高性能集成电路的概念精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇高性能集成电路的概念范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

1.1简介

电子元件概念:电子元件也称为被动元件，主要包括电容滤波器、电感镇流器、电阻变压器等等，属于电子类产品的范畴。电子器件与电子元件一起组成电路板的核心部件，是组成各种电子产品设备的基础。在当今，TDK公司生产的电子元件几乎占国际全部电子市场零部件的46.1%，可以看出，TDK公司电子元件已经基本上占据了国际市场的垄断地位。

1.2电子元件市场现状

据TDK公司统计，当前世界电子元件的需求量总额约在6000亿美元左右，预计到2015年，市场规模将突破8000亿美元。TDK公司生产的电子元件在笔记本电脑、智能手机生产领域中的占比都非常高，占比高达到二分之一。高性能电子元件的成本占电子设备整机总成本的约1/3左右。随着TDK公司生产的高性能电子产品功能的逐渐增多，市场电子设备整机对TDK电子元件的需求数量也逐年增加。随着全球电子产业向中国的大规模迁移，TDK公司生产的高性能电子元件在我国电子市场的占比也成逐年上升态势。

2TDK高性能电子元件在电子设备中的应用

2.1陶瓷电容器

陶瓷电容器是国际上技术发展最快、需求数量最大的高性能电子元件之一。TDK公司生产的陶瓷电容器主要配备于各类民用设备和军用设备的集成电路中，使用领域现在也已经拓展到电脑设备、多功能控制仪表、白色家电、智能手机、汽车电子等行业。当前，TDK公司生产陶瓷电容器已成为国际电容器市场的主体，在大容量市场中，陶瓷电容器也已占据绝对优势。全球市场的需求量从2010年的7070亿个，增至2014年21000亿个，市场需求量非常巨大，TDK陶瓷电容器的产业化市场前景广阔。

2.2电感类元件

TDK公司生产的多层电感类元件是镇流线圈型结构的新型高性能电子元件，是当今世界电感类元件发展的方向标。这类电感元件的生产已经形成了颇具规模的利润产业，拥有近千亿美元的国际大市场。多层电感器的使用领域主要包括影音数码产品、智能通信、办公自动化设备等。多层电感器，市场的年需求量大约在3000亿个左右，年增幅约37%。

2.3微波频率元件

TDK公司生产的微波谐虑器和震波电子元件是一种军民双用的新型电子器件，它是在火箭动力制导、空间安全技术和微波处理系统的推动下研发起来的[2]。这种元件典型的使用领域包括:军事上用的雷达、航空航天技术的空间应用技术、移动通信系统等等。近些年来，移动通信行业的飞速发展，大大推动了高性能电子元件向小型集约化和多频化发展的进程，微波频率元件也正朝着这个方向大踏步发展。为了满足WLAN网络、通信移动技术和集成电子电路生产的需要，TDK公司生产的一大批微波频率元件不断在市场上出现，包括片式双工器、片式祸合器、收发模块、祸合器、平衡功分器等。随着移动技术的发展，微波频率元件及所需材料的市场前景大好。

3TDK公司高性能电子元件的未来机遇

TDK公司电子元件产品已经进入了一个高速更新换代的时期。其主要表现是插装向内部组配、数字模拟化、移动式数据平台、电子集成化趋势转变。从技术层面的角度来看，高性能电子元件的多层片式化、片式集成化和集成多功能化成为技术发展的主要方向。基于多层片式陶瓷技术和高温片式陶瓷技术的新一代电子元件已成为当今电子元件的主流，而电子集成化则是电子元件的发展主方向。新一代电子元件已经成为电子产业的新的增长点。此外，在国际化的大趋势下，国际电子行业中心逐渐向中国市场转移，电子元件的本土化采购将成为大势所趋。未来几年，TDK公司的电子元件市场必将出现高速增长规模[3]。TDK公司电子元件产业的利润增长点在于高端产品的研发。片式电子元件的全面升级换代，电子电路集成技术的飞速发展，为TDK公司提供了一系列电子技术跨越式发展的技术平台。抓住历史机遇，增加资本投放力度，研究开发具有TDK公司自主技术产权的新一代电子元件集成系统，是TDK公司未来的发展大趋势，市场前景广阔。

