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1医疗健康领域的需求现状
在医疗健康领域,关注的热点正在渐渐从最基本的疾病产业向保健产业转变。这二者都是以健康服务为最终目的,但是前者主要是有针对性的“对症下药”,而后者则更倾向于为一般消费者提供更全面的保健解决方案。
美国著名经济学家保罗・皮尔泽(Paul Zane Pilzer)曾是花旗银行最年轻的副总裁并出任布什、克林顿两任总统的经济顾问,在他的《财富第五波》一书中指出:二十一世纪人类面临严重饮食失衡,却人人希望更健康、抗老化,预防胜于治疗,从而开启保健产业的兆亿商机。这是继第四波网络革命后的明星产业,相比疾病产业的被动性,保健事业是主动积极的产业。
世界卫生组织(WHO)在2008年10月公开的一份档案中提到:人口老龄化助长癌症和心脏病病例上升;心血管疾病是全世界主要的死亡原因,听力丧失、视力问题和精神障碍是最常见的残疾原因。
庞大的老龄化群体和慢性疾病患者等群体的现状(换言之,是社会需求和市场需求的现状)使得疾病产业、保健产业中亟需发展应用新的技术和产品。
2.1 世界人口老龄化,对医疗护理产品提出了更高的要求。
随着医疗水平的提高,世界平均人口寿命增加,世界和中国都面临着人口结构老龄化的问题。如根据联合国经济社会部的研究数据(如图 1),到2050年世界60岁以上的老年人将达20亿,约占世界总人口的1/3,其中有79%生活在发展中国家;而中国国家人口发展战略研究报告也指出,我国在2007年老龄人口为1.43亿,占人口比重的11%,但是在2040年左右,这个数字将达到4.3亿,占全国人口的30%。这些数字意味着届时每4个人中将有1~2名老年人,同时也表明针对老年人护理的配套设施将会有很大需求。
近几年来,中国社会老龄化趋势日益明显,也引起了各有关方面的关注。“人口老龄化将伴随21世纪始终”。我国现在虽然还处于劳动力黄金时期,但60岁以上人口超过14%,65岁以上人口超过10%,按照国际社会标准,已经跨进了老龄化社会的门槛。老龄化问题将从多方面给中国社会带来巨大压力和挑战,同时也会带来新的机遇,其中最大的机遇就是老年人群消费所带来的“银发产业”发展。
我国老龄化的趋势及特点如下:
(1)老龄化速度快于全国总人口增长速度;
(2)我国老龄化速度快于世界老龄化速度;
(3)我国老龄化速度快于经济发展速度,呈现了“未富先老”的特征;
(4)经济发达地区率先进入老龄化;
(5)老年人生活质量有所提高;
在目前我国经济发展水平尚处于世界中下水平时,老龄化程度却己进入了发达国家的行列。老龄化的加速对经济社会都将产生巨大的压力。
老人占全球人口的比例越来越高,这助长了与年龄有关的慢性病增加,在发展中国家尤其如此。在世界各地,护理人员、卫生系统乃至整个社会均需作好准备,应付老人持续增长的需求。
1.2疾病特别是慢性病的威胁和困扰日益扩大化,以及家用保健产品需求的加强,对医疗保健产品的便携程度提出了更高的要求。
随着社会的发展和人们生活水平的提高,对一些多发性的慢性疾病、残疾障碍、以及神经功能失调疾病的治疗需求越来越迫切。
心血管疾病是全世界主要的死亡原因,主要是心脏和血管疾病,可造成心脏病和中风。通过健康饮食、经常性身体活动和避免使用烟草,可预防80%以上的心脏病和中风,而为了进一步减少威胁,这些病往往还需要长期的、经常性的检查和治疗。
最常见的残疾原因中如听力丧失、视力问题和精神障碍等,其中许多障碍是容易通过电刺激设备进行辅助治疗的(例如听力丧失和白内障)。这些疾患的总体罹患率较高,需要改善获得治疗的机会和方法,改善患者的生活质量,使人们过上有意义的生活。
另外,神经功能失调是一大类神经系统疾病,高发病率而且重症的帕金森病等运动障碍疾病、癫痫、顽固性疼痛等,导致病人明显残障,造成巨大的经济和社会负担。传统上,神经功能失调疾病的治疗有药物方法和外科手术毁损方法。但是长期服用药物副作用多且难以避免,而由于脑和神经的复杂性和人类认识的局限性,不可逆的手术毁损具有不可预知的恶性后果。
进入21世纪后,随着生活质量的提高,人们健康意识也普遍增强。特别是在医院内“一次性治愈”目标很难实现的阶段下,新的产业应运而生:除了医院的医生诊断,可家用的医疗及保健电子设备的需求明显,如疾病预防和协助诊断、慢性病的长期监测及治疗、特别是老年人护理等。另外,包括慢性疾病的监测和控制、治疗在内,医疗保健需要同时实现在临床上的诊断准确性和日常家用的普及性,以及建立以预防和早期诊断为导向的健康观念。比如对于盲人、癫痫症、糖尿病等患者,传统医疗护理手段所带来的长期的临床生活是社会和病人都无法承担的,而离开了医院又会造成生活质量的下降。于是医疗电子终端产品的普遍发展趋势将主要是便携式、穿戴式,某些特殊方面还向植入式发展,以实现“随时随地”的动态、连续的检测和初步诊断。可以预见在不远的将来,这些便携、可穿戴或植入式的医疗及保健电子设备将给人类的生活提供极大便利,产生重大的影响。
1.3 世界医用市场需求的迅猛发展,将成为半导体市场的重要推动力。
在世界范围内,医疗电子市场连续25年增长,很有可能成为未来(半导体市场的)主要驱动。全球医疗保健费用每年5万亿美元,而中国的医疗保健则消耗了GDP的5%,平均每年增加38%。特别是从全球医用半导体行业的收入来看,医用半导体行业的几个主要的部分预计在未来的5年内年均复合增长率(CAGR)在10%附近。
而另一份来自Databeans (Sept. 2008)的数据则预计在未来5年医用集成电路市场的年增长率将高达14%,甚至高于消费类集成电路(11%)和计算机集成电路(9%)的增长。可以看出,在21世纪医用集成电路的重大革新将会像上世纪80年代的电子计算机、90年代的移动通信一样,成为影响全球半导体市场的主要推动力。
世界范围内的医疗电子市场同时会带动我国的医疗电子产业。比如现阶段我国的“银发产业”刚刚起步,根据中国国家老龄委提供的数据,目前中国老年人用品市场的需求量为4000亿元,到2010年将达到10万亿元,而现阶段全国为老年人提供的产品不足10%,离市场需求差距巨大。而且随着中国经济社会的持续发展,各方面因素将为“银发产业”蓬勃发展提供更加强大的动力。在推动经济增长的同时,老年人生活质量能够提高、身心健康得到保障,借助产业发展也可以缓解老龄化问题给社会带来的压力。
2我国医疗电子产业面临的机遇
医疗电子产业的涵盖领域非常广,包括超声波成像、计算机断层扫描等应用电子设备,以及电子血压计、血糖仪等消费类终端产品都属于医疗电子领域。在我国的电子信息产业中,医疗电子产业是很重要的一环,是最贴近民生的电子信息产业细分行业之一。随着2009年4月份《电子信息产业调整和振兴规划》的出台以及国家新医改方案的公布,尤其是8500亿元医改的投入,我国医疗电子产业无疑面临着广阔的发展空间,这对我国的医疗电子产业将带来积极的影响。而且政策别还强调了要加强在医疗电子产业领域自主创新能力的建设,这无疑为我国医疗电子产业带来了很好的发展机遇。另外,医疗设备行业的高速增长也将刺激医疗电子市场的需求:据预测,当前我国医疗电子市场规模为250多亿元,同比增速在16%以上,超过了全球市场的增长率。
为了更好的应对这个难得的发展机遇,要在如下两个方面有所建树:一方面是在医疗信息系统领域。这一领域迫切需要提高远程医疗水平,以及其所依赖的信息传输和管理技术。另一方面是在医疗电子领域。这两个方面的要求,需要在技术上关注网络标准与便携技术的走势:第一是网络互联操作标准。几年前一些著名国际企业包括思科、IBM、英特尔、三星电子等就成立了“持续健康联盟”产业组织,以进行标准选择、互用性指南的编写等工作。ADI亚太区医疗事业部也认识到“为了适应医疗体系的网络化建设,从长远发展来看互联的数据平台变得非常重要”。第二是便携医疗产品与技术。随着人们健康意识、健康需求及相应支付能力的不断提高,以预防为主和早诊治的指导思想,以及医疗电子随着集成电路技术的发展不断涌现出小型化、集成化、网络化、数字化、智能化的趋势,这些都将成为便携医疗电子快速增长的催化剂。在便携医疗产品中,电子血压计、便携血糖仪、电子助听器等便携式设备占到家用便携医疗产品市场的90%,而便携式多参数监护仪、便携式超声诊断仪、便携式胎儿监测仪、便携式心电图仪位居我国医用便携设备市场前列。此外,基层医疗机构所需的低成本、高可靠性、操作简单的X光机、超声诊断仪、核磁共振设备和计算机断层扫描设备的市场容量也将大幅提升。而这些产品所涉及的智能化、小型化、低功耗、高分辨率的技术都备受关注。
3集成电路技术应用的概要介绍
集成电路技术在医疗电子领域内的应用非常广阔且多样化,大致可分为下述四种不同的应用类型:
(1)医学影像――这一类型包括超声波、计算机化的X射线断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)、X射线、正电子发射断层显像等;
(2)医疗仪器――主要是实验室配套电子设备、透析机、分析仪器、外科手术设备、牙科设备等;
(3)消费型医疗设备――偏重于患者(可家用,非临床)使用的终端设备,包括数字体温计、血糖计、血压计、胰岛素泵、心率计、辅助听力(数字助听)等;
(4)诊断、患者监护与治疗设备――协助医生判断的(主要是临床使用)相应设备,都包括心电图、脑电图、血氧计、血压计、温度计、呼吸计、除颤器、植入设备等;
这四种类型基本涵盖了医疗电子领域的各种应用。其中后两类,特别是消费型医疗设备尤其需要通过先进的集成电路技术来达到智能化、小型化、低功耗、高分辨率等目标。
小型化、低功耗:通过这些便携、可穿戴、或是植入式的设备,才可以实现人体相关体征信号的动态采集和连续监测,在必要时还可以达到24x7的工作要求;
智能化、低成本:可医院用、家庭用、其他非医院环境用,并通过网络接入等技术实现远程医疗,从而更合理地配置医疗资源,提供更高水平的医疗服务,同时减缓医院就诊压力。还可普及供大范围内的人群使用:如病人用来治疗、健康人用来预防,或老年人用于辅助护理、年轻人用于锻炼健身,可提供早诊治的信息,对人体最小干预(无创/微创),等等。
世界上集成电路领域最权威的会议――国际固态电路会议(ISSCC)的技术专题委员会,围绕以上四种类型的医疗电子应用中日益凸显的关键技术问题,在2009年预测了在未来医疗电子应用领域中集成电路技术的研究热点:
(1)人工辅助听觉、视觉、无线肌肉刺激、神经刺激:这类研究重点在于需要对人体安全无危害,包括和人体组织的电极接触界面、泄漏电流检测、过热断电等。同时还对系统的可靠性、外壳包装、集成度和工作寿命等方面有要求;
(2)传感量:生物分子检测(如DNA等),神经感知、集成核磁共振等;
(3)超小型:遥控或远程诊断;
(4)自适应控制:场景分析、管理方法等;
(5)无线测量技术中的瓶颈:数据流压缩、拓宽频道等;
(6)带有马达和姿态控制的智能内窥镜胶囊;
(7)pH值的测量阵列(离子敏感的场效应管,ISFET);
(8)其他系统级需求。
在这些预测的研究热点中,既有针对某一种具体应用提出了更进一步的功能研究(如用于肠胃内窥镜中的马达和姿态控制),也有对从应用中提炼出的共性关键技术(如对于无线通信技术方面的瓶颈分析),还有对于生物医疗与集成电路的交叉学科发展趋势(如需要更完善的知识结构和传感技术完成生物分析检测等)。
从技术实现的角度来看,上述医疗应用中有关的信息工程在医疗电子领域面临的根本性问题可分为四个主要方面:
(1)数据采集:电子电路需要通过传感器来感知物理世界。在实际世界中的各种物理量需要首先转换成为电信号,之后才能够由集成电路进行处理。采用适合类型的传感器对适合的物理量进行采集,以及对传感器的接口进行完善的交互控制就显得尤为重要;
(2)数据处理:将外界物理量信息提取成电信号后,还需要做初步的信号调理和采样、变换、滤波等预处理操作,并将原始数据进行存储或是根据一定的算法做分析计算;
(3)数据传输:经过处理的数据还需要进行传递,通过由集总的控制设备进行数据融合后才能够判断。可分为基带通信和射频通信,前者大部分是电信号有线连接或是通过人体组织等导电介质,后者主要是用无线电磁波通过空气等介质;
(4)能量供应:对于一般的医疗电子设备而言,体积微型化和延长工作寿命是矛盾的,因为电源的体积往往与其可提供的能量大小成比例。这样就需要在进行低功耗、低能耗设计研究的同时,开发出新的能量供应方式如能量恢复、光电池效应、压电效应等,保证医疗设备(特别是便携式、植入式)的续航能力。
接下来以几个具体的研究课题项目为基础,针对不同的应用例做更深入的分析,来介绍一下目前国内在如下两个研究方向上取得的一些进展:
1)对较为基本的物理量如温度、脉搏等,待处理的数据量比较少,硬件系统的工作流程也非常类似,可以考虑采用一种具有共性的硬件结构进行实现。同时这些有共性的硬件系统还可以通过一种通信协议组成网络,实现人体区域的传感器网络。
2)在另一些特殊的应用中如人工辅助的听觉、视觉,以及智能内窥镜胶囊等,由于原始数据是语音和图像,过程中会涉及到傅里叶变换、数据压缩等更为复杂的算法,数据运算量相对于简单的生命体征信号要大得多,成为制约低功耗的瓶颈之一。
4实例
4.1 用于体征监测的传感器网络
无线人体区域传感器网络(Wireless Body Area Sensor Networks, WBASN)是一种能够满足前述应用要求的“通用”解决方案。它是进行人体生命要素信息采集与控制的小区域传感器网络,一般主要用于特定人群/人体的长时间健康状况监测、身体健康指标分析等。最典型的应用例为糖尿病患者、癫痫症患者、神经紊乱或衰弱患者,以及慢性心脏病患者等。通过这种网络内的可定制监测,人们可以根据实际需要对身体的一个或多个相关数据指标做连续采集监测,并通过良好人机交互界面进行控制。
1)WBASN的结构
WBASN通常由近人体区域的传感子节点和基站主节点组成。近人体区域包括体表测量、体内测量、探针测量和体检测量等。完成这些测量的传感子节点中包括前端的传感器件/能量转换器件,目标是由对有关健康状况的数据进行测量、处理和交换。基站主节点随时接受区域中每个传感节点的数据,并控制和调配这些传感节点的采集状态、休眠方案等,需要有能力做较大量的数据处理、累计、判断及交换。所测量的数据信息也都是与人体密切相关的,如心电、心率、血压、心音、肺音、血氧、呼吸、温度、加速度等。不同种类的数据采集需要不同的传感器件(能量转化器件,简称换能器),如单导电极、热敏电阻、惠斯通电桥、电流式传感器和3轴加速度计等。所有传感子节点的数据信息通过基站主节点进行统一的融合处理和分析判断,实现WBASN的基本功能。
