经典电路要求学生记熟，整个教学过程要贯穿分析和设计两条主线。典型、经典电路一见就知道是什么电路、有什么功能；一般电路能够分析出功能，学会分析方法；给定要求，能够设计出相应的电路。随着科学技术的发展，新器件不断涌现，集成化的程度不断提高。过去很多分立元件构成的电路现今已由集成电路取代。应重点讲解集成电路，而对分立元件构成的电路可少讲甚至不讲。例如，分立原件的桥式整流已由桥堆代替；分立元件功放已由集成功放代替（大功率放大器除外）；集成运放可实路许多分立元件放大器的功能；分立元件的直流稳压电源由集成三端稳压器取代；而教学电路的集成化更高，集成逻辑门、集成触发器、集成计数器等，这些是我们的需要重点介绍的，这也是知识更新的要求。对集成电路的讲解，要简化内部结构和工作原理，甚至可不讲解。重点介绍集成电路的功能、引物功能、参数、使用，以及如何查找相应的集成电路。
二、灵活的教法，激发学习兴趣
提出问题，引发学习兴趣。结合教学内容，从日常生活和常见电器设备中提出问题，用“为什么”启发学习求知欲，是引发学生学习兴趣最有效的方法。例如：由走廊延时灯可以引起学生对声控、光控、定时电路的求知欲；由于机立电器，可引起学生对直流稳压电源的比较器电路的求知欲；由电脑小音箱和广场舞用的音响功率扩音器引起学生对学习低频放大器、功率放大器、仿真放大器等的求知欲望；由交叉路口数字变化信导灯引起学生对数码显示、计数器电路的求知欲……
演示教学，争强感性认识。演示是教师利用各种教具、实物或示范试验，使学生获得相关知识的感性认识最直接的教学方法，运用得当，可得到事半功倍的效果。电子技术基础课程演示教学，一是讲电路基本部件（二极管、三极管，场效应学、门电路、触发器等）时拿相应实物让学生观看，增加感性知识，然后再讲解器件结构、原理、性能、使用等；二是讲具体电路r能做相应电路，对原理、电路功能进行验证。元件参数变化对电路状态影响变化直观表现。效果是明显的，既增加学生学习兴趣，又加深了学生对电路原理的理解。例如三极管对电流的控制演示、集成三端稳压器稳压的演示、集成功率放大器电路的演示、集成计数器计数电路的演示、555定时器构成定时电路和方波产生器电路的演示等。
精选设计课程，提高综合能力。教学的最终目的，是学生对电路综合能力的提高。可在单元电路模块结束后，给学生精选设计课题，由学生用已学知识完成电路设计，一方面是所学知识的综合利用和检验，另一方面当学生完成电路设计而达到要求时，能获得一种成就感，更会激发学生学习的兴趣。设计可只画出电路图，有条件也可做出实际电路。例如，模电部分可由学生设计完成电脑用小音箱电路，它包括了直流稳压电源电路、前量放大器（分立元件或集成运放完成）、功率放大器（分立元件或集成功放）；数电部分可由学生设计完成数码显示器电路，它包含了555电路应用、集成计数器电路、数码显示译码器等。都是所学知识的基本组合。
三、加强实验环节，提高动手能力
通过课堂教学，学生对电子技术有了一定的掌握，但实际动手能力还很差。只有通过实际操作，才能逐步提高。实验环节主要在以下几个方面：
（一）元件的识别、检测和仪器，仪表的正确使用
1.电阻、电容的读数与测量
①四环电阻（前两环标识有效数字，第三环标识10的次幂，第四环位标识误差位）和五环电阻（前三环标识有效数字，第四环标识10的次幂，第五环位标识误差位）的读数（棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0）。②电容的读数：区别独石电容（如：101，102，103）和电解电容（容体上标识容值和电压）。③用指针式或数字万用表分别检测电阻与电容的好坏。
2.二极管的识别与检测
①注意二极管的主要参数（最大整流电流、最大反向工作电压）。②二极管的极性判别（通过元器件上黑圈上的标识或用万用表测量）。③二极管的好坏判别（用万用表测量pn节是否存在）。
3.三极管的识别与检测
①三极管的主要参数（电流放大系数、耗散功率、频率特性集电极最大电流、最大反向电压、反向电流）。②三极管的引脚判别（a、判定基极。用万用表R×100或R×1k挡测量管子三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b，黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则可判定被测管子为pnp型三极管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为npn型管如9013，9014，9018。b、判定三极管集电极c和发射极e。以pnp型三极管为例，将万用表置于R×100或R×1K档，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极）。
4.单、双向晶闸管的识别与检测
①晶闸管的引脚判别（晶闸管管脚的判别可用下述方法：先用万用表R*1K挡测量三脚之间的阻值，阻值小的两脚分别为控制极和阴极，所剩的一脚为阳极。再将万用表置于R*10K挡，用手指捏住阳极和另一脚，且不让两脚接触，黑表笔接阳极，红表笔接剩下的一脚，如表针向右摆动，说明红表笔所接为阴极，不摆动则为控制极）。②单向可控硅的检测（万用表选电阻R*1Ω挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极G，红表笔的引脚为阴极K，另一空脚为阳极a。此时将黑表笔接已判断了的阳极a，红表笔仍接阴极K。此时万用表指针应不动。用短线瞬间短接阳极a和控制极G，此时万用表电阻挡指针应向右偏转，阻值读数为10欧姆左右。如阳极a接黑表笔，阴极K接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏）。③双向可控硅的检测（用万用表电阻R*1Ω挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红、黑表所接的两引脚为第一阳极a1和控制极G，另一空脚即为第二阳极a2。确定a1、G极后，再仔细测量a1、G极间正、反向电阻，读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极a1，红表笔所接引脚为控制极G。将黑表笔接已确定的第二阳极a2，红表笔接第一阳极a1，此时万用表指针不应发生偏转，阻值为无穷大。再用短接线将a2、G极瞬间短接，给G极加上正向触发电压，a2、a1间阻值约10欧姆左右。随后断开a2、G间短接线，万用表读数应保持10欧姆左右。互换红、黑表笔接线，t表笔接第二阳极a2，黑表笔接第一阳极a1。同样万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。用短接线将a2、G极间再次瞬间短接，给G极加上负的触发电压，a1、a2间的阻值也是10欧姆左右。随后断开a2、G极间短接线，万用表读数应不变，保持在10欧姆左右。符合以上规律，说明被测双向可控硅未损坏且三个引脚极性判断正确）。
（二）验证性试验，巩固所学理论知识
①晶体管共射极单管放大电路。②场效应管放大器。③负反馈放大器。差分放大电路。④集成运算放大器指示测试。⑤模拟运算电路。⑥波形发生器。⑦otL功率放大器。⑧集成功率放大器。⑨串联型晶体管稳压电源。⑩LC正弦波振荡器。
（三）是开发性试验，由老师指定适合的相应题目，由学生设计，制作来完成
①晶体管放大器设计。②场效应管放大器设计。③差分放大器设计。④RC有源滤波器设计。
