模拟集成电路的设计篇1
关键词：模拟集成电路设计自动化综合流程
中图分类号：tn431文献标识码：a文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0062-02
随着超大规模集成电路设计技术及微电子技术的迅速发展，集成电路系统的规模越来越大。根据美国半导体工业协会（Sia）的预测，到2005年，微电子工艺将完全有能力生产工作频率为3.SGHz，晶体管数目达1.4亿的系统芯片。到2014年芯片将达到13.5GHz的工作频率和43亿个晶体管的规模。集成电路在先后经历了小规模、中规模、大规模、甚大规模等历程之后，aSiC已向系统集成的方向发展，这类系统在单一芯片上集成了数字电路和模拟电路，其设计是一项非常复杂、繁重的工作，需要使用计算机辅助设计（CaD）工具以缩短设计时间，降低设计成本。
目前集成电路自动化设计的研究和开发工作主要集中在数字电路领域，产生了一些优秀的数字集成电路高级综合系统，有相当成熟的电子设计自动化（eDa）软件工具来完成高层次综合到低层次版图布局布线，出现了SYnopSYS、CaDenCe、mentoR等国际上著名的eDa公司。相反，模拟集成电路自动化设计方法的研究远没有数字集成电路自动化设计技术成熟，模拟集成电路CaD发展还处于相当滞后的水平，而且离实用还比较遥远。目前绝大部分的模拟集成电路是由模拟集成电路设计专家手工设计完成，即采用简化的电路模型，使用仿真器对电路进行反复模拟和修正，并手工绘制其物理版图。传统手工设计方式效率极低，无法适应微电子工业的迅速发展。由于受数/模混合集成趋势的推动，模拟集成电路自动化设计方法的研究正逐渐兴起，成为集成电路设计领域的一个重要课题。工业界急需有效的模拟集成电路和数模混合电路设计的CaD工具，落后的模拟集成电路自动化设计方法和模拟CaD工具的缺乏已成为制约未来集成电路工业发展的瓶颈。
1模拟集成电路的设计特征
为了缩短设计时间，模拟电路的设计有人提出仿效数字集成电路标准单元库的思想，建立一个模拟标准单元库，但是最终是行不通的。模拟集成电路设计比数字集成电路设计要复杂的得多，模拟集成电路设计主要特征如下。
（1）性能及结构的抽象表述困难。数字集成电路只需处理仅有0和1逻辑变量，可以很方便地抽象出不同类型的逻辑单元，并可将这些单元用于不同层次的电路设计。数字集成电路设计可以划分为六个层次：系统级、芯片级（算法级），RtL级、门级、电路级和版图级，电路这种抽象极大地促进了数字集成电路的设计过程，而模拟集成电路很难做出这类抽象。模拟集成电路的性能及结构的抽象表述相对困难是目前模拟电路自动化工具发展相对缓慢，缺乏高层次综合的一个重要原因。
（2）对干扰十分敏感。模拟信号处理过程中要求速度和精度的同时，模拟电路对器件的失配效应、信号的耦合效应、噪声和版图寄生干扰比数字集成电路要敏感得多。设计过程中必须充分考虑偏置条件、温度、工艺涨落及寄生参数对电路特性能影响，否则这些因素的存在将降低模拟电路性能，甚至会改变电路功能。与数字集成电路的版图设计不同，模拟集成电路的版图设计将不仅是关心如何获得最小的芯片面积，还必须精心设计匹配器件的对称性、细心处理连线所产生的各种寄生效应。在系统集成芯片中，公共的电源线、芯片的衬底、数字部分的开关切换将会使电源信号出现毛刺并影响模拟电路的工作，同时通过衬底祸合作用波及到模拟部分，从而降低模拟电路性能指标。
（3）性能指标繁杂。描述模拟集成电路行为的性能指标非常多，以运算放大器为例，其性能指标包括功耗、低频增益、摆率、带宽、单位增益频率、相位余度、输入输出阻抗、输入输出范围、共模信号输入范围、建立时间、电源电压抑制比、失调电压、噪声、谐波失真等数十项，而且很难给出其完整的性能指标。在给定的一组性能指标的条件下，通常可能有多个模拟电路符合性能要求，但对其每一项符合指标的电路而言，它们仅仅是在一定的范围内对个别的指标而言是最佳的，没有任何电路对所有指标在所有范围内是最佳的。
（4）建模和仿真困难。尽管模拟集成电路设计已经有了巨大的发展，但是模拟集成电路的建模和仿真仍然存在难题，这迫使设计者利用经验和直觉来分析仿真结果。模拟集成电路的设计必须充分考虑工艺水平，需要非常精确的器件模型。器件的建模和仿真过程是一个复杂的工作，只有电路知识广博和实践经验丰富的专家才能胜任这一工作。目前的模拟系统验证的主要工具是SpiCe及基于SpiCe的模拟器，缺乏具有高层次抽象能力的设计工具。模拟和数模混合信号电路与系统的建模和仿真是急需解决的问题，也是eDa研究的重点。VHDL-amS已被ieee定为标准语言，其去除了现有许多工具内建模型的限制，为模拟集成电路开拓了新的建模和仿真领域。
（5）拓扑结构层出不穷。逻辑门单元可以组成任何的数字电路，这些单元的功能单一，结构规范。模拟电路的则不是这样，没有规范的模拟单元可以重复使用。
2模拟iC的自动化综合流程
模拟集成电路自动综合是指根据电路的性能指标，利用计算机实现从系统行为级描述到生成物理版图的设计过程。在模拟集成电路自动综合领域，从理论上讲，从行为级、结构级、功能级直至完成版图级的层次的设计思想是模拟集成电路的设计中展现出最好的前景。将由模拟集成电路自动化综合过程分为两个过程。
模拟集成电路的高层综合、物理综合。在高层综合中又可分为结构综合和电路级综合。由系统的数学或算法行为描述到生成抽象电路拓扑结构过程称为结构级综合，将确定电路具体的拓扑结构和确定器件尺寸的参数优化过程称为电路级综合。而把器件尺寸优化后的电路图映射成与工艺相关和设计规则正确的版图过程称为物理综合。模拟集成电路自动化设计流程如图1所示。
2.1模拟集成电路高层综合
与传统手工设计模拟电路采用自下而上（Bottom-up）设计方法不同，模拟集成电路CaD平台努力面向从行为级、结构级、功能级、电路级、器件级和版图级的（top-down）的设计方法。在模拟电路的高层综合中，首先将用户要求的电路功能、性能指标、工艺条件和版图约束条件等用数学或算法行为级的语言描述。目前应用的SpiCe、maSt、SpectreHDL或者不支持行为级建模，或者是专利语言，所建模型与模拟环境紧密结合，通用性差，没有被广泛接受。ieee于1999年3月正式公布了工业标准的数/模硬件描述语言VHDL-amS。VHDL-1076.1标准的出现为模拟电路和混合信号设计的高层综合提供了基础和可能。VHDL一amS是VHDL语言的扩展，重点在模拟电路和混合信号的行为级描述，最终实现模拟信号和数模混合信号的结构级描述、仿真和综合125，28]。为实现高层次的混合信号模拟，采用的办法是对现有数字HDL的扩展或创立新的语言，除VHDL.amS以外，其它几种模拟及数/模混合信号硬件描述语言的标准还有mHDL和Verilog-amS。
2.2物理版图综合
高层综合之后进入物理版图综合阶段。物理综合的任务是从具有器件尺寸的电路原理图得到与工艺条件有关和设计规则正确的物理版图。由于模拟电路的功能和性能指标强烈地依赖于电路中每一个元件参数，版图寄生参数的存在将使元件参数偏离其设计值，从而影响电路的性能。需要考虑电路的二次效应对电路性能的影响，对版图进行评估以保证寄生参数、器件失配效应和信号间的祸合效应对电路特性能影响在允许的范围内。基于优化的物理版图综合在系统实现时采用代价函数表示设计知识和各种约束条件，对制造成本和合格率进行评估，使用模拟退火法来获取最佳的物理版图。基于规则的物理版图综合系统将模拟电路设计专家的设计经验抽象为一组规则，并用这些规则来指导版图的布线布局。在集成电路物理综合过程中，在保证电路性能的前提下，尽量降低芯片面积和功耗是必要的。同时应当在电路级综合进行拓扑选择和优化器件尺寸阶段对电路中各器件之间的匹配关系应用明确的要求，以此在一定的拓扑约束条件下来指导模拟集成电路的版图综合。