图 3示出了简要的WBASN结构示意图。整个网络的基本功能是由传感子节点(位于体表或体内的粘附或植入式装置)完成的,如采集血压、温度等信息。这些信息由主节点(体外的便携装置,如PDA等)统一接收后进行数据融合,完成初步判断和处理,还可以给出信息的实时反馈、超限数据的安全警告等。另外,主节点还可以作为“网关”接入到因特网、GPRS等广域网络中,将本地的数据上传到远程服务器供医生远程诊断,实现远程医疗等。如果主节点初步判断后认为需要完成进一步的操作,会再次采集相关信息、给出警告信息或进行干预操作――给药、电刺激等,以实现慢性病护理或及时诊治。虽然这一网络的研究目前还处于实验室为主的原型验证,但是在一些应用中还是会或多或少的发现WBASN的影子:如前不久的“神七”宇航服中就实现了压力、心率、呼吸等传感器,采集的数据统一上传到宇航员之外的接收设备上,然后再发回地面指挥中心进行分析。
2)WBASN的子节点系统结构框图
一个典型的子节点系统结构框图如图 4,包括了传感器和电刺激驱动模块、模数转换器、微控制器MCU、数据流的预处理(协处理)单元、存储器和射频(RF)收发机,其中MCU与传感器模块之间还可以实现可配置的多标准数据接口、电源可视情况采用电池或无线供能方式等等。各模块连接后即可实现相应功能的子节点系统。若将图 4所示的结构进行高集成度的电路实现,就是片上系统(SoC)平台芯片。一种较为简单的平台芯片实现中不含有传感器模块和RF收发机(但包含对应的接口),通过外接(1)不同类型、不同功能的传感器件前端和(2)相同类型的射频收发芯片后,就可以完成相应种类数据信息的采集,进行一些预处理,然后与主节点建立通信并传输数据、接收配置等。还有一种集成度较高的SoC平台芯片中会带有片上RF模块,这样每个子节点系统就只需外接一个传感器芯片即可完成采集、组网等功能。SoC平台的作用是在功能异构的WBASN各个子节点应用中作为一个基础的“通用的”平台。
3)WBASN的子节点系统的设计重点
上述分析表明WBASN的近人体子节点系统的整体设计实现中,应该以超低功耗和高度集成的(SoC)设计为重点。于是就要综合系统的各方面需求,整合设计并实现出核心的数字微控制单元和电源管理单元,以便在达到功能上的灵活性、完备性的同时,实现系统的极低功耗。这些数字系统设计中的关键技术包括几个方面:(1)在各个功能相异的节点休眠间隔不等的情况下进行接入;(2)医疗用途的紧急情况下“给药”或“电刺激”的实时控制实现;(3)星型网络中单跳的组网方式对指令集的优化;(4)无线方式的节点功能更替;(5)兼容多标准的传感器器件接口;(6)电路级的低功耗技术如门控、多电压、异步电路设计等。在我们的研究中,综合考虑了上述方面进行了设计优化。这样还会带来很多其他的好处,如设计成本低、系统扩充性好、针对WBASN应用开发的软件/硬件效率高,等等。
下面针对上述子节点系统设计的几个关键技术进行具体说明:
第一,在低功耗方面,通过对具体实例的分析发现,“工作状态”和“空闲状态”的功耗一般相差20倍甚至更多,所以工作状态下的低功耗优化是首要任务。目前的绝大多数SoC实现方案基本上都是采用各种措施将工作时低功耗达到更低的指标。但是对于WBASN的具体应用而言,子节点通常都会处于非常低的工作占空比,也就是说在整个子节点寿命内的绝大多数时间里,子节点是在空闲状态的。如体温测量可以每1分钟测量一次,每次测量只需要几个毫秒;心率测量也只需要每100毫秒测量几个毫秒,等等。这样,子节点的总能量消耗往往更多浪费在空闲时的状态上。所以对于WBASN的优化需要从工作时功耗和休眠时功耗协同考虑完成,目标是提高电池的能量使用效率。
第二,子节点的实时控制。在许多研究中广泛采用了实时性操作系统(如TinyOS),其实只保证了子节点在工作状态下处理器处理各个任务的实时性。还需要子节点保证网络行为的“实时性”:如用于闭环施放药物的子节点系统,在接到主节点发来的“给药”指令之后应该以最短的反应时间给出操作。这就与低功耗的指标相矛盾:为了更快的反应速度,应该在空闲时采用“侦听”方案或者休眠间隔很短的方案――这样同时增大了空闲时功耗;反之,为了避免该给药子节点的电池能量大都浪费在空闲时状态,应该采用空闲时休眠的方案,并且该加大休眠间隔――这样在主节点开始发送唤醒要求(大多数这种时候都是紧急情况)之后还要等到子节点的下次定时唤醒才能够给出响应,最坏情况下的反应速度为子节点的定时唤醒周期。所以目前这一问题的解决方案就是空闲休眠间隔、侦听时间的折中选取。以具体数据进行分析:在“国内外研究动态”中的ADICOL项目中,胰岛素施放操作的闭环控制是每3分钟定时唤醒工作一次,以保证最坏情况下的给药控制延迟不超过3分钟。而保守情况下(按每天需施放胰岛素10次估计推算)都至少有97%的唤醒是不需要做给药的,这样就浪费了子节点大量的电池能量,降低了有效用能量的使用效率。
第三是功能的灵活性。由于每个子节点系统的RF模块和通讯协议都没有差别,所以通常的设计都主要考虑传感器接口模块的灵活可配置等等。很多现有的传感器件或芯片接口大致分为两种:模拟量(需要SoC提供ADC进行转换)和数字量(传感器自带ADC,仅需要满足相应时序)。已有的相关研究大多是基于这两类接口进行展开的。但是在不同功能的子节点系统内,除了传感器件前端需要采集的物理量类型和接口不一样之外,其软件程序在操作顺序、运算复杂度、处理方法等方面都有区别,SoC本身的软件部分就需要根据具体子节点的功能进行调整。如果在每个子节点设备封装前预先写好软件算法,还需要专门的“烧写”设备。我们的研究中采用一种可由主节点远程配置子节点软件的协议,就可以在满足“软件灵活性”要求的同时不引入其他设备。
4)总结
如前述,WBASN的优化重点在于子节点系统, 而子节点系统的核心是SoC平台。为了保证子节点SoC平台的超低功耗、高集成度、灵活性、高效率、可靠性等,需要SoC平台中的数字系统有完善的功能和异常处理能力、优化的结构、良好的可靠性和能量管理等。
系统内各个传感器设备(或称网络内“近人体节点”)的主要指标可以归结为:系统集成度,小型化/微型化,低功耗电路设计,无线遥感链路和信号处理算法等。除此之外,其他一些指标如服务质量、安全性、多传感器数据融合和诊断支持等也都是世界上相关领域内各研究组正在研究的课题。
4.2 带有植入式处理器的电刺激器
电刺激治疗方法是当今临床和日常的物理康复最常用的、重要的治疗手段之一,在心脏起搏器、人工听觉、人工视觉、脑电刺激等许多领域中有着非常重要的作用。该方法通过将一定量的电流通过特制电极施加到人体组织,实现促进恢复正常的神经传导和调节功能等治疗作用,不仅可起到镇痛、消肿、消炎、脱敏、缓解肌肉痉挛等功效,有时甚至还可以修复、替代某些受损的人体组织和器官。一般的电脉冲刺激时采用无极性微分型指数波形,由电荷相等的正负脉冲波构成,负指数脉冲起神经纤维去极化作用,正脉冲起电荷平衡的作用,可避免组织损伤。集成电路技术,特别是植入式的处理器控制应用在电刺激器中,可以完成复杂的信号处理,同时极大的保证操作的可靠性和无侵害性。
心脏起搏器是最早的医用电刺激仪器之一,它发放电脉冲,通过与心内膜相接触的电极导线,刺激心脏使之激动收缩,以模拟心脏的冲动发生和传导等电生理功能,起到治疗由于某些心律失常所致的心脏功能障碍。心脏起搏器的结构包括脉冲发生器(pulse generator)和电极-导线(lead)两大系统。脉冲发生器由电池、释放与调节电脉冲的电路和外壳构成。脉冲发生器控制起搏节律,犹如整个系统的“大脑”。现在的脉冲发生器是非常小的,一种典型的尺寸为5cm x 5cm x 6mm,重量在30克左右。
在正常的听觉系统中,声音的机械震动通过外耳和中耳之后,会在耳蜗的各处与基底膜发生共振。基底膜的振动带动毛细胞纤毛的振动,产生毛细胞的感受器电位,进而产生听神经的动作电位发放。脑的中枢听觉系统能够根据听神经中不同神经纤维的发放情况判断基底膜的振动情况,进而推断声音的频率成分。在一些患有感觉神经性耳聋的病人内,毛细胞由于多种因素如遗传、疾病等而遭到损伤或者数量减少,无法正常地驱动听神经。而人工耳蜗的基本工作原理就是绕过毛细胞这一环节,直接对听神经进行电刺激。于是这种电刺激的效果就好像是听神经被声音通过正常的基底膜和毛细胞驱动一样。
人工耳蜗只是一种听觉假体,并不能“治愈”耳聋或其他听觉障碍。人工耳蜗的工作是基于耳蜗的不同部分与不同声音频率之间一种规则的对应关系(频率拓扑性质)。一般需要使用更加复杂的处理方法以避免造成组织、电极损伤等一些不良影响。
视觉假体技术也属于功能电刺激的一种。大多数盲人的视觉通路中往往只有一部分发生病变,而其余部分神经组织的结构和功能尚完好。于是就能够对视觉通路的完好部位施加特定的人工电刺激,来兴奋神经细胞以模拟自然光刺激的效果,使盲人产生视觉感受。
视觉假体的工作原理与人工耳蜗相似。视觉假体系统包括一个位于病人体外的视频采集设备(如小型摄像机),视频处理模块,电刺激编码模块和植入到视觉通路特定部位的多电极阵列。由视频采集设备采集到的实时视频图像经过处理,转化为驱动多电极阵列的信号。多电极阵列对视觉神经组织施加一定幅度、波形和频率的电流刺激,兴奋视觉神经元,从而使病人产生视觉感受。
人工视觉刺激器主要包括视网膜刺激器、视皮层刺激器和视神经刺激器。其中视网膜刺激器发展最快。视网膜刺激器是在视网膜下或视网膜表面植入不同微电极,使外界光线转换成电流,通过微电极刺激并激活视网膜神经细胞及其网络,而产生光感。这种装置可使失明或接近失明的眼重新获得部分有用视力。其优点是可以产生较准确的视觉感知,而且所需电流强度较小,玻璃体有利于热量的散发,以及可直接观察到植入刺激器及植入后的反应。至今已有较多实验表明视网膜前或膜下芯片植入方法可行,有较好的生物相容性及长期稳定性,达到预期效果。
目前全世界范围内已经接受植入的病人较之佩戴人工耳蜗的病人要少得多。而且目前美国食品药品监督局(FDA)也尚未批准任何类型的视觉假体的临床应用。
下面以人工听觉的具体系统为例,详细介绍一下带有植入式处理器的电刺激器:
带植入式处理器的双模人工耳蜗系统
人工耳蜗就是通过电刺激末梢神经系统的方式来修复听觉的一种医疗电子装置。它把外部的声音转换为听神经需要的电刺激,将这种刺激通过植入电极刺激听觉神经,帮助传感性耳聋患者恢复(人工制造出)听觉。它是迄今为止治疗极重度耳聋唯一有效的方法,也是唯一被商品化的感官神经修复技术。目前各种人工耳蜗产品在设计上细节不尽相同,但它们的基本硬件构成和工作原理却是一样的。
1)人工耳蜗的硬件构成
人工耳蜗的基本硬件构成如图 6所示,主要分为体外和体内两个部分,其工作原理和流程如下:
(1)体外的麦克风首先把采集到的机械声音信号转换成模拟电信号;
(2)模拟电信号经过模数转换器转换成数字电信号;
(3)数字信号处理器(DSP)对数字声音信号进行分析并决定如何驱动埋植于耳蜗内的电极去刺激听神经,形成刺激指令序列;
(4)刺激指令序列经过调制后以无线电波的方式发送给体内部分;
(5)体内的解调器从无线电波中获取体内电路工作所需的能量,并对刺激指令序列进行解析;
(6)体内的刺激器对解调出来的指令序列进行译码,然后根据指令要求在电极上产生相应的电流,刺激听神经产生听觉。
2)新型全植入系统的应用
在当前植入式电池不足以支撑数字式全植入人工耳蜗系统,而模拟式全植入系统又存在着诸多缺陷的情况下,新型全植入系统的设计思路除了继续降低数字系统本身的功耗外,还可以在结构上进行调整,降低系统对电池的使用量。基于这些考虑,我们提出了带植入式处理器的可双模工作的新型人工耳蜗系统,如图 7所示。
该系统在体内集成了一套完整的语音信号采集、处理电路,以及与体外的无线接口,同时配有植入式电池。所谓“双模”,是指该系统既可以工作在不带任何外部辅助装置的体内单机模式下,如图 7(b)所示,也可以工作于体外语音信号采集电路与体内处理电路协同的联机模式下,如图 7(c)所示。从技术可行性的角度上讲,联机模式下的系统在当前的电路技术条件下是可以实现的,而单机模式则受制于电池容量和安全性等非电路因素。
这种系统的意义在于,通过两种模式的交替使用可以很大程度上减少对植入式电池的使用量。而且该系统包含了一个完整的全植入数字式子系统,对该系统的研究可以涵盖下一代全植入式系统的关键技术难点。也就是说,该系统的很多关键技术将可以直接应用到下一代全植入系统当中。实际上,在植入式电池的容量和安全方面的性能提升到一定程度之后,这个系统可以自然而然地转换成一个全植入式系统。
3)植入式数字信号处理器的低功耗设计
在双模系统中,最大的技术难题就在于植入式数字信号处理器(DSP)的设计(图 8),因为它几乎是整个系统里功耗最大的部件。传统人工耳蜗中的DSP 处在体外,对功耗的要求还可以宽松一些,毕竟体外的电池可以随便更换。而在新系统中,无论是哪一种工作模式,对DSP 的功耗要求都是非常苛刻的。在体内单机模式下,DSP 的功耗直接影响着植入式电池的寿命,而植入式电池又不可以随便更换,所以这种情况下DSP 功耗的重要性自不待言。在联机模式下,由于无线能量传输效率低下,DSP 的功耗将会被严重放大,这比DSP 在体外时的情况要恶化很多。
实际的设计和测试结果表明,基于开放源代码硬件的专用指令集处理器(OSH-ASIP)设计方法有助于提高效率并降低成本,同时可以有助于去除通用处理器中存在的冗余,从而提高处理器的执行效率、降低功耗。通过综合运用指令集简化、等待模式、循环暂存、存储器切割、操作数隔离和时钟门控等多种低功耗设计技术,在0.18μm CMOS 工艺下设计实现的一款人工耳蜗专用的低功耗DSP实际测量结果为:在10MHz 的时钟频率下执行连续交织采样(CIS)算法的功耗小于2mW,低功耗效果显著。
4)总结
就当前的技术水平来讲,数字式全植入的人工耳蜗系统仍然因为能量供应不足(功耗大而电池容量小)的缘故无法实现。但是除了功耗外并没有其他理由可以阻碍数字系统的进一步发展,况且相比于模拟系统中那些固有的缺陷,功耗实际上是一个会随着微电子设计和制造水平的提高而逐步得到解决的问题。因此,从长远看数字式全植入系统才是人工耳蜗系统最优的选择方案。