4结论

篇(2)

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,国际上许多着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、C24__、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着提高处理器的性能。

篇(3)

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。

篇(4)

将下变频级连接到高速16位ADC需要多方面的技能，主要包括：术语，即处理在RF领域使用而不同于ADC和数字领域的术语，抗混叠滤波器设计，以及驱动今天的ADC采样与保持输入所需的差分放大器设计；高频布局，因为即使在100MHz时，ADC的高带宽前端也会从意料不到的来源吸取噪声。

厂商常常提供技术支持、参考设计和其它文件，以弥补经验的不足并加快设计。除了提供这些传统工具，还知道如何将自己的专长融入产品，如LTM9001微型模块(uModule)接收器子系统。LTM9001采用SiP技术，集成了一个16位、130MSPS的ADC与一个固定增益放大器，如图1所示。与单片“缓冲型”ADC不同，LTM9001无需设计师掌握上面提到的不同领域的深度技能，就可以直接连接到IF信号链路。当然，在某种程度上，这些技能仍然需要，但是采用微型模块接收器，一次成功的可能性会大得多。

微型模块接收器由连线连接的芯片、封装式组件和无源组件构成，安装在4层基片上。LTM9001一AA是第一个版本，配置了一个16位、130MSPS的ADC。放大器增益为20dB，输入阻抗为200Q，输入范围为250mV。匹配网络用来在这些条件下优化放大器输出与ADC输入之间的接口。另外，还有一个2阶带通滤波器，用来实现162.5MHz、25MHz滤波，以防止混叠并限制来自放大器的噪声。

术语

RF信号链路术语以50Q单端信号通路作为最基本的假设。用50Q或其倍数进行数学计算的结果最佳。差分信号通路常常是200Q的，RF工程师很容易适应这种通路。传统ADC输入不仅不是50Q的倍数，还采用复杂的开关电容器结构，以采样速率回扫电流脉冲，因此在快速RF计算中难以使用。RF工程师想知道以dBm为单位的ADC输入功率能力，但是这从不在ADC数据表上给出。下一件最想知道的事情是输入电压范围和输入阻抗，以计算功率。传统ADC的输入范围是规定的，但是阻抗(像刚刚提到的那样)不是固定的电阻数。LTM9001集成了一个差分放大器，该放大器呈现固定的、电阻性200Q差分输入阻抗。与开关电容器ADC相比，这提供了一种更加简单直接的连接方式，并简化了与RF信号链路最后一级的连接。

低噪声、低失真放大器级提供增益，而不会给信号增加极大的噪声或失真。尽管放大器噪声低，但是噪声会随着放大器的增益成倍增加，因此较高增益不可避免地增大了系统的噪声。不过，由于增益的原因，放大器的输入范围会成比例地缩小，而且，这种输入范围的缩小可使其能够从先前的组件获得较低的失真。

另一个术语问题则围绕噪声展开。噪声指数(NF)是常用的RF术语。噪声指数是电路输出噪声功率与可归因于输入终端热噪声部分的噪声功率之比，通常是在室温下规定的.。在ADC数据表中，噪声由信噪比(sNR)或类似测量值规定。SNR是基础输入频率的RMS幅度与所有其他频率成份的RMS幅度之比(最初的5次谐波除外)。放大器可能两者都规定，但是哪个术语都不是绝对适用的，因为它们都隐含着一定的条件，如NF测量值中隐含着50Q阻抗这个条件，SNR中则隐含着奈奎斯特带宽这个条件。放大器可能还以nV为单位规定噪声，这个单位允许进行转换。LTM9001以200f2输入阻抗和一个带限滤波器规定SNR，从而使链路分析容易得多。简化术语加速了书面分析。尽管这不是节省时间的主要因素，但是会更加便利。　对信号链路进行完书面分析后，下一步就是将驱动器连接到ADC。在分立设计中，用一个无源滤波器网络实现抗混叠滤波，并匹配放大器输出至ADC输入。ADC驱动器和ADC输入之间的抗混叠滤波器限制了宽带放大器噪声，有助于保持ADC的高SNR。最新的ADC和驱动器是差分式的，为差分信号设计滤波器比传统单端设计复杂。尽管可以实现两个单端滤波器，但是这样的滤波器有些不如差分滤波器坚固。最明显的差别是，差分设计在两个信号通路之间采用一个并联组件，而不是每个单端通路用一个组件接地。两个单端滤波器的失配误差可能引入相位或幅度差别。这些差别加重了ADC采样和保持电路的缺点，导致二次谐波失真增大。LTM9001中集成的抗混叠滤波器是一个简单的双极点L－C型差分设计。它完全包含在LTM9001之内，因此无需设计。该设计特征确定，100％经过测试，SNR和失真完全针对整个工作温度范围规定。就LTM9001一AA而言，该滤波器是50MHz带通滤波器，中心频率为162.5MHz。具有不同滤波器的其它版本LTM9001正在开发。LTM9001节省了这个设计阶段的时间，因为在一般情况下，需要来自厂商的应用支持以匹配放大器和ADC。