模拟电路设计被认为是一项知识面广，需多阶段和重复多次设计，常常要求较长时间，而且设计要运用很多的技术。在模拟电路自动综合设计中，从行为描述到最终的版图过程中，还需要用专门的CaD工具从电路版图的几何描述中提取电路信息过程。除电路的固有器件外，提取还包括由版图和芯片上互相连接所造成的寄生参数和电阻。附加的寄生成分将导致电路特性恶化，通常会带来不期望的状态转变，导致工作频率范围的缩减和速度性能的降低。因此投片制造前必须经过电路性能验证，即后模拟阶段，以保证电路的设计符合用户的性能要求。正式投片前还要进行测试和SpiCe模拟，确定最终的设计是否满足用户期望的性能要求。高层综合和物理综合从不同角度阐述了模拟集成电路综合的设计任务。电路的拓扑选择和几何尺寸可以看成电路的产生方面，物理版图综合得到模拟集成电路的电路版图，可以认为电路的几何设计方面。
参考文献
模拟集成电路的设计篇2
关键词：电子应用；电子电路；仿真技术
1电子电路仿真技术
1.1电子电路仿真技术的内涵
电子电路仿真技术就是在电子电路设计的过程中，设计人员利用计算机仿真技术对电子电路的工作状态，采用数字化的形式将其呈现出来，从而能够真实的、准确的模拟出电子电路的工作状态，能有效的帮助电路设计人员来分析电路的功能与基本特征。从工作原理上分析，电子电路仿真技术就是利用数字模拟的方法对电子电路中的各个元器件与模块进行组合测试，分析新设计的电路工作状态，并将其应用于电子电路的开发与设计中。电子电路仿真技术通过对设计的电子电路进行集成化的建模模拟，可以对电子电路的设计进行全局统筹管理，在电子电路的测试还是在研发上，都具有优势，由于电子电路的设计需要集自动化、电气、机电于一体的工作模式，为了控制产品设计的达标和质量的准确性，利用模拟仿真技术对其进行调整是十分有必要的。
1.2常见的电子电路仿真软件及功能
（1）orCaDpSpice软件。该软件是一种针对元件级别的电子电路仿真软件，主要是采用Spice通用语言进行编写，可以根据实际需要开发模块，具有较强的移植性，在电子电路设计中具有较好的性能。该软件主要由电路仿真、元器件编辑以及原理图编辑等模块构成，利用电路元件模型编程设计，可以对元器件的真实特性进行模拟，在模拟时，可以利用电路方程进行计算，分析电子电路的细节特性，orCaDpSpice软件的主要功能是用于复杂电路的特性分析，能对元件级别的电子电路进行模拟，还能对数模混合的电子电路进行仿真模拟，在电子电路设计时，该软件能够提高电路的集成效果。orCaDpSpice软件的缺点是不适合电路功率比较大的电子电路，对分析计算时间比较长的电路分析也缺乏灵敏性，对于仿真收敛性差的电子电路也不能有效的模拟。（2）Saber软件。该软件是功能比较强大，适应比较强的电子电路仿真软件，可以应用于电力电子、机械、光电等不同类型电路的模拟仿真，而且还具有兼容混合仿真的功能，能从不同的层面分析电子电路的测试与特性，它能对原理图的电路进行输入性的模拟仿真，对电路中的复杂数据进行可视化分析与建模，该软件的主要缺点是操作比较复杂，而且模拟仿真的原理图效率较低。
2电子电路仿真技术在电子电路设计开发中的应用
2.1促进集成电路的开发与设计
电子电路是集成电路的设计的关键，电子产品的不断更新与发展，对集成电路的性能也提出了新的要求，只有不断创新集成电路的设计，才能提高集成电路的性能，利用电子电路仿真技术可以有效地对电子电路进行设计，并可以对复杂的集成电路性能进行分析，从而能方便的将集成电路进行压缩，从而形成芯片级的集成电路，这样不仅有利于电子产品的开发，还能增强电子产品的可靠性、安全性、稳定性及美观性，还能提高电子产品的芯片性能与工作效率，利用仿真技术对集成电路的性能、参数等分析计算，利用仿真电路的虚拟化测试，优化电子电路的设计方案，以不断的优化集成电路的性能。因此，在集成电路的开发与设计，需要灵活的运用芯片系统思想进行常开发，不断利用仿真技术对电子电路的性能进行分析计算，来验证芯片性能，分析其是否满足电子产品的要求，同时可以利用仿真模拟技术对集成电路进行不断的完善与改进，从而保障电路设计的准确性，从而不断的促进电子电路的发展。
2.2优化电子电路的设计方案
在电子电路设计的过程中，需要综合考虑电子电路器件的性能，如温度敏感性等，一旦电子元器件外界的稳定发生变化，或者环境发生改变，外界的温度就会对电子元器件产生一定的影响，从而影响整个电路的稳定性，利用仿真软件对电子电路的长时间运行状态进行模拟，及时发现电子电路运行中存在的问题，及时调整电子电路的设计方案，才能总体提高电子电路的性能，从而能够提高电子产品的稳定性，将电子电路仿真技术应用于电子应用开发中，对电路运行的每一个细节进行模拟，达到总体优化电路的设计方案。采用电子电路仿真技术可以对不同温度状态下的电路特征情况进行分析，便于为设计人员提出电路的设计方案，进而整体改善电子电路元器件的温度敏感性，打的优化电路设计的目标。
2.3提供新的电子开发方式
电子电路新技术的发展，为人们提供了更为优质的电子系列服务，在开发新的电子产品时，需要注重电子电路的创新设计，才能提高电子系列产品的开发效率，采用仿真技术可以快速的多电子电路的相关功能、参数等进行设计分析，达到优化电子电路的目的。在传统的电子应用开发工程中，由于元器件比较复杂，电路受到多种因素的影响，导致电子电路设计与开发的时间过长，技术也比较漫长，在仿真技术发展的情况下，利用模拟仿真可以对电子电路的设计进行调整，也就提供了新的电子电路开发方式，利用模拟仿真技术还可以对电子电路的环境进行模拟、实验与调试，改善了电子产品的设计效果，极大地优化了电子产品调整效果，采用电子电路仿真技术，使得电子产品的开发呈现出多元化的发展趋势，也为电子产品的开发提供新的思路。
2.4有效验证电路设计的功能
对于电子电路的开发设计只是电子产品开发的第一步，如何有效的验证电子电路的功能是否满足要求，保证电子电路功能、参数的稳定，成为电子产品开发的关键，这就需要采用仿真技术对电子电路的功能进行模拟，对电路的功能进行多重验证，以保证电子电路应用的稳定性、合理性、科学性与安全性。电子电路的设计人员可以将仿真技术的模拟分析功能与电路设计的可行性结合在一起，全面对设计的电路进行检测分析，通过模拟仿真的参数来分析电路存的误差，以及电路在运行的过程中，与实际预期不符合的情况，从而能有效的降低电路功能的误差，或者存在着不能使用的情况，真正实现对电子产品的电路设计的功能进行验证，同时在一定程度上还能提高电子产品的功能能。
2.5在电子电路的虚拟测试中的应用
电子电路的设计要能合理根据各个电器元件的功能，详细地对各个参数进行设计，才能保证电子电路的高精密性的要求，如果电路的稳定性不强，精密性不高，就会影响着电子电路的稳定性，利用仿真软件的功能，可以对电子电路的运行情况进行虚拟性的测试，从而能够对电子电路的功能、参数进行有效的设计，提高电路的稳定性。因此，在进行电子产品开发与应用时，针对电子产品应用的环境，保证电子产品在恶劣的环境中能够发挥稳定的功能，就需要设计特色的环境，对电子电路的运用进行进行分析，采用仿真技能，可以展开特殊环境在电路运行状态的模拟分析，测试电路运行的极限值，保证电路在高温、高压情况下参数、特性保持稳定，通过仿真技术的虚拟测试，及时发现电路中的问题，可以提高电子产品应用的稳定性与安全性。
3结束语
电子电路仿真技术在电子电路开发中的应用，可以快速的、有效的对电子电路的性能进行模拟测试，便于设计者能快速、准确地发现电路设计中存在的问题，提高了电子电路的设计效率，也为电子电路的稳定性、安全性等提供了基础，从而也能够有效的促进电子产品向集成化的方向发展，使得电子产品的应用能够为人们提供更优质的服务。
参考文献
[1]苏青霄.电子电路仿真技术在电子应用开发中的作用[J].企业科技与发展,2020(02):142-143.
[2]蒋昌太.电子电路仿真技术在电子应用开发中的运用[J].电子世界,2019(24):173-174.
模拟集成电路的设计篇3
mCU正集成越来越多的模拟和混合信号，有些mCu公司干脆称之为SoC。那么这是否意味着未来mCU不再是创新的中心?
