集成电路的基本原理篇1
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）.
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[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）.
集成电路的基本原理篇2
《模拟电子技术基础》理论课教学基本要求
序号
教学内容
要求程度
熟练掌握
正确理解
一般了解
1
普通二极管，稳压管
外特性，主要参数
pn结
2
双极型、单极型三极管
外特性，主要参数
工作原理
3
基本放大电路
共射（共源）、共集（共漏）和共基组态放大电路工作原理；静态工作点；用微变等效电路法分析增益、输入和输出电阻
图解分析法
4
电流源
工作原理
5
放大电路的频率特性
含有一个时间常数的单级放大电路的fH和fL
Bode图
频率失真和增益带宽积
6
差动放大电路
工作原理，输入和输出方式，差模增益，差模输入和输出电阻
共模抑制
7
多级放大电路
直接耦合式多级放大电路的工作原理，增益的计算
零点漂移
其它耦合方式
8
运算放大器
理想运放，实际运放的主要参数
不同类型运放的的特点
一种典型运放电路的工作原理
9
放大电路中的反馈
用集成运放组成的反馈放大电路类型和极性判断，负反馈对放大电路性能的影响，深度负反馈下的闭环增益
虚短和虚断，公式的含义，根据要求引入反馈
10
反馈放大电路的自激
自激的条件
消振原理
11
正弦波发生电路
产生正弦振荡的条件，RC正弦波发生电路
LC正弦波产生电路
石英晶体振荡电路
12
集成运放组成的基本运算电路
比例、求和、积分运算电路
其它运算电路
13
有源滤波电路
二价低通滤波电路
14
比较电路和非正弦波发生电路
比较电路基本特性
非正弦波发生电路
15
单相整流滤波电路
电容滤波整流电路的工作原理和整流电压的估算
电感滤波电路的特点
16
稳压电路
线性稳压电路
开关稳压电路
17
功率放大电路
工作原理、输出功率和和效率的估算
非线性失真
18
噪声与干扰
来源与抑制
19
20
《数字电子技术基础》理论课教学基本要求
序号
教学内容
要求程度
熟练掌握
正确理解
一般了解
1
数制、码制
二、十六进制及其与十进制的相互转换，8421码
其它常用编码
2
逻辑代数
逻辑代数基本定律与定理，逻辑问题的描述方法，逻辑函数的化简与变换
3
逻辑门电路
ttL和CmoS门的逻辑功能、特性、参数和使用方法
ttL和CmoS门电路结构及工作原理（推拉、三态、oC）
其它逻辑门电路
4
组合逻辑电路
分析与设计的基本方法
竞争冒险
5
常用集成组合逻辑器件
逻辑功能及使用方法
工作原理
6
触发器
逻辑功能、触发方式、特性和参数
工作原理
电路结构
7
时序逻辑电路
基本分析方法
同步时序逻辑电路的基本设计方法
8
常用集成时序逻辑器件
逻辑功能及使用方法
工作原理
动态moS移位寄存器
9
半导体存储器（Ram、Rom）
功能和使用方法
工作原理
10
可编程逻辑器件
GaL的工作原理和使用方法，其它pLD器件
11
脉冲的产生与整形
555定时器的工作原理及其应用
集成单稳、石英晶体多谐振荡器
压控振荡器
12
a/D、D/a转换器和采样保持电路
典型的a/D、D/a转换器的主要性能指标及使用方法
a/D、D/a转换器的工作原理
常用集成采样/保持器件
13
硬件描述语言
《电子技术基础实验》基本教学要求
1．实验内容
应覆盖基本要求中的主要内容
2．能力要求
⑴
正确使用常用电子仪器，如示波器、信号发生器、数字繁用表、交流毫伏表和稳压电源等。
⑵
掌握电子电路的基本测试技术，如电压放大倍数，输入、输出电阻，频率特性，脉冲波形参数的测量以及逻辑功能的测试等等。
⑶
具有正确处理实验数据，分析误差的能力。
⑷
具有查阅电子器件手册的能力。
⑸
根据技术要求能选用合适的元器件，初步具有设计电子小系统并进行组装和调试的能力。
⑹
初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。
⑺
能独立写出严谨的、有理论分析的、实事求是的、文理通顺的、字迹端正的实验报告。
集成电路的基本原理篇3
关键词：集成电路eDa教学方法拓展培养
所谓“集成电路eDa”是通过设计、建模、仿真等手段搭建集成电路框架，优化集成电路性能的一门技术，也是一名优秀的集成电路工程师除了掌握扎实的集成电路理论基础外，所必须掌握的集成电路设计方法。只有熟练掌握集成电路eDa技术，具备丰富的集成电路eDa设计实践经历，才能设计出性能优越、良品率高的集成电路芯片。可以说，集成电路eDa是纤维物理学、微电子学等专业的一门非常重要的专业课程。然而，目前集成电路eDa课程的教学效果并不理想，究其根本原因在于该课程存在内容陈旧、知识点离散、概念抽象、目标不明确等不足。因此，通过课程建设和教学改革，在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，改善集成电路eDa课程的教学效果是必要的。
为了提高集成电路eDa课程的教学质量，改善教学环境，为国家培养具备高质量的超大规模集成电路eDa技术的人才，笔者从本校的实际情况出发，结合众多兄弟院校的改革经验，针对教学过程中存在的问题，进行了课程建设目标与内容的研究。
课程建设目标的改革
拓展学科领域，激发学生自主学习兴趣本校集成电路eDa课程开设于纤维物理学专业，但是其内容包括物理、化学、电子等多个学科，教师可根据教学内容，讲述多个学科领域的专业知识，尤其是不同学科领域的创新和应用，引导学生走出本专业领域，拓展学生视野，提高科技创新意识。与学生经常进行互动，启发式和引导式地提出一些问题，让学生课后通过资料的查找和收集，在下一次课堂中参与讨论。激发学生思考问题和解决问题的兴趣。这样课内联系课外、师生全面互动、尊重自我评价的新型教学方法可以培养学生创新精神，激励自主学习，由被动式学习转为主动式学习，拓宽学生的知识面。