布局

充分利用16位、高速ADC的全部性能优势需要仔细布局和良好的电路设计。即使电路拓扑和组件值正确，印刷电路板(PCB)布局对性能也有极大影响。RF布局设计师有一些视电路工作频率而定的“良好做法”列表。这类列表包括一些建议，如避免锐角、保持信号通路对称、与时钟输入和数字输出隔离等。一个常见的错误是：假定140MHzZIF意味着不需要高频布局技巧。但是就LTM9001这样的高性能ADC而言，采样和保持电路带宽超过700MHz。采样和保持电路可能吸收高频噪声，从而降低SNR。

另一个简单的例子是电源旁路电容器的放置。传统ADC电路板布局的一个常见问题是，由于从旁路电容器到ADC的走线很长，产生了过大的噪声。良好做法是将电容器尽可能靠近器件的电源引脚。在分立设计中，芯片用连线连接到集成电路封装的引线框架上。在最佳情况下，旁路电容器离芯片稍微有一点距离。封装尺寸由其边缘上的引脚数或充分散出器件热量的需求决定。因此连线比微型模块接收器中的连线长得多，如图2所示，分别为3.5mm(左图)与0.8mm(右图)。因此，与分立设计可能实现的距离相比，LTM9001内部旁路电容器与芯片的距离近得多。LTM9001有小得多的“AC占板面积”，从而减轻了从意外来源吸收噪声和提高噪声层的风险。

电容器的电源侧和接地侧都应该靠近该器件。相对于电源引脚，电容器应该返回放大器的上行侧还是下行侧?ADC旁路电容器应该返回到哪里?这取决于该集成电路的设计和布局，但数据表中不提供这些信息。在很多情况下，这没有什么关系。但是，在有些情况下，特定电源引脚向放大器的输入级或输出级供电，因此返回上行侧还是下行侧就有区别了。在这一点上，LTM9001的设计师拥有独特优势，他们能与放大器和ADC组件的设计师一起工作，以确定尽可能最佳的器件放置方式。

分立的差分带通滤波器在信号通路的每一侧都会有串联电感器。好的做法是，两个电感器并排放置，以实现最佳对称性。一般规则是，它们之间应该相距一个自身宽度，既要足够近以消除远场效应，又不会近到产生耦合或降低有效电感。有很多这类规则，而且大多数RF布局设计师都知道这些规则。但是这部分设计常常在数字电路板上，而且是由一些不是始终从事RF布局的人来做的。

LTM9001基片设计融入了得自多年积累应用经验的理念。另外，LTM9001将仔细的布局、恰当的电路设计和高性能组件总和起来作为一个单元，特征完全确定，并经过充分测试。购买一套匹配的组件是可能的，而LTM9001将这一概念延伸为购买由30多个匹配组件组成的良好布局。结果是，系统的某部分需要极少的外部组件(见图3)。在设计阶段，LTM9001不仅节省了相当多的设计和布局时间，而且还可能减少成本高昂的电路板修改次数。

篇(5)

【关键词】电力工程；电气自动化；技术

1.全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管

50年代末出现的晶闸管标志着运动控制的新纪元。它是第一代电子电力器件，在我国至今仍广泛用于直流和交流传动控制系统。随着交流变频技术的兴起，相继出现了全控式器件GTR、GTO、P-MOSEFT等。这是第二代电力电子器件。由于目前所能生产的电流／电压定额和开关时间的不同，各种器件各有其应用范围。