SiliconLabs公司mike分析认为，2011年及以后，新一代mCU设计将提供更高级的混合信号集成技术，实现超低功耗处理、无线连接和智能感应。随着便携式和电池供电应用的增长，具有省电技术(例如片上DC-DC转换器和低压差LDo稳压器)的mCU将成为广受欢迎的解决方案。2011年，集成嵌入式无线收发器的高集成度mCU，或称为“wirelessmCU(无线mCU)”也将在应用(例如家居自动化、安全系统、智能仪表和能量收集系统)中不断增长。今后我们也将看到集成多种类型感应器(诸如电容式触摸感应器、红外线和环境光感应器，以及环境感应器)的mCU。具有成本效益、片上集成无线连接和感应能力的超低功耗、小封装mCU将在各种嵌入式应用中(例如无线感应网络)大量应用。
因此，我们认为模拟／混合信号功能将继续保持较高需求，因为最具竞争力的应用通常需要高精确度和准确度。仅有少数公司具有混合信号设计经验，从而可以在不影响性能的基础上进行单芯片集成。这些公司将继续从高难度复杂混合信号设计的迅速扩张中受益。
普芯达赵依军也认为集成更多的数模混合信号是嵌入式系统发展的必由之路，“mCU将会集成更多更复杂的模拟功能和处理模块，构成一个真正意义上的soc，它将使嵌入式系统的开发理念发生深刻的变化。”但这并不意味着mcu会脱离数字核心，相反，这一变化会促进数字部分性能的提升以满足越来越高的处理要求。目前，普芯达不仅会设计集成了模拟和混合信号的mCU，还会在以前属于纯粹模拟电路的一些应用中开发智能化的芯片。
飞思卡尔的曾劲涛指出，模拟功能将成为mCU产品的一个差异化优势。分立模拟器件在大多数情况下仍然具有性能优势。但是。随着mCU集成模拟的功能不断增强，分立模拟器件的优势正在逐渐减弱。例如：飞思卡尔Flexismm系列专门为医疗设备设计。集成高精度的16位aDc、DaC、运放等高精度模拟单元进一步降低系统成本，加快开发进程。
aDi公司称近期推出的BFS06F处理器集成了高性能DSp和高性能aD转换器，在400mHz主频的前提下，性能达到11.tbitenoB(有效位数)。
ti公司一直是积极推进mCU中增加模拟／混合信号的企业。今年1月的低成本浮点piccolomCU――tmS320F2866x，可以单独来实现pLC(电力线通信)。使低能耗电机控制与可再生能源应用的开发人员可采用单个F2806xmCU通过低成本方式执行控制环路、电力线通信(pLC)协议以及调制方案。
mCU集成模拟的利弊分析
最大的嵌入式芯片mcu企业――瑞萨电子对mCu集成模拟十分慎重，去年10月才宣布在mCU研发中增加模拟／混合信号功能。瑞萨电子的邱荣丰指出，开发模拟功能的芯片不容易，因为从工艺考虑的话，模拟功能用的技术工艺是很高的，所以整个芯片会变得很大，这样会影响到成本。
上海普芯达的赵依军也认为，集成模拟带来了开发难度。由于模拟和数字开发工作集中在同一颗芯片上，芯片和应用设计难度都有所增加。尤其是在模数双方的相互抗千扰处理上，工程师们将面临较大的挑战。
市场调查公司Gartner半导体和电子研究总监adibGhubril对mcu中集成模拟的观点也是谨慎的。adib分析道，小型化可以提高系统的可靠性(主板上的芯片数量更少)、使体积更小(从而提高可用性和灵活性)，并能使人们获得更高的收益。但是，与其具有相似功能的纯粹的数字mCU相比，混合信号mCU存在性能降低的问题，一尽管目前人们尚未弄清两者之间在系统级(即主板级)上存在何种差异。而且，相比于模拟和数字电路分别按照各自独立的技术路线图发展、数模集成会增加晶圆片级的风险：承担这些风险必须能够有利于给我们带来回报。通常，虽然我们期望Freescale以及Kenesas(瑞萨)等领军企业能够推出体积更小的器件：但是，Gartner发现许多公司缺乏必要的资金去实施此类集成路线图。
许多公司使用混合信号mCU这种术语去描述具有板上比较器(on-boardcomparators)或模数／数模转换器的芯片；虽然这一术语也许是正确的，但它还是存在一些误导，“因为在我的头脑中，混合信号技术综合了类似电压基准／调节器、传感器甚至功率放大器等东西，并最终将会包含功率放大器。”但另一方面，“特殊应用”mCU的趋势一般受到嵌入界股东的支持，同时，在芯片制造商中能够更为清晰地看到这种趋势。
分立模拟器件的机会
而分立模拟器件厂商对此的看法如何呢?intersil公司tamaraSchmitz在《电子产品世界》20lo年12期《信号链的集成与去集成》中指出：“……但你为什么要选择去集成呢?原因有很多。产品或应用可能比较新，还没到有必要投资开发一个aSSp设计的地步。其次是没有一点灵活性。万一你想升级到更高阶的滤波器，以补偿一个新的强干扰?万一你想尝试一个新的转换器配置?万一你必须快速建立一个原型产品?万一小的设计改动能让你的系统设计更加灵活，并且能容纳更多的应用和更多的客户?我个人特别喜欢的情况是：万一你希望得到更低的功耗呢?许多转换器需要1.8V电源，而许多运算放大器可能需要3.3v或5v来达到系统所需的动态范围／CmRK。分立方案的选择更多，对应用的优化也更多。许多有经验的系统设计者对电路布板和电源旁路十分精通，他们倾向于选用分立方案，这样可以保留进一步选择的便利。”
模拟集成电路的设计篇4
abstract：inrecentyears，withthegreatdevelopmentofChineseeconomy，theoriginalrailwaynetworkhasbeenunabletomeetthegrowingdemandsofpassengerandfreighttransportation.inordertoimprovetheabilityofrailwaytransportation，therailwayministryputsforwardtherailwayspeedingpassengertransportationchannelplancalled"fourverticalandfourhorizontal"andintercityrailwayspeedingpassengertransportsysteminthedevelopedareas，planstheconstructionofspecialrailwaylinesforpassengertransportabout16thousandkilometers，coallinesandspecialrailwaylinesforspeedingfreighttrafficsystemandalsowilltakealarge-scaleupgradingandreconstructiontotheexistingrailway.withtheacceleratingpaceofrailwayconstruction，thedesignershaveputforwardhigherrequirementsforrailwayconstructionspeed，precisionandtechnics，especiallywhentherailwaysignalisplayinganincreasinglyimportantroleinrailwaytransportationandtheintelligentlevelisalsoimprovedcontinuously，andsignalequipmentisalsoinconstantdevelopmentandupdates，whichmaketheexistingoldmethodsandtheoriginalinstrumentsintheprocessofconstructioncannotmeetdesignrequirementsofthenewrailwayconstructionandreconstruction.therefore，itisverynecessaryandurgenttostudytheconstructionmethodandtheconstructionequipmentinthesignalconstruction.
关键词：铁路信号；实验；联锁；施工
Keywords：railwaysignal；experiment；interlock；construction
中图分类号：U284文献标识码：a文章编号：1006-4311（2016）12-0115-03
0引言
①主要研究背景。
在信号工程施工结束后，要进行模拟联锁试验，核实室内联锁设备的逻辑关系及电路接配线的正确性，这是信号施工中重要环节。模拟试验是指用各种临时模拟条件代替室外信号设备的电气特性以及逻辑条件，并对电路接配线作必要的临时调整，达到检验电气逻辑关系正确性的目的。模拟试验仪器应能真实、准确的反映室外设备的状态，最大限度的配合试验人员检查室内联锁设备及电路配线的正确。
国内常用的信号模拟试验仪器老方法情况如下：
1）轨道电路、信号机模拟仪主要是将小扳闸固定在三合板上以模拟轨道电路的占用和空闲，而信号机主要以220V、50w白炽灯泡模拟信号灯显示，或降低信号机点灯电源，在分线仪处将信号机点灯电路去回线进行连接。所存在的问题主要是：占地面积大，连接散件太多，工作量大，不能重复使用，不美观，不能直观反映出信号机灯光显示和电路准确性，所用模拟设备只能一次使用，造成工程成本的浪费。
2）微机联锁驱动、采集试验中，驱动模拟主要是直供24V直流电源，外挂试验继电器，采集试验需单独再次试验，手续繁琐，容易出错，效率低。
3）道岔表示模拟试验中主要是将二极管直接固定在分线盘端子上，配线凌乱且试验前准备工作复杂，试验过程中二极管容易脱落，影响正常试验，另外二极管重复利用率低，增加成本。
4）三相五线道岔模拟试验在以往信号模拟试验中一直是一个空白领域，但是随着ZYJ系列、S700K电动液压转辙机在铁路上的广泛使用，面临大修的车站，为了减少投资，均采用室内大修、室外利旧的施工方案，为了保证开通时室内电路的准确性，需将室内每个相应道岔组合连接真实的电液转辙机进行试验，以确保室内外电路的正确，减少开通时间，实际应用中费工费时，效率低、成本高。
②主要研究方向。
本课题主要是对信号模拟试验中的试验仪器和方法进行了研究，在信号施工中试验占据着举足轻重的位置，信号模拟试验的准确性直接影响运输安全及是否能正点开通，为此我们对信号试验中的几个关键程序进行了研究，并成立研究课题小组对信号机及轨道模拟试验、微机联锁驱动采集模拟试验，道岔表示模拟试验，三相五线制道岔启动模拟试验四项信号试验，研制出四款相应信号专用试验仪器。同时替补信号模拟试验专用仪器在国内外信号模拟试验中的空白。
1信号模拟试验仪
1.1信号机及轨道模拟试验仪
在铁路施工中信号的模拟试验主要是利用220V、50w白炽灯泡直接接入灯丝继电器中，当信号机较多时就需要大量白炽灯泡，并需要繁琐的连线，且不能直接反映出信号机灯光颜色，每次需要核对灯光、浪费大量时间。轨道模拟盘多用小板闸固定在三合板上，按照站场形状固定小板闸，占用空间大，无法重复使用。为了提高试验效率和精度我们设计出了利用发光二极管来模拟信号机，并将信号机、轨道集成于一体的信号综合模拟试验仪。
