序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇高性能集成電路的概念范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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1.1簡介

電子元件概念:電子元件也稱為被動元件，主要包括電容濾波器、電感鎮流器、電阻變壓器等等，屬于電子類產品的范疇。電子器件與電子元件一起組成電路板的核心部件，是組成各種電子產品設備的基礎。在當今，TDK公司生產的電子元件幾乎占國際全部電子市場零部件的46.1%，可以看出，TDK公司電子元件已經基本上占據了國際市場的壟斷地位。

1.2電子元件市場現狀

據TDK公司統計，當前世界電子元件的需求量總額約在6000億美元左右，預計到2015年，市場規模將突破8000億美元。TDK公司生產的電子元件在筆記本電腦、智能手機生產領域中的占比都非常高，占比高達到二分之一。高性能電子元件的成本占電子設備整機總成本的約1/3左右。隨著TDK公司生產的高性能電子產品功能的逐漸增多，市場電子設備整機對TDK電子元件的需求數量也逐年增加。隨著全球電子產業向中國的大規模遷移，TDK公司生產的高性能電子元件在我國電子市場的占比也成逐年上升態勢。

2TDK高性能電子元件在電子設備中的應用

2.1陶瓷電容器

陶瓷電容器是國際上技術發展最快、需求數量最大的高性能電子元件之一。TDK公司生產的陶瓷電容器主要配備于各類民用設備和軍用設備的集成電路中，使用領域現在也已經拓展到電腦設備、多功能控制儀表、白色家電、智能手機、汽車電子等行業。當前，TDK公司生產陶瓷電容器已成為國際電容器市場的主體，在大容量市場中，陶瓷電容器也已占據絕對優勢。全球市場的需求量從2010年的7070億個，增至2014年21000億個，市場需求量非常巨大，TDK陶瓷電容器的產業化市場前景廣闊。

2.2電感類元件

TDK公司生產的多層電感類元件是鎮流線圈型結構的新型高性能電子元件，是當今世界電感類元件發展的方向標。這類電感元件的生產已經形成了頗具規模的利潤產業，擁有近千億美元的國際大市場。多層電感器的使用領域主要包括影音數碼產品、智能通信、辦公自動化設備等。多層電感器，市場的年需求量大約在3000億個左右，年增幅約37%。

2.3微波頻率元件

TDK公司生產的微波諧慮器和震波電子元件是一種軍民雙用的新型電子器件，它是在火箭動力制導、空間安全技術和微波處理系統的推動下研發起來的[2]。這種元件典型的使用領域包括:軍事上用的雷達、航空航天技術的空間應用技術、移動通信系統等等。近些年來，移動通信行業的飛速發展，大大推動了高性能電子元件向小型集約化和多頻化發展的進程，微波頻率元件也正朝著這個方向大踏步發展。為了滿足WLAN網絡、通信移動技術和集成電子電路生產的需要，TDK公司生產的一大批微波頻率元件不斷在市場上出現，包括片式雙工器、片式禍合器、收發模塊、禍合器、平衡功分器等。隨著移動技術的發展，微波頻率元件及所需材料的市場前景大好。

3TDK公司高性能電子元件的未來機遇

TDK公司電子元件產品已經進入了一個高速更新換代的時期。其主要表現是插裝向內部組配、數字模擬化、移動式數據平臺、電子集成化趨勢轉變。從技術層面的角度來看，高性能電子元件的多層片式化、片式集成化和集成多功能化成為技術發展的主要方向。基于多層片式陶瓷技術和高溫片式陶瓷技術的新一代電子元件已成為當今電子元件的主流，而電子集成化則是電子元件的發展主方向。新一代電子元件已經成為電子產業的新的增長點。此外，在國際化的大趨勢下，國際電子行業中心逐漸向中國市場轉移，電子元件的本土化采購將成為大勢所趨。未來幾年，TDK公司的電子元件市場必將出現高速增長規模[3]。TDK公司電子元件產業的利潤增長點在于高端產品的研發。片式電子元件的全面升級換代，電子電路集成技術的飛速發展，為TDK公司提供了一系列電子技術跨越式發展的技術平臺。抓住歷史機遇，增加資本投放力度，研究開發具有TDK公司自主技術產權的新一代電子元件集成系統，是TDK公司未來的發展大趨勢，市場前景廣闊。

4結論

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DSP的概念的萌芽誕生于美國的大學,而在DSP芯片出現以前,實時信號的處理一般是在通用處理器上完成。直到上世紀70年代末才出現了專門的可編程數字信號處理器。縱觀DSP芯片的發展歷程,可以將其分為三個階段:

第一階段,DSP的雛形階段。1980年前后,在DSP芯片出現之前,數字信號處理只能依靠通用MPU來完成,但是MPU較低的數字信號處理速度和高能耗難以滿足高速實時的處理要求。1978年AMI公司了世界上第一塊DSP 芯片―― S2811,隨后各大集成電路廠商相繼推出了各自的DSP芯片。這個時期的DSP芯片由于內部沒有專門的單周期硬件乘法器,使芯片的運算速度、數據處理能力和運算精度受到了很大的限制。