GTR的二次击穿现象以及其安全工作区受各项参数影响而变化和热容量小、过流能力低等问题，使得人们把主要精力放在根据不同的特性设计出合适的保护电路和驱动电路上，这也使得电路比较复杂，难以掌握。

GTO是一种可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为4~5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路，且它的通态压降比普通晶闸管高，约为2v~4.5v,开通di/dt和关断dv/dt也是限制GTO推广运用的另一原因，前者约为500A/us，后者约为500V/us，这就需要一个庞大的吸收电路。

由于GIR、GTO等双极性全控性器件必须要有较大的控制电流，因而使门极控制电路非常庞大，从而促进厂新一代具有高输人阻抗的MOS结构电力半导体器件的一切。功率MOSFET是一种电压驱动器件，基本上不要求稳定的驱动电流，驱动电路只需要在器件开通时提供容性充电电流，而关断时提供放电电流即可，因此驱动电路很简单。它的开关时间很快，安全工作区十分稳定，但是P-MOSFET的通态电压降随着额定电压的增加而成倍增大，这就给制造高压P-MOSFET造成了很大困难。

IGBT是P-MOSFET工艺技术基础上的产物，它兼有MOSFET高输人阻抗、高速特性和GTR大电流密度特性的混合器件。其开关速度比P-MOSFET 低，但比GTR快；其通态电压降与GTR相拟约为1.5V~3.5v，比P-MOSFET小得多，其关断存储时间和电流卜降时间为别为0.2us～04us和0.2us~1.5us，因而有较高的工作频率，它具有宽而稳定的安个工作区，较高的效率，驱动电路简单等优点。

IGBT和MGT这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。在器件的复合化的同时，模块即把变换器的双臂、半桥乃至全桥组合在一起大规模生产的器件也已进入实用。在块化和复合化思路的基础上，其发展便是功率集成电路PIC( Powerl,lntegratcd irrrrcute),在PIC，不仅主回路的器件，而且驱动电路、过压过流保护、电流检测甚至温度自动控制等作用都集成到一起，形成一个整体，这可以算作第四代电力电子器件。

2.变换器电路从低频向高频方向发展

随着电力电子器件的更新，由它组成的变换器电路也必然要换代。当电力电子器件进入第二代后，更多是采用PWM变换器了。采用PWM方式后，提高了功率因数，减少了高次谐波对电网的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。

但是PWM 逆变器中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上，使电机绕组产生振动而发出噪声。

1986 年美国威斯康星大学Divan教授提出谐振式直流环逆变器。传统的逆变器是挂在稳定的直流母线上，电力电子器件是在高电压下进行转换的‘硬开关’，其开关损耗较大，限制了开关在频率上的提高。而谐夺式直流环逆变器是把逆变器挂在高频振荡过零的谐振路上，使电力电子器件在零电压或零电流下转换，即工作在所谓的‘软开关’状态下，从而使开关损耗降低到零。这样，可以使逆器尺寸减少，降低成本，还可能在较高功率上使逆变器集成化。因此，谐振式直流逆变器电路极有发展前途。

3.交流调速控制理论日渐成熟

1971年，德国学者F・Blaschke阐明了交流电机磁场定向即矢量控制的原理，为交流传动高性能控制奠定了理论基础。矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的控制方式，把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来，分别加以控制。但在实际应用中控制效果难于达到分析的结果。

1985年德国鲁尔大学的Depenbrock教授首次提出了直接转矩控制的理论，接着 1987 年又把它推 广到弱磁调速范围。采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band一Band控制）产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换与电动数学模型的简化处理，大大减少了矢量控制中控制性能参数易受参数变化影响的问题，没有通常的PWM信号发生器，其控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处物理概念明确，转矩响应迅速，限制在一拍之内，且无超调，是一种具有高静动态性能的新型交流调速方法。

4.通用变频器开始大量投入使用

一般把系列化、批量化、占市场量最大的中小功率如400KVA以下的变频器称为通用变频器。从产品来看，第一代是普通功能型U/F控制型，多采用16位CPU，第二代为高功能型U/F型，采用32位DSP或双16位CPU进行控制，采用了磁通补偿器、转差补偿器和电流限制拄制器，具有挖土机和“无跳闸”能力，也称为“无跳闸变频器”。这类变频器目前占市场份额最大。第三代为高动态性能矢量控制型。它采用全数字控制，可通过软件实现参数自动设定，实现变结构控制和自适应控制，可选择U/F频率开环控制、无速度传感器矢量控制和有速度传感器矢量控制，实现了闭环控制的自优化。