完善平台建设，培养学生创新实践能力在已有的实验设备基础上，打造软件、硬件、网络等多位一体的集成电路eDa平台，完善集成电路eDa实验。通过集成电路eDa平台的实践环节，既培养了学生的仿真设计能力，加深了对集成电路eDa知识的掌握，又使学生掌握了科学的分析问题和解决问题的方法。引导学生参加项目研发，鼓励学生参与大学生创新创业和挑战杯活动，以本课程的考核方式激励学生写出创新性论文，通过软件仿真、实验建模等方式设计出自己的创新性产品，利用集成电路eDa平台验证自己的设计，然后以项目的形式联系企业，将产品转化为生产力，将“产学研”一体化的理念进行实践，培养学生创新实践能力。
课程教学内容的改革
精选原版教材教材是教学的主要依据，教材选取的好坏直接影响着教学质量。传统集成电路eDa课程的教材都以中文教材为主，内容陈旧，即使是外文翻译版教材，也由于翻译质量及时间的原因，仍然无法跟得上集成电路的革新。因此，在教材选取时应当以一本英文原版教材为主，多本中文教材辅助。英文原版教材大多是国外资深集成电路eDa方面的专家以自己的实践经验和教学体会为基础，结合集成电路eDa的相关理论来进行编写，既有丰富的理论知识，又包含了大量的设计实例，使学生更容易地掌握集成电路eDa技术。但是只选择外文教材，由于语言的差异，学生对外文的理解和接受仍然存在一定的问题，为了帮助学生更好地学习，需要辅助中文教材，引导学生更好地理解外文教材的真谛。
更新教学内容著名的摩尔定律早在几十年前就指出了当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18个月至24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这条定律指引着集成电路产业飞速的发展，集成电路eDa课程是学生掌握集成电路设计的重点课程，因此必须紧跟时展，不断更新教学内容。现有的集成电路eDa教材涉及集成电路新技术的内容很少，大部分都以阐述基本原理为主，致使学生无法接触到最新的内容，影响学生在研究生面试、找工作等众多环节的发挥。在走入工作岗位后，学生感觉工作内容与学校所学的知识严重脱节，需要较长的时间补充新知识，来适应新工作。为了改善这种状况，需要以纸质教材为主，辅助电子ppt内容来进行教学。纸质教材主要提供理论知识，电子ppt紧跟集成电路的发展，随时更新和补充教学内容，及时将目前主流的eDa技术融入课程教学中。还可以进行校企结合，把企业的专家引进来，把学校的学生推荐到企业，将课程教学和企业实际相结合，才能激发学生的学习兴趣和积极性，提高教学效果。
参考文献
[1]马颖，李华.仿真软件在集成电路教学中的应用探讨[J].中国科教创新导刊，2009.
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[5]卫铭斐，王民，杨放.集成电路设计类eDa技术教学改革的探讨[J].电脑知识与技术，2012，18（19）：4671-4672.
集成电路的基本原理篇4
关键词：集成电路工艺原理；教学内容；教学方法
作者简介：汤乃云（1976-），女，江苏盐城人，上海电力学院电子科学与技术系，副教授。（上海?200090）
基金项目：本文系上海自然科学基金（B10ZR1412400）、上海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目（10110502200）资助的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：a?????文章编号：1007-0079（2012）29-0046-01
微电子产业的快速发展急需大量的高质量集成电路人才。优秀的集成电路设计工程师需要具备一定工艺基础，集成电路工艺设计和操作人员更需要熟悉工艺原理及技术，以便获得性能优越、良率高的集成电路芯片。因此“集成电路工艺原理”是微电子专业、电子科学与技术专业和其他相关专业一门重要的专业课程，其主要内容是介绍VLSi制造的主要工艺方法与原理，培养学生掌握半导体关键工艺方法及其原理，熟悉集成电路芯片制作的工艺流程，并具有一定工艺设计及分析、解决工艺问题的能力。课程的实践性、技术性很强，需要大量的实践课程作为补充。但是超大规模集成电路的制造设备价格昂贵，环境条件要求苛刻，运转与维护费用很大，国内仅有几所大学拥有供科研、教学用的集成电路工艺线或工艺试验线，很多高校开设的实验课程仅为最基本的半导体平面工艺实验，仅可以实现氧化、扩散、光刻和淀积等单步工艺，而部分学校仅能开设工艺原理理论课程。所以，如何在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，通过课程建设和教学改革，改善集成电路工艺原理课程的教学效果是必要的。如何利用多种可能的方法开展工艺实验的教学、加强对本专业学生科学实验能力和实际工作能力以及专业素质的培养、提高微电子工艺课程的教学质量，是教师所面临的紧迫问题。
一、循序渐进，有增有减，科学安排教学内容
1.选择优秀教材
集成电路的复杂性一直以指数增长的速度不断增加，同时国内的集成电路工艺技术与发达国家和地区差距较大，故首先考虑选用引进的优秀国外教材。本课程首选教材是国外电子与通信教材系列中美国JamesD.plummer著的《硅超大规模集成电路工艺技术—理论、实践与模型》中文翻译本。这本教材的内容丰富、全面介绍了集成电路制造过程中的各工艺步骤；同时技术先进，该书包含了集成电路工艺中一些前沿技术，如用于亚0.125μm工艺的最新技术、浅槽隔离以及双大马士革等工艺。另外，该书与其他硅集成电路工艺技术的教科书相比，具有显著的两个优点：其一是在书中第一章就介绍了一个完整的工艺过程。在教学过程中，一开始就对整个芯片的全部制造过程进行全面的介绍，有且与学生正确建立有关后续章节中将要讨论的各个不同的特定工艺步骤之间的相互联系；其二是贯穿全书的从实际工艺中提取的“活性”成分及工艺设计模拟实例。这些模拟实例有助于清楚地显示如氧化层的生长过程、掺杂剂的浓度分布情况或薄膜淀积的厚度等工艺参数随着时间推进的发展变化，有助于学生真正认识和理解各种不同工艺步骤之间极其复杂的相互作用和影响。同时通过对这些模拟工具的学习和使用，有助于理论联系实际，提高实践教学效果。因而本教材是一本全面、先进和可读性强的专业书籍。
2.科学安排教学内容
