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前端設計論文:雙流機場天氣雷達接收前端國產化的設計與實現

摘 要：為提高雙流機場天氣雷達正常運行的保障力度。經過綜合考慮和調研，西南空管局氣象中心決定對天氣雷達射頻接收前端系統進行國產數字化改造，包括限幅器-LNA組合前端、下變頻器、中頻部件等器件。射頻接收前端系統改造完成試運行后通過參數測試，在功能上已基本滿足使用要求。為雷達產品對比分析和其他器件的國產化改造工作打下了基礎，希望能對其他采用進口天氣雷達的氣象部門有一定的借鑒意義。

關鍵詞：雙流機場天氣雷達 國產數字化改造 射頻接收前端系統 對比分析

雙流機場天氣雷達由美國EEC公司生產，于2003年投入使用，所用接收機為模擬接收機。作為接收機重要組成部分的射頻接收前端系統是衡量接收C動態性能的關鍵部件[1]，它主要包括限幅器-LNA組合前端（限幅保護器、低噪聲放大器）、下變頻器（C波段濾波器、低噪聲放大器、混頻器和中頻濾波器）、中頻部件（線性中頻放大器、中頻濾波器、功分器和對數放大器）等，由于產接收機的范疇，因此該系統也包含了頻綜這一部分。射頻接收前端系統的總體設計如圖1所示。除頻綜以外，其他部分全部封裝在一個屏蔽盒內。電源部分對射頻接收前端系統供電，頻綜的5 660 MHz輸出通過一個腔體窄帶濾波器處理后，其頻譜更純，作為接收機的本振信號。由于頻綜工作時發熱較為嚴重，因此特別設計了一個冷卻風扇，來對頻綜進行風冷處理。這一搭配從原理和性能上均有不錯的表現，但是由于發射射頻信號為5 630 MHz，正好落在一個寬頻的其他干擾信號的頻帶內，造成接收信號的異常。為解決這一問題，將設計[2]改成在頻綜的上層，增加一個變頻電路，使發射信號偏離干擾頻帶。

1 系統信號流程

1.1 發射信號

頻綜輸出47.5 MHz、5 560 MHz和5 630 MHz 3個相參的、正弦連續波信號[3]。47.5 MHz參考信號被一個功分器一分為二，一路仍然作為數字接收機與信號處理器的參考基準輸入，另一路則作為變頻器的輸入信號。變頻器由ZMX-7GR無源混頻器擔任，將頻綜輸出的5 530 MHz信號作為混頻器的本振輸入信號；將混頻器的中頻輸出端用作信號輸入端，送入47.5 MHz信號；將混頻器的射頻輸入端用作變頻輸出端，進行混頻處理，得到混頻后的5 582.5 MHz信號和其他頻率成分。通過腔體窄帶濾波器后，5 582.5 MHz信號輸出，其他信號被濾除掉，該信號作為發射射頻信號。5 582.5 MHz的發射射頻信號，被送入射頻前置放大器（即前面提到的發射信號產生與驅動電路）中，首先被調制成具有升余弦形狀的射頻脈沖，然后被放大到具有足夠的輸出功率（≥8 W）。

速調管功率放大。該信號被輸入到速調管（這時主要增益級），進行功率放大，作為功率微波源，從天線發射出去，探測氣象數據。

1.2 接收信號

降水目標產生的回波，被天線接收以后，通過饋線送到接收前端。

為了回波信號的信噪比不至于因為同軸電纜傳輸的衰減而明顯下降，高頻放大的第一級前移到這里來。信號被放大后，傳輸衰減的影響大為減少。

濾除帶外信號，對傳輸衰減進行補償性放大后，信號在這里與本振信號一起，被混頻器混頻，生成中頻信號，經濾波后輸出，無需像模擬接收機那樣，要把中頻作為主要增益部件。在數字中頻接收機中，中頻部件要采用線性中頻放大器（對數放大器會造成頻譜的變化，影響多普勒性能），增益要求也不能太高。中頻信號在這里被放大約25 dB，扣除掉中頻濾波器、功分器以及線路衰減外，仍有18 dB左右的實際增益。從功分器分出兩路信號來，一路作為數字中頻接收機的輸入信號，另一路則被送到對數放大器中去。在對數放大器中信號被放大、檢波后，送出帶檢查接口。通過示波器可以方便地觀察對數視頻信號，用于分析和判斷接收機前端以及數字接收機的性能。

1.3 數字信號

線性中頻信號被送到數字接收機與信號處理器中，由數字中頻接收機直接將模擬中頻信號變成數字中頻信號，經過數字下變頻處理，形成復基帶信號（I/Q信號），同時可以獲得處理增益，提高信號的信噪比，并提高系統的動態范圍。

在數字信號處理器中，復基帶信號被處理成基本的物理數據，即反射率因子、平均速度和速度譜寬，這些物理量被送到計算機中，進行顯示、傳輸和存儲，已被氣象業務應用。

2 限幅器-LNA組合前端及下變頻器

限幅器-LNA組合前端包括一個無源限幅保護器（型號WLM-73-1W-S+）和一個低噪聲放大器1（型號TA053-059-22-10），置于接收放大鏈的最前端。

2.1 限幅器

限幅器WLM-73-1W-S+作為環流器和波導限幅保護器的輔助保護措施，對大功率發射的微波的泄漏進行最后一級的保護。

2.2 低噪放和下變頻器

低噪放采用高性能模塊TA053-059-22-10。下變頻的前端設有一個C波段濾波器（窄帶腔體濾波器，中心頻率5 582.5 MHz）和一個低噪聲放大器（ERA-2SM，噪聲系數4 dB，在5 582.5 MHz頻率時增益9 dB），在混頻器（ZMX-7GR）中實現下變頻（本振信號5 660 MHz@10dBm），通過中頻濾波器（SBP-70+）輸出77.5 MHz中頻信號。

2.2.1 補償性放大

由于限幅器-LNA組合輸出的線路太長（超過2 m），傳輸損耗比較嚴重。因此，前端信號送來、進行一次濾波后，需對這種衰減進行補償性放大。ERA-2SM能滿足這種較低增益的放大要求。

2.2.2 下變頻

下變頻由ZMX-7GR混頻器擔任。頻綜送來的本振信號，在圖1中表示為經過一個可調衰減器來調整輸入功率。實際調試中，采用一個極窄帶濾波器，將頻綜內的其他頻率雜散濾除掉，效果很好。濾波器的插損正好可以省掉衰減器。混頻后得到中頻信號，該77.5 MHz中頻信號經過中頻濾波器后送到下一級去。中頻濾波器采用SBP-70+模塊，其中心頻率為70 MHz，77.5 MHz中頻頻率略微偏離中心，但衰減不大，其通帶插損約為1.5 dB。

3 中頻組成部件

中頻部件[4]包括線性中頻放大器、中頻濾波器功分器和對數放大器等部分。

3.1 中頻放大器

中頻放大器與中頻濾波器組成一個通帶放大器。中頻放大器選用GVA-82+集成寬帶放大器，+5 V供電，15 dB的增益，20 dBm的1 dB壓縮點，很適合用作中放。其6 dB的噪聲系數，在中頻放大的位置，幾乎沒有影響。中頻濾波器仍采用SBP-70+模塊。

3.2 功分器

中頻功分器采用WILKINSON SPLITTER電路實現，中頻功分器的工作頻率范圍可達100 MHz，回路損耗約18 dB，插入損耗約3.3 dB，隔離度約20 dB。功分器前端也設計一個補償性放大器，采用GVA-81+集成寬帶放大器，+5 V供電，10 dB的增益，15 dBm的1 dB壓縮點。這兩部分封裝在一個屏蔽盒內。

至此，有兩路中頻輸出，一路連接到一個對數中頻放大器上，另一路連接到數字中頻接收機上。

3.3 對數中頻放大器

對數中頻放大器的目的是為了產生一個方便檢查的信號，這樣有利于對雷達整機系統性能的估測和分析。對數中頻放大器采用集成器件AD8309，做成模塊形式，由6級高低雙增益模塊組成，每個雙增益模塊最高增益12 dB。對每級模塊的輸出進行檢波，并電流疊加，再有電流-電壓轉換器以電壓的形式，輸出與輸入功率的對數成正比的電壓信號。

4 頻綜

l綜為外購件，47.5 MHz和5 560 MHz為常態輸出的正弦連續波信號。5 630 MHz為受調制的輸出信號，屬于ASK類型。通過ASK輸入一個TTL電平的脈沖信號，可以產生射頻脈沖輸出。但是這種階躍性的調制會導致頻譜較大程度的擴散，因此，在雷達發射信號上，一般不能這樣使用。實際應用中，把ASK直接接成高電平，則5 630 MHz也變成了正弦連續波信號。