5.单片机、集成电路及工业控制计算机的发展

以MCS-51为代表的8位机虽然仍占主导地位，但功能简单，指令集短小，可靠性高，保密性高，适于大批量生产的PIC系列单片机及CMS97C系列单片机等正在推广，而且单片机的应用范围已开始扩展至智能仪器仪表或不太复杂的工业控制场合以充分发挥单片机的优势另外，单片机的开发手段也更加丰富，除用汇编语言外，更多地是采用模块化的语言、PL/M语言。

篇(6)

关键词：虚拟技术 EDA VM

中图分类号：TN29

1 虚拟技术的概念

虚拟技术是一个很广义的概念，我国著名院士汪成为教授把虚拟技术看作人类认识世界的帮手，认为虚拟技术是“在计算机软硬件及各种传感器（如高性能计算机、图形图像生成系统，以及特制服装、特制手套、特别眼镜等）的支持下生成一个逼真的、三维的，具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境，使用户在这些软硬件设备的支持下，能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成的‘虚拟’的世界中对象进行交互作用。它是现代高性能计算机系统、人工智能、计算机图形学、人机接口、立体影像、立体声响、测童控制、模拟仿真等技术综合集成的成果。目的是建立起一个更为和谐的人工环境”。

而从工程角度定义的话，虚拟技术可看作为通过使用下列一个或几个概念或方法：硬件和软件分区，分时，部分或全部的硬件仿真、模拟，提供服务质量（QoS）等，把计算机资源分成多个执行环境的系统框架和方法论。

上世纪60年代末期，IBM在其7044机上首次实现虚拟技术（IBM M44/44X Project）[3]。计算机技术的快速发展，使得虚拟技术成为重要的研究手段广泛应用于各学科领域的研究与实践中。随着电子技术与计算机技术交叉、综合的程度越来越高，在以物联网络和嵌入式系统为技术发展方向的现代电子技术中，虚拟技术的应用越来越广泛。

2 虚拟技术在电子技术中的应用

电子技术中，虚拟技术的应用可概括为三个方向：一是集成了大量虚拟仪器的软件包的应用，通常称之为EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术；二是虚拟硬件技术，即借助于图形图像、仿真和虚拟现实等一切可用的技术，在计算机上虚拟出一个与实际硬件功能相近，且操作方法和实验现象也相近的虚拟实验环境；三是VM（Virtual Machine，虚拟机）技术的应用，比如VMware虚拟机等。

2.1 EDA技术的应用

EDA技术是在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。利用EDA工具，电子设计师从概念、算法、协议开始设计电子系统，从电路设计、性能分析直到IC版图或PCB版图生成的全过程均可在计算机上自动完成。

作为现代电子系统设计的主导技术，EDA具有两个明显特征：即并行工程（Concurrent Engineering）设计和自顶向下（Top-down）设计。其基本思想是从系统总体要求出发，分为行为描述（Behaviour Description）、寄存器传输级（RTL，Register Transfer Level）描述、逻辑综合（Logic Synthesis）三个层次，将设计内容逐步细化，最后完成整体设计，与传统设计方法比较，这是一种全新的设计思想与设计理念。

EDA软件包在电子技术的虚拟实验教学方面体现出了巨大的优势，最重要的是由于其提供了种类齐全、功能强大、界面真实、设置方式真实的虚拟仪器，诸如万用表，示波器，频率计，LED显示等，一些软件诸如NI公司的Multisim，还包括有安捷伦示波器，安捷伦万用表，安捷伦信号发生器，泰克示波器等实际产品的虚拟界面，其操作界面和操作方式完全与实际器件一样。这些虚拟仪器的使用，较大程度增加了学生在虚拟实验过程中的真实感。

目前，EDA技术更多地指数字集成电路的设计自动化，模拟电路以及混合电路设计自动化的发展尚不够成熟。尤其是射频电路设计，因为要涉及到复杂的数学理论，导致其分析过程更加复杂，所以尚没有成熟的设计自动化软件。