【参考文献】
集成电路反向设计篇3
文章编号：1671-489X（2014）18-0094-03
集成电路测试是集成电路产业不可或缺的一个重要环节，其贯穿了集成电路设计、生产与应用的整个过程。集成电路测试技术的发展相对滞后于其他环节，这在一定程度上制约了集成电路产业的发展。集成电路测试产业不但对测试设备依赖严重，对测试技术人员的理论基础和实践能力也有着较高要求。为应对上述挑战，加强电子类学生的就业竞争力，就要求学生在掌握集成电路工艺、设计基础知识的同时，还需具备集成电路测试与可测性设计的相关知识[1-2]。
目前，国内本科阶段开设集成电路测试与可测性设计课程的高校较少，学过的学生也多数反映比较抽象，不知如何学以致用。究其原因，主要是教学环节存在诸多问题[3]。为了提高该课程教学质量，本文对该课程教学内容、方法进行了初步的探索研究，以期激发学生的学习主动性，加深对该课程的理解和掌握。
1理论教学结合实际应用
在理论教学中结合实际应用，有助于学生明确学习目的，提升学习兴趣。因此，讲授测试重要性时可以结合生活中的应用实例来展开。如目前汽车中的aBS电路如果不通过测试，将会造成人员和汽车的损伤；远程导弹中的制导电路不通过测试，将无法精确命中目标；制造业中的数控机床控制电路，交通信号灯的转向时间显示电路，家电产品中的mp3、mp4解码电路等，均需进行测试等。通过这些介绍，可以使学生了解测试的重要性，从而能更加主动地去掌握所学知识。
2合理安排教学内容
针对集成电路测试与可测性设计的重要性，电子类专业在本科生三年级时开设集成电路测试与可测性设计课程。该课程的教材采用以中文教材《VLSi测试方法学和可测性设计》（雷绍允著）为主、以英文原版教材《数字系统测试与可测性设计》（mironabramovici著）为辅的形式，结合国外高校的授课内容和可测性设计在工业界的应用，对课程内容进行设计。课程定为48学时，课程内容大致分为集成电路测试、可测性设计和上机实验三个部分。
集成电路测试这部分内容安排20个学时，主要讲解集成电路的常用测试设备、测试方法、集成电路的失效种类、常用的故障模型以及故障检测的方法。组合逻辑电路测试着重讲解测试图形生成方法，主流eDa软件核心算法，包括布尔差分法、D算法、poDem以及Fan算法等。时序电路测试讲解时序电路的测试模型和方法，介绍时序电路的初始化、功能测试以及测试向量推导方法。
集成电路可测性设计这部分内容安排16个学时，主要讲解集成电路专用可测性设计方法如电路分块、插入测试点、伪穷举、伪随机等一些较为成熟的可测性设计方法。同时讲解工业界较为流行的可测性设计结构。
上机实验这部分内容安排12学时。目前主流测试与可测性设计eDa软件Synopsys属于商业软件，收费较高，难以在高校普及使用。为此，本课程选取开源软件ataLanta和FSim并基于iSCaS85标准电路，进行故障测试图形生成实验。此外，通过在实验手册中编排基于Quartus软件的电路可测性结构设计等内容，将实验和理论讲解有机结合。
3培养学生举一反三的能力
创设问题情境，启发学生自主利用已学知识，积极思考、探索。如在讲授组合逻辑故障测试向量生成时，以较为简单的组合逻辑为例，对图1提出以下问题[4]。
1）为了能够反映在电路内部节点所存在的故障，必须对故障节点设置正常逻辑值的非量，这个步骤称为故障激活。对应于图1，如何激活故障Gs-a-1？
2）为了能够将故障效应G传播到输出i，则沿着故障传播路径的所有门必须被选通，也就是敏化传播路径上的门。对应图1，如何传播故障Gs-a-1？
3）根据激活和敏化故障的要求，如何设置对应的原始输入端的信号值？
通过提问思考和共同探讨，问题得以解决，学生印象深刻，对后续理解各种测试向量生成算法奠定基础。
4实例讲解
集成电路测试与可测性设计是一门理论化较强的课程，学生在学习过程中可能会产生“学以何用”的疑问。为消除这些疑问，加强学生学习兴趣，明确学习目的，需要授课教师在课程讲解过程中穿插一些测试实例。为此，本课程以科研项目中所涉及的部分测试实例为样本，结合学生的掌握和接受能力加以简化，作为课堂讲解实例。
下面以某个整机系统中所涉及的一款数字编码器为例，进行功能和引脚规模的简化，最终形成图2所示的简化编码器原理图。针对该原理图和具体工作原理，讲解该编码器的基本测试方法和过程。
图2所示编码器有四个地址输入引脚（a0～a3），一个电源引脚VDD（5V），一个时钟输入引脚CLK，一个输出引脚DoUt和一个接地引脚GnD。在地址端（a0～a3）输入一组编码，经过编码器编码，在DoUt端串行输出。编码的规律如图3所示，编码输出顺序（先左后右）：a0编码a1编码a2编码a3编码同步位。
该测试实例主要围绕功能测试来进行具体讲解。功能测试通过真值表（测试图形）来验证编码器功能是否正确。编码器输入引脚可接三种状态：高电平（1）、低电平（0）和悬空（f）。本实例只列举三组真值表来对该编码器进行测试，即输入引脚分别为1010、0101、ffff。真值表中的每一行代表一个时钟周期（t）。H（高电平）和L（低电平）代表编码器正确编码时DoUt引脚的输出电平。针对1010的输入，参照图3编码规律和表1编码顺序，DoUt输出按a0a1a2a3（1010）顺序实现编码，具体真值表如图4所示。
图4中Repeatn（n为自然数）代表重复验证该行n个时钟。该测试图形通过测试系统的开发环境编译器编译成测试机控制码，发送给测试系统控制器。测试系统发出被测电路所需的各种输入信号并捕获被测电路的输出引脚DoUt信号。当实际测试采样DoUt引脚所得信号与测试图形中的期望输出完全相符时，表示被测电路功能正确，测试通过。反之，则提示有错，编码器功能失效。同样，当输入分别为0101和ffff时，测试图形如图5、图6所示。
实际数字集成电路测试的过程远比上述过程复杂，本例中所讲解的功能测试是一种不完全测试，测试的故障覆盖率和测试效果有待商榷。然而，无论多复杂的功能测试，其主要测试原理基本类似。通过这样的测试实例讲解，能够让学生了解测试图形的功能，熟悉数字电路测试的大体过程和基本原理，加深对理论知识的理解。
5重视与相关学科的交叉衔接
作为电子类的专业课，本课程横跨计算机软件技术、电路设计技术、数学、物理等多个领域。有鉴于此，在教学中应尽可能地体现集成电路测试与可测性设计与其他课程的关系，在教学中为后续课程打下基础。
集成电路反向设计篇4
关键词：电网；网损分析；理论线损计算
中图分类号：tp311.52
近年来，宏观经济形势变化和节能减排政策执行对吉林公司线损管理带来重大影响；售电结构的变化、负荷难以就地平衡、资产的上移、安全性与经济性的矛盾、管理模式的变化等因素给“节能降损”带来很大挑战。线损管理工作面临异常管理有待加强、线损全周期管理有待深化的困境。为规范吉林省电力有限公司系统线损理论计算管理工作，提高线损计算的自动化水平和计算精度，为系统线损理论计算提供规范化的管理平台，以充分发挥电力设备的效力，挖掘降损潜力，降低供电成本。建设吉林省电力有限公司电网线损理论计算分析系统。
1现状分析
1.1线损情况
线损是指电能从发电厂传输到用户过程中，在输电、变电、配电和营销各环节中所产生的电能损耗[1，2]。它既是电网结构、生产运行、装备及经营管理水平的综合体现，也是电网经营企业的一项经济技术指标[3]。线损管理的深化和细化，充分利用现有业务应用系统的数据资源，将与线损产生过程的有关信息进行集成，搭建线损综合信息管理系统，实现输、配、用过程中电量自动采集、监测和各类线损率指标的自动生成、分析等功能，杜绝不明损失，降低管理损耗，使线损管理从结果管理转向过程实时监控管理，进一步提高线损管理水平[4]。