首先：由于传统白炽灯泡不能直观反映信号机颜色显示，因此采用发光二极管不同颜色模拟信号机显示，可准确反映信号机灯位颜色。
其次：为了解决试验前模拟配线复杂繁琐，新产品应采用简单快捷的插接式配线。
最后：传统模拟信号机试验，占用空间大，重复利用率低，新产品将出站、进站、调车、区间通过信号机集成在一起，占用面积小，能直观的反映出各架信号机之间联锁关系。
信号机模拟电路原理如图1所示。
电路原理：信号机去线和回线从分线仪或者区间综合柜引入到模拟仪所对应信号机的万科端子上，发光二级管经过与电阻串联并与电容并联后，使信号机回路中电流满足DJ继电器励磁条件，当联锁条件构成后接通相应信号机去线及回线，对应的发光二级管就会工作，表示该信号开放。
轨道电路模拟电路原理如图2。
电路原理：站内轨道区段的去线从分线盘引入到试验仪所对应万科端子上，经过双向开关后所有区段共用一个回线，而区间轨道区段每一个区段一根回线。当开关闭合时表示所对应区段占用，当开关断开时表示该轨道区段空闲。
1.2微机联锁驱动、采集模拟试验仪
随着信号微机联锁技术的不断推广，一些改造站或新建站联锁计算机设备无法到位的情况，为了缩短联调联试时间，必须提前进行点对点核对试验。原有驱动模拟试验主要是对所要驱动继电器直供24V电源而采集采用外挂试验继电器通过观察试验继电器状态来确定采集信息。传统方法效率低，准确性低，容易漏项。为了提高试验效率与准确性，经过多次的试验，反复考证电阻、发光二级管的型号，并进行了破坏性拷机试验，设计了微机联锁驱动、采集模拟试验仪。
新型模拟试验仪与外配线的接口采用32位航空插头，与微机接口柜保持一致，同时可以实现单驱单采、双驱单采、双驱双采模式转换，能够对驱采电路断线、错线、混线检查，并能够对信号设备单项及整体的联锁试验。
在进行驱动、采集模拟试验时，计算机联锁单驱、单采使用时将直流24V电引入模拟试验仪接线端子，同时-24V电源引锁采集接口插头电源端子（DY24），在联锁机柜将对应的驱动采集插头插入模拟试验仪，Q1-1按钮对应航空插头Q1-1，L1-1发光管对应航空插头L1-1（以此类推），将功能转换钮子开关向上打，轻轻点击驱动按钮，被驱动继电器吸起，对应采集点发光二极管点亮。而做为计算机联锁双驱、双采使用时将直流24V电引入模拟试验仪接线端子同时+24V电源引锁驱动接口插头电源端子、-24V电源引锁采集接口插头电源端子，在联锁机柜将对应的驱动采集插头插入模拟试验仪，Q1-1按钮对应航空插头Q1-1，L1-1发光管对应航空插头L1-1（以此类推），将功能转换钮子开关向下打，轻轻点击驱动按钮，被驱动继电器吸起，对应采集点（a采、B采）发光二极管同时点亮。
驱动、采集模拟电路如图3。
电路原理：采集试验时采集电源回线长供24V负电，当所采集继电器满足采集条件时，采集电源去线产生24V正电，经过R1降压满足发光二级管发光条件时，二极管工作表明达到采集条件。驱动试验时开关闭合，驱动电源通过开关送给继电器，继电器吸起，反之继电器落下已达到驱动的目的。
1.3道岔表示模拟试验仪
信号施工中，室内设备试验条件具备，室外设备无法达到试验条件情况下进行联锁试验，需制做一个道岔表示模拟仪以反映出联锁道岔位置。传统道岔表示模拟是将两个二极管直接连接分线盘定反位端子，用以模拟道岔的定反位。当联锁道岔多时就需要使用多组二极管去模拟道岔表示，因此分线盘配线比较凌乱且准备工作时间长。为此我们经过多次试验，反复考证电阻及发光二极管的型号，设计出了新型道岔表示模拟试验仪。
新型道岔模拟试验仪将多组二极管整合在一起，利用指示灯绿黄两种颜色去分辨道岔的定反位，外接线采用34芯电缆，按照线缆标注的定、反、回连接每组道岔的定位、反位、回线端子。
道岔表示模拟电路如图4。
电路原理：当道岔定位去线和道岔表示回线有交流110V电压时，经过D2整流后，满足道岔定位、反位表示继电器励磁条件，R2和R1降压分流后满足发光二级管工作条件，D1亮绿灯表示道岔定位，D4亮黄灯，表示道岔反位。
1.4相五线制道岔模拟试验仪
随着ZYJ系列电动液压转辙机在铁路上的广泛应用，面临大修的车站，为了减少投资，均采用室内大修、室外利旧的施工方案，为了保证开通时的准确性，需采用单独使用一套电液转辙机由人工搬运逐个试验的方式实现对室、内外电路的核对。三相五线道岔模拟试验仪始终是一个空白领域，这就致使我们努力要研制一套便于携带、体积轻便、功能齐全可靠的道岔动作检查仪器，进而取代以往笨重的电液转辙机。经过多次试验，反复考证电阻、微型继电器、相序检查器的型号，并对每个微型继电器进行可靠吸起、落下试验，设计出了三相五线制道岔模拟试验仪。
三相五线制道岔启动模拟试验仪用以对室内电路、室外电缆的检查，完整模拟电机的转动过程（3-5S），并给出道岔表示（2-3S），对道岔电路断线，错线具有检测功能。
模拟实验仪能同时模拟两台电机，分为a、B两组道岔，X1、X2、X3、X4、X5用于连接室内端子并有2根连接电缆，工作电源为12V直流电源，面板设充电插孔，并配有一个电源按钮，用于连通设备的电源，当按压ZJ按钮K1或K2时，ZJ1、ZJ2未顺序点亮，说明电源电压不足，应及时充电，停止使用后应及时断开电源开关。DY1、DY2为a、B两组道岔的电源指示灯，DZ灯为定位转动灯，FZ灯为反位转动灯。
2主要创新点
研制成功四项模拟试验专用仪器，解决了联锁试验中多项难题，在国内外信号模拟试验中尚属首例。代表了国内同行业的先进水平。与以往信号模拟试验中所采用的老仪器，老方法相比较，本次四项模拟试验专用仪器具有以下特点：
①信号机及轨道模拟试验仪彻底解决了室内轨道、信号机试验时程序繁琐、工作量大、占用空间等缺点，具有美观、携带方便易于观察轨道电路、信号机联锁变化等优点。
②微机联锁驱动、采集试验仪能实现单驱单采、双驱单采、双驱双采。
③道岔表示模拟试验仪采用电路板高度集成，能同时反映多组道岔状态，使用方便。
④三相五线道岔模拟试验仪填补了ZYJ系列电动液压转辙机试验中无有效方法的空白，不仅方便施工、也大大降低了施工成本和施工风险。
3效果检查
通过对四项信号试验专用仪器在现场实际使用的效果检查显示，主要体现在人力成本和材料成本的大幅度减少：
人力成本：在原有方法中信号综合模拟试验、微机联锁驱动采集模拟试验、道岔表示模拟试验通常需要3-4人，20天左右的时间可以完成一个站场试验，缩短为只需1个人，3天左右的时间即可完成一个站场的试验任务。尤其是在道岔启动试验中表现的尤为突出，原有方法需10人左右将笨重的试验用转折机搬运至每个HZ24盒附近进行道岔启动试验，不仅人员劳动强度大，还存在巨大的安全施工风险，而且试验周期长需要20天左右时间由于使用了新型三相五线制道岔启动模拟器，只需一人即可搬动，3天时间便可单独完成每个站场的道岔启动模拟试验，在人力成本方面，这四项信号专用仪器的投入使用便可为工程节28万余元。
材料成本：在四项信号试验专用仪器投入使用之前，由于国内信号试验专用仪器的空白，在信号综合模拟试验，须根据站场场型临时用白炽灯泡和小板闸模拟信号机和轨道做一个实验板，不仅制作麻烦且无法重复利用，一次使用即可作废，而道岔表示模拟试验，需将二极管外挂在分线仪定反位端子上，因此分线仪及其凌乱且准备时间长，由于采用了新型专用信号试验仪器，不仅可以不受站场限制可重复利用，也大大节省了材料成本，总计节约2万余元。
四项信号试验专用仪器的研制成功，在京沪高铁天津西站施工使用中体现了十分可观的经济效益，仅四项仪器的投入使用就为工程节约近30余万元，如果能得到广泛的推广和普及，远期效益是非常可观的。
4结语
随着各条高速铁路和客运专线的大规模开工建设，铁路迎来了一个大发展时期，对铁路信号模拟试验专用仪器将有大量需求，也将提出更高的要求，尽管开发出了四项信号模拟试验专用仪器，但也没有得到广泛的普及，为此专用仪器的生产需走规模化、集成化，标准化配备的道路，还需要更加深入的研究，不断向纵向发展开发出更好的信号专用仪器。
参考文献：
[1]刘霄.我国铁路信号系统存在的问题及对策[J].四川建筑，2016（01）.
模拟集成电路的设计篇5
关键词：orCaDpSpice；仿真；模拟电子技术；模拟电子教学
中图分类号：tn710?34；tp302.1文献标识码：a文章编号：1004?373X（2014）01?0131?04
0引言
计算机模拟设计方法的运用使得模拟电路的设计已经发生了巨大的变化。计算机特别是高性能软件的普及，使电路模拟器得到广泛的应用。在模拟电路设计领域，要求电路设计工程师能够采用最新、最适合的模拟电子器件进行电路设计。众所周知，模拟技术所涉及的知识面更宽，要想从众多的模拟电路中挑选出最适合的器件，不仅需要有丰富的经验，更需要具备最新的模拟器件知识。一方面，模拟电子技术是电气、电子信息类和部分非电专业本科生电子技术方面的重要基础课程，应该予以充分的重视与加强；另一方面，现有实验条件的落后导致学生无法接触最新的模拟电子器件从而与现代模拟电子电路设计脱节。orCaD是世界上使用最广泛的eDa软件，它的最大特点是汇集了模拟与数字电路混合仿真等功能，其电路仿真元器件库更达到8500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块。此外，orCaD软件还可以根据模拟电子器件生产厂家给出的最新集成电路的SpiCe模型自行设计新的电路仿真元件，便于电子设计工程师跟踪最新的模拟电子器件的发展。基于这些优点，本文提出采用orCaDpSpice设计部分模拟电子技术实验，使学生不但能够从实验中了解模拟电路的基本原理，也能够掌握这种应用最广泛的模拟电路设计工具。通过与以往设计的模拟电路实验对比，可以看到采用orCaD软件进行模拟电路实验即能兼顾基础教学实验，又为学生将来成为模拟电路设计工程师奠定了必要的技术基础。
1模拟电子技术教学现状
由于模拟电子技术的教学需要一定的电路分析知识作为基础，很多新的知识点、概念、器件和分析方法被引用，增加了学习的困难。传统的教学模式受到了很大的挑战，课堂上老师要在有限的时间内讲授大量的知识点；课下同学们需要进行很多的计算，普遍反映对重要知识点掌握不深，教学效果很难令人满意。实验教学方面，问题也十分突出。实验课上，一方面，学生机械地完成实验指导书中的实验要求和测试表格，做不到对理论的理解和巩固[1?5]。另一方面，学生人数增多，实验仪器不足，导致多人共用一套仪器，最后学生掌握知识的效果欠佳。更有，受多方因素的影响，实验室设备不能及时更新，不能紧跟先进技术发展的步调，导致实验内容局限，实验教学缺乏生机，学生兴趣不高，技能达不到现代应用的要求。
因此，采取适应的教学改革，把先进的模拟电路设计技术应用到基础教学环节，帮助学生理解掌握各种元器件、电路的原理和性能并与技术进步相互适应就显得极其重要。由于理论性、实践性、应用性强的特点，先进仿真分析的引用可以使教学和实验设计更加直观、更加生动，也能够突破现有实验条件的局限，带动学生的积极性，提高其掌握知识的深度和宽度。