如前所述，本课程的目的是使学生掌握半导体芯片制造的工艺和基本原理，并具有一定的工艺设计和分析能力。本课程仅32学时，而教材分11章，共602页，所以课堂授课内容需要精心选择。一方面，选择性地使用教材内容。对非关键工艺，如第1章的半导体器件，如pn二极管、双极型晶体管等知识已经在前续基础课程“半导体物理2”和“半导体器件3”中详细介绍，所以在课堂上不进行讲授。另一方面，合理安排教材内容的讲授次序。教材在讲授晶片清洗后即进入光刻内容，考虑工艺流程的顺序进行教学更有利于学生理解，没有按照教条的章节顺序，教学内容改变为按照清洗、氧化、扩散、离子注入、光刻、薄膜淀积、刻蚀、后端工艺、工艺集成等顺序进行。
另一方面，关注集成电路工艺的最新进展，及时将目前先进、主流的工艺技术融入课程教学中，如在课堂教学中介绍inteL公司即将投产的采用了22nm工艺的代号为“ivyBridge”的处理器等。同时，积极邀请企业工程师或专家开展专题报告，将课程教学和行业工艺技术紧密结合，提高学生的积极性及主动性，提高教学效果。
3.引导自主学习
半导体产业正飞速发展，需要随时跟踪集成电路制造工艺的发展动态、技术前沿以及遇到的挑战，给学生布置若干集成电路工艺发展前沿与技术动态相关的专题，让学生自行查阅、整理资料，每一专题选派同学在课堂上给大家讲解。例如，在第一章讲解集成电路工艺发展历史时，要求同学前往国际半导体产业规划网站，阅读最新年份的国际半导体技术发展路线图，完成如最小特征指标、工作电压等相关技术指数的整理并作图说明发展趋势等。这样一方面激发了学生的求知欲，另一方面培养学生自我学习提高专业知识的能力。
二、丰富教学手段，进行多样化、形象化教学
集成电路的基本原理篇5
关键词：送电线路测量；内外业一体化
电力行业是国民赖以为寄的基础民生行业，不仅关系着一些基础工业的正常生产，也关系到普通百姓的日常生活、工作的方方面面。因此可以这样说，对于现代社会来说电力已经是融入了国民经济、政治、教育等各个方面，已经成为了支持全部事业的基础。随着国家对经济越来越重视，对电力事业的扶持力度也越来越大，使得电力事业得到了很大的发展，送电线路也增多了很多。研究先进的送电线路测量方法对提高测量成果质量和节约生产成本具有重要的现实意义。本文立足于线路测量的需要，探讨在当前利用现有测量设备达到内外业一体化测量的流程和方法。
1.送电线路的概念
送电线路的任务是输送电能，并联络各发电厂，变电站（所）使之并列运行，实现电力系统联网，并能实现电力系统间的功率传递。高压输电线路是电力工业的大动脉，是电力系统的重要组成部分。我国输电线路的电压等级有：35kV，66kV，110kV，（154kV），220kV，330kV，500kV，750kV，±400kV，±660kV，±800kV，1000kV；把发电厂生产的电能，经过升压变压器输送到电力系统中，降压变压器的电力线路和用电单位的35kV及以上的高压电力线路称为送电线路。
2.一体化方案提出的背景
本文重点讨论的就是送电线路的测量，近年来国内外兴起了一种新型的测量方式称为一体化的方案。下面我们就针对送电线路测量的一体化方案的背景做一个简单的论述。送电线路测量外业时主要包括断面平面测量和塔基平端面的测量，内业主要就是对以上两种方式的回测结果进行总结和画图。传统的送电测量仪器现在使用的比较少了，代替的电子全站仪已经得到了广泛的应用。但在某些西部地区，由于地域条件限制以及垄断的存在，传统的作业模式仍占有主导。大部分的工作仍靠电工的手工扳手操作，如外业数据为人工记录，内业强度大、容错性较低、人工干预多，自动化程度不高。而为了避免人为因素对送电线路测量造成的干扰，使得人们引进了一种称为RtK（实时动态差分法）的新型GpS测量方法。常说的一体化方案包括RtK+全站仪+计算机的测量作业模式将送电线路测量的效率极大的提高了几个层次。全站仪+RtK测量方式是用随机内存或者其他电子手段将野外测得的数据存储记录，然后通过专业的软件对外业数据进行分析处理，形成数据采集、处理、图形绘制、编辑、数据输出的一体化操作。这就是完整的送电线路的一体化方案。
3.送电线路一体化测量的流程及解释
3.1数据采集
送电线路测量的主要目的就是为了获取外业数据然后进行分析。因此数据的获取是十分重要的一步。数据采集时要事先进行准备工作。使用RtK作业时，需要设置基准站、流动站以备接应，先校核基准点，确认在允许误差范围内才可以开始正常的测量。RtK测量时还需要注意的一点是要设置统一的坐标系。使用全站仪时，应该采用的是与前进路线相反的后视坐标系。及以测量点为原点，线路后视的方向为X，这样在实际测量中就可以通过全站仪自动计算出该点的位置，获得所在点的坐标。针对送电线路的最终勘测任务，将整个区域划分为若干个采集区域，将每一组数据都进行编码分类进行区别，以便后期的数据处理。
3.2原始数据处理
数据采集完成后，接下来最主要的任务就是数据的处理了。其中因为采集的方式的不同，以及采集地域的不同，原始数据的处理方式也不尽相同。特别是对于原始数据来说，其处理过程是一个较为庞杂的工程，所以处理时需要注意很多。首先，需要进行数据传输，将电子存储设备中的外业数据导入专业的数据处理软件中。RtK经过传输生成线路统一坐标系的原始坐标文本文件。格式为：点号，X，Y，H，编码。全站仪以LeicatpS系列的传输后缀为“.idx”格式的文件。其次，需要进行格式转换。数据处理软件的默认文件格式和RtK中存储的文件格式是不尽相同的。因此在进行数据处理时必须经过格式转换。RtK和全站仪外业测量经过格式工厂数据转化生成之后分别形成RtK和全站仪的外业数据库。把原始的文本文件转化为便于浏览、修改、管理的原始外业数据库。RtK根据坐标存储数据库，全站仪根据边角存储数据库。最后还有的一个步骤称为数据提取，原始的外业数据经过数据传输、格式转换已经导入了数据处理软件中。接下来就需要通过数据编码提取需要导出的数据库的塔基断面数据和线路断面数据。
3.3数据处理
原始数据处理完成后，就进入了真正的数据处理环节。上文我们提到，送电线路分为两类，线路的平断面测量和路基的平断面测量。在数据处理时，这两种方法的测量是不相同的。在线路平断面数据处理时，需要根据线路方向的不同输入线路转角杆塔桩号。系统会根据地域不同自动计算出数据的累距、偏距、高程、转角，并按累距排序生成绘制平断面的道亨SLCaD的“.org”格式文件和杆塔位成果表。而对塔基平断面数据处理时，可以根据自身需要的不同，可以自主选择生成的方式。既可以批量生成，也可以单个生成塔基的平断面展绘数据。
3.4绘制平断面