第二階段,DSP的成熟階段。1990年前后,國際上許多著名的集成電路廠家都相繼推出自己的成熟的DSP產品。如:Motorola公司的DSP5600、9600系列,TI公司的TMS320C20、30、40、50系列,AT&T公司的DSP32等。

第三階段,DSP的完善階段。2000年以后,DSP芯片不僅信號處理能力更加完善,而且系統開發更加方便,程序編輯調試更加靈活,功耗進一步降低,成本大幅下降,系統集成度更高,大大提高了數字信號的處理能力。這一時期的DSP芯片另外一個最大的特點是實現了指令的多發射,一般采用超長指令字(VLIW)結構,還有一些采用單指令多數據流(SIMD)結構,其時鐘頻率可高達1GHz以上,可在Windows環境下直接用C語言編程。

經過了快半個世紀的發展,目前市場上已有上百種DSP芯片,即使是同一公司的產品,每款DSP芯片在結構和性能上都有很大的差異,通常DSP芯片可以按照下列三種方式分類:

(1)按基礎特性分類。這是根據DSP芯片的工作時鐘和指令類型來分類的。如果在某時鐘頻率范圍內,DSP都能正常工作,除計算機速度有變化外,沒有性能上的下降,這種芯片稱為靜態DSP芯片。如果兩種或更多的DSP芯片,它們的指令集、機器代碼及引腳結構相互兼容,稱之為一致性DSP。

(2)按數據格式分類可分為即定點數據格式和浮點數據格式。

(3)按用途分類可以分為通用型DSP和專用型DSP。通用型適合普通的DSP應用。而專用型DSP是為特定的功能、運算設計的,如數字濾波、卷積和FFT等。

世界上主要的DSP制造商有四家:德州儀器(TI)、摩托羅拉(Motorola)、朗訊科技(Lucent)和模擬器件公司(ADI),其中TI公司獨占鰲頭,占世界市場45%的份額。TI公司多年來不斷發展,開發了一個龐大的DSP家族――TMS320家族。在這個家族中,主要可以分為三大系列:

(1)TMS320C2000系列,包括C20x、C24x、C24__、C28x等,該系列產品主要用于數字控制系統;

(2)TMS320C5000系列,包括C54x、C55x等,該系列主要用于低功耗、便攜式的無線終端產品;

(3)TMS320C6000系列,包括C62x、C67x、C64x等,該系列產品主要用于高性能復雜的通訊系統或者其他一些高端應用,如圖像處理等。

2 DSP芯片的趨勢和應用

與國外相比,國內對DSP方面的研究起步較晚、差距較大。隨著應用對DSP的要求越來越苛刻以及設計方法和工藝的日益進步,DSP技術預計將向著以下幾個方面發展:

(1)更高的集成度。縮小DSP芯片尺寸始終是DSP的技術發展方向。當前的DSP多數基于RISC(精簡指令集計算)結構,這種結構的優點是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝,改進DSP內核,并將幾個DSP內核、MPU內核、專用處理單元、電路單元、存儲單元統統集成在一個芯片上,成為DSP系統級集成電路。這樣的集成縮小了整機的體積,縮短了產品上市的時間,是一個重要的發展趨勢。

(2)DSP的內核結構進一步改善。DSP的結構主要是針對應用,并根據應用優化DSP設計以改進產品的性能。多通道結構和單指令流多數據流(SIMD)、超長指令字結構(VLIW)、超標量結構、超流水結構、多處理、多線程及可并行擴展的超級哈佛結構在新的高性能DSP芯片中將占據主導地位。

(3)向低功耗方向發展。便攜式數字終端設備是DSP芯片最重要的應用市場之一,如何在保證高性能的同時降低功耗是未來DSP芯片設計時首先考慮的問題。

(4)可編程DSP將成為主導產品。可編程DSP給生產廠商提供了很大的靈活性。生產廠商可在同一個DSP平臺上開發出各種不同型號的系列產品,以滿足不同用戶的需求。同時,可編程DSP也為廣大用戶提供了易于升級的良好途徑。

(5)追求更高的運算速度。隨著VLIW技術和靜態超標量技術在DSP應用上獲得巨大成功,DSP處理器在體系結構上可挖掘的空間進一步加大,通過增加CPU的運算單元數量就可以顯著提高處理器的性能。

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一、傳統電子產品設計中遇到的問題

1、傳統的電子產品，從設計、調試到驗證完成，一般采用面包板或專門的焊機板，通過手工裝配，再進行電路的反復測量、評估電路性能。當電路設計非常復雜時，采用這種傳統的設計方法，極易產生連線錯誤、器件損壞等人為錯誤，常會造成人力、財力、時間的浪費。尤其是設計集成電路時，傳統的設計方法無法模擬集成電路的真實特性。