4.3 智能内窥镜胶囊
传统医用内窥镜(如胃镜和肠镜)需要使用光纤或电缆插入人体体腔内拍摄病征图像以供医生诊断,这些连接线会给病人带来很大不适,而且诊断存在盲区,并可能会有消化道伤损等并发症。智能内窥镜胶囊的出现给消化道疾病的诊断带来了便利,克服了上述缺点。如图 9所示,病人在吞服了胶囊内镜以后,胶囊依靠消化道的蠕动在其中缓慢移动。移动的过程中会采集人体内消化道的图像并以无线的方式发送至体外记录仪,并可以上传至基站以供医生诊断病情。胶囊内镜不会给病人带来不适,在检测时病人也可活动,而且它可以完成全消化道的检测,扫除了传统内窥镜存在的盲区。
1)智能内窥镜胶囊的发展历史
智能内窥镜胶囊(消化道胶囊内镜)的概念最早于2000年由以色列科学家提出并实现,之后Given Imaging公司生产出第一款商用的胶囊内镜产品Pillcam。最近的几年里各国的工业界和学术界相继开始对这种产品的研发,一些新产品和新技术陆续面世:日本的奥林巴斯公司推出的EndoCapsule产品在日本也开始商用;日本NORIKA Syaka RF lab正在研发用无线供能,代替电池供电的技术,以及控制胶囊内镜姿态的控制技术;韩国研究机构推出了以人体作为导体来直接传输信息的技术,用以代替射频收发机,目前也已成功地利用到胶囊内镜产品中。在可预见的将来还将出现集诊断、活检、给药及消化道行走等各种功能于一体的产品。
2)胶囊内镜的结构
完整的口服式智能内窥镜胶囊系统由胶囊内镜、体外便携式记录仪和工作站三部分构成。胶囊内镜是整个系统最为重要的部分,也是设计难度最高的部分,在集成电路设计时尤其要注意功耗等问题。外壳内的电路系统主要由五个部分组成,如图 10所示,包括一个商用CMOS图像传感器、白色发光LED、一个商用射频收发机芯片及天线、一块用于控制和数据处理的专用集成电路和两节钮扣电池。
商用的CMOS图像传感器位于整个胶囊的一端,负责采集消化道中的彩色图像数据。支持多种图像分辨率,最高速率可达30fps。高亮度的白光LED均匀地排布在图像传感器镜头座外的环形PCB上,在采集图像时提供照明光线。高性能、低功耗的商用射频收发机位于胶囊的另一端,保证胶囊系统的无线通信。射频收发机工作在433MHz的ISM频段,采用FSK的调制方式,有效码率最高可达500kbps。两颗1.5V的钮扣电池串联后为整个电路系统提供所需的能量。它们位于胶囊的中部,在图像传感器和射频收发机之间。用于控制和数据处理的专用集成电路位于图像传感器与电池之间,它将系统各部分的功能组合起来,形成完整的电路系统。
专用集成电路是胶囊内镜的控制核心(图 11),它由数字基带、电源管理单元和无线唤醒子系统三部分组成。其中数字基带部分主要实现通信控制和图像压缩两大功能。电源管理单元可将电池电压转换为系统各个部分所需的电源电压。无线唤醒子系统可以对密封在胶囊中的电路系统进行开启、关闭、复位和配置操作,提高了系统可靠性,也便利了产品的组装和生产过程。
3)胶囊内镜的低功耗实现
在胶囊内镜的电路系统中,射频部分消耗的能量一般超过总能量的60%。为了在不增加射频电路功耗的前提下缩短有效的射频传输时间,在系统的数字基带中引入了信源编码――图像压缩。这样大大减少了射频收发机发送一帧图像的数据量,也就相应地减少了每帧图像射频部分的能量,并且有利于进一步减小系统工作的占空比,延长电池的工作时间。
引入图像压缩功能实际上是使用数字电路的能量去换取射频部分的能量,而且数字电路的低功耗技术比较容易实现,使得降低数字电路的功耗相对于降低射频电路的功耗更为容易。因此,只要对图像压缩的计算复杂度做出仔细的评估,电路系统整体能量的降低不难实现。
目前智能内窥镜胶囊系统还没有正式的产品国家标准,但一般包括如下几个重要指标:
1)工作时间:至少为8小时,因为一般胶囊内镜通过人体消化道的时间为8小时。
2)尺寸:为方便病人吞服,胶囊尺寸一般直径为10~12mm,长度为20~30mm。
3) 图像帧率和分辨率:目前产品的图像帧率一般为2fps。当然,在满足基本工作时间的条件下,图像帧率和分辨率都是越大越好。
4)总结
基于上述胶囊内镜的结构,可以对其应用需求做出细致的分析,对系统的供电方式、体积尺寸、通信方式、工作时间、可靠性等要求进行综合考虑。分析和测量结果表明,在系统级设计上采用了图像压缩、双向通信和无线唤醒等功能能够满足性能要求,而且这些技术的应用对于有类似的大数据量、高码率的植入式电子医疗集成系统也具有参考价值。
目前国内有清华大学、中科院合肥智能机械研究所、重庆大学、重庆金山科技集团等单位都在分别从事这方面的研究。
5 结语
本文从医疗健康领域的社会需求、市场需求现状入手,对我国医疗电子产业面临的机遇进行了分析,并对其中的关键技术――集成电路技术应用做了基本介绍。多方面的数据分析表明,医学微电子系统研究设计的核心发展趋势可以归结为小型化/微型化、集成化、网络化、数字化、智能化。最后还通过几个在研项目实例进一步阐释了集成电路技术在医疗健康领域的应用。
（延安大学西安创新学院 理工系，陕西 西安 710100）
摘 要：电路分析基础是各电类专业的先导课程，学好本课程对后续课程的学习有重大意义.本文从课程教学方法入手，提出了课程的改革思路与方法，实践证明这些方法有效并可逐步推广应用.
关键词 ：电路分析；教改；应用型
中图分类号：G642.4文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0247-02
基金项目： 延安大学西安创新学院教学改革项目（14JG09）；陕西省教育厅自然科学类专项科研计划资助项目（NO:14JK2170）
0 引言
“电路分析”作为电气信息类专业(0806)、仪器仪表类(0804)和电子信息科学类(0712)的核心专业基础课程，同时也是机械类(0803)、能源动力类(0805)和海洋工程类(0813)的核心专业基础课程，都是相关专业研究生入学考试必考科目.由此可见，这些课程在人才培养中举足轻重.就我校而言，在电子信息工程、计算机科学与技术、物联网工程、汽车服务工程以及工业设计专业都开设了电路分析基础课程，在土木工程专业、建筑工程专业也开设有课程性质相近的电工学课程.我校具有一个独立的电路分析实验室，拥有电路分析实验箱18套.虽然不同的专业教学重点各有不同，但是电路分析的基础理论基础知识是必不可少的.因此开展电路分析教学改革对培养创新与应用型人才具有重大意义.
为了适应时代的发展和教改的要求，任课教师从教学内容，教学方法及手段到考核标准都进行了调整.电路分析课属于经典电路理论，在教学中应突出经典理论的基本概念及规律，提高教学效率.随着电路理论的发展和计算机的普遍应用，大量繁杂的计算应放在现代电路分析中解决.在教学方法上，应将传统的注重知识内容的顺序教学方式与注重知识关系的知识结构教学方式相结合.从培养科研能力，提高学生素质出发，应强调电路分析中的模型概念，它是电路分析的基础.教学方式及手段是使学生掌握课程内容的关键，应将课堂教学与计算机辅助教学相结合，标准化教学与电子教案相结合，同时还应该将答疑与质疑相结合，理论教学与实验相结合，笔试考核与实验能力，平时作业，甚至口试等考核方式相结合.
1 教学改革的思路与方法
1.1 经典电路理论与现代分析手段相结合
电路理论发展至今已近一个世纪[1].早期的电路理论是在物理学中电磁学的基础上发展起来的.当时主要研究的对象是线性非时变无源电路，并形成了完整的经典分析方法，这些方法同时也是近代电路分析方法的基础，因此应该是学生学习中必须牢固掌握的.传统的教学内容包括直流电路的分析，交流电路的分析及动态电路的分析.教学中应以分析简单电路为主，突出基本概念，避免繁杂的数学计算.自20世纪60年代，电路理论发生了重大变革，从原来主要研究线性非时变无源电路，进一步发展到非线性时变有源电路.由于近代大规模及超大规模集成电路的发展，传统的分析手段难以完成复杂的分析.为了适应电路理论发展的要求，应在教学中适量增加近代电路的分析方法及手段，如有源电路的分析，非线性电路的分析，矩阵分析方法，网络分析方法等.其主要特征是计算机辅助分析的应用.加强这方面的教学是该课发展的要求，也是学生学好后续课程的基础.
1.2 顺序教学方式与知识结构教学方式相结合
以往的教学方式是以知识内容顺序，按部就班地一章一章地进行，学生被动地一章一章地学，难以形成对所学知识的整体认识.实际上，电路分析同许多其它学科一样，都有一套完整的体系，其中的各要素有着密切的联系，它同知识的具体内容，公式，定理相比，更容易理解和掌握.学生在大学学习期间要学习许多具体的知识内容，要求学生几年以后仍然牢记如此众多的内容既不实际，也不必要.从提高能力和素质出发，应培养学生在今后遇到实际问题时，能分析问题的实质所在，知道解决问题的途径，而不是死记书本知识.知识的具体内容是知识结构的内涵，知识结构是知识内容之间的有机联系.两种方式相结合可以取长补短，既培养了技能，又提高了素质及科研能力.
1.3 课堂教学与计算机辅助教学相结合
传统的教学手段是以板书教学为主，主要表现为被动式教学，老师讲，学生听.这样就造成学生认为只有写到黑板上的内容才是课程所要求的.例如：将一个声表面波器件[2]画在黑板上花费大约3分钟，对于45分钟的课堂时间来说已经足够长了.随着计算机的普及，教学应采用计算机辅助教学手段，就可以节省很多时间.所以应从单调的黑板式课堂教学向计算机辅助教学的方向发展.课堂不应该是单向灌输知识的场所，应该是教师与学生相互交流的场所，是体现主讲教师教学风格，教学思想教学艺术的平台.
1.4 标准化考核与能力考核相结合
一支笔一张纸式的考核方式一直是考核学生学习效果的主要形式.但是，为了使考核标准化，使其具有一定的客观型，合理性和可比性，应逐步建立同计算机辅助教学相配套的试题库，评分标准及考核成绩分析系统.能力考核是考试改革的难点，它受许多因素的限制.在目前情况下，应将笔试与实验相结合，期末考试与平时成绩相结合，有条件时可结合口试或部分口试来考核学生成绩.
2 具体作法及效果
2.1 注意课程内容的先进性，电路分析课程经历了几十年的发展，内容较多，因此，必须结合国内外电路分析课程的最新研究成果确定课程内容，课程要传授先进的知识内容和方法.达到知识先进并学以实用.
2.2 将现代教育理论使用在电路分析教学中[3]，树立先进的教学理念，重视素质培养通过组织教师研讨、与学生对话、进行示范教学等活动提高教学效果.
2.3 研制电路分析课程的电子教案，使用多媒体教学；采用多种教学方法和手段，采用多媒体技术辅助讲解具有动态性质的知识点，使传统教学与多媒体教学有机结合.
2.4 建立网上课堂，树立以学生为中心的教学思想，加强教与学的信息交流，重视对学生主动学习习惯的培养，启发学生的探索精神.
2.5 加强理论教学与实践教学相结合.在电路分析理论课（必修课）开设的同时开设“电路实验”，促进知识的深化和培养学生的动手能力.增加创新实验和开放性实验项目，培养学生创新能力和实际解决问题的能力.
3 结束语
本方案改变传统的板书式教学使用多媒体教学，教学手段新颖.用设计性实验代替传统验证性实验，使学生能够亲自动手设计实验，从而更好的理解和掌握知识点.考核方式增加口试，可以加深学生对于知识点的掌握程度.从而提高了电路分析课程的教学质量和教学效果.
参考文献：
〔1〕谭永霞.电路分析基础[M].成都:西南交通大学出版社，2009.1-3.
关键词： 厚膜; 电荷耦合器件; 驱动电路; 集成电路
中图分类号： TN386.5?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）06?0145?04
Design and application of highly?integrated circuit in photoelectric detection
SUN Zhen?ya， LIU Dong?bin
（Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， Chinese Academy of Sciences， Changchun 130033， China）
Abstract： Because of the large?scale and high?integration development for the space camera， and the limitation of space， the circuit has to be optimized， even some special technologies have to be used to reduce the area of the circuit board. In consideration of the complexity of driver circuit of CCD detector， the driver circuit was integrated in a module by the thick film technology. There are many advantages in thick film technology such as high reliability， flexible design， low cost and short cycle. The integrated area through the thick film technology was reduced to the 1/3 area as the original circuit board before integration. The output signal of the thick film integrated module is perfect for the demand of CCD detector. At the same time， the design provides a certain reference for the large?scale integrated circuit design in the space missions.