数据处理完成后需要根据数据处理所得的结果用图表的形式表示出来。首先打开autoCaD软件，打开由于数据处理文件选择导出，然后展绘生成的塔基数据文件。然后就可以通过CaD自动绘制塔基断面，手工绘制塔基平面图。画好图形后，打开道亨软件，加载生成的“.org”文件，应用道亨软件编辑线路平断面图。
4.使用RtK测量时的注意事项
在RtK（Real-timekinematic）实时动态差分法中有一些需要注意的地方。
在使用RtK或者全站仪时为了防止仪器误差对结果造成影响，需要使用前先进行校准。在人工输入时，尤其是天线高或棱镜高改变时，必须要提前做记录。因为这些因素都会直接影响数据的精度。还有在RtK测量时要考虑地形地貌的限制。RtK内部编码是有规定方式的，数据编码对于送电线路测量的内外一体化而言有着十分重要的作用，所以在数据格式转换完成后还要对数据的编码进行检查，以防有错码、乱码的现象。还应注意的是，在进行外业测量时，应手工绘制塔基平面和线路断面的草图，用于内业图面检查。
结语：
电力行业对我国经济生产活动还是民生大计都有着无法比拟的作用。因此在送电线路的测量中，采用的是RtK的一体化测量方法。因此，在送电线路测量时，应充分发掘RtK、全站仪的数字化性能，将其自动化、信息化的功能发挥到最大。再结合本文探讨外送电路测量的内外业一体化的方式、流程、结果传输、数据采集、数据处理、格式转换等等过程将其实现自动化、集成化。就可以将人为的误差影响降到最低，从而提高工作效率，使作业质量有较大的提升，也为送电线路GiS的建立提供基础数据。
参考文献：
集成电路的基本原理篇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。
集成电路的基本原理篇7
【关键词】带隙基准；曲率补偿；高稳定性
1.引言
基准电路包括基准电压源和基准电流源，在电路中提供电压基准和电流基准，是模拟集成电路和混合集成电路中非常重要的模块[1]。随着集成电路规模的不断增大，特别是芯片系统集成（SoC）技术[2]的提出，使基准电路被广泛使用[3]的同时，也对其性能提出了更高的要求。
基准电压源是指被用作电压参考的高精确、高稳定度的电压源，理想的基准电压是一个与电源、温度、负载变化无关的量[4]。基准电压源是现代模拟电路极为重要的组成部分，它对高新模拟电子技术的应用与发展具有重要作用。在许多模拟电路中，如数模转换器（DaC）、模数转换器（aDC）、线性稳压器和开关稳压器中都需要高精度、高稳定度的电压基准源。特别是在精密测量仪器仪表和现代数字通信系统中，经常把集成电压基准源作为系统测量和校准的基准。鉴于此，国外许多模拟集成电路制造厂商相继推出许多种类的高精度集成电压基准产品。随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块提出了更高的精度和速度要求，这样也就意味着系统对其中的基准电压源模块提出了更高的要求。
本论文在分析研究宽电压源、高精度、低温度系数集成电压基准源的电路结构的基础上，探索设计出一种输出电压为2.5V的最佳的电路结构，以实现电路宽电源电压范围（3V～36V）、低温度漂移系数（≤10ppm/℃，-40℃～+85℃）、高精度的设计指标。
2.宽电源电压集成电压基准源设计
2.1传统的带隙基准源[5][6]
基准电压源经历了电阻分压式基准电压源、pn结基准电压源、击穿二极管基准电压源、自偏置电路电压源的发展。以上各种基准电压源中，电阻或有源器件直接分压形成的基准不能独立于电源，精度非常低。
1971年，Robertwidlar提出了一种带隙参考电压源技术。该技术可得到一种不依赖电源并几乎与温度无关的独立基准，可在低电源电压下工作，并与标准CmoS工艺兼容这些优点使其获得了广泛的研究和应用，也是本次设计采用的技术。图1是带隙基准电源的基本原理图。
利用热电压Vt的正温度系数与双极型晶体管的基极-发射极电压VBe的负温度系数相互补偿，以减小温度漂移。其中VBe的温度系数在室温时大约-2mV/℃；而热电压Vt=Kt/q，其温度系数在室温下大约为+0.085mV/℃。将电压Vt乘以常数K以后与电压VBe相加，便可得到输出电压VReF为：
即理论值K≈23.26，它使得带隙基准电压的温度系数值在理论上为零。由于Vt与电源电压无关，而VBe受电源电压变化的影响很小，故VReF受电源电压的影响也很小。
带隙基准电压源经历了从widlar带隙基准电压源、Brokaw带隙基准电压源、传统典型的带隙基准电压源及基于ptat（proportionaltoabsolutetemperature）的带隙基准电压源、CmoS带隙电压基准源电路的发展，能够输出比较精确的电压，但其电源电压高，其基准输出范围及各项性能有限，故要得到高精度低漂移的宽电源电压集成电压基准源，就必须对以上电路在结构上进行改进和提高。
2.2宽电源电压集成电压基准源的设计
图2所示为带隙基准电压源电路基本结构框图，它主要由五部分组成[7]：
1）带隙电压内部环路—主要功能是产生带隙电压。
2）运算放大器—使带隙电压内部环路中两个需要具有相同电压的点稳定在相同的电压。
3）输出级—用来产生最终的带隙基准参考电压和电流。
4）启动电路—主要功能是确保电路在上电的时候能够进入正常的工作状态。
5）偏置电路—为运算放大器的工作提供偏置电流。
本文所涉电路采用6μm标准双极型工艺实现，实现了一种基于曲率补偿，具有高稳定性的带隙基准电路。本文在分析比较各种基准电压源性能的前提下，最终选择了以基于ptat（与绝对温度成正比）改进的带隙基准源电路作为设计的基础，并对其原理进行了详细的分析。为了进一步提高基准电压源的性能，在深入研究温度和电源电压的变化对带隙基准电路稳定性影响的基础上，指出基极一发射极电压与温度的非线性关系是造成基准不稳定的主要原因，针对这种情况，采用了环路补偿方法来进行高阶温度补偿：利用环路补偿电流（inL）的非线性特性去补偿基射结电压（VBe）的非线性。并且将补偿电流（inL）和与绝对温度成正比的电流（iptat）直接相加实现了很好的补偿。不仅结构简单还获得了较好的温度系数。另外，对所采用的运算放大器、启动电路和温度保护电路也进行了研究，并设计了优化合理的电路结构。分块对带隙基准核心电路、曲率补偿电路、运算放大器电路、偏置电路、启动电路进行设计并仿真。所设计的整体电路图如图3所示。