這三個信號是相參的，輸出功率均接近15 dBm。正如前述，5 560 MHz信號作為接收鏈路的本振信號，要經過一個窄帶濾波器，送到混頻器ZMX-7GR的本振輸入時，功率大約達到10 dBm。

對無源混頻器ZMX-7GR進行的理論分析和實驗表明，該混頻器的本振信號LO仍作為輸入不變，另外兩個端口可以交替使用，就是將中頻輸出IF作為輸入，而將射頻輸入RF作為輸出，則RF上差頻的分量比較強。47.5 MHz從IF輸入，5 530 MHz從LO輸入，混頻輸出得到5 582.5 MHz信號，通過腔體窄帶濾波器后，作為發射的射頻信號源。

5 結論

接收機理論指出[5]，接收機靈敏度（最小接收信號）Simin與接收機帶寬Bn及其噪聲系數F0有關：

Simin=-114dB+10?lgBn（MHz）+10lgF0

接收機帶寬表明了能通過接收機的噪聲多寡；噪聲系數F0則表明了接收機產生額外噪聲的程度。在沒有其他處理的條件下，一般超外差接收機的靈敏度為-90～110 dBm。

該系統模擬射頻前端的噪聲系數優于2 dB，最小脈寬0.8μs時，帶寬最大為1.25 MHz。此時，計算得到接收機靈敏度為-111 dBm。實際測量中，通過測量對數視頻的輸出，可以判斷，模擬射頻前端的靈敏度與計算值相當。為了準確測量，在射頻前端的限幅器-LNA組合的輸入端作為輸入，以中頻功分器輸出的中頻信號作為輸出，信號源頻率調5 582.5 MHz作為標準信號，設置不同功率電平，對輸出端的77.5 MHz中頻信號進行功率測量，得到結果如圖2所示。可見，動態范圍超過90 dB，靈敏度優于-110 dBm，線性度優于±0.5 dB。在數字中頻接收機中，由于數字下變頻的處理增益和數字視頻積分的累積增益（總共不會少于15 dB），最終結果原則上遠遠優于模擬前端的性能，沒有變得更差的理由。

前端設計論文:RFID技術下的物聯網前端感知系統設計及應用

【摘 要】物聯網是一種信息傳感設備，按照相關協議，連接物品同網絡，使得人們可以了解物品的情況，并且操縱物品，是一種可以進行物品識別、跟蹤、定位、監控的網絡。因此RFID技術則成為了物聯網感知前端的五官和皮膚，用藥對物體進行識別，并對信息進行采集。物聯網運用的主要技術有：RFID（射頻識別）、無線傳感器網絡、Aigbee傳感等技術。但是后兩者無法識別物品，端內的技術職稱，未來必然會獲得長遠的發展。

【關鍵詞】RFID；物聯網；前端感知系統；傳感器

RFID工作的機理是向后散射實現通信，并且不斷實行功率傳輸，隨后出現非接觸自動識別技術。這一技術主要是按照工作的頻率差別劃分為低頻、高頻、超高頻以及微波等。當前的低頻、高頻技術已經很成熟并運用在很多領域。超高頻同低頻和高頻系統作對比，其具有的主要優勢為通信距離更遠、抗干擾性能更強、速度更快。

1 基于RFID技術下的物聯網前端感知系統硬件設計

射頻收發端主要囊括了：載波信號合成模塊、ASK調制模塊、濾波電路、調節電路及信號放大電路等。其中主要的控制模塊若是想充分發揮相應的功能，也就是更好的處理數據，實現對防碰撞算法的正常運行，這就意味著上位機對通訊軟件執行對應命令。

1.1 數字控制

選擇美國Microship公司生產的PIC24FJ192GB106作為主控制器。其屬于16為的MCU，系統中有一組核心模塊，其具有很多的功能，結合 CPU內核和外設模塊成為一個工作單元，并且存在電復位、高級器件集成、節能特性、看門狗定時器等，對器件的編程、仿真、在線測試等各項功能實現充分的支持。用戶借助軟件可以直接控制外部設備，或將任一及全部外設關閉，避免功耗浪費。

1.2 讀寫芯片

RFID讀寫芯片具備了讀寫器收發所必備的全部數字及模擬功能，同時完全滿足ISO/IEC 18000-6B/6C協議。和AS3992比較，接受十分靈敏，達86dBm。AS39992包括了集成化壓控振蕩器組成片PLL、ADC和其與主機的接口。設置各工作的寄存器，使得芯片工作能力達到最大。

文章內所設計物聯網前端感知系統屬于低耗能系統，并且運作狀態主要為AS3992芯片存在三種電源狀態：掉電、工作、待機。

本文研究的系統中，AS3992工作要先初始化各寄存器值，此時系統為掉電狀態，接收主控制器的指令以后，系統進入到待機，針對一定的范圍查詢有無標簽，若有，讀寫器會立刻開始工作，主要是按照一定的指令實行操作；但無標簽回應，馬上會處于掉電。

1.3 射頻發射器

芯片AS3992會在高功率下發射20dBm信號，運用差分輸出，其管腳是Rfoutp-1??????，Rfoutp-2。基于該形式同時和RF扼流電感外界，并阻抗匹配網絡，并且要在平衡轉換器BL3216下變成單端輸出，發送調制信號。

匹配網絡是指在ADS中進行建模及仿真，和真實電路極為相似，對微帶連接長度做出充分的考慮。在持續不斷的優化中，最終微帶線長度出成為4mm，C2=C5=33pF，C3=C6=33pF，L1=L2=47，差分兩端基本得以匹配。在這一設計中，隔離器選取TCD-13-4型號的定向耦合器，覆蓋頻帶范圍達5～1000MHz，按照數據手冊計算得出，在700NHz隔離度是28.93dB，1000MHz以26.26dB為隔離度。

1.4 接口

系y內有兩個接口電路，一個作為上位機通信USB接口的電路最為合適，其是十分簡單的電路，只有2個27歐姆下拉電阻，依靠這一接口能夠進行在線調試。還有就是數字部門和射頻收發位置的接口電路，主要由IO口，3.3V電源、系統時鐘等組成。

2 基于RFID技術下的物聯網前端感知系統軟件設計

系統軟件是讀寫器和外部的接口，十分關鍵。一方面和上位機軟件實行連接，同時還要和標簽進行通信，是連接標簽和用戶的重要紐帶。

初始化定時器也就時系統軟件的主程序，主要是由硬件接口、USB，AS3992寄存器等部件構成，其運行是先對自身進行測試，隨后找出通信范圍中的標簽。如果有，讀寫器標簽操作內容會在usbInitCommands的子程序基礎上完成。同時該子程序會掃描上位機發送的全部指令，并且依據指令來實施對應的操作。

2.1 選擇

該步驟實施主要是選取標簽群進行查詢或是訪問。如果有一個標簽群或是若干個標簽群，就要在主控制器中運算防碰撞算法，然后按照用戶需要制定具體的要求，連續發出選擇指令，選擇用戶需要的特殊標簽群。

2.2 查詢

這一步的主要目的是識別標簽，讀寫器會發送查詢指令，清點被選擇的標簽群，隨后出現一個或若干標簽響應，隨后讀寫器將會檢測標簽響應，并請求協議的認定和CRC-16校驗。查詢操作內主要有查詢、不確認、清點和確認等不同指令。

2.3 訪問

最后和與標簽進行通信。優先訪問唯一識別單個標簽。主要的指令包括了：讀、寫、殺死、鎖、解鎖。

3 結語

測試結果顯示了該設計可以符合ISO/IEC18000 6B/6C和EPCGen2協議。為更大程度提升系統性能，例如通信距離增加，可以通過放大由路，高增益天線等提升系統的性能。

本文所涉及的這一系統，可以被用于生產線監測、運輸業、零售業等領域。RFID在今后的發展中會得到更為廣泛的運用，物聯網將會極大的影響著我國社會的經濟、社會等多個領域。

前端設計論文:一種高可靠性一體化視頻監控前端箱的設計

摘 要

視頻前端控制箱是電力視頻監控系統中的常用設備。目前的設備箱僅是安裝了電源插座、防雷設備等少量設備，施工方需要自購其它設備現場安裝，受安裝工藝水平的限制，設備箱成為系統故障的主要來源。通過將箱內設備模塊化，根據系統的需要，安裝設備模塊，將各種設備一體化在箱體內，由于這些安裝工作由廠家直接完成，設備箱的整體可靠性大幅提高，并且節省了大量的施工時間。