2模拟电子技术orCaDpSpice仿真方法的应
用探讨
orCaDpSpice具有强大的电路分析及仿真能力，这在模拟电路设计领域优势凸显。如果将orCaD引入教学环节，就可能从学生接触模拟电路时就逐步习惯于设计之初首先进行性能分析。下面以双极性结型晶体共射极放大器教学为例[6]，结合传统课堂教学，阐述模拟电子orCaDpSpice仿真技术方法的应用。
2.1传统教学
2.1.1计算直流偏压点
通过计算直流偏压点，保证晶体管在适当的放大区内工作，调整偏压点位置，使其位于放大区的中心处。直流偏压点靠5个电阻器来建立，[R2]和[R3]形成电阻分压，提供基极合适的直流电压。[R5]和[R6]提供偏压，也提供一条负反馈路径，使放大器更稳定。[R4]是负载电阻，负责将流入Q1的电流转换成电压信号后输出。
假设Q2n2222的[β]约为178，且[βac=βdc，]计算直流特性结果如下：
[Vb=Vcc×R2（R2+R3）=1.75V]
[Ve=Vb-Vbe=1.75-0.7=1.05V][ic≈ie=Ve（R5+R6）=1.12ma]
[Vc=Vcc-ic×Re=5.26V]
2.1.2计算交流特性
输入的交流信号经过电容[C1]耦合进入晶体管基极，输出的交流信号由集电极经电容[C2]耦合到负载电阻上。发射机旁路电容[C3]减少发射集电阻对放大倍数的损耗。
BJt的交流射极电阻为：
[Re=25mVie=25mV1.12ma=22.32Ω]
交流基极等效电阻：
[Rb≈βac×（Re+R5）=178×496.32=87.6kΩ]
输入等效电阻为：
[Rin=R3∥R2∥Rb=7.53kΩ]
交流集电极电阻为：
[Rc=Rc∥R1=4.27kΩ]
电压增益为：[aV=Rc（Re+R5）=8.67]
模拟集成电路的设计篇6
关键词：集成电路专业；实践技能；人才培养
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1002-0845（2012）09-0102-02
集成电路产业是关系到国家经济建设、社会发展和国家安全的新战略性产业，是国家核心竞争力的重要体现。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确将集成电路作为新一代信息技术产业的重点发展方向之一。
信息技术产业的特点决定了集成电路专业的毕业生应该具有很高的工程素质和实践能力。然而，目前很多应届毕业生实践技能较弱，走出校园后普遍还不具备直接参与集成电路设计的能力。其主要原因是一些高校对集成电路专业实践教学的重视程度不够，技能培养目标和内容不明确，导致培养学生实践技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加强集成电路专业对学生实践技能的培养具有非常重要的现实意义。
一、集成电路专业实践技能培养的目标
集成电路专业是一门多学科交叉、高技术密集的学科，工程性和实践性非常强。其人才培养的目标是培养熟悉模拟电路、数字电路、信号处理和计算机等相关基础知识，以及集成电路制造的整个工艺流程，掌握集成电路设计基本理论和基本设计方法，掌握常用集成电路设计软件工具，具有集成电路设计、验证、测试及电子系统开发能力，能够从事相关领域前沿技术工作的应用型高级技术人才。
根据集成电路专业人才的培养目标，我们明确了集成电路专业的核心专业能力为：模拟集成电路设计、数字集成电路设计、射频集成电路设计以及嵌入式系统开发四个方面。围绕这四个方面的核心能力，集成电路专业人才实践技能培养的主要目标应确定为：掌握常用集成电路设计软件工具，具备模拟集成电路设计能力、数字集成电路设计能力、射频集成电路设计能力、集成电路版图设计能力以及嵌入式系统开发能力。
二、集成电路专业实践技能培养的内容
1.电子线路应用模块。主要培养学生具有模拟电路、数字电路和信号处理等方面的应用能力。其课程主要包含模拟电路、数字电路、电路分析、模拟电路实验、数字电路实验以及电路分析实验等。
2.嵌入式系统设计模块。主要培养学生掌握嵌入式软件、嵌入式硬件、SopC和嵌入式应用领域的前沿知识，具备能够从事面向应用的嵌入式系统设计能力。其课程主要有C语言程序设计、单片机原理、单片机实训、传感器原理、传感器接口电路设计、FpGa原理与应用及SopC系统设计等。
3.集成电路制造工艺模块。主要培养学生熟悉半导体集成电路制造工艺流程，掌握集成电路制造各工序工艺原理和操作方法，具备一定的集成电路版图设计能力。其课程主要包含半导体物理、半导体材料、集成电路专业实验、集成电路工艺实验和集成电路版图设计等。
4.模拟集成电路设计模块。主要培养学生掌握CmoS模拟集成电路设计原理与设计方法，熟悉模拟集成电路设计流程，熟练使用Cadence、Synopsis、mentor等eDa工具，具备运用常用的集成电路eDa软件工具从事模拟集成电路设计的能力。其课程主要包含模拟电路、半导体物理、CmoS模拟集成电路设计、集成电路CaD设计、集成电路工艺原理、VLSi集成电路设计方法和混合集成电路设计等。此外，还包括Synopsis认证培训相关课程。
5.数字集成电路设计模块。主要培养学生掌握数字集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路eDa软件工具从事数字集成电路设计的能力。其课程主要包含数字电路、数字集成电路设计、硬件描述语言、VLSi测试技术、aSiC设计综合和时序分析等。
6.射频集成电路设计模块。主要培养学生掌握射频集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路eDa软件工具从事射频集成电路设计的能力。其课程主要包含CmoS射频集成电路设计、电磁场技术、电磁场与
天线和通讯原理等。
在实践教学内容的设置、安排上要符合认识规律，由易到难，由浅入深，充分考虑学生的理论知识基础与基本技能的训练，既要有利于启发学生的创新思维与意识，有利于培养学生创新进取的科学精神，有利于激发学生的学习兴趣，又要保证基础，注重发挥学生主观能动性，强化综合和创新。因此，在集成电路专业的实验教学安排上，应减少紧随理论课开设的验证性实验内容比例，增加综合设计型和研究创新型实验的内容，使学有余力的学生能发挥潜能，有利于因材施教。
三、集成电路专业实践技能培养的策略
1.改善实验教学条件，提高实验教学效果。学校应抓住教育部本科教学水平评估的机会，加大对实验室建设的经费投入，加大实验室软、硬件建设力度。同时加强实验室制度建设，制订修改实验教学文件，修订完善实验教学大纲，加强对实验教学的管理和指导。
2.改进实验教学方法，丰富实验教学手段。应以学生为主体，以教师为主导，积极改进实验教学方法，科学安排课程实验，合理设计实验内容，给学生充分的自由空间，引导学生独立思考应该怎样做，使实验成为可以激发学生理论联系实际的结合点，为学生创新提供条件。应注重利用多媒体技术来丰富和优化实验教学手段，如借助实验辅助教学平台，利用仿真技术，加强新技术在实验中的应用，使学生增加对实验的兴趣。
3.加强师资队伍建设，确保实验教学质量。高水平的实验师资队伍，是确保实验教学质量、培养创新人才的关键。应制定完善的有利于实验师资队伍建设的制度，对实验师资队伍的人员数量编制、年龄结构、学历结构和职称结构进行规划，从职称、待遇等方面对实验师资队伍予以倾斜，保证实验师资队伍的稳定和发展。
4.保障实习基地建设，增加就业竞争能力。开展校内外实习是提高学生实践技能的重要手段。
实习基地是学生获取科学知识、提高实践技能的重要场所，对集成电路专业人才培养起着重要作用。学校应积极联系那些具有一定实力并且在行业中有一定知名度的企业，给能够提供实习场所并愿意支持学校完成实习任务的单位挂实习基地牌匾。另外，可以把企业请进来，联合构建集成电路专业校内实践基地，把企业和高校的资源最大限度地整合起来，实现在校教育与产业需求的无缝联接。
5.重视毕业设计，全面提升学生的综合应用能力。毕业设计是集成电路专业教学中最重要的一个综合性实践教学环节。由于毕业设计工作一般都被安排在最后一个学期，此时学生面临找工作和准备考研复试的问题，毕业设计的时间和质量有时很难保证。为了进一步加强实践环节的教学，应让学生从大学四年级上半学期就开始毕业设计，因为那时学生已经完成基础课程和专业基础课程的学习，部分完成专业课程的学习，而专业课教师往往就是学生毕业设计的指导教师，在此时进行毕业设计，一方面可以和专业课学习紧密结合起来，另一方面便于指导教师加强对学生的教育和督促。
选题是毕业设计中非常关键的环节，通过选题来确定毕业设计的方向和主要内容，是做好毕业设计的基础，决定着毕业设计的效果。因此教师对毕业设计的指导应从帮助学生选好设计题目开始。集成电路专业毕业设计的选题要符合本学科研究和发展的方向，在选题过程中要注重培养学生综合分析和解决问题的能力。在毕业设计的过程中，可以让学生们适当地参与教师的科研活动，以激发其专业课学习的热情，在科研实践中发挥和巩固专业知识，提高实践能力。
6.全面考核评价，科学检验技能培养的效果。实践技能考核是检验实践培训效果的重要手段。相比理论教学的考核，实践教学的考核标准不易把握，操作困难，因此各高校普遍缺乏对实践教学的考核，影响了实践技能培养的效果。集成电路专业学生的实践技能培养贯穿于大学四年，每个培养环节都应进行科学的考核，既要加强实验教学的考核，也要加强毕业设计等环节的考核。
对实验教学考核可以分为事中考核和事后考核。事中考核是指在实验教学进行过程中进行的质量监控，教师要对学生在实验过程中的操作表现、学术态度以及参与程度等进行评价；事后考核是指实验结束后要对学生提交的实验报告进行评价。这两部分构成实验课考核成绩，并于期末计入课程总成绩。这样做使得学生对实验课的重视程度大大提高，能够有效地提高实验课效果。此外，还可将学生结合教师的科研开展实验的情况计入实验考核。
7.借助学科竞赛，培养团队协作意识和创新能力。集成电路专业的学科竞赛是通过针对基本理论知识以及解决实际问题的能力设计的、以学生为参赛主体的比赛。学科竞赛能够在紧密结合课堂教学或新技术应用的基础上，以竞赛的方式培养学生的综合能力，引导学生通过完成竞赛任务来发现问题、解决问题，并增强学生的学习兴趣及研究的主动性，培养学生的团队协作意识和创新精神。
在参加竞赛的整个过程中，学生不仅需要对学习过的若干门专业课程进行回顾，灵活运用，还要查阅资料、搜集信息，自主提出设计思想和解决问题的办法，既检验了学生的专业知识，又促使学生主动地学习，最终使学生的动手能力、自学能力、科学思维能力和创业创新能力都得到不断的提高。而教师通过考察学生在参赛过程中运用所学知识的能力，认真总结参赛经验，分析由此暴露出的相关教学环节的问题和不足，能够相应地改进教学方法与内容，有利于提高技能教学的有效性。
此外，还应鼓励学生积极申报校内的创新实验室项目和实验室开放基金项目，通过这些项目的研究可以极大地提高学生的实践动手能力和创新能力。
参考文献：
[1]袁颖，等.依托专业特色，培养创新人才[J].电子世界，2012（1）.