2、電子產品的各項性能的分析，特別是消耗和破壞性的分析與測試。

3、設計過程中的大量的復雜的計算。

二、電子設計自動化的發展過程及解決的問題

在20世紀70年代到80年代中期，計算機技術和電子技術的發展促進了計算機雇主設計(CAD)理論的研究和應用，是CAD技術成為電子設計領域的新興學科。20世紀80年代中期開始，隨著高性能計算機技術的發展，尤其是微型計算機技術的發展，CAD技術邁向了其高級階段，出現了電子設計自動化(EDA)。電子設計自動化技術(EDA)是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、信息處理技術、及智能化技術，進行鏈子線路與系統的功能設計、邏輯設計、性能分析、系統優化直至印制電路板的自動設計，它可以完成電子工程設計的全過程。利用EDA工具，電子設計工程師可以從概念、算法等開始設計電子系統，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。其基本特征是以計算機硬件和相關軟件為工作平臺、最大限度地提高電子線路或系統的設計質量和效率，從而節省人力、物力和開發城本，縮短開發周期。

三、電子設計自動化的主要特點

1、設計過程自動化

在EDA的應用中，可以利用EDA應用軟件，實現由系統層到電路層再到物理層的整個設計過程的自動化。在設計過程中，設計人員可以按照電子線路或系統的指標要求，采用完全獨立于芯片廠商及其產品結構的描述語言，在功能級對設計產品進行定義，并利用應用軟件提供的仿真技術驗證設計結果。具體地講，設計人員可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統通過計算機機上自動完成。2、高度開發的集成環境利用計算機技術的支持，在計算機平臺上安裝功能不同的軟件，形成一個功能強大的EDA設計環境。在這個環境中，可以控制和管理設計方案、設計過程和設計數據，甚至可以讓這些軟件共享設計資源。這種高度開放的集成環境，包含了電路設計開發過程，而且其文件類型在不同的EDA軟件中是可以共享的。

3、高度智能化的操作

在EDA技術中，由于應用軟件的智能化設計，各種設計向導和提示十分完備，使電子設計人員不必學習更高深的專業理論知識，更不必進行手工運算，在應用軟件環境中，就可以完成線路或系統的設計，并得到精確的仿真結果。

篇(4)

將下變頻級連接到高速16位ADC需要多方面的技能，主要包括：術語，即處理在RF領域使用而不同于ADC和數字領域的術語，抗混疊濾波器設計，以及驅動今天的ADC采樣與保持輸入所需的差分放大器設計；高頻布局，因為即使在100MHz時，ADC的高帶寬前端也會從意料不到的來源吸取噪聲。

廠商常常提供技術支持、參考設計和其它文件，以彌補經驗的不足并加快設計。除了提供這些傳統工具，還知道如何將自己的專長融入產品，如LTM9001微型模塊(uModule)接收器子系統。LTM9001采用SiP技術，集成了一個16位、130MSPS的ADC與一個固定增益放大器，如圖1所示。與單片“緩沖型”ADC不同，LTM9001無需設計師掌握上面提到的不同領域的深度技能，就可以直接連接到IF信號鏈路。當然，在某種程度上，這些技能仍然需要，但是采用微型模塊接收器，一次成功的可能性會大得多。

微型模塊接收器由連線連接的芯片、封裝式組件和無源組件構成，安裝在4層基片上。LTM9001一AA是第一個版本，配置了一個16位、130MSPS的ADC。放大器增益為20dB，輸入阻抗為200Q，輸入范圍為250mV。匹配網絡用來在這些條件下優化放大器輸出與ADC輸入之間的接口。另外，還有一個2階帶通濾波器，用來實現162.5MHz、25MHz濾波，以防止混疊并限制來自放大器的噪聲。

術語

RF信號鏈路術語以50Q單端信號通路作為最基本的假設。用50Q或其倍數進行數學計算的結果最佳。差分信號通路常常是200Q的，RF工程師很容易適應這種通路。傳統ADC輸入不僅不是50Q的倍數，還采用復雜的開關電容器結構，以采樣速率回掃電流脈沖，因此在快速RF計算中難以使用。RF工程師想知道以dBm為單位的ADC輸入功率能力，但是這從不在ADC數據表上給出。下一件最想知道的事情是輸入電壓范圍和輸入阻抗，以計算功率。傳統ADC的輸入范圍是規定的，但是阻抗(像剛剛提到的那樣)不是固定的電阻數。LTM9001集成了一個差分放大器，該放大器呈現固定的、電阻性200Q差分輸入阻抗。與開關電容器ADC相比，這提供了一種更加簡單直接的連接方式，并簡化了與RF信號鏈路最后一級的連接。

低噪聲、低失真放大器級提供增益，而不會給信號增加極大的噪聲或失真。盡管放大器噪聲低，但是噪聲會隨著放大器的增益成倍增加，因此較高增益不可避免地增大了系統的噪聲。不過，由于增益的原因，放大器的輸入范圍會成比例地縮小，而且，這種輸入范圍的縮小可使其能夠從先前的組件獲得較低的失真。