【關鍵詞】一體化 視頻監控 前端箱

1 概述

視頻監控前端控制箱作為安防領域配套設備之一，起到對攝像頭供電、信號傳輸、防雷保護等作用。目前，由于市場上品種繁多，品牌各異，質量相差甚大，可靠性難以滿足視頻監控的要求。普通視頻監控前端控制箱包括單相自動重合閘、空開、固定三眼萬能插座、三合一防雷器、二合一防雷器等。但是除上述設以外，還應當有攝像機電源、光收發器、交換機、溫度控制等設備。市場上大部分視頻監控箱布局是內部僅有開關、防雷、插座等，其它設備需要在施工時安裝，由于箱體尺寸設計等都存在差異，安裝布局相當麻煩，并且各種其它設備的現場安裝涉及到安裝工藝的問題，整個箱內系統的可靠性大打折扣。為滿足電力系統視頻監控的高可靠性要求，采用一體化的視頻前端控制箱，就是生產廠家根據使用需要，將各種模塊化設備安裝在箱中，施工時僅需要將少量線路接入箱體，大大地簡化了施工時間，同時及大地提高了可靠性。

2 總體思路

一體化視頻前端控制箱是把視頻監控需要的設備，包括綜合設備管理系統、交流電源防護子系統、設備電源供電子系統、防雷防浪涌保護子系統、光纖數傳輸管理子系統、光纖數據交換子系統、數顯自動溫度控制子系統、物聯數據采集子系統等模塊化后，集成安裝在設備箱中，以滿足視頻監控的需要。

一體化視頻前端控制箱設計思路如下：

2.1 模塊化各種設備提高系統的可靠性

各種設備模塊化，箱體內部接線標準化，可以使由于接線造成的接觸不良的故障率大大降低。實際使用中，由于箱內的電源插座松動的造成了大量故障，通過內部的背板總線為各個模塊供電，可以得到完全的消除。通過集成了溫度控制、電源保護、防雷等功能，可以極大地提高系統的可靠性。一體化視頻前端控制箱由廠家將需要的各種設備布局安裝，安裝工藝和質量得到保障。

2.2 標準化外部接口

一體化視頻前端控制箱標準化外部接口，施工時只需要接市電線、攝像機電源線、攝像機數據輸入線、數據輸入/輸出線（光纖）等即可，大大簡化了施工接線，節約施工成本。

2.3 減小控制箱的體積

內部設備的模塊化設計可以使安裝布局更緊湊，有利于減少箱體的體積，實現微型化。

2.4 綜合設備管理

物聯數據采集子系統采集箱內各設備的工作狀況，通過網絡將數據實時傳輸給后臺服務器，監控設備的工作狀態，并且可以在綜合管理平臺上管理設備，如設備重啟、設備配置、自檢等。

在總體的設計思路上主要把握兩點，即一體化和模塊化。模塊化就是把箱內設備按照一定的尺寸設計，采用模塊插拔的方式安裝；一體化就是把需要的功能通過模塊化設備集成到箱體內部。從而實現整體的高可靠性。

3 設計內容

3.1 模塊的標準化設計

目前視頻監控系統的標準化工作的主要內容包括視頻監控平臺、前端設備互聯、視音頻編解碼和智能監控應用等，其中前端設備互聯工作攝像頭一直是主要研究方向，其它設備的標準化基本無人涉及，箱內設備的模塊化設計可以為這項工作的開展提供方便。

3.1.1 標準化模塊的形狀

將箱體內的設備設計成模塊，首先做到尺寸的標準化，各模塊的厚度按照美國電子工業協會（EIA）的標準，設計成1.75in （4.445cm，1U）高度的整數倍，寬度設計為10.5in，深度設計為5.25in。

3.1.2 標準化模塊的接口

根據模塊的功能需要，設計標準化的接口，接口包括模塊供電（5V、12V），數據線輸入，數據輸出，控制輸入、控制輸出，采用標準擴展插槽，重新定義各個引腳功能。標準化數據接口（管理接口）可以為前端設備互聯提供基礎，如圖1所示。

3.2 各子系統功能設計

集成化的視頻前端控制箱主要由6個子系統構成，包括：綜合設備管理系統、交流電源防護子系統、設備電源供電子系統、防雷防浪涌保護子系統、光纖數傳輸管理子系統、光纖數據交換子系統、數顯自動溫度控制子系統、物聯數據采集子系統等。

3.2.1 綜合設備管理系統

如圖2所示，綜合管理系統實時監控箱內各個子系統設備的工作狀態，及時發現故障，并可以控制相應的設備進行重啟或配置。將箱內設備的工作情況通過網絡發送到監控中心后臺，及時進行故障報警。

3.2.2 交流電源防護子系統

交流電源防護子系統，是對設備箱接入220V電源的各種防護及管理，包含220V交流過流保護、過欠壓保護、穩壓輸出、電源分配，如圖3所示。

3.2.3 設備電源供電子系統

設備供電子系統提供了設備箱內所有設備供電，包含光纖收發器、網絡交換機、監控固定攝像頭、監控球型攝像機、溫控器電源、溫控風扇電源等，如圖4所示。

3.2.4 防雷防浪涌保護子系統

防雷防浪涌子系統，是對設備箱內設備如接入220V電源、球機24V交流電源、槍機12V直流電源、網絡RJ45稻萁涌凇⒌繚床遄、視頻同軸電纜進行防浪涌保護，包含單相電源保護、二合一防雷保護、三合一防雷保護、集中電源防雷保護等，如圖5所示。

3.2.5 光纖數傳輸管理子系統

光纖傳輸管理系統，是指對進入設備箱內的光纖進行固定、熔接、理纖、配線、跳接管理，包含光纖固定座、光纖繞纖環、光纖熔纖盤、光纖配線架、光纖跳線，如圖6所示。

3.2.6 光纖數據交換子系統

光纖數據交換系統，是指光傳輸過程中數據交換設備，包含光纖收發器、網絡交換機、光纖交換機、視頻光端機等，如圖7所示。

3.2.7 數顯自動溫濕度控制子系統

濕度和溫度的調節應該是全自動運行的，必須配置全自動溫濕度控制和調節系統，根據設備箱內的各個功能模塊正常工作所需的溫濕度范圍設定控制閥值，并使用溫度傳感器對象內的溫濕度實時監測。當箱內溫度超過閾值時啟動溫濕度控制系統。自動溫濕控系統是指依據設備箱內溫濕度變化，通過溫濕度控制器自動開啟風扇或加熱器，本系統可根據需要設定啟動溫度值，系統包含數顯溫控器（內置溫度傳感器）、交流風扇（或直流方式）、加熱器、供電電源等。

3.2.8 輔助系統

輔助系統由照明系統、電子控制鎖、防雷接地等輔助設備組成，為維護人員提供維護便利，并具有防盜、防雷等功能。

4 結論

一體化模塊化視頻前端控制箱經過實際生產和使用，使用效果好。由于安裝簡單，受到了施工單位的歡迎，并且可靠性得到了及大地提高。一體化使視頻前端控制箱成為視頻監控系統的整體設備，改變了購買空箱后安裝設備的施工方式。模塊化箱內設備使安裝簡單規范，布局清晰。存在的問題是模塊化的各種設備特別是光交換等設備沒有專門的廠家生產，自主研發的模塊產品的性能需要檢驗和認證。

前端設計論文:淺談《網頁前端開發》課程整體教學設計

摘 要：近些年隨著經濟水平的不斷發展，我國各項發展項目正在積極穩定地開展，國家對于教育的重視程度逐漸提高，這對于我國現代化建設具有重要的作用。《網頁前端開發》課程是我國現階段教育發展過程中十分重視的一項內容，對于我國信息化建設具有積極的推動性作用。《網頁前端開發》課程整體教學設計是我國教育創新與改革過程中的重要內容，該研究將對我國目前《網頁前端開發》課程進行細致的思考與分析，并提出合理的教學設計完善方法。

關鍵詞：網頁前端開發 課程 整體教學 設計 改革

在我國現階段發展過程中，信息化建設進程推進的速度很快，國家信息化建設離不開網絡的支持，所以我國教育就針對網絡發展對于《網頁前端開發》整體教學設計進行完善與創新，使得我國網頁前端開發能力得到加強，進一步強化我國網絡信息系統的構建。作為計算機專業職業能力必須課，《網頁前端開發》課程對于我國培養計算機相關建設型人才具有直接的影響意義，想要使我國在未來的發展過程中更具現代化競爭能力，就要首先完善《網頁前端開發》課程。

1 我國《網頁前端開發》課程整體教學設計的發展概況

1.1 我國《網頁前端開發》課程整體教學設計的發展背景

在我國發展初期，由于經濟水平的落后使得我國教育發展狀況較差。計算機專業相關的教育是我國近些年才開始進行并發展的教育內容，在計算機課程教育的早期，只是進行簡單的計算機入門教學，使學生對于計算機的功能以及基本操作進行掌握。隨著我國經濟水平的逐漸提高，計算機在近些年中也進行著快速穩定的發展，我國對于計算機教育的重視程度逐漸加強，所以對于計算機課程教育進行了補充與完善。《網頁前端開發》是我國現階段計算機教育中一項基本的課程內容，其主要是對網頁的開發進行講解，使學生掌握網頁的基本知識內容。《網頁前端開發》課程教學水平的發展對于我國現代化建設的積極開展具有重要作用，是我國發展過程所必須加以重視的教學內容。