通过对分压、分区、分线及分台区的“四分”线损在线统计分析，按月度进行分区、分压、分线、分台区统计分析。实现全省理论线损全电压等级，包括66kV及以上主网、10kV配网及0.4kV低压电网线损理论计算功能。
1.2线损的几项危害
1.2.1线损最突出的问题是发热
电力网导线在发热的过程中，电能损失是由于电能被转化成了热能，同时，也由于导线发热致使导线本身尤其是缺陷部位温度升高，加快了绝缘材料的老化速度，使其寿命缩短，绝缘程度降低，出现热击穿，引起配电系统发生事故，甚至灾难的发生[5]。
1.2.2线损的发热造成了能源的大量浪费
系统中的能量不仅被线损浪费，而且该部分能量还要通过各种方式（如通风、冷却等）散发热量，这个过程也需要电能。据报告，一般的线损率在3%～10%，而线损率达到10%就属于严重浪费。这不仅浪费了大量的一次能源，而且会对环境造成更加严重的污染。
1.2.3电力系统导线发热导致故障的发生率升高
由于发热带给接触部分的影响最为显著，所以接点处电阻的发热造成了相当多的故障。导体的电阻在高温下会增大，而即使是在正常负荷电流下电阻也会产生严重发热。接点处的电阻往往大于两端材料的电阻，这就导致了接触电阻大幅度上升。这样的恶性循环形成的后果是导致接触部分烧坏，引起故障[6]。
由于该种原因而造成的线损产生的经济损失，体现在包括发电、供电、用电的各个方面。电力需求随着社会的发展不断增长，而线损造成的电量损失也会随着用电量的增加而增加。如果不能采取有效的措施降低线损率，必然会造成资源的严重浪费。
2线损计算
各关口计量点因现场潮流方向不同从而分为正、反两个负荷方向，即“a开关正向”和“a开关反向”。
在66kV线路的线损的类型里，由于部分站没有主变变高侧计量点，所以将a变为B。
2.1500kV电路的线损计算
2.1.1500kV线路
2.1.2500kV变损
（1）进串主变
1）变低总表模式
线损电量=301正向-5011反向+5011正向+5012正向+2201正向-5012反向-2201反向-301反向
线损率=线损电量/（2201正向+301正向+5011正向+5012正向）×100%
2）变低分表模式
线损电量=5011正向+5012正向+302正向+303正向+2201正向+301正向+…+3XX正向-5011反向-5012反向-2201反向-301反向-302反向-303反向-…-3XX反向
线损率=线损电量/（5011正向+5012正向+301正向+302正向+303正向+…+3XX正向）×100%
（2）主变直接接母线
1）变低总表模式
线损电量=5061正向+2201正向+301正向-5061反向-2201反向-301反向
线损率=线损电量/（5061正向+2201正向+301正向）×100%
2）变低分表模式
线损电量=5061正向+2201正向+301正向+302正向+303正向+…+3XX正向-5061反向-2201反向-301反向-302反向-303反向-…-3XX反向
线损率=线损电量/（5061正向+2201正向+301正向+302正向+303正向+…+3XX正向）×100%
（3）母线损耗
现将500kV母线线损电量统一定义列举如下：
线损电量=（线路边开关1正向）+…+（线路边开关n正向）+（#1主变边开关正向）+（#2主变边开关正向）+（#3主变开关正向）+…+（#n主变开关正向）-（线路边开关1反向）-…-（线路边开关n反向）-（#1主变边开关反向）-（#2主变边开关反向）-（#3主变开关反向）-…-（#n主变开关反向）
从而可以求出线损率。
2.266kV线损计算
2.2.166kV线路
（1）当计量表在线路两侧都存在
线损电量=a正向+B开关正向-a开关反向-B开关反向
线损率=线损电量/（a开关正向+B开关正向）×100%
（2）当计量表只存在与线路一侧
线损电量=a开关正向+B变低正向-a开关反向-B变低反向
线损率=线损电量/（a开关正向+B变低正向）×100%
（3）线路上有一条t接线路并且只有其中一侧66kV开关装有计量表
线损电量=a开关正向+B变低正向+C变低正向-a开关反向-B变低反向-C变低反向
线损率=线损电量/（a开关正向+B变低正向+C变低正向）×100%
3线损统计分析系统构建
线损统计分析系统分为省公司、地市公司、区县公司三级以及各级检修公司，各级单位进行线损统计管理工作的基本流程如下：
（1）线损统计的基础数据由区县公司、检修公司负责收集和填报。其中检修公司负责所有变电站数据的收集和填报；区县单位负责售电量、台区数据的收集和填报；所有电厂数据从生产统计系统中做接口获得。
（2）区县单位、检修公司填报的统计基础数据由地市公司进行接收和管理，地市公司对管理范围内基层单位的基础数据完成接收、检查、汇总后，再统一上报给省公司。
通过“数据集成管理”集成接入SCaDa、变电站电能量采集等业务信息系统设备台账及其设备间的网络拓扑关系数据，系统提供设备台账管理功能：以“单位-电压等级-厂站-设备”的树状形式组织电网设备，可管理维护管理单位、电压等级、厂站、电网设备及相互关联关系信息。基于设备台账，系统自动进行“电网拓扑”分析，应用于线损计算模型。实现加强线损管理责任，明确线损计算工作内容及流程。而且线损指标上报时限性强，在线损指标过程管理中，严格按照上级单位的时间要求开展工作。
4结束语
线损统计分析系统不仅要满足目前的需求，也要适应未来发展的需要。因此开发应用系统的技术，包括操作系统的平台、开发语言、后台数据库的选择，都具有良好的可行性，实现动态功能。能够根据实际需要生成电网设备及电网拓扑关系的数据建系统提供趋势分析、和计划值（理论值）对比分析、同比分析、环比分析、高损（重损）异常分析等手段，对线损进行多维度、全方面地定性定量分析，并可逐层追溯明细数据，使线损管理工作透明化，从而快速定位线损原因，可以全面、有效的掌握线损现状和发展趋势。进而加强线损数据管理，提高统计力度，提升线损分析水平，从而实现线损管理从结果向过程转变。
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集成电路反向设计篇5
【关键词】单片机控制红外线传感器寻迹小车舵机
随着科学技术的不断进步，智能小车技术得到普遍的应用，主要涉及到汽车行业、工业企业和智能家居等领域。本论文是基于大学生创新创业训练项目下的智能寻迹小车系统的设计，其中包括硬件设计和软件设计两部分。硬件电路的设计主要包括微处理器的设计，传感器的设计，驱动电路部分的设计，避障电路部分的设计，寻迹模块的设计以及转向控制电路的设计等；软件电路的设计主要包括控制算法的设计。设计中在玩具电动车模型的基础上，增加光电检测器，实现对电动车模型的速度、位置和运行状况的实时检测，并将检测数据传送至单片机进行处理，再由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车模型的智能控制。
1系统总体方案
采用at89C52单片机作为整机的控制单元，通过模块化的设计方案，采用红外光电检测传感器和红外蔽障传感器组成不同的检测电路，检测小车的各种运动状态和数据。将测量数据传送到单片机进行处理，由单片机实现对电动小车的智能化控制。采用直流电机专用驱动芯片L298驱动直流电机。通过小车的智能寻迹功能，可以在很大的范围内收集各个终端节点的环境信息。