另一個術語問題則圍繞噪聲展開。噪聲指數(NF)是常用的RF術語。噪聲指數是電路輸出噪聲功率與可歸因于輸入終端熱噪聲部分的噪聲功率之比，通常是在室溫下規定的.。在ADC數據表中，噪聲由信噪比(sNR)或類似測量值規定。SNR是基礎輸入頻率的RMS幅度與所有其他頻率成份的RMS幅度之比(最初的5次諧波除外)。放大器可能兩者都規定，但是哪個術語都不是絕對適用的，因為它們都隱含著一定的條件，如NF測量值中隱含著50Q阻抗這個條件，SNR中則隱含著奈奎斯特帶寬這個條件。放大器可能還以nV為單位規定噪聲，這個單位允許進行轉換。LTM9001以200f2輸入阻抗和一個帶限濾波器規定SNR，從而使鏈路分析容易得多。簡化術語加速了書面分析。盡管這不是節省時間的主要因素，但是會更加便利。　對信號鏈路進行完書面分析后，下一步就是將驅動器連接到ADC。在分立設計中，用一個無源濾波器網絡實現抗混疊濾波，并匹配放大器輸出至ADC輸入。ADC驅動器和ADC輸入之間的抗混疊濾波器限制了寬帶放大器噪聲，有助于保持ADC的高SNR。最新的ADC和驅動器是差分式的，為差分信號設計濾波器比傳統單端設計復雜。盡管可以實現兩個單端濾波器，但是這樣的濾波器有些不如差分濾波器堅固。最明顯的差別是，差分設計在兩個信號通路之間采用一個并聯組件，而不是每個單端通路用一個組件接地。兩個單端濾波器的失配誤差可能引入相位或幅度差別。這些差別加重了ADC采樣和保持電路的缺點，導致二次諧波失真增大。LTM9001中集成的抗混疊濾波器是一個簡單的雙極點L－C型差分設計。它完全包含在LTM9001之內，因此無需設計。該設計特征確定，100％經過測試，SNR和失真完全針對整個工作溫度范圍規定。就LTM9001一AA而言，該濾波器是50MHz帶通濾波器，中心頻率為162.5MHz。具有不同濾波器的其它版本LTM9001正在開發。LTM9001節省了這個設計階段的時間，因為在一般情況下，需要來自廠商的應用支持以匹配放大器和ADC。

布局

充分利用16位、高速ADC的全部性能優勢需要仔細布局和良好的電路設計。即使電路拓撲和組件值正確，印刷電路板(PCB)布局對性能也有極大影響。RF布局設計師有一些視電路工作頻率而定的“良好做法”列表。這類列表包括一些建議，如避免銳角、保持信號通路對稱、與時鐘輸入和數字輸出隔離等。一個常見的錯誤是：假定140MHzZIF意味著不需要高頻布局技巧。但是就LTM9001這樣的高性能ADC而言，采樣和保持電路帶寬超過700MHz。采樣和保持電路可能吸收高頻噪聲，從而降低SNR。

另一個簡單的例子是電源旁路電容器的放置。傳統ADC電路板布局的一個常見問題是，由于從旁路電容器到ADC的走線很長，產生了過大的噪聲。良好做法是將電容器盡可能靠近器件的電源引腳。在分立設計中，芯片用連線連接到集成電路封裝的引線框架上。在最佳情況下，旁路電容器離芯片稍微有一點距離。封裝尺寸由其邊緣上的引腳數或充分散出器件熱量的需求決定。因此連線比微型模塊接收器中的連線長得多，如圖2所示，分別為3.5mm(左圖)與0.8mm(右圖)。因此，與分立設計可能實現的距離相比，LTM9001內部旁路電容器與芯片的距離近得多。LTM9001有小得多的“AC占板面積”，從而減輕了從意外來源吸收噪聲和提高噪聲層的風險。

電容器的電源側和接地側都應該靠近該器件。相對于電源引腳，電容器應該返回放大器的上行側還是下行側?ADC旁路電容器應該返回到哪里?這取決于該集成電路的設計和布局，但數據表中不提供這些信息。在很多情況下，這沒有什么關系。但是，在有些情況下，特定電源引腳向放大器的輸入級或輸出級供電，因此返回上行側還是下行側就有區別了。在這一點上，LTM9001的設計師擁有獨特優勢，他們能與放大器和ADC組件的設計師一起工作，以確定盡可能最佳的器件放置方式。

分立的差分帶通濾波器在信號通路的每一側都會有串聯電感器。好的做法是，兩個電感器并排放置，以實現最佳對稱性。一般規則是，它們之間應該相距一個自身寬度，既要足夠近以消除遠場效應，又不會近到產生耦合或降低有效電感。有很多這類規則，而且大多數RF布局設計師都知道這些規則。但是這部分設計常常在數字電路板上，而且是由一些不是始終從事RF布局的人來做的。