其中（a）为带隙基准核心电路，（b）为运算放大器电路，（c）为曲率补偿电路，（d）为偏置电路，（e）为启动电路，（f）为输出级。
3.仿真结果及分析
在Cadence设计平台下的Spectre仿真器中基于6μm标准双极型工艺模型对电路进行了仿真。得到电路的直流电压特性曲线、温度特性曲线、电源电压抑制比曲线、负载调整率曲线、噪声特性曲线、启动时间曲线，如同4所示。
4.结论
本文通过对带隙基准电压源深入的理论研究，完成了全双极性带隙基准电压源的设计，该基准电压源基于双极型工艺，通过Spectre验证，温度系数仅为6ppm/℃，并具有78?V/V的电源电压调整率以及高达78dB的交流pSRR，高精度，低噪声和驱动能力强等特性。其中各项设计指标完全达到预期要求，具有一定的优点和实用价值。
参考文献
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[5]philipe.alenDouglasR.Holberg.CmoSanalogCircuitDesign[m].publishingHouseofelectronicsindustry，2005.
集成电路的基本原理篇8
【关键词】热敏电阻;集成运放;电压比较器;报警电路
引言
作为一种模拟集成电路，集成运算放大器结构简单、用途宽广，具有高灵敏度和功能灵活等多种优势。负温度系数（ntC）型热敏电阻的阻值随温度升高而减小，二者组合可组成温度报警电路。温度的检测与控制电路在实际应用中比较广泛，一般用晶体管制作而成的电路，测量误差大，且电路比较复杂。用热敏电阻和集成运放组成的温度报警电路可实现温度的检测及报警功能，可以克服此类问题。
此电路实验在教学中已经应用，由于电路简单，所用的元件较少，操作容易，实验效果直观、显著，学生很感兴趣，加深了学生对集成运放的理解，提高了实验动手能力。
1.ntC热敏电阻的介绍
ntC（negativetemperatureCoefficient）的中文意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。而ntC热敏电阻器就是指负温度系数热敏电阻器，它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺加工制造而成的。此类金属氧化物材料都具有半导体的性质，因为它们的导电方式完全类似锗、硅等半导体材料。在温度低时，此类氧化物材料的载流子（电子或空穴）数目较少，导致其电阻值较高;当温度升高时，载流子数目增加，所以电阻值降低。ntC热敏电阻器在室温下的变化范围一般在100～1000000，温度系数在-2%～-6.5%[1]。可将ntC热敏电阻器广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。ntC热敏电阻Rt的温度特性如图1所示。虽然它的电阻与温度变化曲线的线性度并不太好，但由于它是单值函数（即温度一定时，其阻值也是一定的单值。）如果设定100℃时电路自动报警，则这100℃即为阈值温度ttH，在特性曲线上可找到100℃对应的Rt的电阻值。
图1热敏电阻Rt的温度特性曲线
2.集成运放组成的单限电压比较器
在自动化系统中，信号幅度的比较、信号幅度的选择、信号的采样和保持、信号的滤波等都是在信号处理方面经常遇到的问题。本设计需要应用由集成运放组成的比较信号幅度电路――电压比较器，集成运算放大器是电压比较器的核心器件[3]。电压比较器是集成运放在非线性工作状态下的一种具体应用。而电压比较器，是一种用来比较输入信号电压大小的电子电路。它可以将连续变化的模拟信号转换成仅有两个高、低状态的矩形波。集成运放工作在非线性区时，若，则运放输出正向电压;若，则运放输出负向电压。这是电压比较器的理论基础。图2为最基本的电压比较器和其电压传输特性图。两个输入端中的一个端子为参考端，参考电压为UR，另一个端子（比如同相端）作为信号输入端，比较信号电压与参考电压，当信号电压小于参考电压时，输出则为高电平，反之输出则为低电平。由此可得到电压传输特性曲线[4]。电压比较器通常用于越限报警、模数转换和波形变换等场合。
图2基本电压比较器及电压传输特性曲线
3.电路原理图及其工作原理
3.1电路原理图
电路原理图如图3所示。
图3基于集成运放的温度报警电路图
3.2电路工作原理
负温度系数热敏电阻Rt用来检测功率器件温度（可将其粘在散热片上）或待测环境温度（如置于恒温箱），UCC为直流稳压电源，Rt和R1串联，a点电位Va为电阻R1两端所分得的电压。电阻R1阻值近似不变。R2和组成分压器，调节Rp可改变VB（电位器中心头的电压值）的电压。
VB值为比较器设定的阈值电压，称为VtH。若希望100℃时电路自动报警，则VtH的值应等于100℃时的Va值。当，比较器输出低电平，二极管导通，三极管截止，电路不报警，为正常状态。当，比较器输出高电平，二极管截止，三极管导通，指示灯亮，同时扬声器发出尖锐的报警声。
3.3电路的保护措施
3.3.1输入保护
一般情况下，集成运放工作在开环（即未引反馈）状态时，易因差模电压过大而损坏;在闭环状态时，易因共模电压超出极限而损坏。本文设计的电路原理图中所加的二极管限幅电路就是为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，以免损坏运放。此外，该电路只要改变VtH值，就可以很方便地改变阈值温度，适合不同的工作要求。
3.3.2输出保护
电路原理图中，在集成运放输出端，由限流电阻R和稳压管DZ组成输出端保护电路。限流电阻R和稳压管DZ构成限幅电路，它一方面将负载与集成运放输出端隔离开来，限制了运放的输出电流，另一方面也限制了输出电压的幅值。当然，任何保护措施都是有限度的，若将输出端直接接电源，则稳压管会损坏，使电路的输出电阻大大提高，影响了电路的性能。
4.结束语
热敏电阻的电阻率随温度变化而变化，本文以负温度系数（ntC）型热敏电阻来进行温度测量，将温度信号转化为电压信号，输送到由集成运放工作于非线性区构成的电压比较器中，与阈值电压进行比较。若高于阈值电压，则电压比较器输出为高电平，此时三极管导通，报警电路工作。该电路是热敏电阻和集成运放结合的具体应用实例，有助于加深学生对相关知识的理解和应用。
参考文献
[1]钱小君.温度报警器的设计与制作[J].物理通报，2010，6：89.