2硬件电路的实现
2.1微处理器的设计（即单片机）
2.1.1at89C52单片机选择
本设计采用at89C52单片机，它是一个低电压、高性能的CmoS8位单片机。该单片机片内含8kb的可反复擦写的Flash只读程序存储器、256b的随机存取数据存储器，该器件采用atmeL公司生产的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准为mCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。经市场调研，at89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
2.1.2微处理器最小系统设计
at89C52单片机片内带有程序存储器，因此只需在芯片上外接复位电路和晶振电路便构成了处理器最小系统。在at89C52单片机中，X1和X2引脚连接晶振电路，X1接外部晶振和微调电容的一端，作为内部时钟工作电路和振荡器的放大器的反向输入端；X2接外部晶振和微调电容的另一端，作为振荡器放大器的的反向输出端。RSt为单片机的复位端，连接复位电路，该引脚为高电平时可使单片机复位，回到初始状态。
2.2传感器电路设计
本设计采用RpR220型红外反射式光电传感器来对道路轨迹进行。当遇到反光性较强的物体（表面为白色或近白色）时，红外发射管发出的红外光被折回，并被光电三极管所接收，将光电三极管光生电流的增大转为电压信号，被处理器接收并处理，即可实现黑白等反光性差别较大的两种颜色识别。
2.3驱动电路的设计
直流电机使用专用驱动芯片L298驱动直流电机。作为专门用来驱动电机的芯片，L298内部集成了一个H桥电路和保护电路，这样在连接时第1，29，30脚必须通过10K电阻接地，第8脚必须直接接地，第11，12脚或27，18脚任意一组接电源即可。作为驱动步进电机的L298n的驱动芯片，其相线必须连接正确，否则电机不能正常工作，当连接测试时，不能用手接触mmC芯片的任何引脚，否则不能输出信号。如果过流保护被启动，芯片需要重新通电后才能恢复正常工作。当手碰到mmC的第1，29，30脚时，过流保护将立即启动。
2.4避障电路的设计
利用Sm0038只能接收38KHz的红外光的原理，当红外发射管D2发射红外光遇到前方障碍物，将反射回来的光送给Sm0038，其中也含有38KHz频率的红外光，接收管接收到信号1号脚将输出高电平，使Q4导通，p36将原来的高电平变为低电平，将信号送给单片机然后控制小车避开障碍物。
2.5寻迹模块的设计
利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，本电路的核心器件选择红外对管St178。小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，小车上的接收管及时接收反射光；当接收管处于饱和导通状态时，Lm358的同相端由高电平变为低电平，Lm358在这里作为比较器使用，则此时输出端由高电平变为低电平，将信号送给主控制器，再发出信号达到控制小车转向的目的。
2.6转向控制电路的设计
该智能小车通过舵机转动来实现转向，通过pwm调速脉冲实现舵机的转动（舵机的输出转角与脉冲宽度成正比），当脉冲宽度在0.5～2.5ms之间变化时，相应的舵机的转角在0～180°之间变化。
3其他部分的设计处理
通讯模块通过在小车上安装摄像头来进行小车周围环境信息的采集，然后使用o线路由来接受采集到的信息，通过电子设备来查看收集到的信息，从而实现家居的智能化。
选用USB接口的数字摄像头，将摄像头连接在路由器的USB接口上，通过路由器上的摄像头驱动软件使摄像头工作，并由路由器将视频信号发送出去。电脑等终端接收设备，接收到视频信号后显示图像。
选取两个舵机来实现摄像头的稳定，同时通过at89C52单片机控制舵机旋转一定的角度，把我们想要的图像传到电子设备上。
采用3节4.2V锂电池串联的方式共直接给步进电机供电，然后经过由稳压芯片构成的稳压电路将电压降至5V后给单片机及其逻辑电路供电。
4软件设计
在单片机应用系统的开发过程中，采用C语言进行编程。
流程分析：主程序主要起到一个导向和决策的功能。根据小车所处位置的不同，确定小车的任务。当小车在黑线轨道上走直线时，程序对传感器的信号进行及时判断，左边信号为零时控制电机向左转，右边信号为零时控制电机向右转；在弯道时，为了不冲出轨道，保持左轮一直打偏，直到检测到右边信号为零时控制电机向右转，当右边信号为1时，继续使左轮一直打偏。当检测到障碍物时，控制小车先后退向左转一定时间，再向右转一定时间，然后判断前方是否还有障碍物，一直到不能检测到障碍物的信号小车才能继续前进。
5结语
本文设计的小车以at89C52单片机为控制中心，并以红外线反射式传感器作为寻迹过程，从而来进行小车的避障，以Lm298来控制和驱动电机的工作，并对小车的速度和方向控制方面进行了改进，加入舵机使得方向控制上有了很大改进，采集方面使用了摄像头进行采集，通过无线漏油将信息传到电子设备，从而实现了小车相对快速准确的寻迹与避障.该设计较为简单，成本低，并易于实现.在现代智能家居中可以起到很显著的作用，由于技术方面还是不够完善，所以在速度和方向控制上进行了多次改进，但还是不太理想，有待进一步研究。
参考文献
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作者简介
石礼纲，电气工程及其自动化专业14级学生，大学生创新创业训练计划项目负责人。
集成电路反向设计篇6
【关键词】惯性稳定平台；硬件电路；FpGa+DSp；控制系统；电机驱动
Designedandimplementationofhardwarecircuitformagneticlevitationinertialstabilizationplatform
Yetao1，2YUXiao-nan2
（1.SchoolofinformationandCommunicationengineering，northUniversityofChina，taiyuanShanxi030051，China；
2.BeijingaerospaceControlinstitute，Beijing100039，China）
【abstract】inthispaper，theworkingprincipleofmagneticlevitationinertialstabilizationplatformisintroduced.thehardwarecircuitdesignschemeofinertialstabilizationplatformisgiven，andthehardwarecontrolsystembasedonFpGa+DSpisdesigned.thecompositionofthehardwarecircuit，thedigitalcircuitsystem，andthecomponentsandfunctionsofeachcircuitaredescribed.theprocessoftherotarytransformer、thecontrolsystemandthemotordriverdesignaredescribedindetail.