LTM9001基片設計融入了得自多年積累應用經驗的理念。另外，LTM9001將仔細的布局、恰當的電路設計和高性能組件總和起來作為一個單元，特征完全確定，并經過充分測試。購買一套匹配的組件是可能的，而LTM9001將這一概念延伸為購買由30多個匹配組件組成的良好布局。結果是，系統的某部分需要極少的外部組件(見圖3)。在設計階段，LTM9001不僅節省了相當多的設計和布局時間，而且還可能減少成本高昂的電路板修改次數。

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【關鍵詞】電力工程；電氣自動化；技術

1.全控型電力電子開關逐步取代半控型晶閘管

50年代末出現的晶閘管標志著運動控制的新紀元。它是第一代電子電力器件，在我國至今仍廣泛用于直流和交流傳動控制系統。隨著交流變頻技術的興起，相繼出現了全控式器件GTR、GTO、P-MOSEFT等。這是第二代電力電子器件。由于目前所能生產的電流／電壓定額和開關時間的不同，各種器件各有其應用范圍。

GTR的二次擊穿現象以及其安全工作區受各項參數影響而變化和熱容量小、過流能力低等問題，使得人們把主要精力放在根據不同的特性設計出合適的保護電路和驅動電路上，這也使得電路比較復雜，難以掌握。

GTO是一種可關斷的高壓器件，它的主要缺點是關斷增益低，一般為4~5，這就需要一個十分龐大的關斷驅動電路，且它的通態壓降比普通晶閘管高，約為2v~4.5v,開通di/dt和關斷dv/dt也是限制GTO推廣運用的另一原因，前者約為500A/us，后者約為500V/us，這就需要一個龐大的吸收電路。

由于GIR、GTO等雙極性全控性器件必須要有較大的控制電流，因而使門極控制電路非常龐大，從而促進廠新一代具有高輸人阻抗的MOS結構電力半導體器件的一切。功率MOSFET是一種電壓驅動器件，基本上不要求穩定的驅動電流，驅動電路只需要在器件開通時提供容性充電電流，而關斷時提供放電電流即可，因此驅動電路很簡單。它的開關時間很快，安全工作區十分穩定，但是P-MOSFET的通態電壓降隨著額定電壓的增加而成倍增大，這就給制造高壓P-MOSFET造成了很大困難。

IGBT是P-MOSFET工藝技術基礎上的產物，它兼有MOSFET高輸人阻抗、高速特性和GTR大電流密度特性的混合器件。其開關速度比P-MOSFET 低，但比GTR快；其通態電壓降與GTR相擬約為1.5V~3.5v，比P-MOSFET小得多，其關斷存儲時間和電流卜降時間為別為0.2us～04us和0.2us~1.5us，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩定的安個工作區，較高的效率，驅動電路簡單等優點。

IGBT和MGT這一類復合型電力電子器件可以稱為第三代器件。在器件的復合化的同時，模塊即把變換器的雙臂、半橋乃至全橋組合在一起大規模生產的器件也已進入實用。在塊化和復合化思路的基礎上，其發展便是功率集成電路PIC( Powerl,lntegratcd irrrrcute),在PIC，不僅主回路的器件，而且驅動電路、過壓過流保護、電流檢測甚至溫度自動控制等作用都集成到一起，形成一個整體，這可以算作第四代電力電子器件。

2.變換器電路從低頻向高頻方向發展

隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。當電力電子器件進入第二代后，更多是采用PWM變換器了。采用PWM方式后，提高了功率因數，減少了高次諧波對電網的影響，解決了電動機在低頻區的轉矩脈動問題。

但是PWM 逆變器中的電壓、電流的諧波分量產生的轉矩脈動作用在定轉子上，使電機繞組產生振動而發出噪聲。

1986 年美國威斯康星大學Divan教授提出諧振式直流環逆變器。傳統的逆變器是掛在穩定的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下進行轉換的‘硬開關’，其開關損耗較大，限制了開關在頻率上的提高。而諧奪式直流環逆變器是把逆變器掛在高頻振蕩過零的諧振路上，使電力電子器件在零電壓或零電流下轉換，即工作在所謂的‘軟開關’狀態下，從而使開關損耗降低到零。這樣，可以使逆器尺寸減少，降低成本，還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此，諧振式直流逆變器電路極有發展前途。

3.交流調速控制理論日漸成熟

1971年，德國學者F?Blaschke闡明了交流電機磁場定向即矢量控制的原理，為交流傳動高性能控制奠定了理論基礎。矢量控制的基本思想是仿照直流電動機的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉矩分量解耦開來，分別加以控制。但在實際應用中控制效果難于達到分析的結果。

1985年德國魯爾大學的Depenbrock教授首次提出了直接轉矩控制的理論，接著 1987 年又把它推 廣到弱磁調速范圍。采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節（Band一Band控制）產生PWM信號，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制，以獲得轉矩的高動態性能。它省掉了復雜的矢量變換與電動數學模型的簡化處理，大大減少了矢量控制中控制性能參數易受參數變化影響的問題，沒有通常的PWM信號發生器，其控制思想新穎，控制結構簡單，控制手段直接，信號處物理概念明確，轉矩響應迅速，限制在一拍之內，且無超調，是一種具有高靜動態性能的新型交流調速方法。