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[4]乜国荃.集成运放和电压比较器[J].青海师范大学学报（自然科学版），2006，2：48.
集成电路的基本原理篇9
关键词：信息采集技术智能高速公路视频RFiD定位
中图分类号：tp277文献标识码：a文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0012-02
随着汽车工业的发展和城市化进程的加快，社会对于交通运输的需求日益增加。高速公路作为城市间的纽带，承担着巨大的交通压力，如何在交通量持续增长的情况下，减少交通拥堵和事故，提高道路的安全性和舒适度，成为智能高速公路发展中亟待解决的问题。而全面、实时的道路交通信息，则是实现高速公路智能化的基础。
如今，传统的道路信息检测技术，正逐渐被新型采集技术所取代。该文简单介绍了传统道路信息采集技术的工作原理，重点对新型信息采集技术进行了研究，并在对比各项技术在高速公路应用中的优劣之后，提出了高速公路信息采集技术的应用趋势。
1传统信息采集技术
传统的道路信息采集技术出现早，有些已经广泛应用于高速公路的车辆信息采集之中。
1.1环形线圈采集技术
环形线圈采集技术基于电磁感应原理，由埋设在路面下的环形线圈、馈线和信号检测处理单元组成。当有车辆驶过环形线圈上方时，车辆自身铁质产生的涡流效应起主导作用，造成线圈电感量减小。电路通过检测该电感量的变化，判断是否有车辆存在或通过。结合线圈宽度和线圈间隔，对采集数据进行处理，即可得到道路车流量、瞬时车速及时间占有率等信息。比如，两个线圈之间的距离为，车辆到达线圈的时间间隔为，则车速。
环形线圈采集技术成本低、适应性强，不受恶劣天气及光照条件影响，在全天候、高精度车辆检测方面有其他检测技术无法比拟的优势[1]。目前在高速公路的应用中占据主要地位。不足之处在于，其检测精度受路面状况的影响，安装与维修需要破坏道路、中断交通，极易造成拥堵及交通事故，这将极大地限制其在未来的应用。
1.2微波雷达采集技术
微波雷达采集技术基于多普勒效应，通过雷达检测器向路面发射线性调频微波，并接收经车辆反射后的回波来检测车辆。在道路应用中，有正向和侧向安装两种方式。正向安装时天线波束发射方向与车辆行驶方向一致，检测精度高，但只能检测单一车道。侧向安装时，检测器在扇形区域内发射连续的低功率调制微波，并在路面上留下一条多分层的投影，如图1所示。由于微波的衍射特性，侧向检测器可以检测被遮挡车辆，完成多车道同时检测。
微波雷达采集技术抗干扰性强、不受天气环境的影响，对车速的检测精度高，尤其适用于长距离、开放、车速相近的道路。因此在高速公路信息的采集中，有着广泛的应用。但其对安装高度、后置距离等有严格的要求，检测精度也受隔离带等因素的影响。
1.3超声波采集技术
超声波采集技术利用声波的传播和反射原理，通过测量发射波和反射波的时间差实现车辆检测。经过传感器以及信号处理模块的分析和处理，可以得到车型、车速及车流量等信息。
超声波采集技术成本低、使用寿命长、易于安装维护，对车型的识别能力突出。但其检测精度受大风、暴雨天气的影响，探头下通过的人或物也会造成误检。所以其在高速公路信息采集中的应用要比前两种技术少。
1.4红外采集技术
红外采集技术基于光学原理，一般采用反射式检测。其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路发射脉冲，当车辆通过时，红外脉冲从车体反射并被红外接收管接收，再经解调、选通、放大和整流滤波处理后输出一个检测信号。进而实现车辆类型、车速和流量的信息采集。
红外检测技术具有快速准确、轮廓清晰的检测特点，安装方便。但空气中的烟尘颗粒，以及恶劣天气（如雨、雾、雪等）会影响系统的正常工作。在高速公路车辆检测中，应用较少。
2新型信息采集技术
近年来，随着传感技术、通信技术、控制技术以及计算机信息处理技术的快速发展，新型的道路交通信息采集技术应运而生。这些新型技术不仅能够完成传统的车辆信息采集工作，还提高了采集信息的实时性、准确性和全面性，极大地推动了高速公路的智能化发展。
2.1视频采集技术
视频采集技术结合了视频图像和计算机模式识别，是近些年发展起来的一种新型道路信息采集技术。视频检测器由摄像机和视频处理器组成，通过设置虚拟检测区域实现车辆信息的采集。如图2所示。
与传统的采集技术相比，视频采集成本偏高，夜间检测精度低。但视频采集技术不仅能采集车流量、车速、占有率等信息，还能为监控中心提供车牌号和视频画面，检测违章违规及突发事件，实现车辆跟踪。同时，图像处理算法的不断出现和改进，也在不断改善光学噪声、能见度、照明条件及遮挡对视频检测精度的影响。周冬梅等人[2]提出了一种基于区域聚类的阴影消除算法，较好地去除了运动车辆的阴影。刘建伟等人[3]利用车辆底盘阴影和车辆边缘特征，提出了一种因局部遮挡而粘连的车辆分离方法。徐文聪等人[4]设计并实现了一种基于车灯的夜间交通流视频检测系统，检测率达到96%。
伴随硬件成本的下降、图像处理功能的丰富以及道路管理对信息要求的提升，视频采集技术以其安装维护的方便性、检测的实时直观性，必将在高速公路智能化的过程中扮演越来越重要的角色。
2.2基于RFiD的信息采集技术