【Keywords】inertialplatform；Hardwarecircuit；FpGa+DSp；Controlsystem；motordriver
0引言
惯性稳定平台是实现高分辨率航空对地观测的关键设备，使用惯性稳定平台能够有效的隔离载体运动对遥感载荷产生的干扰[1]。惯性稳定平台可以承载较重的的有效载荷，通过固连于台体的陀螺敏感由机载机身角运动，线振动或者其他因素引起的台体干扰角运动，通过反馈控制计算机和电机的作用，驱动台体进行反向补偿运动，从而是有效载荷的视轴稳定在惯性空间里。在此基础上，利用高精度定位定向系统（poS）测量水平姿态基准，与陀螺稳定回路进行复合控制，使有效载荷视轴准确跟踪当地垂线，保证高分辨率对地观测。介绍以FpGa+DSp结构为核心的稳定平台硬件系统设计。利用FpGa逻辑控制能力和并行处理机制实时的采集poS、陀螺、角度传感器的数据，并通过DSp完成控制回路计算。
1惯性稳定平台硬件系统总体设计
稳定平台电路采用以FpGa+DSp为核心的数字、模拟混合电路系统，主要包括数据采集、信息处理、电机驱动、电源转换等部分。数据采集部分主要包括陀螺角速率、旋转变压器、光栅尺、poS（高精度定位定向系统）等信息的采集。信号处理部分以DSp处理器为核心，通过外设接口的地址总线、数据总线、控制总线将FpGa中的数据读到内存中[2]，然后经过相应的数据处理和控制策略解算，输出驱动电机的使能信号和pwm信号。电机驱动部分主要包括功率放大、光耦隔离、电机换向等部分。由CpLD根据霍尔信号产生电机控制的换向表。电机使能信号、功放后的pwm信号和换向表三者共同作用实现对无刷电机的控制。其硬件电路系统设计总体框图如下图1所示。
惯性稳定平台系统采用通过FpGa+DSp协同处理的主要基于FpGa和DSp各自的优势决定。FpGa支持并行和流水结构。这样可以通过多个处理单元并行工作，很适合多传感器的数据的并行采集。由于FpGa在复杂算法实现的局限性，因此，在FpGa的基础上增加DSp核，以提高控制回路的计算能力。同时，DSp专注于回路的控制运算，从而提了系统的响应速率。
2数字电路系统设计
惯性稳定平台硬件电路系统主要分为FpGa模块和DSp模块。其中FpGa选择XiLinX公司生产的XC3S500e，该FpGa拥有丰富的逻辑资源和乘法器资源，能够充分满足设计任务对传感器数据采集和处理的要求，并为后续的功能扩展预留了足够的逻辑资源[3]。而DSp选择ti公司生产的tmS320F2812，具有较高的性价比，灵活的指令系统和操作性能，高速的运算性能。把最适合电机和运动控制应用的设备嵌入到其中。其DSp运算主频可达150mHz，可以满足系统对控制回路计算的任务要求。
2.1FpGa模块
惯性稳定平台系统对数字量输出的传感器，可以采用串行通信的方式进行数据采集。其中meSm陀螺和光栅尺采用RS-422接口，poS采用RS-232接口。FpGa模拟串口通信的接口协议完成meSm陀螺、光栅尺、poS数据的采集。而旋转变压器输出的是正余弦的模拟信号，需要通过一个轴角转换芯片aD2S80a转化为数字量，便于FpGa采集。
根据任务精度的要求不同，旋转变压器的采集可以分为单通道和双通道。单通道RDC转换电路具有结构简单、抗冲击性能和抗震性能良好、可靠性高、成本相对较低等优点[4]，主要应用与精度要求不太高的场合。本文采用单通道旋转变压器的数据采集，其硬件电路原理框图如图2所示。
FpGa通过逻辑单元进行分频产生2KHz的方波信号，通过一个中心频率为2KHz带宽为100Hz的二阶带通滤波，选择基频为2KHz的正弦信号，在经过比例放大电路，放大到均值为4V，最大能够提供0.75a的电流，频率为2KHz的正弦波作为旋转变压器的激磁信号。然后通过FpGa生成aD2S80a轴角转换芯片的控制时序，完成轴角转换芯片对旋转变压器的采集。其RDC控制时序图如下图3所示。
其中fpga_clk为时钟信号；rdc_xc_cs和rdc_zc_cs分别为x轴和z轴的aD2S80a端口的控制信号；rdc_a0_x和rdc_a0_z分别为x轴和z轴的位选信号。
2.2DSp模块
DSp主要负责陀螺稳定回路、姿态调平/跟踪回路、位置锁定回路的控制计算；电机控制量pwm；使能信号的输出。此外DSp利用其嵌入式Spi外设接口实现对加速度传感器的a/D采集和数据处理、DSp通过并行总线和FpGa进行数据交互。
系统选用的加速度计为石英绕性加速度计。石英绕性加速度计输出信号是与外部加速度成正比的输出电流信号，此信号需要经过一个高精密采样电阻转化为电压信号[3]，在通过模拟滤波后，接入到aD7734芯片的输入端，然后DSp利用其Spi接口外设对aD7734进行数据采集。
3模拟电路系统设计
模拟电路系统主要功能有过流保护、过压保护、电压转换、信号光耦隔离、方位无刷电机的换相和驱动、俯仰和横滚有刷电机驱动信号功率放大；系统方位轴电机选用直流无刷力矩电机。直流无刷力矩电机采用霍尔元件做位置传感器实现位置反馈，利用电机霍尔信号产生精确的换相控制[5]。稳定平台的俯仰、横滚轴端的电机则是选用直流有刷电机。其电机驱动框图如图4所示。
4结束语
本文介绍了磁悬浮稳定平台的硬件组成。设计一种基于FpGa+DSp的稳定平台控制系统，利用FpGa和DSp各自优势，简化电路设计，提高系统的响应速率。系统主要分为两个部分，数字电路系统是系统计算处理的核心，主要负责信息的采集和处理，模拟电路系统是主要负责电机的驱动和系统电源的供应。通过硬件系统测试，该设计系统中FpGa能够实时的、稳定的采集传感器数据；DSp能够准确、实时的完成回路的控制运算；CpLD能够产生精确的换向表完成对回路电机的控制。
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集成电路反向设计篇7
关键词：DC-DC芯片；轻负载；反向大电流