[2]袁颖，等.集成电路设计实践教学课程体系的研究[J].实验技术与管理，2009（6）.
[3]李山，等.以新理念完善工程应用型人才培养的创新模式[J].高教研究与实践，2011（1）.
[4]刘胜辉，等.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J].计算机教育，2008（22）.
模拟集成电路的设计篇7
关键词：故障信号；虚拟示波器；数据采集；故障信号检测
中图分类号：tn911.23?34；tp312文献标识码：a文章编号：1004?373X（2016）20?0097?04
abstract：inordertoacquirethefaultsignaldataofvirtualoscilloscope，adataacquisitionsystemforvirtualoscilloscopetodetectfaultsignalwasdesigned.thesystemismainlycomposedoftheattenuationprotectionandcontrolcircuit，signalconditioningcircuit，a/Dconversion，datacacheandsinglechipmicrocomputer.thedifferencebetweenthefullscalevalueofa/DmoduleandinputsignalisreducedthroughthesignalconditioningcircuittomaketheD/aconversionachievethedesiredaccuracy.thea/Dconversioncircuitcomposedofatmega32andaD574isusedtoconvertandacquirethedata.theproportiondampingandovervoltageprotectioncircuitaredesignedforinputendofthesystemtoavoidthechipdamagecausedbyexcessivevoltageamplitude.insoftwaredesign，thecorrelationimplementationcodeandmainprogramacquiredbya/Dareanalyzedindetail.theexperimentalresultsshowthattheproposedsystemhashighacquisitionprecision，shortacquisitiontime，andhighacquisitionperformance.
Keywords：faultsignal；virtualoscilloscope；dataacquisition；faultsignaldetection
0引言
随着计算机应用技术的快速发展，虚拟示波器因其结构简单、易于硬件集成、成本低、设备更新周期长而被广泛应用于故障信号检测中[1?2]。数据采集系统是故障信号检测虚拟示波器的关键，数据采集性能的好坏直接影响整个系统的质量[3]。因此，设计一种高效、高精度的数据采集系统已经成为相关学者研究的重点课题，受到了越来越广泛的关注[4?5]。
目前，有关故障信号检测虚拟示波器数据采集系统的研究有很多，相关研究也取得了一定的成果。文献[6]设计了一种基于虚拟仪器的数据采集系统，该系统介绍了数据采集的硬件设计及配套的软件开发，通过pCi接口对数据进行传递，使采样频率达到100mHz，用户可利用软面板设置参数，得到的数据被传输至系统内存，以波的方式在软面板上显示出来，但该系统只适用于强故障信号的采集，针对弱故障信号，其无法实现采集。文献[7]利用计算机对实际人工操作进行模拟，在保证所采集数据质量的同时，大大加强了数据的采集效率，但该系统容易受到存储空间与通信接口的影响，采集精度较低，没有达到系统的需要。文献[8]设计了一种基于FpGa的机器视觉图像采集系统，依据相关研究，建立以FpGa为主处理器的基本结构，依据系统需求，决定详细的芯片型号，通过设计的信号采集电路对数据进行采集，所提系统稳定性较高，但实时采集能力较差。
针对上述方法的弊端，设计了一种故障信号检测虚拟示波器数据采集系统，介绍了系统的总体结构。通过信号调理电路使输入信号和a/D模块满量程值之间的差异尽可能的达到最小，利用a/D转换电路对数据进行转换和采集，在系统的输入端设计了比例衰减与过压保护电路。软件设计中，详细分析了a/D采集的主程序及相关实现代码。实验结果表明，所提系统不仅采集精度高，而且所需时间短，具有很高的采集性能。
1硬件设计
1.1系统总体设计方案
本故障信号检测虚拟示波器数据采集系统的总体结构如图1所示。虚拟示波器的模拟故障信号经衰减保护控制电路后进入信号调理电路，经aD526放大后被发送至aD574进行模/数转换，将得到的结果保存至缓存芯片iDt7202中，单片机通过对缓存器进行查询判断是向其写入数据还是从中读出数据命令，从而实现数据采集。
1.2信号调理电路
为了达到理想精度的模/数转换结果，需使输入信号和a/D模块满量程值之间的差异尽量小。信号调理的主要目的是使输入信号达到a/D转换器的幅度要求，并且使输入信号的幅度增加。信号调理电路图见图2。
由图2可看出，信号调理电路主要是通过aD526和单片机atmega32实现的。aD526是由美国aD公司提供的，放大倍数完全满足系统要求，而且可以通过一组数码对其进行调控。按照要求将输入信号调整至合理的a/D转换输入区域，通过aD574转换电路完成转换，以保证低输入情况下的转换准确率，增加故障信号检测虚拟示波器数据采集系统的动态范围。
1.3a/D转换电路
a/D转换电路主要由ateml公司的aVR系列单片机atmega32和aD574组成，详细电路图如图3所示。
在a/D转换电路中，选择aD574芯片0～10V单极性输入的形式，将aD574芯片的第2引脚和地直接相连，以完成12位高精度转换，得到的结果被分成两次进行输出。将aD574的状态引脚StS和单片机pC的第3引脚相连，通过查询的形式获取转换结果。如果R/[C]C为0，则开启a/D转换器，经20μs后StS接第1引脚，则a/D转换完成，当前将R/[C]置1，也就是在虚拟示波器的数据端对数据进行读取。
1.4衰减保护控制电路
为了避免因电压幅值过大造成芯片损坏的现象出现，系统的输入端设计了比例衰减与过压保护电路，电路图如图4所示。
由图4可知，衰减保护控制电路通过单刀多掷开关确定衰减比例，将虚拟示波器采集故障信号的电压降低至±1V范围之内，从而保证芯片的正常运行，则系统可采集低于36V安全电压的故障信号了。除此之外，因为故障信号存在噪声，尖峰脉冲的瞬时电压很可能达到100V，使芯片被严重损害，所以设计了过压保护电路，通过2V的稳压管对芯片进行保护。
2软件设计
2.1a/D采集程序设计
为了达到理想的数据采集效率，将采样最小时间设置为1μs。a/D采集程序设计流程图如图5所示。
3实验结果分析
为了验证本文设计的故障信号检测虚拟示波器数据采集系统的有效性，需要进行相关的实验分析。实验将嵌入式系统作为对比进行分析。将故障信号检测发生器的信号作为输入信号，直接从软件界面上观察波形的改变情况。采用本文系统对某通道的数据进行采集。当波形显示如图6所示时，调节控制面板上的按钮，使波形的形状出现变化，以模拟故障信号，这时的波形如图7所示。
对频率是250Hz时的波形进行采集，得到的波形图如图8所示。波形的详细信息如图9所示。
分析上述过程可以看出，采用本文系统对故障信号检测虚拟示波器数据进行采集，得到的信息较为全面，验证了本文系统的有效性。分别采用本文系统和嵌入式系统对虚拟示波器数据进行采集，对两种系统的采集时间和存储时间进行比较分析，得到的结果如表1所示。
分析表1可以看出，采用本文系统对数据进行采集所需的采集时间和存储时间均优于嵌入式系统，说明本文系统的整体运行时间远远低于嵌入式系统，验证了本文系统的高效性。在上述实验的基础上，对本文系统和嵌入式系统的采集数量和采集准确率进行比较分析，得到的结果如表2所示。分析表2可以看出，和嵌入式系统相比，采用本文系统进行数据采集时，不仅采集的数据量和实际故障数据量基本相同，而且采集正确率也远远高于嵌入式系统，说明本文系统具有很高的准确性。
4结论
本文设计了一种故障信号检测虚拟示波器数据采集系统，介绍了系统的总体结构，衰减保护控制电路、信号调理电路、a/D转换、数据缓存和单片机。为了达到理想精度的模/数转换结果，通过信号调理电路使输入信号和a/D模块满量程值之间的差异尽可能的达到最小。利用ateml公司的aVR系列单片机atmega32和aD574组成的a/D转换电路对数据进行转换和采集。为了避免因电压幅值过大造成芯片损坏的现象出现，在系统的输入端设计了比例衰减与过压保护电路。软件设计中，详细分析了a/D采集的主程序及相关实现代码。实验结果表明，所提系统不仅采集精度高，而且所需时间短，具有很高的采集性能。
参考文献
[1]李军，刘凤，，等.便携式虚拟示波器的设计与实现[J].中国仪器仪表，2013（3）：58?61.
[2]吴建，王高，王明艳，等.基于高速数据采集卡DaQCard?010501的虚拟示波器设计[J].电子测试，2013（6）：30?33.