1.2 我國《網頁前端開發》課程整體教學設計的發展現狀

在我國現階段的發展過程中，《網頁前端開發》課程整體教學的設計正在逐漸完善與創新，與以往相比，其整體教學設計的內容更加合理有效，在教學過程中能夠起到更好的輔助性作用。但《網頁前端開發》在發展的過程中還存在一些有待進一步完善的問題，這些題的存在制約了我國計算機專業教學水平的更好發展。《網頁前端開發》課程整體教學設計過程中，對于教學目標制定得不夠明確，缺少明確的教學目標使得《網頁前端開發》課程安排不合理，進一步將導致學生不能對所需要掌握的知識進行充分掌握[1]。在對教學案例的選擇過程中，現階段我國《網頁前端開發》主要存在的問題就是不能根據我國網絡發展現狀對于教學案例進行最合理的選擇，這樣在教學的過程中就不能很好地針對我國進行整體教學設計。《網頁前端開發》課程對于基礎知識的講解是十分關鍵的內容。目前我國計算機教育過程中對于《網頁前端開發》基礎知識的講解不夠細致化，這使學生在理解過程中產生一定的難度。完善教學考核制度也是我國《網頁前端開發》課程現階段面臨的主要問題，已有的課程考核制度較為傳統落后，對于《網頁前端開發》課程的進一步發展十分不利。

1.3 重視《網頁前端開發》課程整體教學設計的必要性

我國目前正處于現代化發展的重要時期，對于新興的重要技術以及領域的重視程度逐漸加強。網絡技術就是現階段全球化共同發展的新興技術，在推動社會的進步與發展上起到了積極的作用。我國整體的發展速度與其他發達國家相比較慢，所以要使我國在未來的發展中更具競爭力就要首先重視我國計算機與網絡的完善。《網頁前端開發》課程是計算機專業教學過程中的一項基本內容，所以重視《網頁前端開發》課程整體教學設計，同時完善教學方法是現階段我國教育過程中十分必要的階段。提高《網頁前端開發》課程的教學水平能夠促進我國計算機網絡相關人才的工作能力以及基本素質的顯著提高，這對我國發展與建設具有積極的意義。我國現代化發展項目的開展與進行離不開網絡技術的支持，只有充分利用網絡技術手段才能使其快速高效地發展，同時保證發展項目的管理更加便捷有效。

2 《網頁前端開發》課程整體教學的設計

2.1 教學目標的設計

《網頁前端開發》課程中整體教學設計的首要內容就是對于教學目標的設計。教學目標就是在教學過程中起到重要引導性作用的內容。為了制定更為合理的《網頁前端開發》課程的教學目標，首先就需要對我國計算機教育的發展現狀進行必要的分析，根據現階段的發展來確定教學所應達到的目標，進一步確定課程內容的選擇與課時的安排。教學目標的設計是影響教學水平與質量的關鍵因素，所以在制定目標的過程中一定要注重合理有效性，使教學目標與我國現階段的教學水平相適應。

2.2 教學案例的合理選擇

在《網頁前端開發》課程進行的過程中，教學案例的合理選擇對于教學效果起到重要的影響作用，合理的教學案例能夠對學生的理解起到輔助性作用，在學習網頁前端開發的過程中更加積極主動化。在老師進行課堂教學的過程中，適當合理地引入教學案例是十分重要的，例如在進行網頁窗口制作的課程中，老師應提出相應問題“為何要增加咨詢頁面模板的引入”，這種情境化教學引入適當的教學案例能夠促進學生對于相應問題進行積極的思考，同時在思考的過程中有更加深刻的理解[2]。計算機網絡教學過程中的情景化教學案例引入將對學生學習效果增強起到促進作用，進一步提高我國《網頁前端開發》課程的教學水平，同時帶動我國網絡化的發展。

2.3 教學課程的知識講解

在進行《網頁前端開發》知識講解的過程中，對于重點知識詳細全面化講解是保證學生進行理解的基礎。老師在進行《網頁前端開發》課程教學過程中，應該將學生需要重點掌握的內容進行標記，使其能夠在課堂中將這些基礎性知識內容進行掌握，對解決網頁前端開發相關問題過程具有重要的作用。加強教學課程知識講解是《網頁前端開發》課程發展的重要基礎，對于提高計算機相關專業的教學質量以及效率提高都產生一定的影響。

2.4 教學課程的考核

《網頁前端開發》課程教學過程中還有一項較為重要的內容就是教學課程的考核。在課程進行到一定階段的過程中需要進行合理的課程考核，考核的目的就是了解學生對《網頁前端開發》的掌握程度。制定合理的考核制度對于正確了解學生課程掌握有著重要的作用。考核的方式多種多樣，只依靠考試對于《網頁前端開發》進行考核這種方法過于單一，所以針對課程不同階段的學習，老師應該制定適合的考核方式，例如對特定網頁窗口的制作、小組合作問題解決等。《網頁前端開發》課程的合理考核不僅對教學水平的提高具有積極作用，還能夠進一步增強學生對于多方面不同問題的解決能力。

3 結語

我國教學發展過程中對于《網頁前端開發》整體教學設計的重視程度逐漸加強，這在我國現階段的發展與建設過程中十分必要。要提高我國網絡建設相關人才的能力與水平，首先就要提高相應的教學水平。相信經過我國的不斷努力，《網頁前端開發》的整體教學設計將更加合理，我國計算機專業的教學水平也將有顯著提高。

前端設計論文:基于Euro NCAP 8.0行人上腿部評價規程的車輛前端結構設計與優化

摘要： 歐盟新車評價規程（Euro NCAP）8.0版本對行人上腿部碰撞測試方法進行了修改，新的測試方法減小行人上腿部對車輛前端空間的要求，但是對其結構設計和硬點的布置等提出新的要求.從行人上腿部的碰撞位置、碰撞角度及能量等方面對比Euro NCAP新舊版本的不同.根據Euro NCAP 8.0行人上腿部的碰撞要求，對車輛前端結構設計進行分析，并針對某車進行試驗，用CAE技術進行優化設計，使其滿足Euro NCAP 8.0對行人上腿部碰撞的要求.

關鍵詞： 汽車安全； 汽車前端結構； 行人保護； 上腿部保護

隨著汽車工業的不斷發展與家用轎車的廣泛使用，汽車安全保護措施成為汽車設計的重要課題之一，且越來越重視對行人的保護.歐盟新車評價規程Euro NCAP已將行人保護作為評價內容之一，主要針對行人的頭部、上腿部及下腿部進行評價，故行人保護性能直接影響車輛安全星級的評定.[12]在2015年之前Euro NCAP公布的結果中，較大部分行人保護上腿部得分為0分，尤其是大型車輛.由于行人上腿部的撞擊能量和角度都比較大，對車輛前端吸能空間和吸能零件的設計要求高，而前端結構受造型的局限，空間非常有限.這會限制車輛的Euro NCAP星級評定.[3]Euro NCAP 8.0版對行人上腿部碰撞測試進行修改，于2015年2月開始實施.撞擊位置、撞擊角度、撞擊能量等均與之前版本不同.由于撞擊能量的整體降低，新的測試方法降低對車輛前端空間的要求，但是對其結構設計和硬點的布置等提出新的要求.[4]本文根據不同車型，對車輛前端進行設計，并基于試驗數據進行優化分析.

1Euro NCAP行人上腿部評價規程簡介在WAD775上選取撞擊點，從車輛中間位置開始，在2個參考點區域內在橫向垂直面內每隔100 mm選取1個點，并刪除與角參考點距離小于50 mm的網格點，見圖1.按照舊的評價規程，撞擊位置在發動機前緣基準線上選取，對于離地高度角度較低的小型車輛來說，發動機前緣基準線與WAD775包絡線的位置一般均在發動機蓋前端，碰撞點的位置差別太不大，但對于離地高度較高的SUV車型來說，WAD775包絡線位置一般在車輛上格柵位置，較發動機前緣基準線z向要低一些.

每個網格點的撞擊角度定義為該點的保險杠內參考線IBRL和包絡線WAD930所形成直線的垂直線與地面線所形成的夾角，見圖2.其中，保險杠內參考線IBRL是Euor NCAP 8.0新增加的劃線，與前保險杠橫梁的結構有關.撞擊角度在0～44.757°范圍內選取（舊的評價規程的撞擊角度范圍為0～46°）.雖然撞擊角度的范圍并沒有減小太多，但對于離地高度較高的SUV車型來說，由于撞擊位置的變化，新評價規程的角度變化比較明顯.