Keywords： thick film; CCD; drive circuit; integrated circuit
0 引 言
随着人类对太空的探索，空间相机的发展越来越迅速。在许多空间光电探测的电路系统中多使用CCD （电荷耦合器件，Charge?Couple Device）来进行光电转换。CCD是将入射光在所有光敏单元激发的光信号转换成模拟电信号的光电转换器件。该器件具有小体积、轻重量、低功耗、高精度、长寿命等优点，被广泛应用在空间光电探测、航天遥感观测、载荷对地观测等领域[1?3]。
CCD工作时需要适当的时序驱动信号，并且产生的电信号需要进行后续处理后才能给控制系统识别。CCD产生的电信号是模拟信号需要进行相应的视频处理电路，视频处理电路系统包AFE（，Analog Front End，模拟前端），FPGA和数字信号处理模块。
空间相机的发展越发趋向于大规模化高集成的设计，空间相机中的硬件电路的高度集成化变得越来越让人们关注与研究。目前，关于空间光电探测电路系统的高集成度的技术发展主要体现在厚膜电路和半导体级的ASIC（Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路）两个领域。厚膜电路是将电阻、电容、电感、芯片的管芯通过互连的铜线在印制板上制成的，其优势在于性能可靠，设计灵活，投资小，成本低，周期短。ASIC是按照用户的需求，在一个芯片上专门设计具有某些特定功能的集成电路，其性能高（可以比厚膜电路做的更高）、可靠性高。但是由于用户的需求量少，对于用户来说其成本相对较高，且难度高[4?5]。
为实现空间相机电子学的大规模化、高集成的要求，本文将比较通用的一款TDI CCD探测器的时序驱动电路模块设计成厚膜集成电路，并且根据实际PCB版优化厚膜电路设计和性能指标，得到了较好的结果。
1 TDI CCD探测器
该TDI（Time Delayed and integration，时间延迟积分）CCD探测器可以探测到两类光谱区。这两类光谱区分别是彩色B区和全色P区。由于实际情况需要，将该CCD探测器的时钟工作频率设定在20 MHz，行频设置在1 kHz。由于该CCD探测器的光谱区多，所以它的驱动时序也是很复杂的，一共有89个驱动信号，将可以共用的信号合并后仍然有61个驱动信号。由于该探测器实际需求的驱动信号过多，本文中仅以CIxP为例讲述驱动电路的设计以及实验结果。表1中给出了该CCD探测器的CIxP驱动信号的电压幅值范围。该CCD探测器的驱动信号需要FPGA产生相应的时序的驱动信号，并通过相应的时序驱动电路变为所需要的电压幅值范围。
表1 CI和TCK时钟驱动信号
图1中的CIx和TCK的上升沿时间记为tr，典型值50 ns;CIx和TCK的下降沿时间记为tf，典型值50 ns;转移时间记为ttran，典型值3.6 μs，根据实际工作需要改为1 ms;TCKB的信号周期记为TTCKB，根据行频而定;TCKP的信号周期记为TTCKP，根据行频而定;CI2的下降沿到CI1的上升沿的时间差记为t1，典型值0.5 μs;CI1的上升沿到CI3的下降沿的时间差记为t2，典型值0.5 μs;CI3的下降沿到CI2的上升沿的时间差记为t3，典型值0.5 μs;CI2的上升沿到CI4的下降沿的时间差记为t4，典型值0.5 μs;CI5的下降沿到CI3的上升沿的时间差记为t5，典型值0.5 μs;CI3的上升沿到TCK的下降沿的时间差记为t6，典型值0.5 μs;CI1的下降沿到CI4的上升沿的时间差记为t7，典型值0.5 μs;CI1和TCK的高电平时间记为tcla，典型值2.5 μs;CI2、CI3和CI4的低电平时间记为tclb，典型值1.5 μs。
2 驱动电路设计
本文针对该CCD探测器的驱动电路设计分为两个步骤：
（1） 通过现在市面上的芯片选择适合该驱动电路芯片设计而成。
（2） 对通过芯片设计的驱动电路做实验得到与该CCD探测器相需求的时序结果，进行整合通过厚膜技术来实现最终电路。
最终的驱动电路分为左右两个模块（两个模块设计的完全相同）分别针对该CCD探测器左右驱动时序，并且把驱动电路中用到的LDO等电压转换模块通过厚膜技术集成到一个模块[6?7]。
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图1 P和B区的垂直转移时序图
图2给出了驱动模块的管脚示意图，该模块可以产生一般的水平驱动信号（20 MHz）以及大部分的垂直驱动信号，51号脚是针对模块内部的测温度的热敏电阻预留的。图中的左侧的上面两组是输入信号，右侧的上面两组是输出信号。其他的为电源和地信号。
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图2 驱动模块的管脚图
图3给出驱动模块的版图，速度较快的水平驱动信号（20 MHz）均放在版图的最，内部放置的是垂直转移信号。该厚膜模块最后的面积为37 mm×37 mm，约为原来没有厚膜集成的[13]。
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图3 驱动模块的厚膜版图
该模块中集成的大部分芯片是EL7457，EL7457是一款高速度，同相位，四通道的CMOS驱动器。该驱动器可以驱动40 MHz的信号，并且输出电流值可以达到2 A。
以CI1P，CI2P，CI3P，CI4P这4个信号为例，这4个信号的幅值范围是-5～5 V，但是从图2的时序图中可以知道，CI1P的信号大部分的时间内都是低的，而CI2P，CI3P，CI4P的信号大部分的时间内都是高的。所以电路设计时将区别对待，由图4知EL7457的供电电压设置为10 V可以让CIxP的信号幅值达到10 V，通过0.22 μF的电容隔直后，再通过二极管与电阻并联接偏置电压的设计将其拉到正常工作的范围，出来的信号在工作电压范围方面就达到CCD手册的要求。CI1P的偏置电压设置为-5 V，当10 V的方波信号过来后由于二极管的正向钳位作用使得CI1P的最小电压是-5 V，所以得到了-5～5 V的信号，且无信号时为低（-5 V）。CI2P，CI3P，CI4P的的偏置电压设置为5 V，当10 V的方波信号过来后由于二极管的正向钳位作用使得CI2P，CI3P，CI4P的最大电压是5 V，所以得到了-5～5 V的信号，且无信号时为高（5 V）。
OFFSET偏置电压通过电阻分压外接运放负反馈驱动的形式产生的，见图5，采用这种电路结构优势在于可以减少电路中线性稳压器的数量，由于该探测器需求的驱动信号数量多，电压值多，若所有电压值都采用线性稳压器，不但会导致电路板尺寸会大很多，而且更加引入散热的问题。同时偏置电压信号所需要的电流相当的小根本不需要线性稳压器[8?9]。
3 驱动信号的实验结果
针对CIxP的测试，在实验测试中以驱动模块的输入信号（FPGA的输出信号）TCKP_FPGA为基准信号，对CIxP以及其对于的OFFSET偏置电压进行单组测量。
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图4 CIxP原理图
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图5 OFFSET偏置电压原理图
图6中的三组信号分别是：TCKP_FPGA（幅值范围0～3.3 V）、CI1P（与TCKP_FPGA有相同的相位，幅值范围-5～4 V）、以及CI1P信号对应二极管上的嵌位电压OFFSET-5 V。
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图6 CI1P的信号
图7中的三组信号分别是：TCKP_FPGA（幅值范围0～3.3 V）、CI2P（超前于TCKP_FPGA约0.5 μs，幅值范围-4～5 V）、以及CI2P信号对应二极管上的嵌位电压OFFSET+5 V（在TCKP_FPGA的下降沿末端有波动）。
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图7 CI2P的信号
图8中的三组信号分别是：TCKP_FPGA（幅值范围0～3.3 V），CI3P（反向于TCKP_FPGA，且下降沿到TCKP_FPGA的上升沿的时间约延后0.5 μs，幅值范围-4～5 V）、以及CI3P信号对应二极管上的嵌位电压OFFSET+5 V（在TCKP_FPGA的下降沿末端有波动）。
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图8 CI3P的信号
图9中的三组信号分别是：TCKP_FPGA（幅值范围0～3.3 V）、CI4P（反向于TCKP_FPGA，且下降沿到TCKP_FPGA的上升沿的时间约延后1.5 μs，幅值范围-4～5 V）、以及CI3P信号对应二极管上的嵌位电压OFFSET+5 V（在TCKP_FPGA的下降沿末端有波动）。
<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼43T9.tif>
图9 CI4P的信号
CIxP的四组信号由于实际电路图中的电容分压导致最终幅值没有达到10 V，但是仍然在CCD的手册要求范围内。OFFSET电压在信号变化较多的点会有串扰导致波动，但是对实际的CIxP影响甚微[10?11]。
4 结 语
通过厚膜技术对驱动电路集成后的面积减少到[13]，虽然该模块需要添加散热，但是面积的减少使得在同样面积的PCB上集成更多的模块，实现更多的CCD阵列。对所有驱动信号用示波器进行测量，均满足要求。本文中仅给出CIxP的信号波形进行事例。实验结果表明驱动电路的厚膜技术可以满足在光电探测中的集成应用。本设计中的驱动电路的厚膜集成也对其他航天任务中大规模电路的集成提供了一定的参考借鉴作用。
参考文献
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关键词：电力输配电线路；节能降耗；工程；应用
我国是人口大国，对任何能源的需求量都非常大，电力能源作为支撑我国工业发展、经济繁荣的重要能源，在我国国民经济中占有很重要的地位。电力系统的巨大损耗对我国的长久发展是极为不利的，而且城市配电网是电力系统能量损耗的主要部分。因此，对配电网使用过程中的能量损耗和浪费现象必须进行严格整改，实现对配电网线路能量损耗的降低和节省，促进其对经济效益的提高。由于符合增长速度快但配电网建设投资相对落后，因此，配电网在节能降耗方面具有很大的发展潜力。对城市的配电网进行节能降耗工作的进行能够在很大程度上节省电力用户的电费支出，提高企业的经济效益，节省电力企业的电量，以供更多的用户使用，不仅减少了用户的费用支出，而且增强了供电能力，改善了电力供应不足的现状；另外，更重要的是，能够实现对我国整体能源的节省利用、减少环境污染、优化资源配置，对我国的整体发展起到促进作用。
1 加强电力输配电线路节能降耗技术的必要性
首先，为了减少主干线的长度和水平电缆的敷设长度，同时方便消防切除非消防的电源，使输出电流较小，减小线路的损耗，需要在建筑物中使用技能降耗技术。
其次，当前的许多用电设备都是电感性负荷，会产生许多无功的滞后性电流，这种电流一经流出并经过高低压线路后，穿入用电设备的末端，线路的功率消耗就会增大，造成对电能的浪费。因此，需要对这种现象进行相应的改进，使这种电流的流出减少，从而提高功率，降低功率消耗。
再次，在供配电线路中会存在有增加电能损耗的谐波电流，它会危害到个供配电线路及其设备。因此，对这种电流的抑制不仅可以保护供配电的线路和设备，而且还可以减少能量的消耗。
2 实际过程中节能降耗的具体措施
2.1 优化电网规划
电网规划就是通过对城市电网的进行规划的总体过程中的计划方案进行合理的调整，实现线路节能降耗的目的。电力部门可以充分利用专业的技术手段对电力设备进行相应的调整。也可以从源头做起，即在对电力系统的自动化设计上就作出必要的调整，另外，对线路损耗的内在检测也是降低电能损耗的有效手段。通过对这些手段的利用，实现对电网规划方案的合理选择，从而有效降低输配电网络的高效低能运行。
2.2 通过电力变压器节能
输配电变压器是输配电线路损耗的主要内容，要对其损耗进行合理的控制，科学的措施是相当重要的，其中，利用节能型的变压器作用比较大，能够有效降低整个输配电网的损耗。在降低输配电网的能量损耗过程中，对低损耗的容量的合理配置，而且使用新材料进行对配电变压器的空载损耗值的降低，是一项行之有效的措施和途径。
2.3 保证变压器的经济运行
在传输电量相同的条件下，选择不同的变压器运行方式，会对变压器的能量损耗有所影响，进而可能会导致其对电能的浪费，达不到节省能量、降低损耗的目的。对于变压器的经济运行，只需要科学管理供电和用电工作，就能够达到节省用电和提高功率的目的，而不需要增加对其的资金投入。变压器的质量，也就是运行参数，和变压器的容量、电压器等级、铁芯材料质量等反面有着密切的联系，在选择变压器时，只需要对这些参数进行合理的选择，就可以达到提高变压器的节能降耗的目的。
2.4 对变压器设备的更新
变压器的设备性能将对电流流入后的电能利用产生很大程度的影响，老式的变压器在使用时会产生大量的热，散失于设备之外，造成严重的能量损耗。新型的变压器对这种现象有较好的改善，能够有效减少电流流经变压器时造成的能量损耗，明显能够降低该过程中的能量利用，节省能量。因此，在对变压器进行购买时，需要选用新型的节能变压器，有效降低能量损耗。
3 总结
总之，电力能源是我国在新时期发展过程中各项事业顺利发展的有力保障，如果电力系统出现了问题，整个国家的运转将处于瘫痪之中，人们的生活将停滞不前。因此，在电力输配电线路中注重对节能降耗的实施是非常有必要的。在具体的实施过程中，需要根据实际情况，采取科学合理的措施，真正做到节省能量和降低能量损耗的目的。
参考文献：
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[2] 孙凯.浅谈节能降耗技术在电力输配电线路中的运用[J].黑龙江科技信息，2011，15（31）：44.