[3]刘培珍，夏湖培，姚金杰.基于Labwindows/CVi的地下震动信号检测与处理系统[J].测试科学与仪器（英文版），2015，6（1）：57?62.
[4]李正友，李天伟，王沛，等.便携式航海仪器电路虚拟检测和诊断系统[J].计算机测量与控制，2008，16（3）：301?303.
[5]陈新华，尹川，谷士鹏.基于mDC103的模拟飞控数据采集系统设计与联试故障分析[J].科技创新导报，2014（31）：81?82.
[6]马杨云，牟方锐，王章瑞.100mHz虚拟示波器数据采集卡的设计与实现[J].计算机测量与控制，2003，11（12）：983?985.
模拟集成电路的设计篇8
关键词:multisim10基本放大电路质化分析
中图分类号:tm133-4文献标识码:a文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0185-01
模拟电子技术是电子信息工程、电气工程及其自动化、计算机科学等专业的基础课程,而基本放大电路又是模拟电子技术的基础知识点,是教学的重点和难点。学生对此知识点的掌握深度,将直接影响对后续知识点和课程的学习。本文强调在电子线路的教学过程中,充分利用电子设计自动化软件,对电子线路进行仿真分析,同时强调质化教学,结合工程实际,加强学生对电路的理解,在教学过程中取得了很好的效果。下面借助电路设计仿真软件multisim10,以基本放大电路为例,以音频信号为基本信号来进行电路的分析。
1模拟电路中信号的概念
放大电路是对模拟信号进行放大的,工程中常用的模拟信号,如声音信号,测量传感器输出的代表现场的如温度、压力、密度、流量、气味、成分等各种物理量的电压或电流信号,电动执行器的输入控制量的电压或电流信号。工程中常见的模拟信号如音频信号是非正弦信号,而对基本放大电路的分析都是以正弦信号作为基本信号来分析的,所以必须强调这些非正弦信号与正弦信号的关系。利用频谱分析法,对非正弦周期信号进行傅里叶分解,可得信号的离散频谱图,而工程中的非正弦非周期信号可看作周期为无限长的周期信号,其频谱图由非正弦周期信号的离散频谱过渡到连续频谱,也就是说工程中的模拟信号如声音信号可以看作是有一系列不同幅值不同频率的正弦信号叠加而成。系统的带宽必须包括声音信号的频率范围为20Hz-2kHz,否则将会导致频率失真。
2把握基本元器件的特性
学生对基本元器件的把握是后续电路分析的基础,对于基本放大电路的核心器件双极性三极管的特性曲线和参数需重点掌握,要注重量化分析,更要注重质化分析。三极管是一个基极电流控制集电极电流的器件,在输出回路中相当于恒流源,通过对基极电流源i1进行DCSweepanalysis分析,可以看出三极管的集射电压随着的增加而近似于线性地减小。=0ua时,≈12V,截止状态；=14ua时,≈0V,饱和状态；=0～14ua时,=0～12V放大状态。
3放大电路参数的质化分析
质化分析可理解为对电路的一种形象直观的分析,比如网络框图,只是强调电路的功能和模块间的网络拓扑,没有量化分析模块的细节。教学过程中质化分析和量化分析并重。放大电路可以看作是一个二端口网络,电压放大倍数为输出端口与输入端口电压有效值之比；输入电阻相当于信号源的负载,越大可以减小信号源的输出电流,获取更大的信号电压。放大电路的输出回路相当于负载或下级放大电路的信号源,输出电阻相当于下级电路的信号源内阻。
4叠加定理在基本放大电路分析中的应用
将电路分析理论如叠加定理、戴维宁定理、回路电流法、结点电压法等,应用到基本放大电路的分析当中,可以取得更好的教学效果。比如叠加定理运用于放大电路的交直流分析,当输入信号幅度不大时,三极管可以看作一个线性元件,这样整个放大电路就可以看作是一个具有两个独立电源（信号源e和直流电源e)的线性网络,根据叠加定理,直流电源e单独作用时,信号源e置零,耦合电容开路,可得放大电路的直流通路,也就是基本放大电路的直流分析法；信号源e单独作用时,直流电源e置零,耦合电容相当于短路,将三极管线性化处理,用其微变等效模型替代,可得基本放大电路的微变等效电路,也就是基本放大电路的交流分析法。
5电路的仿真设计方法
电路设计首先需要根据电路的性能指标确定电路的形式和晶体管的型号,接着进行电路静态工作点设置和元件参数计算,最后进行电路性能指标测试、电路参数修改、再测试。电路的设计和调试可以通过万能板或面包板搭接电路,也可借助于multisim10仿真软件进行电路的设计和仿真。在放大电路中引入适当的负反馈,可改善放大电路的性能,得到设计指标要求,负反馈的引入形式和深度,需加强理论研究和实践探索。集成运算放大器在模拟电路中的应用非常广泛,集成运放具有设计调试简单、性能价格比高、灵活性大等优点,在模拟电路领域中,除超高频、大功率等特殊场合外,已普遍取代了分立元件电路。
6结语
在模拟电子线路设计课程的教学中,在进行电路量化分析的同时,加强质化分析,同时配合电路仿真分析软件multisim10进行电路的设计和仿真,取得了很好的教学效果,激发了学生对模拟电子技术学习的热情,学生的电路分析和设计能力得到了明显提高。
参考文献
[1]邱关源.电路[m].高等教育出版社,2006,3.
[2]杨素行.模拟电子技术[m].高等教育出版社，2007,9.
模拟集成电路的设计篇9
[关键词]proteus；单片机；aDC0808；maX7219；仿真
中图分类号：tn927.2文献标识码：a文章编号：1009-914X（2015）08-0282-02
1引言
目前控制系统趋于数字化设计，常以微控制器如单片机、DSp等为控制核心，进行数字化处理，而通过传感器获得的各种外部环境参数以模拟形式存在，例如：电压、电流、温度、湿度等，要对这些信号进行数字处理，须使用模数转换器将其转化为数字量后才能被微控制器识别。
本文介绍了一种基于proteus的多通道数据采集系统，系统使用at89C51单片机控制aDC0808多通道a/D转换器采集传感器提供的电压信号（用可调电阻模拟），并通过数码管进行实时显示。
2多通道数据采集系统仿真设计
proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，是一款完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台，它运行于windows操作系统，提供仿真分析用的多种模拟与数字集成电路模型，并能进行pCB设计[2]。
2.1仿真系统的总体框架
仿真系统的总体框架如图1所示。系统由数据采集模块、数据显示模块、通道切换选择模块以及控制中心组成。数据采集模块由aDC0808及电路组成，实现8通道模拟量采集转换；数据显示模块由maX7219及4位7段数码管组成，实时显示当前通道电压值；通道切换选择模块由按键组成，通过按键选择切换当前要处理的通道；控制中心是at89C51单片机，完成整个仿真系统控制。
2.2aDC0808芯片介绍
aDC0808是8位8通道逐次逼近型模数转换器，其中in0～in7是8个模拟信号输入端，其输入范围由电源和基准决定；aDDa、aDDB、aDDC为模拟通道地址选择信号，二进制000～111与in0～in7一一对应；aLe为地址锁存信号，StaRt为aD转换启动信号，其上升沿对寄存器清零，下降沿启动aD转换，在使用时aLe常与StaRt短接，用一个io控制；CLoCK为时钟信号，要求不能超过600KHz；eoC为转换结束标志，高电平有效；oe为输出使能信号，高定平有效；2-1～2-7对应转换的8位数据[1][5]。
2.3maX7219芯片介绍
maX7219是美信公司推出的3线串行共阴极数码管驱动器，一个芯片可以驱动8个7段数码管或者64发光二极管。
maX7219是标准的3线Spi串行接口，LoaD引脚是片选信号，低电平有效；Din是芯片数据线引脚，控制命令与数据由此引脚输入；CLK是芯片的时钟引脚，在每一个CLK时钟上升沿把有命令和数据组成的16位数据一位一位移入芯片寄存器；DiG0～DiG7是芯片的数据输出引脚，对应7段数码管的为选引脚；SeGa～SeGH对应7段数码管的每一段，即a～H；iSet是电流控制引脚，通过外部电阻决定电流大小；DoUt是串行数据输出引脚，方便实现多片maX7219的级联[3][4]。
3仿真系统硬件电路设计
仿真系统硬件电路设计如图2所示。
a/D转换芯片的8位数据接口与at89C51的p1口连接，模拟通道选择地址线aDDa、aDDB、aDDC分别与at89C51的p2.0、p2.1、p2.2连接，通过按键K1、K2完成通道选择切换；时钟信号连接到p2.3口，通过单片机定时器提供aDC0808时钟信号；启动信号和转换结束信号分别与p2.4、p2.5连接；电压基准Vref+连接5V，Vref-接地，这样aDC转换范围0～5V。
maX7219的片选引脚、时钟引脚以及串行数据输入引脚分别于单片机的p0.1、p0.2、p0.0相连，通过单片机模拟3线Spi时序控制maX7219实现对4位一体共阴极数码管驱动。
两个按键K1、K2分别与单片机的外部中int0与int1两连接，这样能够更快相应按键命令。
4系统软件设计
软件采用C语言编写，在KeilC上进行开发，将生成的Hex文件下载到proteus中进行调试[6]。系统软件流程图如图3所示。
通过按键K1、K2触发外部中断0、1，在中断函数中置按键标志位；主函数以查询的方式获取按键设置的通道号，启动aDC0808，采集对应通道模拟信号，并将通道号与电压值在数码管上显示。
5总结
本文借助嵌入式仿真软件proteus设计了多通道数据采集系统，用可调电阻分压产生不同电压值模拟控制系统中常见的电压、电流、温度、湿度等环境参数，使用8通道a/D转化器aDC0808进行模数转换，并将转换结果实时显示在数码管上。通过仿真清晰直观的观察的系统运行结果，为后续实际设计提供有力保障。
参考文献
[1]高荣杰.基于proteus的单片机aD转换仿真[J].计算机与现代化，2009（11）：154-155.