每個網格點的撞擊能量由撞擊角度決定，新評價規程的范圍為160.0～456.7 J，舊評價規程的范圍為200～700 J，新評價規程的撞擊能量要小很多.根據能量與位移和上腿部軸向力的關系，行人上腿部設計對空間的要求有所降低，在合理的空間范圍內對前端結構設計提出更高的要求.

圖 2某車型行人保護上腿部撞擊示意

Fig.2Schematic of pedestrian upper leg impact

每個網格點的撞擊速度由撞擊角度決定，其大小范圍為5.521～9.327 m/s，舊的評價規程的撞擊速度在發動機前緣高度與保險杠前緣的曲線上通過線性插值獲得，范圍為20～50 km/h（5.56～13.9 m/s），新的評價規程最大撞擊速度小很多.

行人保護上腿部碰撞器質量為定值10.5 kg.Euro NCAP行人上腿部傷害指標有2個：上腿部軸向力及上腿彎矩.每個撞擊點的評分標準為：上腿部軸向力380 N?m，該撞擊點得分為0分；位于2種情況之間，用線性插值計算得分，每個上腿部網格點的評分按2個指標中得分低的計算.[5]如果某個網格點沒有進行試驗，則將會采用其臨近點的最壞的結果進行評分.由于網格點對稱位于車輛的兩邊，所以可使用對稱原則.所有撞擊點得分相加后除以總個數，為該車型的得分率，得分率乘以6，為該車型行人上腿部總得分.行人上腿部滿分為6分.

2基于Euro NCAP 行人上腿部的前端結構設計根據Euro NCAP 行人上腿部撞擊點位置的不同，前端結構也應分別進行設計.[6]A級車型的行人保護上腿部撞擊位置一般在發動機蓋前緣，主要關鍵部件為發動機蓋系統前緣、散熱器上支架及前保系統上支架.離地高度較高的SUV車型的行人保護上腿部撞擊位置一般在前保系統的上格柵位置，主要關鍵部件為上格柵系統及內部吸能零件.

2.1A級車型前端結構設計

A級車型的行人保護上腿部撞擊位置一般在發動機蓋前緣，與BLE線位置接近，見圖3.

圖 3A級車型行人上腿部撞擊點位置

Fig.3Location of pedestrian upper leg impact points on

A level vehicle

由于上腿部彎矩受上腿力的影響較大，故本文分析時以上腿力作為評價指標.發動機蓋系統前緣、散熱器上支架結構設計分析如下.

2.1.1發動機蓋系統前緣設計

根據上腿部模型撞擊過程發動機蓋前端的變形狀態，將其結構優化為可壓潰的懸臂結構，見圖4a）.優化后的結構在受到上腿部撞擊時，圖示虛框內的懸臂可以壓潰吸能，降低發動機蓋對上腿模型的碰撞力度，上腿部軸向力曲線對比見圖4b）.

a） 發動機蓋內板前端結構

b） 上腿部軸向力曲線對比

由圖4b）可看出，該結構對曲線第二個峰值有明顯影響，表明發動機蓋前端的可壓潰結構對上腿部軸向力的降低有明顯影響.由于造型和布置等原因，懸臂結構不能設計太長，故在3個面內增加弱化孔，見圖5a）.該弱化孔可以降低發動機蓋前端對上腿模型的抗力，上腿部軸向力曲線對比見圖5b）.該弱化孔對上腿部軸向力曲線的2個峰值均有影響.弱化孔的方向及大小應根據發動機蓋的綜合要求進行設計.

a） 發動機蓋內板前端結構

b） 上腿部軸向力曲線對比

2.1.2散熱器上支架設計

散崞骺蚣芪塑料件（見圖6a）），安裝蒙皮的支架集成于散熱器前端模塊上.蒙皮支架剛度大，上腿模型撞擊到蒙皮支架上時，上腿部在該撞擊位置不得分，故對其結構進行優化.新增加圖6a）所示支撐板，并將蒙皮支架集成于該支撐板上，蒙皮支撐板安裝于散熱器上橫梁上端.該方案可將剛度大的支架后移，降低車輛前端剛度，從而減小上腿部軸向力，對比見圖6b）.該結構第一個峰值增大，但第二個峰值明顯降低，曲線趨于平緩，上腿部軸向力減小.如果散熱器框架為金屬件，其上支架可以設計為易于壓潰的結構，主要設計方向為：上支架內部加強筋的布置，其厚度及材料的選取參考文獻[7].

2.2SUV車型前端結構設計

離地高度較高的SUV車型的行人保護上腿部撞擊位置一般在BLE線下端的前保系統的上格柵位置，見圖7.a） 蒙皮支撐板結構

b） 上腿部軸向力曲線對比

SUV vehicle

2.2.1上格柵結構設計

根據上腿模型撞擊過程前保上格柵的變形狀態，對其剛度進行優化，主要設計方向有格柵x向寬度、格柵車內加強筋、材料厚度等.本文分析其厚度，研究格柵剛度對上腿部軸向力的影響，見圖8.

由圖8可看出，格柵剛度的減小有助于上腿部軸向力的減小，其剛度減小幅度也應綜合其他因素進行考慮.[8]

2.2.2內部吸能零件結構設計

SUV車型的上腿部撞擊點在上格柵位置，如果上格柵及前保蒙皮系統與前散熱器結構的空間及造型有限制，在上腿部碰撞位置增加相應的吸能零件對上腿部得分有很大幫助[9]，見圖9.吸能零件主要設計方向應考慮吸能零件的位置、加強筋的布置及其料厚度等.

前端設計論文:簡易m序列調制解調器前端設計

摘要：m序列是U頻通信方式的基礎理論，應用較為廣泛，m序列是對最長線性反饋移位寄存器序列的簡稱，可由帶線性反饋的移位寄存器通過串行移位方式生成。文中通過對m序列生成的基本理論進行了詳細介紹，并基于此設計了簡易m序列調制解調器架構，和硬件描述語言代碼，完成了仿真，測試。

關鍵詞：m序列；偽隨機碼；Verilog HDL；仿真

一、引言

m序列的使用是通信系統中CDMA（Code Division Multiple Access――碼分多址）模式的基礎，也是擴頻通信方式的基礎理論。應用較為廣泛，可用于《通信原理》基礎理論研究，也可以用于實際通信過程的擾碼單元使用，因此，對于該序列調制解調器的設計具有實際的意義。

m序列是對最長線性反饋移位寄存器序列（maximal length linear feedback shift register sequence）的簡稱，它是一種由帶線性反饋的移位寄存器所產生的序列，并且具有最長周期。帶線性反饋的移位寄存器設定各級寄存器的初始狀態后，在時鐘觸發下，每次移位后各級寄存器狀態都會發生變化。觀察其中一級寄存器（通常為末級）的輸出，隨著移位時鐘節拍的推移會產生一個序列，稱為移位寄存器序列。可以發現序列是一個周期序列，其周期不但與移位寄存器的級數有關，而且與線性反饋邏輯有關。在相同級數情況下，采用不同的線性反饋邏輯所得到的周期長度不同。此外，周期還與移位寄存器的初始狀態有關。

二、系統整體設計方案

一般情況下，用于產生m序列的n級線性反饋移位寄存器的結構圖如圖1所示。

0010110011111000110111010100001（由右至左依次按順序生成），發送端需要調制的信號，與這31位數進行異或運算。為仿真驗證波形顯示便利，在發送信號的時候采用調制方法，即將1相應的調制為1，0調制為-1；則可以得到傳輸中的m序列。

三、系統HDL設計方案

系統使用Verilog HDL語言完成設計。代碼由add_noise.v、coder.v、correct.v、Corrected_Decoder.v、decoder.v和top.v六個Verilog HDL代碼。代碼架構設計圖如圖3所示。分別為傳輸加噪、發送端編碼調制、發送端校驗編碼、校驗解碼、解碼單元和頂層單元。

m序列調制與解調部分學習和實驗主要進行了基于ModelSim仿真的代碼編寫和調試，屬于不可綜合仿真，參考代碼中加入了兼具了testbench的測試功能。通信過程中，一般系統不會在啟動后立即發送有效載荷數據，為了保證通信的穩定，首先要發送雙方約定好的一系列信令和同步用數據信息，通過同步用數據信息來完成發送、接收雙方的時鐘、信令和控制數據的同步，同步后才能有效接收數據，這個過程類似于網絡通信中的TCP協議通信過程，是通信網絡中保證收發雙方可靠、穩定通信的流程。