关键词：标准化；应急处理；流程图；作业卡；应急预案
中图分类号:TM247文献标识码：A
截至目前，河北南网投入运行的500kV超高压输电线路共计三千多公里，随着运维输电线路长度的不断增长以及外部环境的不断恶化，线路的安全运行保障的难度也在不断的增长，输电线路经常发生异物跳闸、导地线断股、外力破坏、基础冲刷等应急事件，线路在发生严重、危急缺陷时，怎样快速有效的进行应对，是关系到风险能否得到有效控制，电能能否快速回复正常运行的关键，所以班组级应急预案是各级应急预案的关键。
1班组应急预案起源
应急预案是针对可能发生的事故，为迅速、有序地开展应急行动而预先制定的行动方案。应急过程主要是应急预防和准备、应急响应、应急救援、应急恢复及改进等工作，对于生产一线人员，班组的应急预案重点应是熟练掌握本岗位应对突发事件的应急处置程序，增强防范意识，提高应急处置和自救互救能力。急预案内容要简单、好操作, 不要讲为什么这么做，直接说怎么做,预案一定要制定流程，响应步骤要清晰，预案的重点是响应和救援的实际操作步骤，简而言之，班组应急预案应具备可执行性、可操作性强的特点。
2班组应急预案创建过程
根据运行经验,以风险管理为基础，班组对易发生或可能预见到的、损失严重、影响恶劣的典型突发事件，展开事故预想,进行应急事故演习，总结工作流程、编制标准化应急作业指导书，最后应用到实际应急工作中，通过不断的修订和完善，制定本班组范围内的应急预案，建立了预案清单并对应急预案进行培训和演练，每次培训和演练都详细记录，对预案可操作性和完善程度有评价及相应的改进措施和跟踪记录。我们对输电线路15项运维过程中最易发生的紧急情况，制定了相应的《标准化应急处理流程图、程序卡》。（见表1）
表1 班组标准化应急处理流程图、程序卡
3班组《标准化应急处理流程图、作业卡》的优点
3.1流程化指导，使应急处理过程更明晰
应急预案的成功的关键是实用性和可操作性要强。它是一系列行为流程的描述。而文字对行为和动作的描述并不是强项，这一点我们在计算机软件说明等学习中都有所体会，如果没有图示，一个简单的行为都要很长一段文字才能说明。最初的班组应急预案也是以文字叙述的形式编制的，没有针对具体的应急处理作业进行编制，在现场可操作性差，不能有效的指导现场的应急抢修作业。《标准化应急处理流程图、作业卡》采用图、表形式，正是及于这种考虑一个改进，形式一目了然、填写简单。恰恰满足了现场的需要，规范了班组应急处理的执行。便于应急处理工作有序进行，避免发生遗漏，为应急处理作业提供了依据，为应急处理赢得了时间（见图1）。
图1标准化应急处理流程图
3.2标准化作业，使应急处理过程更安全
标准化作业指导书是针对常规作业的一种现场指导措施，它的重点是作业步骤和安全控制。而突发事件是非常规事件，应急处理强调的是紧急和快速，如何在第一时间对危急缺陷及重大隐患进行处理，规范优化流程、做好预案是一个非常有效的办法。结合输电专业以及近15年运维经验我们把典型应急事件进行总结，细化步骤，详细分工，把“标准化作业指导书”引进应急抢险作业中，标准化应急处理作业卡分为：接到通知、通知人员、备品备件、工器具、材料、车辆准备、办理开工手续、开工前准备、处理步骤、工作终结10个方面的内容，程序清晰，每项应急作业都有全面的危险点和安全措施，便于班组安全进行应急响应及救援工作（见图2）。
图2标准化应急处理作业卡
3.3系统化选择，使应急处理过程更科学
在15个典型《标准化应急处理流程图、作业卡》中对每个应急项目的10个流程内容都进行系统、全面的总结并细化，要求所有可能使用的备品备件、材料都要列出；所有常规作业方法均分别进行分解细化；所有作业中的危险点都要对应全面的安全措施。应急处理中工作负责人针对应急事件实际情况依照中心公司明确的处理方法有选择的进行：通知应急人员的人数？备品备件、工器具、材料型号及数量？所需车型和数量？办理哪种工作票或应急抢修单？到达现场勘察后有选择进行开工前准备，确定个是停电还是带电作业，带电时选择是采取等电位、地电位、中间电位中的那种带电方式？然后按选定方式的处理步骤进行操作直至工作终结，每个环节都有相应处理方法的可选择项目。把应急处理的各种方式进行系统的总结和提炼，有选择、灵活的指导应急抢修工作。
3.4实效化培训，使应急处理过程更合理
应急演练是实际检验应急预案的可操作性的最好办法，没有经过演练的应急预案是没有用的。演练的目的是提高各级管理人员的应急指挥能力；提高各级生产一线人员的应急处置能力。班组的应急预案更应注重实效，联系生产实际、检验应急能力，提高职工风险意识和电力设施保护意识。
4应急处理流程步骤
4.1当接到线路悬挂异物的通知时，如果是班员在巡线过程中发现线路异物，在第一时间通知班组负责人，并重点扼要的描述情况。班组负责人迅速则将情况通报中心，提出处理意见，等待中心的批准。如果班组负责人因为某种原因不能直接参与到应急预案的处理过程中，则由本人协调中心，最终指定一名班组负责人代为处理。
4.2如果是群众在线路旁发现有异物悬挂，那么将会按照装在铁塔上的警告牌上所流电话通知检修公司，并进一步通知中心。
4.3中心在接到班组负责人或者超高压调度的情况通知后，是否启动线路预案根据异物的种类和长度，须由有经验的人员判断。如需启动应急预案，应急领导工作组立刻批准。并将必要情况下达到班组负责人手中。并准备协助做好办理工作票的各种手续。
4.4当班组负责人接到应急预案启动的命令后，根据已经收到的讯息，立刻通知班组人员车辆迅速集合，通知仓库管理员准备领取工具，同时办理带电作业工作票。
4.5如果情况有变化，或者班组人员不能全部到达现场时，班组负责人报告中心，并迅速协调处理，保证人员车辆完备。
4.6中心紧急调拨人员，临时由应急领导小统一指挥。
4.7人员集合完毕，按照工具及材料清单领取所需物品。如果应急领导小组有指示，也可由其他人代领工具以缩短准备时间。
4.8到达现场，按照工作票所列步骤进行带电作业。
4.9完成，检查，向调度交令，向中心汇报。应急预案终结。
【关键词】超导；热膨胀；电子轨道；能量损失
1.背景介绍
超导现象的发现是二十世纪科学界的最伟大的发现之一。当材料的温度降到临界温度Tc以下时，它的电阻会变为零。零电阻现象的产生具有很大的实用意义，当材料达到超导态之后，它所传导的电流的能量损失变为零，如果远距离输电采用超导材料作为导线的话，可以采用较低的输电电压以避免高压输电所带来的安全隐患[1]。
目前超导材料的转变温度已经从金属汞的4.2K提高到了钇钡铜氧超导材料的液氮温度附近，但是对于实际应用来说，这个温度还是很低。对于超导现象的机理来说，目前被认可最多的是1957年由Bardeen，Cooper和Schrieffrer等提出的BCS理论[2]，该理论在一定程度上揭示了超导现象的产生机理，但是该理论也有较大的局限性，目前尚有许多关于超导材料的问题不能利用BCS理论来解释。
2.理论分析
与温度相关的材料的物理参数除了电阻之外，热膨胀系数也是一个常见的参数，当温度升高时，材料晶格内的点阵振动幅度增大，材料的体积增大。同时，由于点阵振动幅度的增大，载流子在电场的驱动下的运动受到更大程度的影响，所以材料的电阻增大。
按照以上理论推断，当温度达到0K时，晶格中点阵的振动完全停止，此时晶格振动对载流子传递的影响减弱为零，此时电阻的大小变为零。但是这与超导材料临界温度存在的现象并不一致，因为按照晶格振动影响载流子传递所产生电阻的理论，电阻应该会随着温度的下降而下降，直到温度降为0K时才降为0。但是材料的超导态是在温度降到低于临界温度之后突然达到的，所以说，材料超导的临界温度的达到并不能完全利用晶格振动对材料中电子传播的阻碍作用来解释。
3.结果与讨论
对于普通的金属材料来说，它内部的载流子是金属电子层外部自由电子所形成的电子气。相对来说，金属原子的最外层电子受到原子核的束缚最小，在电场存在的条件下容易被电场驱动。大量的外层电子在电场的驱动作用下附加了一个平行于电场的漂移运动，这样体现在宏观上是金属外层自由电子所形成的电子气整体上附加了一个漂移运动，这样电流产生[3]。我们对金属外层的单个自由电子进行分析可以发现，当电子在电场的作用下进行漂移运动时，总会出现电子在不同金属原子之间的传递。金属原子的最外层电子是金属核外电子中具有最高能量的，当单个电子在彻底离开一个金属原子核的束缚进入另外一个金属原子核的束缚范围内，需要吸收能量来脱离上一个金属原子，这些能量来源于电场能[4]。当这个电子进入到下一个金属原子核的束缚范围之内后，落入下一个金属原子的最外层电子轨道。此时这个电子所吸收的多余能量会释放出去，释放的能量会变为热能传递给晶格。这样消耗电场能转变为热能的过程是电阻的产生机理。如果按照晶格振动干扰电子传播的的理论，随着温度的升高，晶格之中点阵之间的距离减小，在电场的作用下，外层自由电子与晶格之中的点阵碰撞的几率会大大的减小，温度升高，电阻应该下降，但是这与实际情况相反。如果按照金属外层电子脱离外层轨道在原子间迁移的理论来解释温度与电阻的关系可以避免这一理论与事实不符的现象。
当温度足够低时，相邻的两个金属原子之间的距离减小，两个金属原子之间的外层轨道可能会无限接近以致重叠，此时在电场的作用下，最外层电子在两个金属原子之间迁移不存在电子吸收能量再释放能量的过程，没有能量损失，体现在宏观上是电阻为零。
一般来说，化合物比单质金属具有更高的临界温度，而对于具有较高的临界温度的高温超导体来说，它们一般是具有类似钙钛矿的化合物结构[5]。相对于金属离子来说，氧离子要小很多，并且在高温超导材料中，至少含有两种金属元素，这些金属元素可能存在于正八面体晶格的顶点或者正八面体晶格的中心，而氧离子处于晶面上[6]。这样的话，各原子的外层轨道得失电子的情况比较复杂，最外层电子的分布排列已经完全变化。氧离子的存在，填充了金属离子之间的间隙，这样的话，各离子最外层电子之间的能量差距变小，电子从一个金属原子到另外一个金属原子所需要的能量会减小。这样体现在宏观上，体系电阻变小。当温度足够低，各离子的最外层轨道相重合的时候，电子在离子之间迁移消耗的能量减为零，此时体现在宏观上电阻为零。
总结上文所述的理论，超导现象产生的原因是随着温度的下降，晶格的振动频率与幅度减小，同时金属原子之间的距离变小，原子的最外层参与导电的电子之间的最外层轨道重合，这样电子在两个原子之间迁移的能量损失为零。如图1所示，在临界温度以上时，在电场的作用下，A原子的最外层电子a从A原子迁移向B原子，电子a首先吸收电场能脱离原子A的束缚，而当电子a到达原子B时，由于电子a所具有的能量要大于B原子的最外层电子所具有的能量，电子a进入原子B的束缚范围，首先要释放出多余的能量，这些多余的能量会以热能的形式传递给点阵，这就是电阻的的产生。当温度下降到临界温度以下后，两个相邻的原子之间的距离下降，原子的最外层电子之间的间隙变为零，此时在电场的作用下，电子在两个原子之间的迁移不存在能量的吸收与释放，此时电场能的损失为零，体现在宏观上为零电阻态。
按照以上的理论，导体内的相邻的原子参与导电的外层电子之间的距离越小，则该导体的电阻越小。这一理论可以利用某些元素的在常压下难以获得超导态，而在高压的状态下可以获得超导态来解释[7]。当施加在材料上的压力足够大，相邻的原子之间的距离被压缩，这样的话，某些即使降低到很低的温度下依然不能得到超导态的材料才能够转变为超导态。
一般来说单质导体的临界转换温度不会太高，具有较高临界温度的超导体一定是化合物。这些化合物需要有如下的性质，在一定的温度下，参与导电的两个原子的最外层导电电子的轨道应该是重合的。已知氢负离子由于其核外电子数是核电荷数的两倍，具有比较大的半径[8]，如果有合适的化合物中具有氢正离子，氢离子可能成为两个相邻的参与导电的原子的外层电子之间的“桥梁”，使得两个相邻的外层电子轨道之间没有间隙，电子能够在不消耗能量的条件下从一个原子迁移向另外一个原子，这样就能够得到较高的临界温度。
超导材料的应用在集成电路方面的应用潜力是巨大的。随着集成电路产业的不断发展，单一的微电子器件的线宽已经变得越来越小。目前集成电路器件之间的互联一般采用金属铝或者金属铜，由于器件做的越来越小，单位面积内的器件密度也变得越来越大，金属互联的密度也变得越来越大，这样密集的金属互联具有极大的电阻，会产生大量的热量，限制器件的工作频率。如果采用超导材料的话，它的工作性能将大大的提高，线宽可以进一步的减小。■
【参考文献】
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[关键词]应用技术教育 电路 教学方法
《电路》课程是研究电路及磁路现象的基本规律及分析方法的一门技术基础课，是电气设备施工与维护专业的重要基础理论课。但该课程概念多，理论性强，与数学课程联系紧密，题型灵活多变。而应用技术本科学生来自中专、技校、职高，学生难以驾驭。因此，如何激发学生的学习热情，提高教学质量，为后续专业课程打好基础，一直是应用技术本科《电路》课程教师关注、探索的问题。本人结合多年来的教学经验，在此谈谈几点看法。
一、明确学习《电路》课程的目标及重要性
电路的能源提供者―电能，在工农业生产、国防、科技及日常生活中得到了广泛的应用。我们应用技术本科教育是培养具有职业定向性的技术型、技能型、应用型、复合型人才的高等教育，面向地方，为地方服务。《电路》课程是 一门基础学科，其内容必须与后续专业课相结合，其基础理论，以必要够用为度。减少数理论证，以掌握概念，突出应用，培养学生技能为教学重点，为后续课程打下良好基础。
二、以人为本，因材施教
《电路》作为一门机电类专业基础课，其中涉及大量电路分析、计算，而其中的计算涉及到数学知识、如三角函数、复数、拉普拉氏变换等。如果学生基础知识掌握不牢固，将直接影响到《电路》的正弦交流电、三相电路及复频域分析章节的学习。只有掌握学生的基础情况，才知哪部分内容是学生的薄弱环节，才能有的放矢地教学，提高教学质量。
三、重视学生学习方法的培养，提高教学质量
学生步入大学，首先学习的专业基础课是《电路》课程，学生学习的思路、领悟性较弱，且《电路》这门课程概念多，定律多，相互间容易混淆。因此，在教学中不仅要讲究教法，而且要给学生学习方法，想方设法让学生牢固掌握所教内容。我在教学中反复强调概念，定律的内容，重视一题多解法。在复杂直流电路章节中，一题有多种解题方法；如电源等效互换，支路电流法，叠加定理，戴维南定理等。由于各种方法各有特点，掌握每种方法的特点。利用一题多解复习，能巩固学生所学的概念，也调动了学生学习的积极性。各种方法最后得到同一个答案，可以让学生体会多种方法的特点，以便在计算时选用合适的解法，节省计算时间。同时也利于培养学生的科学探索精神。再有：每章学完后，让学生学会归纳、总结、抓住每章的重点、难点所在，归纳总结后，学生思路自然清晰，也容易记忆。如在正弦交流电一章，学完单一元件的正弦交流电后，研究由基本元件组成的串、并联电路的电压、电流的计算，电压与电流相位关系、功率关系、解析式、相量图，尤其是由电压电流三角形可推出阻抗三角形，功率三角形。这样学生本章的基本思路清晰了，内容也掌握了，学生的解题思路自然清晰。学生学习电路课程的视野开阔，积极性提高了，教学质量自然提高。