4.通用變頻器開始大量投入使用

一般把系列化、批量化、占市場量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從產品來看，第一代是普通功能型U/F控制型，多采用16位CPU，第二代為高功能型U/F型，采用32位DSP或雙16位CPU進行控制，采用了磁通補償器、轉差補償器和電流限制拄制器，具有挖土機和“無跳閘”能力，也稱為“無跳閘變頻器”。這類變頻器目前占市場份額最大。第三代為高動態性能矢量控制型。它采用全數字控制，可通過軟件實現參數自動設定，實現變結構控制和自適應控制，可選擇U/F頻率開環控制、無速度傳感器矢量控制和有速度傳感器矢量控制，實現了閉環控制的自優化。

5.單片機、集成電路及工業控制計算機的發展

以MCS-51為代表的8位機雖然仍占主導地位，但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產的PIC系列單片機及CMS97C系列單片機等正在推廣，而且單片機的應用范圍已開始擴展至智能儀器儀表或不太復雜的工業控制場合以充分發揮單片機的優勢另外，單片機的開發手段也更加豐富，除用匯編語言外，更多地是采用模塊化的語言、PL/M語言。

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關鍵詞：虛擬技術 EDA VM

中圖分類號：TN29

1 虛擬技術的概念

虛擬技術是一個很廣義的概念，我國著名院士汪成為教授把虛擬技術看作人類認識世界的幫手，認為虛擬技術是“在計算機軟硬件及各種傳感器（如高性能計算機、圖形圖像生成系統，以及特制服裝、特制手套、特別眼鏡等）的支持下生成一個逼真的、三維的，具有一定的視、聽、觸、嗅等感知能力的環境，使用戶在這些軟硬件設備的支持下，能以簡捷、自然的方法與這一由計算機所生成的‘虛擬’的世界中對象進行交互作用。它是現代高性能計算機系統、人工智能、計算機圖形學、人機接口、立體影像、立體聲響、測童控制、模擬仿真等技術綜合集成的成果。目的是建立起一個更為和諧的人工環境”。

而從工程角度定義的話，虛擬技術可看作為通過使用下列一個或幾個概念或方法：硬件和軟件分區，分時，部分或全部的硬件仿真、模擬，提供服務質量（QoS）等，把計算機資源分成多個執行環境的系統框架和方法論。

上世紀60年代末期，IBM在其7044機上首次實現虛擬技術（IBM M44/44X Project）[3]。計算機技術的快速發展，使得虛擬技術成為重要的研究手段廣泛應用于各學科領域的研究與實踐中。隨著電子技術與計算機技術交叉、綜合的程度越來越高，在以物聯網絡和嵌入式系統為技術發展方向的現代電子技術中，虛擬技術的應用越來越廣泛。

2 虛擬技術在電子技術中的應用

電子技術中，虛擬技術的應用可概括為三個方向：一是集成了大量虛擬儀器的軟件包的應用，通常稱之為EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術；二是虛擬硬件技術，即借助于圖形圖像、仿真和虛擬現實等一切可用的技術，在計算機上虛擬出一個與實際硬件功能相近，且操作方法和實驗現象也相近的虛擬實驗環境；三是VM（Virtual Machine，虛擬機）技術的應用，比如VMware虛擬機等。

2.1 EDA技術的應用

EDA技術是在20世紀60年代中期從計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發展而來的。利用EDA工具，電子設計師從概念、算法、協議開始設計電子系統，從電路設計、性能分析直到IC版圖或PCB版圖生成的全過程均可在計算機上自動完成。

作為現代電子系統設計的主導技術，EDA具有兩個明顯特征：即并行工程（Concurrent Engineering）設計和自頂向下（Top-down）設計。其基本思想是從系統總體要求出發，分為行為描述（Behaviour Description）、寄存器傳輸級（RTL，Register Transfer Level）描述、邏輯綜合（Logic Synthesis）三個層次，將設計內容逐步細化，最后完成整體設計，與傳統設計方法比較，這是一種全新的設計思想與設計理念。

EDA軟件包在電子技術的虛擬實驗教學方面體現出了巨大的優勢，最重要的是由于其提供了種類齊全、功能強大、界面真實、設置方式真實的虛擬儀器，諸如萬用表，示波器，頻率計，LED顯示等，一些軟件諸如NI公司的Multisim，還包括有安捷倫示波器，安捷倫萬用表，安捷倫信號發生器，泰克示波器等實際產品的虛擬界面，其操作界面和操作方式完全與實際器件一樣。這些虛擬儀器的使用，較大程度增加了學生在虛擬實驗過程中的真實感。

目前，EDA技術更多地指數字集成電路的設計自動化，模擬電路以及混合電路設計自動化的發展尚不夠成熟。尤其是射頻電路設計，因為要涉及到復雜的數學理論，導致其分析過程更加復雜，所以尚沒有成熟的設計自動化軟件。