四、設計仿真測試

上述設計代碼直接在ModelSim中就可以直接綜合和進行仿真。加載了Verilog HDL代碼的ModelSim項目窗口如圖4所示。發送端發送的數據由outdata變量存儲，其發送的數據經由編碼和加噪模塊完成數據的m調制后，發送至接收端，接收端由解校驗和解碼單元處理后，形成解調數據。

仿真運行50微秒后部分仿真波形如圖5所示。從圖5中很容易看出負向波谷（表示波形向下，但是取值仍未正）位置對應的解調碼值為0，正向波峰對應位置解調碼值為1。與該窗口outdata（已發送數據）顯示數據一致。

五、結束語

本簡易m序列調制解調器設計完成了基本的設計目標，能夠正常發送和解調已發送的數據，能夠準確進行仿真和驗證，后續可以繼續進行優化和加長序列調制長度，并增加通信系統中常見的各種糾錯編碼方案，以使系統更加完善。

前端設計論文:考慮無源器件寄生參數的接收機射頻前端電路設計

摘要：隨著無線通信技術的快速發展，硅基工藝毫米波集成電路成為了熱點研究領域。本文主要分析考慮寄生參數的硅基接收機射頻前端電路的設計問題。文中首先討論了用于射頻前端電路和片外電路接口PAD的影響，分析了PAD結構、尺寸和寄生參數的相互制約問題。然后，文中討論了如何在電路設計中進行互連線參數提取，以及設計互連線中需要考慮的因素。

關鍵詞：射頻前端 無源器件 寄生參數 PAD 互連線

1 引言

隨著半導體工藝和微電子技術的快速發展，硅基工藝微波射頻集成電路受到了工業、科技、醫藥醫療等領域的科研工作者的興趣[1，2，3]，硅基工藝集成電路相對于其他工藝電路具有集成度高、價格低等優點。然而，當硅基工藝集成電路的工作頻率提升到微波波段范圍時，其集成電路設計將受限于電路中有源器件和無源器件的模型精度，同時受限于電路中其它一些參數性能，如傳輸線寄生參數、電路的pad結構、dummy金屬填充等。因此，在實際的電路設計中既要考慮有源器件和無源器件模型，同時還要考慮電路設計中的寄生參數對電路性能的影響。

無線接收機是無線通信系統的重要組成部件，其主要作用是將空氣中的目標信號進行接收，然后通過下變頻轉換成低頻信號，再通過解調將數據恢復成原來的格式發送給目標用戶。雖然無線接收機由射頻前端，基帶信號處理部分和應用接口等部件構成，但在現有成熟的基帶技術情況下，接收機的性能主要決定于射頻前端的性能[3]。對于接收機而言，通常要求具有滿足應用要求的靈敏度和動態范圍，如果將靈敏度和動態范圍進行轉換，則可以轉換成接收機對應的噪聲系數，動態范圍和增益等指標。由于接收機的主要性能取決于射頻前端的性能，因此接收機的主要性能取決于射頻前端的噪聲系數，增益，線性度等主要指標。在射頻前端電路設計，通常采用不同的結構來得到需要的射頻性能指標，然而，在實際的電路設計中，不但要考慮電路的結構同時還需要考慮電路設計中的寄生參數，本文主要討論射頻前端電路的設計中如何考慮寄生參數。

2 硅基射頻前端電路設計總體考慮

圖1是常規的超外差式接收機射頻前端電路結構[4]，射頻前端電路中包含濾波器，低噪聲放大器，混頻器，壓控振蕩器（VCO），可變增益放大器（中放）等模塊構成，射頻信號通過天線進入到RF濾波器中進行需要射頻信號的選頻，通過RF濾波器將接收機需要的射頻信號從空中信號中選擇出來。經過RF濾波器出來的信號通常信號幅度都很弱，增加其信號能量是進行有效檢測的重要手段，通過低噪聲放大器可以大幅度提高信噪比。由于RF濾波器的信號中通常含有鏡像信號，該鏡像信號將在后續的變頻電路中對有用信號產生影響，因此低噪聲放大器輸出信號需要通過鏡像抑制濾波器對鏡像信號進行抑制。混頻器將本地振蕩器產生的信號和接收的射頻信號進行下混頻得到中頻信號，在輸出的中頻信號中將含有不少數量的交調成分，IF濾波器對無用交調成分進行過濾，然后送入到可變增益放大器中進行放大，進而放大后的信號到基帶中進行解調或者進行進一步下變頻得到更低的中頻信號。

在實際的射頻前端電路設計中，由于各個濾波器通常是采用電感和電容無源器件來實現，受限于硅襯底的低電阻率特性，RF濾波器、IR濾波器和IF濾波器通常由片外模塊來實現，而其中的各個有源電路，如低噪放、混頻器、VCO和中放則通過片上電路來實現，這種情況下片外模塊-各種濾波器和片上電路之間的連接需要通過PAD和鍵合線來實現。

對于射頻前端而言，噪聲系數、線性度、增益和功耗是影響其實際使用的四個因素。通常期望射頻前端具有低的噪聲系數，高線性度、高增益和低功耗。然而，在實際的電路設計中低的噪聲系數、高線性度、高增益通常將帶來功耗的增加，因此在實際的射頻前端電路設計中通常以功耗為主要限制條件，對射頻前端電路的設計以功耗為約束條件，在一定功耗和確定增益的情況下對噪聲系數，線性度等進行分配。

對于射頻前端另一個需要考慮的因素是電路設計中的各類無源器件，用于和片外電路連接的PAD、金屬鍵合線以及電路大量存在的各類傳輸線。由于射頻前端常用的電感和電容這兩類無源器件工藝廠商在提供設計模型（PDK文件）時已經進行了精確的模型驗證，在射頻前端設計中可以直接利用模型進行設計。然而，對于其余的器件如PAD，金屬鍵合線、互連線等，通常工藝廠商無相關的模型，需要在集成電路設計中進行考慮。同時，由于模塊電路的各個元器件之間以及各個模塊之間需要采用大量采用互連線進行連接，此時大量存在的互連線將不可避免的對射頻前端性能產生影響。

3 射頻前端的寄生參數設計

圖2是片上射頻前端電路包含無源器件的電路框圖，不同于圖1的射頻電路結構，圖2中各個器件之間的互連線以及和片外電路連接的金屬PAD都顯示于圖中，在圖中，各個模塊內部有源器件、無源器件相互之間的互連線沒有顯示出來。

從圖2中可以看出，對于射頻前端而言，其不可避免的存在大量的互連線和金屬PAD。由于這些互連線和金屬PAD存在，將不可避免的對電路性能產生影響，在實際的電路設計中需要對這些無源器件寄生參數進行考慮，提高系統電路性能。

3.1 PAD考慮及效應影響

如圖1所示，射頻前端電路中由于其內部模塊需要和外部電路之間進行信號交換，需要采用PAD來把片上的模塊如低噪聲放大器和片外的濾波器連接。對于射頻電路而言，為了保證功率無反射，通常需要和外部電路連接片上模塊的輸入阻抗和輸出阻抗為50歐姆，這就要求低噪聲放大器的輸入端和輸入端，混頻器的輸入端都要匹配成50歐姆，保證信號能夠良好傳輸。在實際的電路設計中，由于PAD通常由一層或兩層金屬作為信號線層，底層金屬作為地這樣結構構成，這些信號層將和地構成電容，影響電路性能。

對于PAD而言，其對電路設計帶來的影響主要是在電路的輸入端和輸出端增加寄生電容和寄生電阻[4]。由于PAD帶來的寄生電容在電路的輸入端和輸出端和電路相互并聯，該并聯電容將和輸入端和輸出端的阻抗一起構成了射頻模塊新的輸入阻抗和輸出阻抗，改變了電路的輸入輸出反射系數，導致損壞增加。由于該電容直接和地相連，理論上該電容越小越好，即盡可能的采用頂層金屬和較小的面積來實現PAD結構，從而減小電容量。另一方面，對于PAD而言，當其接入到射頻電路中，PAD本身帶來的寄生電阻將和輸入阻抗、輸出阻抗相互串聯，進而導致其信號的損耗增加。由于PAD的寄生電阻和金屬面積成反比，和金屬的厚度成正比，為了減小這種寄生電阻的損耗，有效的策略是增加其面積，同時頂層金屬和臨近頂層金屬層通過過孔連接起來。然而，當采用這種把兩層金屬作為信號層結構時，信號金屬層和地金屬層之間的距離將顯著減小，這將導致PAD寄生電容的增加，因此在電路設計時需要綜合進行考慮。

對于PAD另一個需要綜合考慮的是其面積。由于PAD的面積直接影響其寄生電阻大小和寄生電容大小。PAD面積越大，寄生電容越大，寄生電阻越小，同時帶來的關鍵問題是芯片面積的顯著增加，因此，為降低其寄生電容，同時減小其芯片面積，通常PAD的尺寸按照可以實現金屬鍵合線連接的最小尺寸為主。