2.2 虚拟硬件技术的应用

虚拟硬件技术在电子技术中的应用，则主要体现为虚拟实验室的建设。虚拟实验室的建设目前主要有纯软件仿真形式、可直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室两种形式。

2.2.1 纯软件仿真形式的虚拟实验室

纯软件仿真形式的虚拟实验室是利用仿真软件来模拟实验的全过程，不涉及具体的实验硬件设备。

与单机版的仿真软件相比，这类实验室采用C/S模式，在其服务器上设计并存储进行实验的仿真代码，用户只需在客户端的实验操作界面上操作，即可实时地发送参数信息、接收仿真结果数据。这类虚拟实验室因其实验界面与仿真算法独立，易于设计与实现，方便操作，成为当今虚拟实验室的主流。

2.2.2 直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室

这种虚拟实验室是通过客户端操作直接控制远程实验室的实验设备运行，获取真实实验数据。

这类实验通常具有视频和音频反馈，使用者通过计算机可以实时地观察实验地运行，也可以调整实验相应的参数，从而远程操控实验室的实验过程。此类实验形式不但有效地利用了有限的实验室资源，而且具有很好的实验效果，成为解决远程教育中实验设备紧缺、实验效果难以保证等问题的一种很好的方法，是目前虚拟实验室研究开发的一个主流方向。

2.3 VM技术的应用

VM技术，是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。 利用VM技术，能够在一台真实的计算机上虚拟出多台计算机，还可以同时运行两个或更多的操作系统，比如运行DOS、各个版本的Windows、各个版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虚拟机具有跨平台性，装载在硬件平台上的虚拟机，它和宿主机好像是连接在同一个网络中一样。用户通过虚拟机提供的标准接口访问异构资源，而标准接口的具体实现由各异构资源提供者负责落实，因此用户感觉不到请求资源的异构性。Java VM和PVM是比较成功的采用虚拟机技术实现跨平台、屏蔽异构性的典型例子。

3 虚拟技术对电子技术发展的重要意义

近几年来，虚拟技术在我国的应用研究和发展都十分迅速，结合虚拟技术在电子技术三个方向的应用，其重要意义可概述为以下几个方面：

第一，虚拟技术给电子技术的工程实践带来了革命性的变革。

传统电子系统的设计方法，主要基于自底向上的设计思想，设计人员必须利用底层功能模块的组装，才能构成较复杂系统的设计，系统调试难度高，设计效率低，设计周期较长。但EDA技术的出现，特别是自顶向下的设计思想，极大的提高了电子系统设计的效率，缩短了设计周期，使得电子设计进入了一个全新的时代。

第二，虚拟技术给电子技术教学带来了革命性的变革。

传统电子技术的教学是理论教学和实验教学分开进行的，由于电子技术的实践性强，人为地把完整的教学过程分离成了两个环节，极大地破坏了教学完整性。而EDA软件或虚拟实验系统，通过计算机把教学内容、实验设备、教师指导、学生操作等有机地融合为一体，还原了一个完整的课堂，提高了教学的有效性。

第三，虚拟技术给电子技术的应用解决了实际问题。

随着物联网和嵌入式系统的发展，传统电子技术的发展受到了很大程度上的制约，一些诸如通信协议异构、数据格式异构等问题，给电子技术设计人员带来了极大的困扰。而虚拟技术的出现，给电子技术解决上述困难提供了最为有利的帮助，使得电子设计人员更为专注电子技术本身的功能实现。

参考文献

篇(7)

为软件解码提供依据。本设计用单片机编码和解码实现了红外信号的传输，该电路结构灵活，成本低，易于改进和扩充，该电路设计简单，易于移植到其他红外发射、接收装置，适合红外遥控的二次开发。

关键词：AT89S51单片机；红外信号；1602LCD

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）08-01-01

1红外解码系统的背景、意义

1.1红外解码系统的背景

传统的遥控器大多数采用了无线电遥控技术，随着科技的进步，红外线遥控技术的成熟，红外也成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机等电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。红外线抗干扰能力强，且不会对周围的无线电设备产生干扰电波，同时红外发射接收范围窄，安全性较高。