2.2 虛擬硬件技術的應用

虛擬硬件技術在電子技術中的應用，則主要體現為虛擬實驗室的建設。虛擬實驗室的建設目前主要有純軟件仿真形式、可直接操作遠程實驗室實驗過程的虛擬實驗室兩種形式。

2.2.1 純軟件仿真形式的虛擬實驗室

純軟件仿真形式的虛擬實驗室是利用仿真軟件來模擬實驗的全過程，不涉及具體的實驗硬件設備。

與單機版的仿真軟件相比，這類實驗室采用C/S模式，在其服務器上設計并存儲進行實驗的仿真代碼，用戶只需在客戶端的實驗操作界面上操作，即可實時地發送參數信息、接收仿真結果數據。這類虛擬實驗室因其實驗界面與仿真算法獨立，易于設計與實現，方便操作，成為當今虛擬實驗室的主流。

2.2.2 直接操作遠程實驗室實驗過程的虛擬實驗室

這種虛擬實驗室是通過客戶端操作直接控制遠程實驗室的實驗設備運行，獲取真實實驗數據。

這類實驗通常具有視頻和音頻反饋，使用者通過計算機可以實時地觀察實驗地運行，也可以調整實驗相應的參數，從而遠程操控實驗室的實驗過程。此類實驗形式不但有效地利用了有限的實驗室資源，而且具有很好的實驗效果，成為解決遠程教育中實驗設備緊缺、實驗效果難以保證等問題的一種很好的方法，是目前虛擬實驗室研究開發的一個主流方向。

2.3 VM技術的應用

VM技術，是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。 利用VM技術，能夠在一臺真實的計算機上虛擬出多臺計算機，還可以同時運行兩個或更多的操作系統，比如運行DOS、各個版本的Windows、各個版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虛擬機具有跨平臺性，裝載在硬件平臺上的虛擬機，它和宿主機好像是連接在同一個網絡中一樣。用戶通過虛擬機提供的標準接口訪問異構資源，而標準接口的具體實現由各異構資源提供者負責落實，因此用戶感覺不到請求資源的異構性。Java VM和PVM是比較成功的采用虛擬機技術實現跨平臺、屏蔽異構性的典型例子。

3 虛擬技術對電子技術發展的重要意義

近幾年來，虛擬技術在我國的應用研究和發展都十分迅速，結合虛擬技術在電子技術三個方向的應用，其重要意義可概述為以下幾個方面：

第一，虛擬技術給電子技術的工程實踐帶來了革命性的變革。

傳統電子系統的設計方法，主要基于自底向上的設計思想，設計人員必須利用底層功能模塊的組裝，才能構成較復雜系統的設計，系統調試難度高，設計效率低，設計周期較長。但EDA技術的出現，特別是自頂向下的設計思想，極大的提高了電子系統設計的效率，縮短了設計周期，使得電子設計進入了一個全新的時代。

第二，虛擬技術給電子技術教學帶來了革命性的變革。

傳統電子技術的教學是理論教學和實驗教學分開進行的，由于電子技術的實踐性強，人為地把完整的教學過程分離成了兩個環節，極大地破壞了教學完整性。而EDA軟件或虛擬實驗系統，通過計算機把教學內容、實驗設備、教師指導、學生操作等有機地融合為一體，還原了一個完整的課堂，提高了教學的有效性。

第三，虛擬技術給電子技術的應用解決了實際問題。

隨著物聯網和嵌入式系統的發展，傳統電子技術的發展受到了很大程度上的制約，一些諸如通信協議異構、數據格式異構等問題，給電子技術設計人員帶來了極大的困擾。而虛擬技術的出現，給電子技術解決上述困難提供了最為有利的幫助，使得電子設計人員更為專注電子技術本身的功能實現。

參考文獻

篇(7)

為軟件解碼提供依據。本設計用單片機編碼和解碼實現了紅外信號的傳輸，該電路結構靈活，成本低，易于改進和擴充，該電路設計簡單，易于移植到其他紅外發射、接收裝置，適合紅外遙控的二次開發。

關鍵詞：AT89S51單片機；紅外信號；1602LCD

中圖分類號：TM 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914x（2014）08-01-01

1紅外解碼系統的背景、意義

1.1紅外解碼系統的背景

傳統的遙控器大多數采用了無線電遙控技術，隨著科技的進步，紅外線遙控技術的成熟，紅外也成為了一種被廣泛應用的通信和遙控手段。繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空調機等電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。紅外線抗干擾能力強，且不會對周圍的無線電設備產生干擾電波，同時紅外發射接收范圍窄，安全性較高。

紅外遙控雖然被廣泛應用，但各產商的遙控器不能相互兼容。當今市場上的紅外線遙控裝置一般采用專用的遙控編碼及解碼集成電路，所以其靈活性較低，應用范圍有限。而采用單片機進行遙控系統的應用設計，遙控裝置將同時具有編程靈活、控制范圍廣、體積小、功耗低、功能強、成本低、可靠性高等特點，因此采用單片機的紅外遙控技術具有廣闊的發展前景。