RFiD（RadioFrequencyidentification）技术是一种利用无线射频原理实现非接触式自动识别的技术。RFiD的基本工作原理如图3所示。电子标签是RFiD系统的数据载体，分为有源和无源，可实现与阅读器之间的双向通信。阅读器通过天线发射无线载波信号，当装有RFiD电子标签的机动车进入发射天线的工作范围时标签即被激活，此时，标签可以将自身携带的车辆信息编码后发射出去，经过阅读器的解调、解码后，信息最终送到数据库控制中心。
与传统的信息采集技术相比，RFiD技术在恶劣天气环境下可全天稳定工作，有识别速度快、识别距离远，数据容量大、寿命长等优点。同时，将车牌号码等车辆信息存储于RFiD电子标签中，形成“电子车牌”，能够有效地解决传统车牌易伪造和遮挡的问题。近几年，将RFiD技术应用到道路信息采集中的研究层出不穷。胡兴丽等人[5]通过建立交叉口数据存储处理模型，提出了一种基于RFiD的交叉路口流量检测的方法。陈武弟等人[6]结合能见度检测仪，设计了一种基于RFiD的雾天高速公路车辆实时预警系统。高宁波等人[7]基于RFiD采集车辆信息，利用信息融合约简方法计算交通流参数之后，建立了基于模糊层次分析的道路拥堵评价模型。
然而，目前还没有形成RFiD技术的国际统一标准，这会导致硬件设备及软件系统的兼容统一性问题。电子标签的安全性和价格也在一定程度上制约着RFiD技术的广泛应用。但基于RFiD的电子不停车收费系统（etC）已经在我国许多地方投入使用，国家也在逐步实施统一的etC标准，预计在“十二五”末，全国高速公路etC覆盖率将达到60%。
2.3浮动车信息采集技术
浮动车交通信息采集技术，是基于FCD（FloatingCarData）的一种新型交通信息采集技术。其基本原理是：根据装备车载全球定位系统（GpS）的浮动车在行驶过程中定期记录的车辆位置、方向和速度信息，应用地图匹配、路径推测等相关的计算模型和算法进行处理，使浮动车位置数据和城市道路在时间和空间上关联起来，最终得到浮动车所经过道路的车辆行驶速度以及道路的行车旅行时间等交通信息。流程如图4所示。
基于FCD的信息采集技术，覆盖范围广、投入成本低、采集信息丰富、可实现全天候的实时采集。作为一种低成本、高覆盖率的实时交通信息采集方式，其在世界范围内得到了广泛的关注和推广应用[8]。但GpS卫星信号受楼群等建筑物的影响会造成定位精度下降，导致无法精确地匹配电子地图。为了保证参数估计的精度和可靠性，各种估计方法也都要求道路网络中有足够多安装GpS的车辆，比如城市道路交通中的出租车、公交车。同时，无法获取车辆的车型及车牌号信息，也会在一定程度上影响其在高速公路信息采集中的应用。
2.4基于手机数据的信息采集技术
随着移动通信网络及终端设备的迅速发展，将手机信息和定位技术应用于交通信息的采集成为一项研究热点。其系统框架如图5所示。
手机定位技术是进行交通数据采集的基础。此技术通常分为两种：模糊定位和精确定位。其中，模糊定位技术主要包括基于小区识别号（CeLL-iD）、基于到达时间差（tDoa）、基于小区切换（Handover）等，其安装成本低廉、模型简洁，但精度低（30～2000m），易受基站分布密度的影响。而精确定位的精度可达5～20m，但需要考虑定位更新频率、道路匹配率与算法等复杂问题，其主要技术包括增强观测时间差（e-otD）、上行到达时间差（U-tDoa）、辅助全球定位系统（a-GpS）等[9]。
基于手机数据的信息采集技术，可以采集大空间范围、连续时间的交通信息，获取公众出行轨迹及活动范围等信息。其充分利用了现有无线通信系统基础设施，无需对手机终端进行改造，已经成为国内外智能交通领域的研究热点之一。目前这项技术已经在我国深圳的城市交通信息采集中得到了应用。但总体来讲，手机定位技术的研究还不够成熟，地图和路径匹配相关算法的精度也需要改进。
3高速公路信息采集技术应用趋势
高速公路具有设计标准高、交通流量大、行车速度快等特点，其道路信息采集方案，不仅应拥有强大的采集性能，还需要综合考虑工程应用实施的要求。
高速公路信息采集技术的应用趋势之一，是多种采集技术的融合。比如，将微波雷达测速精度高的特点，与超声波对车型识别率高的特点结合起来，能够解决机动车分型与地点车速数据采集精度的问题。其技术优势，与单一采集技术相比提升了一个层次。目前，这项技术已成为江苏高速公路数据采集技术方案[10]。同时，新型采集技术功能强大、实时全面，正是为了实现高速公路的智能化而不断发展起来的。随着硬件成本的下降、高速公路管理要求的提高以及采集技术更加成熟，视频采集、基于RFiD的采集等技术在高速公路中的应用，将巨大的推动其信息化、智能化的发展。
参考文献
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集成电路的基本原理篇10
关键词：C8051F020；a/D转换；RS422串口通信;信号采集
中图分类号：tn911.734文献标识码：a文章编号：1004373X(2012)09013502
数据采集是为了对温度、压力、流量、速度、位移、光强度、声音等物理量进行在线测量和控制，通过传感器把上述物理量转换成模拟物理量的电信号。然后将模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，送入计算机处理、存储、传输和显示［1］。