四、教师采用启发式教学，调动学生学习积极性
教师重视学生课堂教学信息反馈，给学生学习信心和勇气。学生学完一节课后，教师应根据课堂学生反映，把握教学效果，以便及时巩固，同时每堂课留出几分钟时间出一道本堂教学基础题，验证一下学生的学习效果，然后有的放矢地纠正，以免学生学的吃力，甚至有的学生失去了学习的信心。教师要时刻鼓励学生，尤其是后进生，争取让每一个学生不掉队、不落伍。
五、利用多媒体技术，改变教学手段
多年的教学研究，我对教材深入分析和挖掘，围绕每章的重点内容制作本课程的多媒体课件。多媒体的使用，一方面，既保证了课堂的多样划，又吸引了学生学习的积极性，使课堂知识得以及时传播，拓展学生的知识面。同时，由于课堂环境的改善，教师可以从传统的书写和绘制图形的时间中解放出来，从容展开对问题的深入讲解，使课程的教学效率和质量得以提高；另一方面，可以联系工程实际，采用实物录像或制作易理解的电路，从而促进学生对本课程学习的积极性。提高课堂效率，实现教学目标。
六、理论联系实际为目的，努力提高学生的应用能力
实践教学是应用型人才培养的重要环节，对学生分析问题和解决问题能力的培养具有其它教学环节所无法替代的重要作用。培养学生理论联系实际的良好习惯，教师在讲授中应不失时机地结合实例进行讲解，增强学生的直观印象。如日光灯中镇流器的自感现象，电磁炉中利用涡流原理加热烧水、炒菜等。这样讲授可以使学生学以至用，学生积极探索，较好地发挥学生的主观能动性和学习积极性。
七、强化学生实验教学环节，巩固所学的理论知识
应用型人才教育是为地方服务，培养生产、建设、管理和服务第一线高级技术应用性专门人才，应用型人才教育培养目的，决定了学生实验环节的重要性。通过实验学生不仅掌握了各种电工仪表的正确使用，更重要的是使理论知识得到了验证与巩固。通过动手连线、数据的测得，将原来理解问题的漏洞排查出来，通过实验过程加以解决。巩固所学的理论知识。如戴维南定理，学生学习起来普遍认为较抽象，难以掌握，但学生通过实验的方法测开路电压、等效电阻。学生用测得的开路电压、等效电阻再组合成新电路，测得电流值与原电路电流值相等。从而定理得以验证。学生通过实验的过程，理论知识得到进一步的巩固、加深。
八、例题精讲，多做练习，让学生多实践
教师根据课堂内容的要求，适时安排习题课，这是《电路》课程必不可少的教学环节。教师在组织习题课的教学中要精选例题，可以按照例题的难度，结构特征，思维方法等各个角度进行全面剖析，不片面追求例题的数量，而重视例题的质量。教师在课堂上应腾出时间，让学生进行课堂练习，思考问题，或解答学生的提问。课外应适当布置作业，让学生进一步巩固所学知识。对学生提出的疑点问题，应进行有针对性的引导，启发学生自己解决问题，达到举一反三的效果。
总之，教师对教学方法的探索是教师在教学中应长期坚持的一项工作，经过多年的思考与经验积累。我认为教师应根据学生不同的情况，采用适宜、科学的教学方法，《电路》课程教学才具有鲜明的特色，学生发自内心地愿意学习《电路》课程，教师才能全面推动教学的展开，提高教学质量。真正实现以人为本的教学目标。
[参考文献]
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[3]何立志，《电工学》课程的创新教学研究[J]，2006，[12]
论文摘要：电子线路CAD技术在高职的电子信息工程技术专业中是非常重要的一门课程，在电子设计以及毕业设计中都讲用到该技术。电子线路CAD技术主要是用来绘制电路图，并在计算机上利用该绘图软件对电路进行排列，从而让设计出的电路更加的美观。本文主要是针对电子线路CAD技术在高职电子设计中的应用进行研究。
对于高职学生而言，要学习的不仅仅是专业知识，动手能力是在学好专业知识的基础上更高的一个层次，也是他们必须拥有的一种能力。在高职院校中，电子信息工程技术专业的学生经常会遇到电子设计等问题，因此，在进行电子设计的时候需要用到的很多专业知识他们是必须掌握的。而电子线路CAD技术在电路板的制作方面的应用就必不可少了。下面我们将对电子线路CAD技术在电子设计中的应用进行研究与探索，说明电子线路CAD技术与电子设计的关系以及在电子设计中发挥的作用。
1、电子线路CAD技术与电子设计的关系
随着电子技术的广泛发展以及新型元器件和集成电路的广泛应用，电路在设计方面也越来越复杂与集成化，因此，对电路的要求也越来越精密。而为了达到电路在复杂与集成化方面的要求，在制作电路的时候单靠手工的操作已经不能完成设计的目的了。所以，就产生了现在我们所用到的电子线路CAD技术。我们在电子设计过程中利用它就能达到电路所要求的精密度。
2、电子线路CAD技术在电子设计中的应用
电子线路CAD技术是使用当前被广泛应用的计算机辅助绘图和设计软件，然后结合学过的专业知识进行设计，以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量等。电子线路CAD技术在电子设计中的应用主要是一下几个方面：
2.1 绘制电路图
在进行电子设计的过程中，要实现电路的功能最重要的就是编程，但是只有编程并不能完善整个设计，还需要有一个完善的电路来承载这个程序，让它实现它本该实现的功能。在电子设计中，我们一般运用的软件是PROTEL，绘制电路原理图的时候就会用到PROTEL的原理图输入功能。该绘图软件在电路原理图输入方面有着非常丰富的电子器件库，能够为我们电子设计的绘图提供所需的各种电子器件。利用该软件进行电子设计确保了电路原理图的精密度，并且绘制过程也更为方便。比如：我们在画好一个元器件后，觉得它应该放在其他的位置，则只要将它拖动到我们想要放置的位置即可。
2.2 计算机仿真
电子线路CAD技术在电子设计的应用过程中还具备运用其仿真的功能，检查电路的功能是否达到了我们所预期的功能，并且能够对一些数据进行仿真，可进一步对电路进行分析。对于PROTEL软件而言，在它的MULTISIM中有很多种仿真功能，这些仿真功能可以进行直流工作电的分析、瞬态分析、温度扫描分析、参数扫描分析、灵敏度分析、零极点分析、傅里叶变换分析、噪声和失真度分析、最坏情况分析以及蒙特卡罗分析等。在进行仿真的时候，我们首先要进行一个功能仿真，大致了解一下该电路的功能是否达到了预期的功能，然后进行数据仿真，对该电路进行具体的分析，并改正错误的地方。在进行仿真过后，分析结果一般都是以数值或波形的方式显示出来。
2.3 PCB板的设计
PCB板是PROTEL软件将电路原理图进行布线后的一种电路板。在进行PCB板的设计之前，首先要将电路原理图导入，而导入的电路原理图必须是通过仿真的，而且电路原理图中各元器件的电器特性必须与PCB板相同元器件的电器特性相同。最后，设计者就可以利用PCB板自动布线以及手动布线的功能对其进行布线。采用该软件对电路图进行布线，设计者可以先采用自动布线功能对电路进行大致的布线，然后用手动布线功能对其进行美化。这样的过程能够让电路的布线更加美观。
2.4 三维视图
在将PCB板设计好之后，在这样的绘图软件上都有三维视图的菜单，只要点击三维视图的菜单就可以观看设计电路板的三维视图。
3、让学生更好地掌握电子线路CAD技术
如上所述，掌握了电子线路CAD技术对于学生而言，可以更好地进行电子线路方面的设计工作。但在学习这一项技术的过程中，我们往往会发现学生心有余而力不足。部分教材多以PROTEL软件为蓝本，介绍软件的功能、菜单等，辅以一些应用的例子。学生学习后多呈现一种临时性的记忆，即在课程中会用，考核结束后在不长的时间后就不再掌握的现象。
解决这一问题的方法以，通过实践我们认为采用类似德国职业教育所推行的以行动为导向的项目教学法为好。其基本的思路是：
(1)先整体后具体：在学习CAD技术时，先期进行总体介绍，让学生有全局的认识，打消畏难的情绪；而后开始进入各项目的的学习实践。
(2)先低频后高频：总体而言学生进入学习后应从简而繁，低频的一些电子产品其电路较之高频的简单，学习应从其中入手。
(3)先规范后异型：突出异型电路板的设计制做，其目的是让学生今后在实际工作中具有变通的能力，在CAD技术中也手工调整电路布局的精华所在。
(4)先单层后多层，先分立后贴片。此处不再缀言。
最后一点是，对于各个CAD制作的电路，不应仅停留于电脑的设计，在教学的过程中应让学生的设计成为成品。这样可使学习更为直观，并更有成就感，随之的效果是学生对学习到的技术弥久常新。当然，这种做法也会使教学的成本大幅上扬，但从人才培养的角度看，这样的投入是值得的。
4、结语
在电子设计中运用电子线路CAD技术，不仅解决了电子设计中电路原理图绘制以及功能分析和布线方面的苦难。同时，让学生通过在自主地进行一些电子设计，并在的过程中运用该技术，适于锻炼他们使用电子线路CAD技术的实际能力并有助于其真正了解和掌握这一技术。
参考文献
[1]朱洁.电子线路CAD技术在高职电子信息工程专业毕业设计中的应用[J].中国现代教育装备，2010，(15):55～57.
9月27-28日,由中国电子学会和中国通信学会通信专用集成电路委员会主办的"第八届中国通信集成电路技术与应用研讨会(简称CCIC 2010)"在武汉胜利召开,CCIC为通信集成电路领域最顶级的技术盛会,曾先后在昆明、杭州、大连、成都、西安、苏州、上海成功举办过七届,本届会议结合通信技术的发展,围绕集成电路技术、市场、热点应用,重点探讨集成电路在通信领域的创新应用,包括LTE芯片技术、下一代移动通信与移动互联网、光通信、CMMB、RFID、移动多媒体、射频集成电路技术等。
随着第三代移动通信(3G)全面部署和服务普及,三网融合的不断推进以及物联网概念的兴起,中国通信市场正面临着新一轮的发展契机。2010年,移动通信将在经济与社会发展过程中发挥更重要的作用,宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化和环保化将成为移动发展的新趋势;三网融合的稳步推进将极大的促进光通信产业的发展;物联网技术的广泛应用将带动智能传感器、计算机、通信网络、集成电路和软件等多个产业的发展,并有望成为一个新的万亿元规模的超级通信产业。这将给中国的集成电路产业带来了新的广阔发展空间。
为期两天的技术论坛让与会者受益匪浅。会议得到了武汉东湖新技术开发区管委会和烽火通信的大力支持,来自全国的通信企业、集成电路企业以及行业有关专家、学者近300参加了会议。
泰景科技向在外务工人员
捐赠电视手机
9月27日,致力于让电视移动起来的泰景信息科技有限公司出席在武汉召开的“2010年中国通信集成电路技术与应用研讨会”,并于当天的招待晚宴上向武汉东湖国家高新技术开发区工会捐赠了100台带有免费电视功能的手机。中国通信学会通信专用集成电路委员会副主任委员赵纶、肖定中、武汉东湖国家高新技术开发区工会主席李复鸣和泰景信息科技有限公司执行总裁云维杰先生出席了捐赠仪式。用户可以利用这个手机的电视功能免费收看广播式的电视节目,即时了解他所工作生活的城市,也能更多的看到家乡的信息。
对在外务工人员的人文关怀已经成为了一个社会热点,相关企业和政府机构也逐步认识到新一代的务工人员相比于他们的父辈,从文化层面和经济层面,乃至整个心理层面都发生了翻天覆地的变化,这一变化直接导致他们与传统的管理方式激烈碰撞以及引发的一系列悲喜剧。
泰景科技借用自身的研究成果,利用手机接收传统的模拟电视,让用户随时随地都可以免费收看实时的电视节目,而不产生额外的费用。这对于收入不高的务工人员将是一个理想的工具,可以拉近他们与这座他们为之辛劳的城市的距离,同样也更贴近自己日夜牵挂的家乡。泰景科技希望能通过这种方式给出门在外的务工人员更贴心的关怀。这一想法得到了武汉东湖开发区管委会的认同,湖北是一个务工人员流入和流出都很普遍的省份,免费移动电视可以成为在外务工人员的一个心理慰藉。正是中国通信集成电路协会和了武汉东湖开发区工会的大力支持促成了此次捐赠。相信这一小小的功能将会为外出务工人员的业余生活增添色彩,也为他们带去社会和政府的关爱。
东芝推出全球读写速度最快的
SDHC UHS-I存储卡
东芝日前宣布推出符合SD存储卡标准Ver. 3.0(SD 3.0)――UHS 104、实现全球最快的读取写入速度的 8GB、16GB和32GB容量SDHC UHS-I 存储卡系列。此外,东芝还推出了世界上首款microSDHC UHS-I存储卡,容量为 4GB、8GB 和16GB,拓展了其在存储卡解决方案领域的行业领先地位。
今年11月,东芝将开始新型SDHC UHS-I存储卡的量产以及新型microSDHC UHS-I存储卡样品的交付。
新型SDHC UHS-I存储卡是全世界首款完全符合SD 3.0――UHS104标准的存储卡,其将NAND闪存卡超快的读取和写入速度提升到了一个新台阶:最大读取速度达每秒95MB,写入速度达每秒80MB。
新型microSDHC UHS-I存储卡是全世界首款符合SD 3.0--UHS50标准的microSDHC存储卡,其读取和写入速度为同类产品之最:最大读取速度达每秒40MB,写入速度达每秒20MB。
Aptina推出8MP
完备相机解决方案CCS8140
CMOS成像技术的领先创新者Aptina宣布推出其新款功能丰富的8MP CCS8140成像解决方案。CCS8140解决方案利用公司在像素、处理和封装方面的创新技术,将高品质MT9E013 8MP CMOS影像传感器与Aptina MT9E311成像协处理器完美结合,同时其各方面的处理速度保持在与独立影像处理器类似的水平。经全面调节的Aptina CCS8140整套相机解决方案可提供一流的影像品质,同时仅需极少的调节和传感器调整即可完成最终产品设计。该解决方案不仅可以为移动手持设备OEM和相机模块集成商缩短设计时间,提高产品性能优势,而且还可降低开发及总体系统成本。
Intel推出多功能芯片
宣告显示适配器可退休了
英特尔(Intel)发表首款整合绘图与影片处理效能的处理器芯片架构,瞄准行动装置市场,并进一步威胁超威(AMD)和英伟达(Nvidia)的绘图芯片业务。
英特尔执行长欧德宁将近日举行的英特尔科技论坛(IDF)上,发表这款名为“Sandy Bridge”的微处理器芯片架构。Sandy Bridge芯片设计把微处理器电路、和处理绘图与影片效能的电路整合到同一颗芯片上,可大幅减少个人计算机(PC)所须使用的绘图芯片(GPU)数量。
Sandy Bridge芯片架构预计下季投产,将成为英特尔整个产品线的基础。这种芯片整合新方式象征科技业的一大转变:未来PC可能再也不必额外安装显示适配器。
英特尔发言人柯纳夫指出,英特尔把绘图效能和主要处理器整合到同一颗芯片之后,将拥有成本优势,并减少芯片耗能、提高运算效率。英特尔的最新设计显然是着眼行动装置市场。
欧德宁指出,由于智能手机等电子产品的成本和空间弥足珍贵,多功能芯片的地位也将水涨船高,他说:“适用于各类装置、汽车和电视产品的单一芯片装置,将渐成市场趋势。”
陶氏电子材料新推出可稀释硅溶胶
研磨液,降低制程缺陷程度