1.2紅外解碼系統的意義

紅外遙控的特點是不影響周邊環境、不干擾其它電器設備。由于其無法穿透墻壁，所以不同房間的家用電器可使用通用的遙控器，且不會產生相互干擾。電路調試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調試即可投入工作，編解碼容易，可進行多路遙控。

信息可以直接通過紅外光進行調制傳輸，例如，信息直接調制紅外光的強弱進行傳輸，也可以用紅外線產生一定頻率的載波，再用信息對載波進行調制，接收端去掉載波，取到信息。從信息的可靠傳輸來說，這就是我們看到的多數紅外遙控器所采用的方法。

隨著科學技術的發展，單片機因其高可靠性和高性價比，在智能化家用電器、儀器儀表等諸多領域內得到了廣泛的應用。當前單片機對家用電器控制呈現出外型簡單化、功能多樣化、性能優越化的發展趨向。紅外遙控器具用使用方便、功耗低、抗干擾能力強的特點，因此它的應用前景不可估量。

2 紅外解碼系統內容

2.1 紅外解碼系統功能說明

通過按下紅外遙控器的按鍵，發送紅外遙控信號，遙控器發出的信號經過HS0038集成紅外接收頭接收，將接收到的信號送入單片機，通過單片機解碼編碼處理后，把遙控器發過來的按鍵實際編碼值顯示在1602液晶屏上，進而實現了對紅外遙控器的解碼，解出碼后可以利用遙控器實現更多領域的紅外遙控。

2.2 紅外解碼系統技術參數

控制系統主要是由單片機、電源電路、紅外遙控器發射、紅外接收電路、LCD顯示電路等部分組成，紅外接收頭接收到的編碼信息通過單片機處理，單片機根據不同的遙控器按鍵進行處理并在LCD上顯示相應的按鍵值編碼信息。

2.2.1單片機及其硬件電路

AT89S51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash 存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S51為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。

2.2.2 紅外遙控器電路

采用TC9012芯片編碼的遙控器，TC9012是一塊用于東芝系列紅外遙控系統中的專用發射集成電路，采用CMOS工藝制造。它可外接32個按鍵，提供8種用戶編碼，另外還具有3種雙重按鍵功能。TC9012的管腳設置和應用線路都進行了高度優化，以配合PCB的布圖和低成本的要求。

TC9012采用低壓CMOS工藝制造，低功耗超小靜態電流，低工作電壓，精簡指令碼，8種用戶編碼可選擇，TSOP-20、SOP20、COB可選的封裝形式。

2.2.3 紅外發射電路

將脈沖編碼信號調制在載波振蕩器產生的載波上，然后用這個脈沖編碼調制信號去驅動紅外發光二極管，以發出經過調制的紅外光波。

TC9012作為紅外遙控器控制核心，遙控編碼脈沖信號由引導碼、系統碼、系統反碼、功能碼、功能反碼等信號組成。以PPM碼（脈沖位置調制碼）對紅外數據調制在38KHz的載波上對外進行發射信號。

2.2.4紅外接收顯示電路

HS0038是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭，集成紅外線的接收、放大、解調，不需要任何外接元件，能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數據傳輸，中心頻率38.0KHz。接收器對外有3個引腳：OUT、GND、VCC與單片機接口非常方便。

3紅外解碼系統操作說明

通過按下紅外遙控器的不同按鍵，發射出不同的遙控編碼信號，經過HS0038集成紅外接收頭接收，把接收到的信號送入單片機處理，單片機解碼編碼處理后，把遙控器按下的按鍵實際編碼值顯示在1602液晶屏上，進而通過1602液晶屏可以讀出紅外遙控器對應按鍵發出的源碼值。

主程序流程首先初始化紅外接收端口，然后檢測是否接收到紅外信號，如果接收到紅外信號就調用接收子程序，然后通過LCD1602顯示當前按鍵的解碼值。

紅外接收子程序首先讀取T0定時器的長度，如果是1.125ms就認為是“0”，將其存入緩沖區并且計數器加一，如果是2.25ms就認為是“1”，將其存入緩沖區并且計數器加一。如果計數器值為32時，就接收結束標志位并且將計數器清0，如果計數器值不為32時，就認為是接收誤碼，計數器也將清0，此時重新等待讀取紅外信號。

結束語

TC9012型紅外遙控器被廣泛用在家用電器和儀器儀表中，在了解了其發射的編碼脈沖信號波形后，設計了基于單片機AT89S51的紅外遙控器解碼器，對解碼器硬件和相應軟件進行分析并給出程序流程圖。將紅外遙控器用在生活中，作為參數設置和系統控制用紅外遙控器，既操作靈活，又能提高系統抗干擾能力，在實際中收到了良好效果。

本設計采用HS0038集成紅外接收頭進行紅外遙控信號接收，通過51系列單片機對紅外遙控器解碼編碼處理，解碼后的信息碼值用1602液晶對其進行顯示，為紅外遙控進一步的開發應用提供了便利條件。

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