引言
DC-DC变换器芯片具有效率高、稳定性好、pCB板占用面积小等优点，在现在电子设计中应用特别广泛。不断提高DC-DC变换器的效率一直是此类芯片设计中的难点[1]。
为了提高工作效率，目前的市场上的DC-DC变化器芯片多采用峰值电流模pwm控制方式[2-3]。大多数情况下，芯片会工作在轻负载模式，因此尤其应该提高轻负载模式下的效率[4]。本文基于降压型DC-DC芯片，提出了一种新颖的片上反向大电流检测保护电路，在轻负载的情况下，当电感中的反向电流超过900ma时，输出信号iR2_oUt将同步开关管关断，防止了流过电感的反向电流过大而造成能量的浪费，提高了变换器轻负载工作下的效率。
1反向大续流检测电路的设计思想
DC-DC芯片主开关管和同步开关管连接处Sw点的电压可以反映电感电流的大小。在续流阶段，对Sw点的电压进行采样得到iR_Sw信号，将该信号与基准电压通过比较器进行比较。当反向电感电流超过900ma时，iR_Sw的电压大于基准电压，此时比较器的输出iR2_oUt变为逻辑“1”将同步开关管关断，使续流阶段结束。
2具体电路实现
图1是反向大电流检测模块的实际电路图，图中BJH1是芯片内部基准电流模块为本模块比较器正常工作提供的电流偏置；iR_GnD是基准电压信号，它由基准电流流入电阻R1产生；iR_Sw是续流阶段Sw点电压的采样信号；SHUt和iR2CtL是本模块的逻辑使能信号；iR2_oUt是本模块的输出，它可以控制同步开关管的关断。
由图1可知，本模块中的比较器采用了的典型两级结构[5]。电路第一级使用二极管接法的moS管作负载，第二级采用推挽式的输出结构。第二级中的m15和m18接成共源共栅的结构，提高了电路的电源抑制比。在设计当中，m20n的宽长比远大于m20p的宽长比，并且m21p的宽长比远大于m21n的宽长比，这样由m20n和m20p构成的整形非门上升沿翻转较快，由m21n和m21p构成的整形非门下降沿翻转较快，从而有利于输出信号iR2_oUt在由逻辑“0”变为逻辑“1”过程中的快速翻转。
为了保证变换器在绝大部分情况工作在连续导通模式下，电路的设计应该保证电感中可以流过一定的反向电流。然而在反向续流阶段，输出电容上储存的能量经电感和同步开关管流到地端，造成了能量的浪费，因此为了提高变换器轻负载下的效率，反向电感电流又不宜过大。经过折衷考虑，本设计中的反向续流门限设定为900ma。
在芯片正常工作的情况下，在任意工作周期当中，当主开关管关断后，逻辑控制同步开关管打开，变换器进入续流阶段，此时全局关断信号SHUt为逻辑“0”，使能信号iR2CtL为逻辑“1”，反向续流检测模块可以正常工作。在续流阶段，同步开关管、电感、负载和输出电容构成回路，电感中的储能通过回路释放。在这一过程中，iR_Sw通过检测Sw点的电压来检测同步开关管中的电流。在续流的开始阶段，电流由地流向电感，此时Sw点的电压小于零，iR_Sw的电压小于零。差分对管中的m2导通，m3截止，偏置电流全部流经m5，m6上几乎没有电流流过，这导致了m18截止，m19导通并处于线性工作区，m19的漏端电压与源端电压几乎相等，接近于地电位，iR2_oUt为逻辑“0”。当电感中的能量耗尽之后，由于电感电流不能突变，输出电容通过电感和同步开关管对地放电，电感中开始流过反向电流，此时Sw和iR_Sw的电压大于零且它们随着电感电流的增大而增大。当电感中的反向电流超过900ma时，iR_Sw电压将超过基准电压iR_GnD，iR2_oUt变为逻辑“1”，控制同步开关管关断，结束变换器的续流过程。
3仿真结果
本文提出的电路应用于一款降压型单片DC-DC变换器中，芯片已经采用Hspice和Candence完成了电路前仿真设计。图2是在温度为25℃、电源电压Vi为5V、全典型模型的情况下，iR2_oUt随反向电感电流变化的直流仿真曲线。由该图可知，使iR2_oUt由逻辑“0”变为逻辑“1”的反向电感电流门限约为900ma，这一结果满足设计要求。
参考文献
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集成电路反向设计篇8
关键词：版图设计；九天eDa系统；D触发器
Full-CustomLayoutDesignBasedontheplatform
ofZenieDaSystem
YanGYi-zhong,XieGuang-jun,DaiCong-yin
（Dept.ofappliedphysics,HefeiUniversityoftechnology,Hefei230009,China）
abstract:LayoutofDflip-flopbasedonsomebasicunitssuchasinverterhasbeendesignedbyusingplatformofZenieDasoftwaresystemproducedbyChinaintegratedCircuitDesignCenter,adopting0.6umSi-gateCmoSprocess,followingafull-customiCdesignflowofback-end,i.e.theconstructionofbasiccelllibraries,placement&routingandthenlayoutverification,whichisusedfordatacollectionunit.Layoutdesigntechniqueaboutelementarylogicgateofdigitalcircuithasbeendiscussedindetail.thelayouthasbeenusedinaniC.theresultshowsthatdesignusingZenieDasoftwaresystemsatisfiesdesignrequirementexactly.