陶氏电子材料近日推出新一代KLEBOSOL II 1630研磨液,这是一种进阶的可稀释的研磨液,它综合了硅溶胶研磨液和气相二氧化硅研磨液的优点。KLEBOSOL 研磨液是为先进半导体制造技术而研发的,它为CMP提供了一种性能卓越,低耗材成本的产品。
KLEBOSOL II 1630研磨液中含有加长列形硅溶胶颗粒。该产品将硅溶胶的高稳定性,处理简易特性以另一种新的形貌结合在一起,这种新的形貌可以提供与气相二氧化硅相似的研磨功能,并且可稀释。这使得KLEBOSOL II 1630在极具成本竞争力的同时还能保有硅溶胶研磨液的特性,这些特性包括优异的移除率稳定性,低缺陷率,高研磨能力以及严整的制程控制等。
ARM推出下一代芯片设计
A15 性能提高五倍
ARM负责营销的副总裁Eric Schorn近日在一个新闻会上推出了该公司的下一个重要的芯片设计Cortex-A15 MPCore,并且许诺这种新的芯片设计将把性能提高五倍。ARM希望这种新的芯片设计将使ARM的芯片应用从智能手机扩展到高性能路由器和服务器。 Cortex-A15这个名字反应了这种处理器有多大进步。ARM目前的处理器是Cortex-A8和Cortex-A9。
Schorn说,A15芯片距离以产品的方式出货还有很长时间。实际上,它的上一代产品A9预计在今年年底才能出货。使用A15芯片的智能手机和其它产品将在2012年年底出货。
A15芯片将采用32纳米和28纳米生产工艺生产。ARM表示,德州仪器、三星电子和意法半导体爱立信已经购买了这个新的设计的许可证。
力科重新定义示波器上的
串行数据解码和调试新标准
力科公司了六款新的串行数据解码器选项 - ARINC 429, USB 2.0, MIPI D-PHY (包括 CSI-2 和 DSI) 以及DigRF 3G 解码器,除此之外,全新的PROTObus MAG(测量、分析和图形)串行调试工具集也同时,这大大增强了力科在串行解码市场的领导者地位。PROTObus MAG 增强了I2C, SPI, UART, RS-232, CAN, LIN, FlexRay, DigRF 3G, 和 MIL-STD-1553 解码器的功能,包括了许多数据提取,时序和其他测量和图形工具。比如, 通过PROTObus MAG,客户可以进行通用电路验证测量比如计算协议帧和一个模拟波形之间的时序。这套工具集也提供了业界独家的特性,能从支持的串行数据消息中提取数字数据并且将数据值随着模拟波形表示变化的趋势以图形的方式绘制出来。
2010年中国国际IP核
推介会上海举行
在工业和信息化部电子信息司的指导和国家集成电路公共服务联盟的大力支持下,由工业和信息化部软件与集成电路促进中心(CSIP)主办,上海集成电路技术与产业促进中心承办的2010年中国(上海)国际IP核推介会于近日在上海集成电路技术与产业促进中心1楼多功能厅举行。
此次推介会将深入分析和探讨我国IP核市场发展现状,并重点推介接口类IP核技术,来自各知名厂商的技术专家将与各位分享接口类IP的相关技术和应用解决方案,推动我过IP及SoC市场的健康良性发展。同时,继2010年中国国际IP核推介会北京站对我国自主创新嵌入式CPU的推介,上海站也将对国产嵌入式CPU进行深入研究。
微捷码层次化RTL-to-GDSII
参考流程正式面市
微捷码(Magma)设计自动化有限公司近日宣布,一款经过验证的支持Common Platform联盟32/28纳米低功耗工艺技术的层次化RTL-to-GDSII参考流程正式面市。这款自动全面的解决方案可为以32/28纳米先进工艺节点制造的具有200万个单元级电路及更大型的片上系统(SoC)提供可预测结果并降低其开发成本。
这款层次化参考设计的实施采用了微捷码的全RTL-to-GDSII流程和ARM的32/28纳米LP工艺库以及标准单元、存储器编译器和GPIO(通用型输入输出)。它的成功实施证明了这款流程提供了创建多电压域(multi-Vdd)低功耗SoC所需的所有主要功能,验证了工具与库的互操作性,通过加入样本设计还促进了用户对流程的快速采用。此样本设计可通过微捷码或Common Platform联盟进行访问。
星科金朋切入12英寸
晶圆级BGA封装技术
全球第4大封测厂星科金朋(STATS ChipPAC)宣布12英寸嵌入式晶圆级球闸阵列(Wafer-Level Ball Grid Array;eWLB)技术具备量产能力之后在新加坡举行了新厂落成启用典礼。星科金朋指出,该公司为首家具备12英寸重组(reconstituted)晶圆量产能力的封测厂,单季出货量可以达到3万片重组晶圆,未来3年将扩大eWLB资本支出,提升产能规模,以迎合芯片小型化的需求。
星科金朋表示,该公司在eWLB技术的投资至今已逾1亿美元,现已具备eWLB量产技术,累计至今的出货量已达3,500万颗。该公司认为,从8英寸转进切入12英寸领域,可以使客户降低生产成本,同时也能扩大生产经济规模,享有比8英寸晶圆为高的生产效率。
泰克公司推出三位一体的
计时器/频率计/分析仪
泰克公司近日宣布推出FCA3000与FCA3100系列计时器/频率计/分析仪及MCA3000系列微波频率计/分析仪。这些仪器能与包括示波器和任意波形/函数发生器在内的其它泰克台式仪器无缝集成,在实现更低拥有成本的同时,提供业界领先的频率和时间分辨率。
AppliedMicro采用Tensilica
Dataplane数据处理器
Tensilica近日宣布 ,AppliedMicro (Nasdaq:AMCC)采用了Tensilica Xtensa LX Dataplane数据处理器(DPU)进行其最新的高速通信芯片设计。
AppliedMicro高级工程经理Sean Campeau表示:“Tensilica DPU具备高带宽以及类似于FIFO队列的高性能接口,由此可以实现数据在处理器内外的快速传输,这是AppliedMicro选择Tensilica的主要原因。这些高速接口独立于系统总线之外,可以帮助我们在处理器上实现之前只能通过RTL(寄存器传输级)逻辑才能实现的性能。这大大减少了我们的设计时间并为我们提供了更具灵活性的解决方案。”
泰鼎数字电视SoC带来高端视觉体验
机顶盒和电视半导体解决方案供应商泰鼎微系统近日宣布推出完全集成数字电视片上系统 HiDTV Pro-SXL,通过泰鼎第二代增强超级分辨率技术突显网络互联、全球范围数字电视标准支持以及卓越图像质量等特点。泰鼎HiDTV Pro-SXL片上系统具有成本低、功能丰富的特点,在低成本平台上带来通常高端电视才具有的性能,使得消费者能够享受例如视频点播、音频点播、新闻和体育等领先的网络服务。
HiDTV Pro-SXL芯片配置了泰鼎第二代增强超级分辨率(ESR)技术,能够提供业界最佳的图像质量,在实现卓越的降噪功能的同时保留细节。
罗姆携手日冲开发
Intel新一代嵌入式处理器
半导体厂商罗姆株式会社与罗姆集团的日冲半导体公司共同开发完成了LSI芯片组的3个部件,它与美国Intel公司针对嵌入用途而新开发的“Intel ATOMTM处理器 E6xx系列”(开发代号“Tunnel Creek”)共同构成系统,是不可或缺的组件。罗姆集团开发的芯片组由3部分构成,分别是1. Input-Output Hub LSI (IOH) (车载信息娱乐系统专用、IP媒体电话专用的2种机型)、2. 芯片组电源管理LSI(PMIC)、3. 时钟发生器LSI(CGIC),IOH的2种机型由日冲半导体公司开发,电源管理LSI和时钟发生器LSI则由罗姆负责,此次开发实现了芯片组所需3种机型的体系化,同时使用这些芯片组的参考板也已完成,可向客户供应产品。
飞思卡尔MZ系列单片机
为国网电表提供完备芯片方案
在刚刚结束的飞思卡尔技术论坛(FTF)上,飞思卡尔也展示了为中国国网新标准而特别研发的、专供中国国网应用的新一代智能微控制器(MCU)MZ系列。
飞思卡尔MZ系列是智能电表用MCU,有8位和32位两种,分别基于S08内核和ColdFire内核。两者均支持新国网标准有关基本计量功能增加,费控功能复杂,具备多种抄表通讯模式,以及电子线路布局布线位置相对固定等特点。
MZ系列最主要的特点是所有芯片都可以实现64引脚芯片完全兼容,工程师在更改设计时可以无需修改PCB布线,从而可以直接进行产品升级。此外,该系列产品采用的是同一套开发工具,软件和模块移植性强,大大减少开发时间。外置LCD驱动,可以让客户把LCD驱动和LCD放在一起,减少布线,提高方案抗干扰能力。
中芯国际最新技术路线图
32 nm研发加速进行
中芯国际近日举办了技术研讨会,恰逢其成立10周年,新领导班子的集体亮相、最新技术路线图的、研发进展状况等,成为了此次研讨会的最大亮点。“中芯国际对于技术的发展投入不遗余力,这也是我们能够在中国半导体业界得以领先的最重要原因。”中芯国际COO Simon Yang博士说,“今年年底我们将结束55nm的研发,本月底40nm的研发将freeze,32nm的设备PO已发出,研发也已于今年5月启动。”
“截至2010年8月底,中芯国际的专利共4060件。虽然与国际先进公司还有差距,但是在国内已遥遥领先。我们的45/40nm光罩完全由中芯国际自己的光罩厂制造,充分证明了中芯国际在芯片制造领域的实力。”Simon Yang博士坦言。
“毫无疑问,Intel是芯片制造技术的领先者,最先进的技术往往由Intel。作为代工厂,中芯国际的65/60nm技术大约比其晚4年,但是从45/40nm开始,我们的研发已经加速,32nm技术只落后2年左右。预计在2013年3月,我们的32nm就将进行产品验证。” Simon Yang博士说。
周梅生博士从工艺角度对中芯国际的技术进行了解析。“在栅极部分,32nm将会采用高K金属栅工艺,以此取代以往的Poly/SION,这是亮点,当然也是难点所在,中芯国际将会采用的是Gate Last技术;在关键的光刻部分,依然是采用现在主流的浸入式光刻;应变硅部分会采用SMT和SiGe。
季明华博士重点介绍了逻辑和SOC技术。“中芯国际的45nm LL(Low Leakage)和GP(Generic with High Performance)来自IBM,在此基础上形成了中芯国际的45nm LL和GP技术,再进一步经过缩小,即有了40nm LL和GP。40LL将在本月底freeze,随后会经过3-6个月的认证。从技术层面看,SoC技术它以超深亚微米VDSM(Very Deep Submicron)工艺和知识产权IP为支撑,是集成电路发展的必然趋势和主流,也是中芯国际未来的重点之一。
32nm芯片的研发费用已高达$100milion,但中芯国际32nm加速发展,22nm也已提上日程。无论是产业布局,还是技术发展进度,中芯国际都已成为中国芯片制造业的标杆。
国产自主知识产权
北斗多模导航芯片应用两周年
近日,我国在西昌卫星发射中心用“三号甲”运载火箭,成功将第五颗北斗导航卫星送入太空预定轨道,这标志着北斗卫星导航系统组网建设又迈出重要一步。
北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。其建设目标为:建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统,促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。
目前,北斗卫星导航系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域,产生了显著的经济效益和社会效益。特别是在四川汶川、青海玉树抗震救灾中发挥了非常重要的作用。
凌阳科技大学召开2010年“嵌入式、
3G&物联网”前沿技术研讨会
2010年10月14日～11月15日,凌阳科技大学计划本着“为中国数码教育尽份心力”的宗旨,将在全国10个省市召开题为“嵌入式、3G&物联网” 前沿技术的巡回会。 会议期间,您可以领略到最新的嵌入式、3G&物联网应用技术与方案及众多的相关教学设备。凌阳科技大学计划展示的丰富资料、提供的完善支持,将帮您找到减轻嵌入式教学负担的方法;把学习和就业融为一体的服务体系,将给您提供解决电子类专业毕业生就业问题的新途径。
安捷伦与创毅视讯合作
完成TD-LTE芯片的射频性能测试
安捷伦科技有限公司与TD-LTE芯片制造商―创毅视讯近日宣布,双方已合作完成TD-LTE的数据卡射频性能的测试。本测试参考3GPP LTE规范及创毅视讯测试需求,基于安捷伦的N5182A信号发生器及N9020A信号分析仪平成。本次联合测试遵循3GPP标准规定的第六章及第七章的芯片发射机及接收机的测试规范,这也是两家公司一次成功的合作。
飞思卡尔与Nepes Corporation
签署生产RCP的授权协议
飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)近日宣布,该公司已经与Nepes Corporation签署了一项授权协议,Nepes Corporation将以较低成本的300mm规格生产飞思卡尔的重分布芯片封装(RCP)技术。
Nepes于今年早些时候在其位于新加坡的工厂(Nepes Pte)中安装了300mm整套设备和制造工艺,这些设备和工艺可提供多层单芯片和多芯片系统级封装解决方案。Nepes的这个初创技术公司正在建造中,预计将于2011年第一季度投入批量生产。
展讯通信单芯片
三卡三待手机方案SC6600L7
展讯通信有限公司日前全球首款单芯片三卡三待手机方案 SC6600L7 ,该方案可支持三张 GSM SIM 卡在一部手机上同时待机。这是展讯继2008年推出业界首款单芯片双卡双待方案 SC6600L2 后的又一重要产品举措。
展讯单芯片三卡三待方案只需通过一套基带与射频的硬件配合,即可支持三张 GSM SIM 卡同时待机;芯片内部集成三卡引擎处理器及控制器,采用 DSP 实现了三卡通讯协议的固件,并改善了图形用户界面,提供了前所未有的用户体验,完全符合多 SIM 卡标准。展讯 SC6600L7 三卡三待手机解决方案不仅继承了展讯 SC6600L2 的全部性能特性,并提供全功能的第三方硬件可扩展性。
TI首款0.9V MCU推动消费类电子
与安全应用实现更低成本的创新
近日,德州仪器 (TI) 宣布推出业界首款名符其实的 0.9 伏微控制器 (MCU),该款超低功耗 MSP430TM MCU 系列的最新产品可推动单节电池供电的、更小巧、更低成本的产品创新。与现有号称 0.9 V 技术的 MCU 不同,包括整个模拟与数字逻辑的 TI MSP430L092 MCU 本身工作电压就为 0.9 V。
力科推进5Gbps+测试测量时代
历时四个多月,全国10个城市。力科公司2010年高速串行数据测试技术巡回研讨会胜利召开。该次研讨会的主题是“携手力科,迎接5Gbps+测试测量时代”。力科公司系统总结了当前高速串行数据的测试测量的挑战,就这些测试测量的挑战性问题和全国各地共1,000余位工程师进行了面对面的技术交流。