[2]廖振俭.基于proteus的单片机多通道数据实时采集显示系统仿真设计[J].第十届工业仪表与自动化学术会议，2009：131.
[3]杨晓玲.maX7219在管道热熔焊机中的应用[J].仪器仪表学报，2007（8）：143.
[4]maX7219User’sGuide.maXimintegratedproducts.2003.
模拟集成电路的设计篇10
【关键词】专用芯片；微波电路模块；嵌入式测试；Bit；故障注入
1.引言
当前，微波电路模块在各种电子设备中应用越来越广泛，如果没有可测性设计，这些微波电路模块在生产调试中很难通过测试确认模块中哪个集成电路出现故障，而在电子设备运行、维修保障过程中也无法实时或准确定位故障模块及故障位置，因此目前对微波电路模块嵌入式测试与测试性设计技术的研究具有重要的现实意义。
就国外来说，各种典型电子设备，测试性都是考核的重要技术指标，各种电子设备研制与生产中大量采用测试性设计技术，但能够查阅到的都是数字电路、模拟电路的测试性设计，微波电路模块测试性设计未见相关报道。
就国内来说，以前微波电路模块大部分功能结构简单，没有可测性设计，其故障也比较容易判断，但随着微波单片集成与混合集成工艺的发展，微波电路模块的功能结构越来越复杂，而这些复杂的微波电路模块到目前为止都没有可测性设计，其故障根本无法判断，这已经成为制约各种电子设备长周期运行、生产调试与维修保障的瓶颈，因此本文提出一种基于专用芯片的微波电路模块嵌入式测试设计方法，来解决微波电路测试难以接入、故障诊断困难的技术难题，进而为各种电子设备快速故障定位、故障诊断、故障隔离和故障修复提供技术支撑，从而大幅度降低使用保障费用和提高技术保障效率。
2.微波电路模块嵌入式测试设计思路
对微波电路模块进行嵌入式测试与测试性设计应遵循两个原则，首先嵌入式测试电路的可靠性要高于被测微波功能电路的可靠性，因此在进行嵌入式测试电路设计时，要充分考虑以保障其高可靠性，采用简单成熟的电路，选用尽可能少的元器件来实现需要的功能；其次嵌入式测试电路自身若发生故障不能影响微波电路模块的正常工作，因此嵌入式测试电路与微波电路模块的接口部分尽量避免使用开关，而使用耦合器等电路形式。
3.基于专用芯片的微波电路模块嵌入式测试设计
3.1硬件设计
图2中，整个微波电路模块分为黄色和绿色两个区域，黄色区域为微波部件单元，绿色区域为微波偏置背板单元。微波电路模块嵌入式测试与测试性设计主要是在黄色区域微波部件单元相应位置预埋微波嵌入式测试芯片，将微波信号转换成低频模拟信号传输到绿色区域的微波偏置背板单元中，低频模拟信号首先需要预处理成适合其后模拟测试芯片检测的信号，然后通过信号检测通道进入模拟嵌入式测试芯片，将低频模拟信号转换成数字信号，再进入嵌入式测试控制芯片中实现微波电路的故障诊断隔离定位、状态监测显示、存储上传等功能；而微波偏置背板中的供电电源与直流工作点等参数也是通过预处理、模拟测试芯片、嵌入式测试控制芯片的一系列处理，来最终实现模拟电路的故障诊断隔离定位、状态监测显示、存储上传等功能。因此微波电路模块嵌入式测试与测试性设计需要完成三个方面的设计，包括微波电路单元可测性设计、模拟电路单元可测性设计和模块嵌入式测试控制芯片设计。
微波电路单元可测性设计主要是设计电路，用以实现对微波功能电路中的某些微波信号进行降频处理，将微波信号转换成便于后续处理的低频模拟信号并将这些信号从微波部件单元中引出。具体来说，就是利用各种微波嵌入式测试芯片将微波信号转换成低频模拟信号，并利用穿心电容等方式将这些低频模拟信号传输到微波偏置背板单元做后续处理。根据嵌入式微波信号频率、功率、调制波形等不同测试项目，本文设计三种不同的小型化嵌入式测试芯片电路，并将其定制成专用芯片贴装于微波电路中进行嵌入式测试设计。
模拟电路单元可测性设计主要是设计模拟嵌入式测试芯片，用以获取或监测微波电路模块偏置背板单元中模拟功能电路的相应节点信息或状态。模拟嵌入式测试芯片将定制成模拟测试专用芯片，并根据探测节点的实际需要可以设计成不同的通道数，本文设计为32个通道，每个通道都具备三种模拟信号采集仪表功能，它们是数字化仪、数字电压表、频率计，分别实现对多通道模拟信号进行波形、幅度、频率等参数的嵌入式测试。
本文设计选用Xilinx公司Virtex-5系列FpGa来实现嵌入式测试控制芯片。该FpGa有内嵌的CpU硬核poweRpC440，具有高速的运算能力、高性能的io、灵活的配置方式等优点。CpU通过协议转换可以接收背板总线传来的上位机命令和数据信息，然后根据不同的信息决定是进行程序和数据的加载、卸载、读取或更新，还是运行三种Bit指令，或者是执行其它的动作。FpGa内部除了上面提到的各主要组成外，还定义了一些寄存器，如指令寄存器、指令译码器、状态寄存器、地址寄存器、数据寄存器等，对CpU指令进行寄存、译码或者是对外部大容量存储器等的数据进行缓存等。FpGa的电路主要有用来加载FpGa程序、存储操作系统、应用软件、功能库、数据库、表、故障记录和运行小时数的大容量存储器，以及电源和时钟等。本文先是在FpGa的基础上对相应ip核进行设计开发，待控制器调试稳定成熟后再对其进行定制成专用芯片。
3.2软件设计
3.2.1软件分层结构
其中，e-Bit软件的硬件平台采用motorola公司的powerpC440作为核心处理器。设备主要有一个128mbit的Flash存储器（m25p128），用于存放启动代码、Linux内核、用户程序等，此外还有RS232串口、Can总线接口以及JtaG接口等。
嵌入式操作系统介于硬件和应用程序之间，负责任务调度并管理实时应用程序，完成对硬件的控制和操作。嵌入式操作系统层包括引导加载程序Bootloader、定制的Linux操作系统内核以及文件系统。它是提供管理各种配置文件和执行应用程序良好运行环境的载体。
驱动程序包括定制的外设驱动程序和面向测试的测试资源驱动程序。由于在Linux中所有的设备驱动可以被静态连接和动态加载，为提高CpU的利用效率，外设驱动程序采用静态连接，测试资源驱动程序根据执行状态进行动态加载。
应用程序层包括Bit程序集和系统管理软件、内部自检软件、升级维护软件、信息查询软件与信息处理软件等。Bit程序集包括上电嵌入式测试程序、周期嵌入式测试程序、启动嵌入式测试程序。
Bit接口层主要是操作总控软件，负责与上位机进行通信，接受来自人机交互的消息命令并进行实时解析处理，按照工作流程启动各个应用程序。
3.2.2Bit测试
3.2.3软件基本流程
当微波电路模块进入正常工作状态，总控软件运行人机控制界面，进入接收发送消息命令例程。这些消息命令可以来自总控软件的人机交互界面、内部或外部通信总线上的其它软件。总控软件将实时进行消息命令解析，并进行分类处理。可能处理的任务包括设置CBit执行状态、执行启动嵌入式测试程序、执行内部自检软件、执行升级维护软件、执行信息查询软件、执行系统管理软件与信息处理软件等。当总控软件执行这些子模块软件时，将不对这些软件的执行状态进行跟踪。
总控软件在执行空闲时将周期性执行CBit软件。并且CBit的执行状态包括是否执行，执行间隔等可以被实时更改。
4.基于专用芯片的微波电路模块嵌入式测试验证
本文验证对象选择了复杂程度最高、技术难度最大、号称微波仪器之王的矢量网络分析仪中数字信号处理模块与倍频稳幅放大模块，通过在两种电路模块上电装本文开发的系列嵌入式测试专用芯片，结合新开发的软件平台以及应用该平台开发的测试诊断程序，比较全面系统地验证了加电Bit、周期Bit、启动Bit三种工作模式下测试信息获取、测试信息传输、测试信息融合诊断以及诊断结果显示等技术难题。
通过试验验证及测试结果分析，在矢量网络分析仪中微波电路模块嵌入式测试演示验证效果非常好，通过验证测试界面能够直观地观测到各个测试节点实时的运行状态，如果有故障可以实现声光报警，所显示采集的电压等数据与现场实测的数据完全一致，直接证明了本文研制的系列嵌入式测试芯片达到了原定的性能指标要求，并且不影响原有电路板功能性能，稳定性良好，此外，通过嵌入式测试软件平台还可以对测试结果进行数据查询、数据浏览、趋势图分析等如图8所示，从而进一步分析测试信息，帮助得到诊断结果，直接证明了本文通过专用芯片对微波电路模块进行嵌入式测试设计的可行性。
5.小结
本文研制的系列嵌入式测试专用芯片具有体积小、重量轻、功耗低等特点，不但能大大减小电子设备功能电路板上嵌入式测试电路所占用空间，而且大幅度提高了微波电路模块嵌入式测试电路本身的稳定性，解决了微波电路模块测试难以接入、故障诊断困难的技术难题。
参考文献
[1]张优云，谢友柏.状态监测故障诊断与现代设计技术[J].中国机械工程，1997，5：101-103.
[2]曾天翔.电子设备测试性及诊断技术[m].北京：航空工业出版社，1996，12.
[3]甘茂治，吴真真等.维修性设计和验证（可靠性・维修性・保障性丛书4）[m].北京：国防工业出版社，1995，8.
[4]蔡小斌.综合测试技术的发展及其应用[J].测控技术，1998，18（9）：1-2.