Keywords:layoutdesign;ZenieDasystem;Dflip-flop
1引言
集成电路（integratedCircuit，iC）把成千上万的电子元件包括晶体管、电阻、电容甚至电感集成在一个微小的芯片上。集成电路版图设计的合理与否、正确与否直接影响到集成电路产品的最终性能[1]。目前，集成电路版图设计的eDa（electronicDesignautomation）工具较多，但主流的集成电路版图设计的eDa工具价格昂贵，而我国自主开发的九天eDa系统，具有很高的性价比，为我们提供了理想的集成电路设计工具。
2基本概念
2.1版图
版图是将三维的立体结构转换为二维平面上的几何图形的设计过程，是一组相互套合的图形，各层版图相应于不同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案来表示。它包括了电路尺寸、各层拓扑定义等器件的相关物理信息，是设计者交付给代工厂的最终输出。
2.2版图设计
它将电路设计中的每一个元器件包括晶体管、电阻、电容等以及它们之间的连线转换成集成电路制造所需要的版图信息。主要包括图形划分、版图规划、布局布线及压缩等步骤[2]。版图设计是实现集成电路制造的必不可少的环节，它不仅关系到集成电路的功能是否正确，而且会在一定程度上影响集成电路的性能、面积、成本与功耗及可靠性等[3]。版图设计是集成电路从设计走向制造的桥梁。
2.3集成电路版图实现方法
集成电路版图实现方法可以分为全定制（Full-Custom）设计和半定制（Semi-Custom）设计[4]。半定制设计方法包括门阵列设计方法、门海设计方法、标准单元设计方法、积木块设计方法及可编程逻辑器件设计方法等。全定制设计方法是利用人机交互图形系统，由版图设计人员从每一个半导体器件的图形、尺寸开始设计，直至整个版图的布局和布线。全定制设计的特点是针对每一个元件进行电路参数和版图参数的优化，可以得到最佳的性能以及最小的芯片尺寸，有利于提高集成度和降低生产成本。随着设计自动化的不断进步，全定制设计所占比例逐年下降[5]。
3九天eDa系统简介
华大电子推广的应用的九天eDa系统是我国自主研发的大规模集成电路设计eDa工具，与国际上主流eDa系统兼容，支持百万门级的集成电路设计规模，可进行国际通用的标准数据格式转换，它已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用，特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了作用，成功开发出了许多实用的集成电路芯片[6]。其主要包括下面几个部分[7]：ZeniSe（Schematiceditor）原理图编辑工具，它可以进行eDiF格式转换，支持第三方的Spice仿真嵌入；）ZenipDt（physicalDesigntool）版图编辑工具；它能提供多层次、多视窗、多单元的版图编辑功能，同时能够支持百万门规模的版图编辑操作；ZeniVeRi（physicalDesignVerificationtools）版图验证工具它可以进行几何设计规则检查（DRC）、电学规则检查（eRC）及逻辑图网表和版图网表比较（LVS）等。
版图设计用到的工具模块是ZenipDt，它具备层次化编辑和在线设计规则检查能力，并提供标准数据写出接口。其设计流程如图1所示[8]，
4设计实例
任何一个CmoS数字电路系统都是由一些基本的逻辑单元（非门、与非门、或非门等）组成，而基本单元版图的设计是基于晶体管级的电路图设计的。因而在版图设计中，主要涉及到如何设计掩膜版的形状、如何排列晶体管、接触孔的位置的安排以及信号引线的位置安排等。以下以一个用于数据采集的D触发器为例进行设计。
4.1D触发器电路图及工作原理
D触发器电路图，如图2所示，此电路图是通过九天eDa系统工具的ZSe模块构建的，其基本工作原理是：首先设置CLB=1。当时钟信号CLK=0时，Data信号通过导通的tG1进入主寄存器单元，从寄存器由于tG4的导通而形成闭合环路，锁存原来的信号，维持输出信号不变。当CLK从0跳变到1时，主寄存器单元由于tG2的导通而形成闭合回路，锁存住上半拍输入的Data信号，这个信号同时又通过tG3经一个与非门和一个反相器到达Q端输出。当CLK再从1跳变到0时，D触发器又进入输入信号并锁存原来的输出状态。对于记忆单元有时必须进行设置，电路中的CLB信号就担当了触发器置0的任务。当CLB=0时，两个与非门的输出被强制置到1，不论时钟处于0还是1，输出端Q均被置为0。
4.2D触发器子单元版图设计
图2所示的D触发器由五个反相器、两个与非门、两个传输门和两个钟控反相器组成。选择适当的逻辑门单元版图，用这些单元模块构成D触发器。
对于全定制的集成电路版图设计，需要工作平台，包括设计硬件、设计使用的eDa软件以及版图设计的工艺文件和规则文件。此D触发器的设计硬件是一台SUnUltra10工作站，设计软件是九天eDa系统，采用0.6um硅栅CmoS工艺。
CmoS反相器是数字电路中最基本单元，由一对互补的moS管组成。上面为pmoS管（负载管），下面为nmoS管（驱动管）。由反相器电路的逻辑“非”功能可以扩展出“与非”、“或非”等基本逻辑电路，进而得到各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。
在电路图中，各器件端点之间所画的线表示连线，可以用两条线的简单交叉来表示。但对于具体的物理版图设计，必须关心不同连线层之间物理上的相互关系。在硅CmoS工艺中，不能把n型和p型扩散区直接连接。因此，在物理结构上必须有一种实现简单的漏极之间的连接方法。例如，在物理版图中至少需要一条连线和两个接触孔。这条连线通常采用金属线。可得如图3（a）所示的反相器的局部的符号电路版图。同理，可以通过金属线和接触孔制作moS管源端连接到电源VDD和地VSS的简单连线，如图3（b）所示。电源线和地线通常采用金属线，栅极连接可以用简单的多晶硅条制作。图3（c）给出了最后的符号电路版图。
通过九天版图设计工具绘制的反相器版图如图4所示。其他基本单元的版图可依此建立。
4.3D触发器版图设计
先建立一个名为DFF的库，然后把建立的各个单元版图保存在DFF库中，同时在库中建立名为dff的新单元。调用各子单元，并进行相应D触发器的版图布局，接着就是单元间的连线。主要用到的层是金属1、金属2和多晶硅进行连接布线。接触孔是用来连接有源区和金属1，通孔用来连接金属1和金属2，多晶硅和多晶硅以及相同层金属之间可以直接连接。版图设计完成后，再利用版图验证工具ZeniVeRi对该版图进行了版图验证。最后，经过验证后D触发器的版图如图5所示。
5结语
在分析CmoS0.6um设计规则和工艺文件后，采用九天eDa系统，以D触发器为例进行了版图设计。实践表明，九天eDa系统工具具有很好的界面和处理能力。该版图已用于相关芯片的设计中，设计的D触发器完全符合设计要求。
参考文献
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[8]施敏,徐晨.基于九天eDa系统的集成电路版图设计[J].南通工学院学报（自然科学版）,2004,3（4）:101-103.