红外遥控虽然被广泛应用，但各产商的遥控器不能相互兼容。当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路，所以其灵活性较低，应用范围有限。而采用单片机进行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。

1.2红外解码系统的意义

红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，所以不同房间的家用电器可使用通用的遥控器，且不会产生相互干扰。电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作，编解码容易，可进行多路遥控。

信息可以直接通过红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进行调制，接收端去掉载波，取到信息。从信息的可靠传输来说，这就是我们看到的多数红外遥控器所采用的方法。

随着科学技术的发展，单片机因其高可靠性和高性价比，在智能化家用电器、仪器仪表等诸多领域内得到了广泛的应用。当前单片机对家用电器控制呈现出外型简单化、功能多样化、性能优越化的发展趋向。红外遥控器具用使用方便、功耗低、抗干扰能力强的特点，因此它的应用前景不可估量。

2 红外解码系统内容

2.1 红外解码系统功能说明

通过按下红外遥控器的按键，发送红外遥控信号，遥控器发出的信号经过HS0038集成红外接收头接收，将接收到的信号送入单片机，通过单片机解码编码处理后，把遥控器发过来的按键实际编码值显示在1602液晶屏上，进而实现了对红外遥控器的解码，解出码后可以利用遥控器实现更多领域的红外遥控。

2.2 红外解码系统技术参数

控制系统主要是由单片机、电源电路、红外遥控器发射、红外接收电路、LCD显示电路等部分组成，红外接收头接收到的编码信息通过单片机处理，单片机根据不同的遥控器按键进行处理并在LCD上显示相应的按键值编码信息。

2.2.1单片机及其硬件电路

AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

2.2.2 红外遥控器电路

采用TC9012芯片编码的遥控器，TC9012是一块用于东芝系列红外遥控系统中的专用发射集成电路，采用CMOS工艺制造。它可外接32个按键，提供8种用户编码，另外还具有3种双重按键功能。TC9012的管脚设置和应用线路都进行了高度优化，以配合PCB的布图和低成本的要求。

TC9012采用低压CMOS工艺制造，低功耗超小静态电流，低工作电压，精简指令码，8种用户编码可选择，TSOP-20、SOP20、COB可选的封装形式。

2.2.3 红外发射电路

将脉冲编码信号调制在载波振荡器产生的载波上，然后用这个脉冲编码调制信号去驱动红外发光二极管，以发出经过调制的红外光波。

TC9012作为红外遥控器控制核心，遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。以PPM码（脉冲位置调制码）对红外数据调制在38KHz的载波上对外进行发射信号。

2.2.4红外接收显示电路

HS0038是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中心频率38.0KHz。接收器对外有3个引脚：OUT、GND、VCC与单片机接口非常方便。

3红外解码系统操作说明

通过按下红外遥控器的不同按键，发射出不同的遥控编码信号，经过HS0038集成红外接收头接收，把接收到的信号送入单片机处理，单片机解码编码处理后，把遥控器按下的按键实际编码值显示在1602液晶屏上，进而通过1602液晶屏可以读出红外遥控器对应按键发出的源码值。

主程序流程首先初始化红外接收端口，然后检测是否接收到红外信号，如果接收到红外信号就调用接收子程序，然后通过LCD1602显示当前按键的解码值。

红外接收子程序首先读取T0定时器的长度，如果是1.125ms就认为是“0”，将其存入缓冲区并且计数器加一，如果是2.25ms就认为是“1”，将其存入缓冲区并且计数器加一。如果计数器值为32时，就接收结束标志位并且将计数器清0，如果计数器值不为32时，就认为是接收误码，计数器也将清0，此时重新等待读取红外信号。

结束语

TC9012型红外遥控器被广泛用在家用电器和仪器仪表中，在了解了其发射的编码脉冲信号波形后，设计了基于单片机AT89S51的红外遥控器解码器，对解码器硬件和相应软件进行分析并给出程序流程图。将红外遥控器用在生活中，作为参数设置和系统控制用红外遥控器，既操作灵活，又能提高系统抗干扰能力，在实际中收到了良好效果。

本设计采用HS0038集成红外接收头进行红外遥控信号接收，通过51系列单片机对红外遥控器解码编码处理，解码后的信息码值用1602液晶对其进行显示，为红外遥控进一步的开发应用提供了便利条件。

参考文献

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