3.2 互連線考慮及效應影響

對于射頻前端而言，另一個不可避免的無源器件是系統內大量存在的互連傳輸線，如圖2所示。這些互連線其主要的寄生參數包含串聯電感和電阻，并聯電容，并聯電導這幾部分構成。各個寄生參數的大小和互連線的尺寸成正比，為了減小這些寄生參數，各個互連線的尺寸應該盡可能短。同時，對于射頻集成電路而言，其工作信號的頻率通常達到幾個吉赫茲甚至更高的幾十吉赫茲，此時，傳輸線的寄生效應，尤其是寄生電阻和寄生電感將會對電路的性能帶來顯著影響。為降低這些寄生參數影響，射頻電路的各個器件之間的互連線應該單端從電路設計中提取出來，然后通過電磁場仿真軟件如HFSS，ADS-Momentum等進行模型構建和寄生參數提取，再將提取的寄生參數放入到電路中進行仿真。在實際電路設計中，可以將這些互連線作為電路中匹配元件的一部分，降低這些互連線對電路影響。

對于互連線另一個需要重點考慮的因素是互連線的對稱性。根據集成電路知識可以知道，為減少共模信號對電路的干擾，電路中信號通常是采用差分信號結構的形式，如混頻器，放大器，VCO等通常采用的是差分結構形式[5]。然而，對于差分電路而言，一個至關重要的因素是差分信號的一致性，即差分信號的幅度相等，相位相反。當差分信號的失配嚴重系統射頻性能將大幅度降低。為了保證差分信號一致性，在電路結構上應該盡可能的使電路對稱。這種電路結構的對稱既包含電路的有源器件對稱，也包含器件之間的互連線的對稱性。當電路中不可避免的需要采用長的互連線時，應該保證互連線兩支路都是采用相同的金屬層，互連線的長度嚴格一致，同時兩支路的結構嚴格完全相同。

4 結語

隨著無線通信技術的快速發展，硅基工藝射頻集成電路在集成電路設計的熱點領域。本文主要討論了考慮無源器件寄生參數的硅基接收機射頻前端電路設計問題。對于射頻前端而言，其不可避免的需要和片外電路進行相互連接，此時用作輸入輸出接口的PAD寄生參數將對電路設計帶來影響，為降低其寄生電容和寄生電阻的影響，文中分析了PAD結構和尺寸的相互制約問題。射頻前端電路設計中另一個重要的問題是電路內部大量存在的互連線，文中討論了如何在電路設計中進行互連線參數提取，以及設計互連線中需要考慮的因素。

前端設計論文:一種基于DSP的一體化前端采集控制器的設計

【摘 要】介紹了一種基于DSP的用于高溫高壓高速時溫度、壓力、振動等環境參數測量的一體化前端采集控制器，給出了硬件和軟件設計方案，重點介紹了硬件設計，硬件方案設計主要圍繞數據的高速采集和大容量存儲兩方面考慮。該采集器具有速度快、處理能力強、可靠性和電磁兼容性高等優點。

【關鍵詞】TMS320F2812PGFA芯片；大容量存儲；數據處理

0 引言

在某些高溫高壓高速實驗場合中，溫度、壓力、振動等環境參數是是檢驗被測物體及運動裝置的可靠性和可維修性的重要依據，為被測物體的改進提供必要的依據。而這些參數的測量通過熱電偶傳感器、壓力傳感器、振動傳感器將物理量信息轉換成電信號，送給一體化前端采集控制器。一體化前端采集控制器將所接收到的電信號轉換為數字量后，將數據保存起來，并可以通過以太網口、RS422及USB口等通訊接口將數據上傳至計算機中。計算機可以處理和分析數據，并可以將處理結果用報表、圖表的方式打印出來。由于這些實驗的無法重復性、復雜性這就對一體化前端采集控制器的設計提出了更高的要求，不僅具備多通道高速采集和大容量存儲的功能還應具有很高的可靠性、精確性和電磁兼容性。

1 一體化前端采集控制器工作原理

一體化前端采集控制器的工作原理圖如圖1所示。一體化前端采集控制器將采集通道、主控部分、數據總線等集成在一起，采用嵌入式計算機技術設計，實現一體化程控，并具有RS422、USB2.0和以太網接口。

2 硬件設計方案

2.1 主控制部分

每臺采集器都有一個主控制板，其作用是通過相應的端口與上位機進行數據交換，并通過控制總線對采集板進行控制與數據交換。組成框圖如圖2所示。

2.1.1 中央處理器

考慮到系統的高速數據采集、大容量數據存儲，通道獨立性等特點，數據采集和存儲的控制由一個高速32位DSP（數字處理單片機）芯片實現。DSP單片機與普通單片機相比，在運行速度和數據處理能力上都有后者無法比擬的優越性，完全可以滿足系統高速采集的要求。在DSP芯片的選擇上，采用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定點處理DSP芯片，該芯片不但運行速度高（可達150MHz的主頻），處理功能強大，并且具有豐富的片內外圍設備，便于接口和模塊化設計，其信價比極高。而且它特有的性能是外部存貯空間接口可達1MB、可編程等待狀態、三個獨立的片選端還有幾十個GPIO端口可供選擇。此特點用于管理其它采集板通訊雙口RAM（IDT7027）提供了很大的方便。芯片內部具有8K×16的片內Flash存儲器，可以大大降低系統的體積，而且其功耗也比較低（核心電壓1.8V，I/O口電壓3.3V）。

2.1.2 主控板CPLD

為方便通道的可擴展性，設計了一套完整的并行數據總線和協議。每塊采集板上都有自己的一個控制CPU來進行采集和存儲控制，并通過并行數據總線和協議由一塊主控制板來與上位機進行數據交換。為增強儀器的可靠性和總線的驅動能力，所以在每塊板上都增加了一套總線驅動器，考慮到板子體積大小，將總線驅動器做到了一個CPLD中，其特點就是集成度高，體積小，邏輯更改方便可以通過編程來實現。

2.2 采集通道部分

為了增加板子可靠性和獨立性，我們設計中都將每塊板子設計成為了相對獨立的采集器。由自己控制CPU、采樣AD、信號調理前端、存貯磁盤及通訊總線。其組成框圖如圖3所示。

2.2.1 中央處理器

根據儀器需要及與主控部分的編程操作方便，CPU控制器也是選用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定點處理DSP芯片，它還具有3個32位的CPU定時器，運用這三個定時器，可實現AD的定時采集，以達到采樣頻率：10Hz-160KHz/通道，連續可調。

2.2.2 A/D轉換器

A/D轉換器是將輸入模擬電壓信號轉換為數字信號的關鍵部位。設計中采用了AD公司的高速16位A/D轉換器AD7663AST芯片。該AD轉換器具有高速度、高精度、低功耗、單一電源供電（+5V）等特點，使用其±5V量程檔。可以完全滿足本測量系統對于測量速度和測量精度16位的要求。

2.2.3 數據存儲

數據存儲也是數據采集通道中的一個關鍵部分，它必須滿足存儲容量和能夠掉電保持數據的雙重功能。設計中采用靜態數據存儲器緩存加大容量電子盤（ADC）作為存儲介質實現大容量數據存儲。電子盤與普通Flash存儲器相比，具有速度快、容量大的優點；與普通硬盤相比，存儲容量相當，電子盤的工作環境溫度更寬、抗沖擊振動能力強、體積小、安裝形式多，更適合本測量系統。根據程序支持的存貯容量，用戶通過上位機軟件去選擇存儲盤的容量，最高可支持512M字節的存儲。

2.2.4 雙口RAM

增加雙口RAM目的是為了實現系統在采集過程中的實時監控功能。當CPU在采樣過程中先將AD的采樣數據放在靜態RAM中，然后再將數據存入電子盤。當采樣率比較高的時候CPU的工作頻率也就相對比較高。這時靠CPU再與上位機進行數據交換已經來不及了。在不影響采集存儲的情況下只有靠主控板自己的CPU把數據從采集RAM取走傳給上位機。普通單口RAM只有一個讀寫操作口無法實現上述功能，而雙口RAM有左右兩個讀寫操作口，這樣就可以實現了邊存儲邊顯示的功能了。而且為增加總線數據傳輸的速度和方便性，將雙口RAM的存儲區劃分幾個不同的區域，每塊采集板的所有要與主控板進行交換的數據及命令都靠取RAM中不同區域數據來實現。根據需要選用IDT公司的IDT70V28L芯片，其存儲容量為64k X 16位，電源為3.3V。該芯片典型功耗為440mW，待機功耗僅660μW。