在操纵杆控制器的工作过程中，需要对操纵杆X轴和Y轴输出的2路电压信号进行a/D转换，转换后的数据范围要求在-1500~1500,采样精度为12位。另外还需要对采集后的数据进行计算，并通过串口与两自由度光电稳定平台进行通信，实现对稳定平台的功能控制，通信周期为80ms。出于成本的考虑，没有采用传统专用a/D芯片+单片机的设计模式，只用了一片C8051F020单片机实现了上述功能。
1芯片简介
Cygnal公司的C8051F020单片机是一款高性能的数字/模拟混合微处理器，具有与8051指令集完全兼容的Cip51内核。具有丰富的片内资源和接口，-40~+85℃的工作环境，内置有12位精度的a/D采集接口［2］，在工业甚至军用领域中自动控制和智能监控等方面得到了广泛的应用。
2系统设计
传统的数据采集系统信号处理电路复杂庞大，且采集速率慢，温漂大，抗干扰性差。所以本系统采用C8051F020单片机直接将模拟量转换为数字量传给稳定平台系统，电路简单实用，采集速率快，精度高并且通过RS422通信模块与稳定平台通信，抗干扰性强。
该系统由C8051F020单片机、晶体、电源模块及RS422通信模块等部分组成。外部电源为+28V，经DC28S5电源模块变换后输出+5V，给操纵杆和maX490芯片供电。由于单片机需要3.3V的电源才能工作，因此需要将+5V电源经三端稳压器Lt11173.3V变换后供给单片机使用。然后把经过电压调制的操纵杆模拟信号连接到单片机的aDC输入端口上，启动单片机内部a/D转换电路，将其转换成数字信号存储到内存。最后，按照规定的通信格式，通过单片机的串口和maX490芯片将信号发送给稳定平台，从而实现了稳定平台的操纵控制过程。
系统工作原理如图1所示。
2.1基准电压的配置
单片机aDC0模块所使用的电压基准采用内部基准电压1.2V，其内部电压基准电路由一个1.2V15ppm/典型值的带隙电压基准发生器和一个两倍增益的输出缓冲放大器组成内部基准电压（2.4V）。通过VReF引脚连到芯片的VReF0引脚，并在VReF引脚与aGnD之间接入0.1μF和4.7μF的旁路电容，用来将VReF的开启时间控制在2ms。
2.2信号处理电路
一般操纵杆包括操纵和控制两部分。根据一般目标运动特性，该操纵杆采用X,Y两个方向运动控制［3］。
而本文选用的操纵杆X轴和Y轴采用霍尔元件感应其位移，输出电压范围为0～5V。而单片机C8051F020的a/D基准参考电压为2.4V，因此需要做一个电压变换电路，将0～5V的电压变换到0~2.4V，才能被单片机的a/D模块使用。电压变换电路如图2所示。
图2电压变换电路采用公式out=in×R2/(R1+R2)来计算电阻R1和R2的阻值，令out=2.4，in=5，可以得到R2/R1=48/52。考虑到功耗因素，R1采用5.2kΩ的电阻，R2采用4.8kΩ的电阻，电阻采用0.5%的高精度军品电阻，可以满足系统高温和低温工作要求。
2.3a/D采集模块的配置
C8051F020的aDC0模块包括一个9通道的可编程模拟多路选择器amUX0，一个可编程增益放大器pGa0和一个100KSpS12位分辨率的逐次逼近寄存器aDC。aDC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器，原理框图如图3所示。
图3aDC0模块工作原理amUX0，pGa0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件通过图3所示的特殊功能寄存器来控制。只有当aDC0控制寄存器中的aD0en位被置1时，aDC0子系统，aDC0跟踪保持器和pGa0才被允许工作；当aD0en位为0时，aDC0子系统处于低功耗关断方式［4］。
3软件编程
软件主要包括主程序、a/D采集子程序和串口通信子程序。
为了提高采集精度，采用了过采样技术［5］，即多次采集累加后求平均值的办法。但考虑到采集速度的要求，也不能无限制地增加采样次数。经过试验测试，采用8次采样即可同时满足采样精度和采样速度的双重要求。
此外，根据系统的实际工作环境条件，选择恰当的通信接口和协议，合理设计通信硬件和软件，获得高可靠性、强抗干扰和容错能力，成为衡量此类系统好坏的最重要因素［6］。
为了提高通信传输的可靠性，通信协议采用了“消息头+消息体+校验和”的防错设计。具体表述如下：消息结构总共10个字节，消息头占2个字节，一般采用固定值，比如eB,90（16进制）。消息体内是有用的数据信息，占7个字节。最后是检验和，一般采用数学和，即消息头和消息体9个字节累加后，整除256的余数。采用这种方式进行通信传送，接收机必须在正确判读了消息头和校验和后才认为命令是有效的，否则该命令消息就被忽略。
软件流程如图4~图6所示。
4结语
本文基于工程实际对a/D转换速度和精度的要求，采用了过采样原理以提高数模转换的精度。利用C8051F020单片机自身的片上资源，给出了一种简便有效的过采样原理的工程实现方法。自2007年投入工程应用后实验证明：用这种方法可以提高测量分辨率，并且可以简化外部电路、降低硬件成本。因此，这种方法对硬件成本和采样精度都有较高要求的控制、采集、测量系统来说具有较高的参考价值，可同时满足军事和商业领域。
参考文献
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作者简介：刘青青女，1978年出生，河南洛阳人，讲师，硕士。主要研究方向为计算机软件与应用。