集成电路反向设计篇9
关键词：
可编程；反激变换器；温度补偿
中图分类号：tn433文献标识码：a文章编号：10053824（2013）06007204
0引言
开关电源以高稳定性和可靠性、输出纹波电压小、低功耗和高效率等优点在现代电子设备中得到广泛应用。开关电源通过调节开关占空比和开关频率来调整输出功率。电源芯片内部通过采样输出端电压来产生反馈电流，根据反馈电流大小的不同，芯片会工作在相应的工作模式，以应对不同的负载需求。当负载由低到高增加时，开关电源可分别工作在全频、变频、低频和跳周期模式，而开关电源这些模式的判别点需要由限流电路来完成。另外，在离线式开关电源设计中，变压器体积完全取决于电流限制的最大值。如果开关电源的限流值和最大功率完全匹配时，能得到最好的功率/体积比，否则，集成开关管的最大限流值因和应用需求留有裕度而使开关电源过设计。因此，对不同的功率需求应用，需要集成开关管有一个精确的连续可调的最大限流值。
在很多限流线路的设计[1]中，限流电路的功能只是提供过流保护作用，并不具备连续可调以及工作模式判别切换等功能。本文设计的限流电路采用温度补偿技术得到了低温度系数的限流值。另外，可以通过片外电阻Rx的调节使限流值在30%～100%连续可调，限流电路通过检测流过开关电源功率管电流大小和已经设定的限流值进行比较，判定出芯片输出功率大小，输出工作模式切换的控制信号，最后结合芯片的一个30w的开关电源应用，对限流控制过程稍加分析。
1限流电路在芯片中的位置和作用
如图1所示，限流控制电路大致可以分为限流设定、限流比较和功率管电流采样3个子模块，这是本文研究的重点。前沿消隐和栅驱动模块在此起帮助理解限流控制的辅助作用，本文不作详细介绍。
参考文献：
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[6]马红波，冯全源.一种低功耗高性能BiCmoSDC_DC限流电路的设计[J].华中科技大学学报：自然科学版，2007（3）：4953.
作者简介：
宋志成（1988），男，河南漯河人，硕士研究生，主要研究方向为DCDC变换器；
集成电路反向设计篇10
【关键词】传感器放大电路比较电路信号调试Lm324
1引言
Lm324为四运放集成器件，该器件在电路滤波、测温、信号放大与比较等自动控制系统中有着广泛应用。ZKRt-300型自动堆垛载运机器人是集机械、电子、单片机等技术为一体的一款教学机器人，Lm324在ZKRt-300型机器人信号处理电路中有重要应用。
2Lm324的特点及引脚功能
Lm324有如下特点：含四运算放大电路，除电源共用外，四组运放相互独立；静态功耗小，价格低廉，因此被广泛应用在各种电路中。Lm324引脚排列见图2俯视图。每一组运放可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。Vi-为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位反相；Vi+为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位同相。
3电路应用设计
3.1ZKRt-300机器人信号处理电路设计的思路与方法
（机器人工作场地如图3，场地表层为深绿色贴面板，白色线条宽度30mm）机器人的主要任务是从出发区运行到工件存放区抓取工件后，根据指定的任务要求把工件放在目标工位上，机器寻找工位的过程就是机器巡线的过程。信号处理电路的作用就是通过机器人对地面白条及背景信息的采集处理来确定机器所处的位置。考虑到白条宽度和机器行走的纠偏程度，信息采集的器件需要8路巡线传感器。传感器光源发射部分采用8个高亮度LeD发射管，用8个光敏电阻接收地面反射回来的光线，可以可靠地探测到地面白条及白条的十字交叉点。传感器将采集到的地面白条信息送入信号处理电路，并对其放大处理，放大后的信号跟标准电压比较，保留白条反射的有效信号，过滤掉地面背景反射信号，有效信号再通过稳压、反向、放大处理后送入单片机控制板，同时用发光二极管的亮暗指示当前某路传感器是否在地面白条上。
3.2Lm324在ZKRt-300机器人信号处理中放大电路设计
与信号采集对应，信号放大也需要8路放大电路，这里以第一路电路为例说明（其余7路均相同），如图4示。Q0为单路传感器输入信号（见图5），若巡线传感器在地面白条上，其值约0.9V左右（实测）；若巡线传感器在地面背景上，其值约0.3V左右，把Q0信号送入Lm324组成的同相放大电路放大，由其放大公式QQ0=（1+Rw1/RL）Q0知，调节电位器Rw1可以改变放大电路的放大倍数（RL使用阻值1KΩ的排阻，见图6）；若Q0为地面白条反射的有效信号，通过调节Rw1，使QQ0的电压输出为9.5V-10V左右，若Q0为地面背景反射的信号，根据地面背景的颜色以及光滑程度，QQ0约在4V-6V左右，越低越好。
3.3Lm324在ZKRt-300机器人信号处理中比较电路设计
以第一路信号比较为例说明，如图7示（其余7路均相同）。
Lm324运放连接成一个电压比较器，反相输入端为信号放大电路的输出QQ0，比较器的同相端接基准电压QV0（基准电压大约8V左右，见图8）。当传感器检测到地面白条时，QQ0电压约9.5V-10V左右，比较器输出低电平，接近于0，通过反相器使得Qa0输出为5V；若传感器检测的是地面背景，QQ0约4V-6V左右，比较器输出高电平，接近12V，通过4.5V的稳压管，使得反相器输入为4.5V左右的高电压，反相器输出Qa0为0V左右。8路的输出Qa0-Qa7送入单片机主控制板电路。
3.4传感器信号处理电路的调试
电路的调试主要是通过调节电位器，改变信号放大电路的放大倍数，保证放大电路的输出QQ0-QQ7在合适的数值。
调试步骤如下：
（1）将机器人放到调试场地上，机器人底部的8路传感器全部对准白条，打开12V电源开关（确保电源电压在11.8V以上）；
（2）用万用表测量测试点（QQ0处）的电压，调节电位器，使得电压保证在9.5V-10V左右，此时，电路板上8个指示发光二极管全亮；
（3）移动机器人，使机器人底部的8路传感器全部对准地面背景，此时8个发光二极管全暗；测量测试点的电压，电压大约为4V-6V左右。
4结束语
ZKRt-300型机器人巡线的控制效果与准确性，除了与硬件有关外还与软件设计有关。硬件上的不足往往可以通过软件设计来弥补。
参考文献
[1]ZKRt-300机器人技术说明书.北京中科远洋科技有限公司，2014.
[2]“2014年全国职业院校技能大赛”中职组机器人技术应用赛项规程.
作者简介
王文红（1973-），男。理学学士。现为上海信息技术学校讲师、技师。研究方向为电子技术与机器人教学。