2.2.5 信號調理前端

信號調理前端作用就是把傳感器的信號歸一化為理想的電壓信號，再由AD進行采樣轉換。現在大多數傳感器信號輸出型式有三種：電荷型、單端電壓型、差分電壓型。為實現儀器能對多種信號進行采集，所以在采集板上做了三種信號調理電路，通過模擬電子開關及編程的方式來實現信號的切換。

2.3 電源管理模塊

為滿足野外無外接電源長時間工作需求，選大容量聚合物鋰電池，選定制的電池保護電路保證穩定的電流輸出。大容量聚合物鋰電池可根據需要擴充電量，外置的電池盒可方便拆卸和搬運，在電池盒中設置的溫控電路也可保障電池在低溫環境下的工作。

3 軟件設計

前端采集器需要完成數據采集、數據傳輸、數據存儲3 個基本功能，這三部分在系統軟件的監控和任務調度下協同運行。軟件設計的主要流程圖如圖4所示。

進入數據采集系統后，程序首先對系統初始化，內部計時器開始計時，啟動ADC采集數據，主程序進入一個死循環；當ADC轉換完畢，進入中斷子程序，采集并存儲數據，然后將采集的數據存儲到硬盤里，以便進行數據處理與分析。

4 可靠性和電磁兼容性設計

4.1 可靠性設計

一體化前端采集控制器設計時，在滿足整機主要性能指標的前提下，按照可靠性的要求進行簡化設計、降額設計、熱設計、三防設計、安全設計等，從簡化電路構成、增加元件參數額定使用上限、加強散熱效果、采取三防處理、采取絕緣處理等方面考慮，確保了一體化前端采集控制器的可靠性。

4.2 電磁兼容性設計

一體化前端采集控制器在設計中采取一系列電磁兼容及抗干擾措施：電源模塊的輸入、輸出都具有濾波電路；同時在每塊印制板的電源入口處放置大電容，在每個組件旁和每個信號的輸入接口處放置小電容，從而加強了儀器抗電磁兼容干擾的能力；印刷板采取了去耦措施，電源端、輸入輸出端加濾波；印刷線路板布線有規則前向布線，盡量縮短布線長度；信號線與回線盡量靠近，平行走線。按電路類型對元件、邏輯組件進行分組，相對集中，相互獨立的功能塊周圍用地線環繞；采用多層印制板，增加電源層及接地層接觸面，增強抗干擾能力；對儀器所用元器件嚴格按照選用標準進行篩選和選用，保證其抗干擾能力；由于整機采用金屬殼，具有屏蔽作用，因此會大幅度減少內部噪聲輻射到機殼外部。

5 結語

本文設計的一體化前端采集控制器具備多通道、大容量、高速采集與存儲的功能。由于采用了高性能的DSP芯片TMS320F2812PGFA和采用嵌入式計算機技術，加入了可靠性設計和電磁兼容性設計，適合一些高溫高壓高速實驗場合測量的要求。

前端設計論文:基于AJAX的智慧農業監控系統Web前端設計

摘 要：AJAX作為當前網站開發的前沿技術，可根據用戶需要向服務器端發送少量的數據請求，實現快速無刷新地改變系統頁面的布局和內容，從而提供給用戶極佳的瀏覽體驗。文中將分析AJAX的基本原理以及其在Web應用交互中的重點突破，并設計出基于AJAX的智慧農業監控系統前端框架。

關鍵詞：AJAX；智慧農業；Web前端；異步通信

0 引 言

作為一個21世紀新興強國，我國農業卻仍以傳統耕種方式為主，這樣不僅造成各種資源的浪費，更對環境與水土造成嚴重污染和破壞，對農業的可持續性發展構成了嚴重的威脅。我國政府部門先后頒布了諸多農業科技發展新條例，足以體現其對農業發展的高度重視。伴隨著物聯網的飛速發展，越來越多的先進技術被應用到農業生產中，運用傳感器和軟件通過移動平臺或者電腦平臺對農業生產進行控制是當前農業發展的必然趨勢。Web前端作為Web系統的內容展現，實現系統可視化的同時，為用戶與系統提供了豐富的交互入口，在整個智慧農業監控系統中起著至關重要的作用。

1 AJAX簡介

AJAX（Asynchronous JavaScript And XML）的全稱為異步JavaScript和XML，它是由JavaScript、XMLHttpRequest（XHR）、DOM、XML等技術復合而成的異步通信技術。

1.1 AJAX的工作原理

AJAX的工作原理就是在瀏覽器與服務器之間增加了一個包含一些復雜JavaScript程序的AJAX引擎，而XHR對象作為異步通信的基礎，旨在為JavaScript程序提供許多豐富可用的接口與后臺服務器端進行少量的數據交互，然后通過對XML文檔的解析處理，實現系統頁面的快速選擇性刷新。

1.2 傳統應用模型與AJAX應用模型的比較

在傳統的Web應用中，當用戶進行表單提交時，瀏覽器直接將數據發送給后臺服務器，后臺對請求進行相應處理后通過Http協議返回給瀏覽器一個完整的頁面，瀏覽器接收到返回數據后將對頁面進行重新構造并顯示，其應用模型如圖1所示。在此過程中，瀏覽器處于空白狀態，用戶必須等到頁面完全被刷新后才能瀏覽更新的內容。

圖1 傳統的Web應用模型

而在基于AJAX的新興Web應用中，瀏覽器首先將數據發送給AJAX引擎中的JavaScript代碼，由JavaScript代碼首先來捕捉表單中需提交的數據，然后將其發送給后臺服務器，從而實現用戶操作與服務器響應的異步化，用戶無需等到后臺服務器響應仍可繼續操作程序。但JavaScript代碼并不會將所有的請求都提交給后臺服務器去處理，部分無需從后臺獲取新數據的請求交由AJAX引擎自身來處理，其它確認需要獲取新數據的請求則由AJAX引擎提交給服務器。這樣不僅能夠實現頁面的局部刷新，縮短用戶的等待時間，而且能夠將一部分數據處理交由瀏覽器來完成，從而減輕服務器的負擔。

2 系統Web前端設計

2.1 系統需求分析

“智慧農業”作為一種科學的農業生產經營手段，它主要通過給每個基點配置無線傳感節點來獲取植物的生長環境信息，如空氣溫濕度、光照強度、土壤的酸堿度、植物養分、氣體含量等參數。系統將會先收集無線傳感器節點發來的數據并將其進行存儲，而后將存儲在數據庫的數據進行提取、篩選、統計、分析，最終將更具科學性、代表性的結果通過瀏覽器展現給用戶。系統也可以設置為智能模式，將結果進行自動分析，自動控制相應設備。引入視頻圖像與圖像處理，直觀地反映農作物生產的實時狀態，從整體上給農戶提供更加科學的種植決策理論依據。

Web前端作為系統的可視化部分，主要是為了實現數據的實時顯示，給用戶提供一個與后臺進行數據交互、參數設置、設備控制的入口。

2.2 系統總體設計

根據系統的需求分析，總體上可將系統分為登陸界面、登陸失敗界面、設備監控界面、設備管理界面、視頻監控界面、系統設置界面、日志記錄界面、設備詳情界面、掃描新設備界面、視頻監控詳情界面。系統前端界面流程圖如圖3所示。

整個界面設計框架主要分為三層，結構層、表示層和行為層。結構層主要是由HTMl負責創建，實現了頁面文字、圖片和動畫的繪制；表示層是CSS負責創建，完成了網頁顏色、布局和線條的美化；行為層則是JavaScript語言和DOM負責創建，實現了頁面事件的動態交互。三層結合提供給用戶一個可視性強、可操作性強的智能平臺。設備監控界面作為其主界面，PC端效果圖如圖4所示，系統的設置界面如圖5所示。

3 AJAX在系統中的應用

對于一個監控功能系統來說，數據的實時刷新以及控制設備狀態的實時改變是非常重要的。在本文的智慧農業監控系統中，主要使用了DOM中的setInterval方法來實現數據的輪詢，將一個包含AJAX請求的函數傳入其中作為要執行的代碼塊。應用程序將周期性的執行相應的AJAX請求，快速完成頁面的局部刷新，獲取到當前時段的最新數據信息。當用戶需要改變底層控制設備的狀態時，用戶通過觸發點擊事件向服務器發送AJAX請求，并根據服務器的返回數據相應的改變系統中的狀態圖片。在這整個過程中，系統實現了無刷新更新頁面，用戶幾乎完全不知道后臺發生的一切。

4 結 語

隨著物聯網技術的不斷發展，智慧農業的運用將更加廣泛，農業數據的處理也會越來越精確、安全。而AJAX作為一種用于創建快速動態網頁的技術，雖說在用戶體驗上帶來了極大的提升，但在瀏覽器兼容性、數據新舊區分以及客戶端負載等方面仍存在不足。相信隨著Web技術的不斷完善，AJAX在應用程序中的運用也會更加成熟。