工程师们对这次研讨会的评价是“精彩、实用、深入、前所未有……” 这些评价和力科公司此前公开承诺的要举办一次“纯粹”的,“头脑风暴式”的“技术研究性质”的研讨会所预期的相一致。
安森美下一代
计算产品用平台方案
安森美半导体(ON Semiconductor)推出一系列新产品,简化及加速计算平台的设计,包括应用于即将的第二代Intel Core处理器系列(代号Sandy Bridge)。这些新产品包括高能效电源管理器件,以及应用于高带宽通信接口、降低能耗及节省电路板空间的先进集成电路(IC)。这些技术进一步扩充安森美半导体用于台式计算机、笔记本和服务器等平台方案的阵容,其中还包括系统输入端器件及用于保护和热管理的元器件。
华虹设计支持UCPS的
HDMI发送器SHC3201
上海华虹集成电路有限责任公司(简称华虹设计)日前宣布推出全球首款支持UCPS标准、符合HDMI 1.3标准的发送器SHC3201。 SHC3201发送器主要功能特征包括: 225 MHz HDMI v1.3支持36bits深色(Deep Color)应用; 支持UCPS1.0和HDCP1.2; 在80MHz时功耗仅100mW左右,非常适用便携式多媒体终端; 待机功耗极低(小于30μA); 显示数据通道(DDC)支持; 支持S/PDIF和8通道I2S音频记录格式并且以192kHz速率发送立体声或7.1通道环绕声; 100pin TQFP 或 85pin TFBGA封装。
同时华虹设计可提供165MHz HDMI V1.2版(SHC3202)和225MHz HDMI V1.3版(SHC3203)的物理层(PHY)解决方案,这两个解决方案包括发送器物理层半导体和配套链路层知识产权(IP)核。
凌力尔特推出匹配RMS的功率检测器
凌力尔特公司 (Linear Technology CorporatiON) 推出 40MHz 至 6GHz 双通道、匹配 RMS 功率检测器 LTC5583 ,该器件在 2.14GHz 时提供超过 55dB 的隔离。在 RF 功率放大器 (PA) 应用中,LTC5583 为准确测量正向功率、反向功率和电压驻波比 (VSWR) 提供了一个简单的解决方案。该器件由一对 60dB 动态范围的 RMS 检测器组成,这些检测器匹配至 1.25dB。
国半与Shoals、灏讯等
合推智能型太阳能系统接线盒
美国国家半导体公司(National Semiconductor Corporation)最近积极推广SolarMagic电源优化器,并分别与灏讯集团、Shoals Technologies集团等合作推出智能型太阳能系统。
美国国家半导体SolarMagic芯片系列属于智能型的电源管理电路,可以最大化提高太阳能系统中每一块或每一组光电板的发电量。Shoals的太阳能系统配件包括接线盒、组合接线盒、“即插即用”的线束解决方案、光电板监控系统及托架排列系统。
Sagemcom高端机顶盒
采用意法半导体网络电视SoC
机顶盒芯片供应商意法半导体与欧洲领先的机顶盒制造商Sagemcom联合宣布,Sagemcom将采用意法半导体先进的STi7108系统级芯片设计其最新的高端机顶盒,进而提高电视服务提供商的灵活性,让终端用户获得更丰富的视觉体验。
STi7108 系统级芯片针对广播/网络电视双模机顶盒,芯片上集成一个高性能主处理器、专用3D图形控制器、一个PVR硬盘接口,以及以太网接口和USB端口,可连接个人媒体存储或数码相机等设备。芯片内置基于ARM的3D图形引擎,支持最新的用户界面和3D电子节目指南(EPG),以及先进的网络内容和高性能游戏。
IR推出业内首款8引脚
高效谐振半桥控制IC
国际整流器公司 (International Rectifier,简称IR) 推出业界首款8 引脚高效谐振半桥控制IC,能够让液晶电视和显示器、家庭影院系统、台式电脑、打印机和游戏机应用的开关电源 (SMPS) 达到高效的节能效果。
IRS2795 (1,2) S谐振半桥控制IC采用8引脚 SO-8封装,提供高度可编程和保护功能。其主要性能包括50%固定占空比和高达 500kHz的可编程开关频率、可编程软启动频率和软启动时间,以及适用于所有负载条件,为优化零电压开关 (ZVS) 而设的可编程死区时间去实现高效率和低开关噪声。
凌力尔特推出硅振荡器LTC6992
涵盖3.81Hz至1MHz范围
凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出硅振荡器 LTC6992,该器件是 TimerBlox 硅定时器件系列的最新成员。LTC6992 针对 3.81Hz 至 1MHz 的输出频率提供简单和准确的脉冲宽度调制 (PWM) 功能。该器件的频率可用 1 至 3 个电阻器设定,具有保证低于 1.7% 的频率误差。此外,频率可以通过单独的控制电压来动态地控制。输出脉冲宽度 (占空比) 简单地用一个 0V 至 1V 的模拟信号控制。LTC6992 在加电后 500us 以内提供无干扰和首周期准确的启动。
恩智浦Plus CPU技术打造
2014俄冬奥会公交票务系统
恩智浦半导体NXP Semiconductors N.V.近日宣布,Plus CPU非接触式微型控制器已中标俄罗斯索契市(2014年冬奥会主办城市)陆路交通网自动售检票(AFC)系统项目。这也是Plus CPU技术首次进入俄罗斯和独联体国家。恩智浦将携手解决方案供应商/设备制造商Strikh-M公司、嵌体制造商SMARTRAC公司以及智能卡生产商Novacard,为乘客和公交运营商带来非接触式AFC全面优势体验。该项目目前正处于试验阶段。
欧胜推出全球最高电流
单片电源管理芯片WM8325
欧胜微电子股份有限公司宣布推出极富创新的WM8325电源管理子系统,该子系统是世界上最高电流的单片电源管理芯片(PMIC),它为包括智能本、平板电脑、电子书、媒体播放器以及智能手机在内的各种便携式多媒体应用提供了一种高性价比、灵活的解决方案。 WM8325的特点是带有4个可编程的直流-直流转换器,其中包含一个可以提供高达2.5A的转换器;它同时还集成了11个低压差线性稳压器(LDO),其中的4个用于以低噪音方式为灵敏的模拟子系统供电。
微芯推出PIC18F87J72
电能监测PIC单片机
Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)宣布,推出用于单相多功能智能计量和电能监测应用的8位PIC18F87J72单片机(MCU)系列。该系列具有64或128 KB的闪存程序存储器和4 KB RAM,以实现分时电价和复费率功能;高度集成了多种外设,包括LCD驱动器、硬件实时时钟/日历(RTCC)和采用电容式触摸用户界面的充电时间测量单元(CTMU)。
Tensilica和4M Wireless宣布合作
Tensilica和4M Wireless近日宣布了合作关系,4M Wireless已将其整套PS100 LTE协议栈移植至Tensilica ConnX Atlas LTE参考架构。4M Wireless正式加入到Tensilica Xtensions合作伙伴网络,并已移植其PS100 LTE协议栈至同为Tensilica合作伙伴的Blue Wonder Communications的LTE系统平台上。
思亚诺ATSC
移动数字电视芯片SMS1530
专注于移动数字电视芯片供应商――思亚诺,了一款针对美国移动数字电视市场的新产品。这款由思亚诺携同ATSC (移动/手持)标准的主要开发者LG电子合作研发的新品被称为SMS1530,其支持ATSC A/153移动数字电视标准。除了可以优化移动和手持设备的信号传输,ATSC移动数字电视还能支持广泛的服务,如免费电视、实时互动业务、订制电视节目、文件下载存储并用于重播等,这一标准还能用于一些新的数据广播业务的传输。
三星选择maXTouch解决方案
助力GALAXY Tab平板电脑
爱特梅尔公司宣布三星电子选用爱特梅尔maXTouch解决方案助力其新近的GALAXY Tab 平板电脑,这是三星电子全新移动平板电脑系列的首款产品。SAMSung GALAXY Tab 使用Google Android 2.2操作系统,具有类似PC的网络浏览功能、强大的多媒体功能、移动电邮、语音和视频通话功能。此外,这款新型平板电脑还可使用Android市场的众多应用程序。
S2C在中国Allegro DVT的
H264/AVC认证流和IP
S2C日前宣布与Allegro DVT合作,在中国销售Allegro DVT产品。Allegro DVT是一家领先的H.264/MPEG-4 AVC/SVC/MVC解决方案供应商,包括行业标准的兼容性测试组件和H.264编码器及解码器VHDL 知识产权模块。Allegro DVT产品与S2C现有的SoC原型产品和硅知识产权产品链互补。S2C将在不同设计阶段为Allegro DVT客户提供增值的支持和服务。
Diodes推出DIOFET器件提升负载点
转换器的效率及可靠性
Diodes 公司推出首批采用专有DIOFET工艺开发的产品,将一个功率MOSFET与反并联肖特基二极管集成在一个芯片上。最新的DMS3014SSS 和 DMS3015SSS 器件适用于同步降压负载点 (PoL) 转换器的低侧MOSFET位置,有助于提升效率,同时降低大批量计算、通信及工业应用中快速开关负载点转换器的工作温度。
在10V 的VGS电压下,DMS3014SSS 和 DMS3015SSS的RDS(ON)分别仅为10mΩ及8.5mΩ。这些器件能把通常情况下与低侧MOSFET相关的导通损耗降至最低。
奥地利微电子推出采用I2C接口的
最小线性霍尔传感器IC
奥地利微电子公司最近推出AS5510线性霍尔传感器IC,具有业内尺寸最小的10位数字输出分辨率。AS5510采用微小的1.46 × 1.1mm芯片规模封装,包括一个I2C 2线串行接口,以便在4种不同灵敏度范围内切换,并实现到微控制器的简单的数据传输。
AS5510专为消费类应用设计,其线性磁编码器的大小、功能和性能适用于变焦及自动对焦相机系统等空间有限的闭环位置控制系统中进行非接触式线性位置传感。它可以测量一个典型横向行程0.5 - 2 mm、有1.0 mm空气间隙的简单2极磁铁的绝对位置。更加强大的磁铁可以实现更高的横向行程和空气间隙。
Altera通过新系统级集成工具,针对嵌入式系统配置功能启动嵌入式计划
为加速实现嵌入式系统中可编程逻辑与处理器的集成,Altera公司日前其嵌入式计划。通过这一计划,Altera为设计人员提供了基于Quartus? II开发软件的单一FPGA设计流程――包括新的Qsys系统级集成工具、公用FPGA知识产权(IP)库,以及新的ARM? CortexTM-A9 MPCoreTM和MIPS?技术公司MIPS32嵌入式处理器产品等。利用这一设计流程,嵌入式设计人员能够迅速方便的面向Altera Nios? II、基于ARM和MIPS的嵌入式处理器以及最近的可配置Intel? AtomTM处理器开始设计。Qsys系统级集成工具利用了业界首创的FPGA优化芯片网络技术来支持多种业界标准IP协议,提高了结果质量,具有很高的效能。
GLOBALFOUNDRIES与SVTC合作,
加速推动微机电系统(MEMS)晶圆量产
GLOBALFOUNDRIES日前宣布与SVTC 技术公司结成战略联盟,加速进行微机电系统(MEMS)的量产制造。这项合作着重于技术开发合作,将有助GLOBALFOUNDRIES达成目标,成为MEMS晶圆厂的领导者。
微机电系统(MEMS)是半导体市场成场最快的区块之一,MEMS应用广泛,从车用感应器、到喷墨打印机、到高端智能手机与游戏控制器都有MEMS的应用。然而MEMS的制造过去主要局限于特定的晶圆制造厂,采用“单一制程、单一产品”的方式。为了让MEMS市场得以持续快速成长,GLOBALFOUNDRIES正采取积极策略,通过与CMOS流程类似的标准化方式,将MEMS从特定制造平台转移到量产平台。
赛灵思推出ISE 12.3设计套件
进一步优化功耗
赛灵思公司最近宣布推出 ISE?12.3设计套件,这标志着这个FPGA 行业领导者针对片上系统设计的互联功能模块, 开始推出满足AMBA? 4 AXI4 规范的IP核,以及用于提高生产力的 PlanAheadTM 设计和分析控制台,同时还推出了用于降低了Spartan?-6 FPGA 设计动态功耗的智能时钟门控技术。
赛灵思AMBA 4 AXI4 规范的部署,意味着客户可以用统一的方法实现IP模块互连,同时还能通过对IP 的利用和复用更全面地使用设计资源,并简化所有 IP提供商之间的集成,进而支持即插即用的 FPGA 设计。就内核使用和集成工具而言,ISE 设计套件12.3 的推出, 增强了CORE GeneratorTM 工具,通过提供高度参数化的 IP以及赛灵思 Platform Studio 和 System Generator 工具,使设计人员能够迅速配置系统架构、总线和外设,从而显著加速设计进程。
ADI公司推出高集成RF
与IF可变增益放大器
ADI最近推出一系列高度集成的RF/IF可变增益放大器 (VGA) ADL5201、ADL5202、ADL5240和ADL5243。这些新产品的集成度均实现较大突破,单器件中最多可集成4个分立RF/IF模块。无线系统制造商借助这种前所未有的集成度,能够大幅降低器件数量和物料成本。除了卓越的集成度,新款 VGA 还具有业界领先的性能、线性度和灵活性,非常适合蜂窝基站、工业/仪器和国防设备等要求严苛的应用。
PMC-Sierra和Sigma Designs 联合展示端到端 FTTx 和 HomePNA 解决方案
网络架构半导体解决方案提供商PMC-Sierra 公司日前宣布与家庭娱乐和控制系统芯片(SoC)解决方案供应商Sigma Designs 公司联合展示以太网无源光网络 (EPON) 和 HomePNA 同轴电缆传输快速以太网 (EoC) 解决方案,该方案将为有线电视运营商提供端到端功能,实现FTTx 技术的部署。
这次联合展览将展示PMC-Sierra 基于 1G 或 10G EPON 技术且具有强劲性能的端到端 EPON 解决方案,结合 Sigma 公司的 CG3210M 快速 EoC? 芯片集,可以为中国有线电视的多住宅单元 (MDU) 用户提供高品质的视频传输,实现简易配置、极高的服务质量和可靠性。
士兰微电子推出6-36V输入、1A大功率迟滞型LED驱动芯片SD42525
士兰微电子近期推出了一款高性能、高可靠性、大功率的绿色照明驱动解决方案核心芯片――6~36V输入,1A大功率迟滞型LED驱动芯片SD42525。该芯片采用了士兰微电子“对输出电流随输入电压变化进行补偿”和“输入输出压差较小时用最大占空比限流”等专利技术,基于士兰微电子专为绿色节能产品所开发的高性能BCD工艺,并在单芯片内集成了LDMOS功率开关管,内置了PWM调光模块和多重保护功能。该芯片为降压、恒流型LED驱动电路,具有很高的转换效率,适合于MR16等多种LED照明领域。
Maxim推出低噪声放大器
