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【關(guān)鍵詞】集成電路；設(shè)計(jì)方法；IP技術(shù)

基于CMOS工藝發(fā)展背景下，CMOS集成電路得到了廣泛應(yīng)用，即到目前為止，仍有95%集成電路融入了CMOS工藝技術(shù)，但基于64kb動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的發(fā)展，集成電路微小化設(shè)計(jì)逐漸引起了人們關(guān)注。因而在此基礎(chǔ)上，為了迎合集成電路時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)注重在當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中從微電路、芯片等角度入手，對(duì)集成電路進(jìn)行改善與優(yōu)化，且突出小型化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。以下就是對(duì)集成電路設(shè)計(jì)與IP設(shè)計(jì)技術(shù)的詳細(xì)闡述，望其能為當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展提供參考。

1當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)方法

1.1全定制設(shè)計(jì)方法

集成電路，即通過(guò)光刻、擴(kuò)散、氧化等作業(yè)方法，將半導(dǎo)體、電阻、電容、電感等元器件集中于一塊小硅片，置入管殼內(nèi)，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)等領(lǐng)域中。而在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了營(yíng)造良好的電路設(shè)計(jì)空間，應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)對(duì)全定制設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，即在集成電路實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開(kāi)展過(guò)程中通過(guò)版圖編輯工具，對(duì)半導(dǎo)體元器件圖形、尺寸、連線、位置等各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，最終通過(guò)版圖布局、布線等，達(dá)到元器件組合、優(yōu)化目的。同時(shí)，在元器件電路參數(shù)優(yōu)化過(guò)程中，為了滿足小型化集成電路應(yīng)用需求，應(yīng)遵從“自由格式”版圖設(shè)計(jì)原則，且以緊湊的設(shè)計(jì)方法，對(duì)每個(gè)元器件所連導(dǎo)線進(jìn)行布局，就此將芯片尺寸控制到最小狀態(tài)下。例如，隨機(jī)邏輯網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度，即采取全定制集成電路設(shè)計(jì)方法，滿足了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)運(yùn)行需求。但由于全定制設(shè)計(jì)方法在實(shí)施過(guò)程中，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，為此，應(yīng)注重對(duì)其的合理化應(yīng)用。

1.2半定制設(shè)計(jì)方法

半定制設(shè)計(jì)方法在應(yīng)用過(guò)程中需借助原有的單元電路，同時(shí)注重在集成電路優(yōu)化過(guò)程中，從單元庫(kù)內(nèi)選取適宜的電壓或壓焊塊，以自動(dòng)化方式對(duì)集成電路進(jìn)行布局、布線，且獲取掩膜版圖。例如，專用集成電路ASIC在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了減少成本投入量，即采用了半定制設(shè)計(jì)方法，同時(shí)注重在半定制設(shè)計(jì)方式應(yīng)用過(guò)程中融入門陣列設(shè)計(jì)理念，即將若干個(gè)器件進(jìn)行排序，且排列為門陣列形式，繼而通過(guò)導(dǎo)線連接形式形成統(tǒng)一的電路單元，并保障各單元間的一致性。而在半定制集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，亦可采取標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)方式，即要求相關(guān)技術(shù)人員在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)運(yùn)用版圖編輯工具對(duì)集成電路進(jìn)行操控，同時(shí)結(jié)合電路單元版圖，連接、布局集成電路運(yùn)作環(huán)境，達(dá)到布通率100%的集成電路設(shè)計(jì)狀態(tài)。從以上的分析中即可看出，在小型化集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)對(duì)半定制設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，有助于縮短設(shè)計(jì)周期，為此，應(yīng)提高對(duì)其的重視程度。

1.3基于IP的設(shè)計(jì)方法

基于0.35μmCMOS工藝的推動(dòng)下，傳統(tǒng)的集成電路設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無(wú)法滿足計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域集成電路應(yīng)用需求，因而在此基礎(chǔ)上，為了推動(dòng)各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)注重融入IP設(shè)計(jì)方法，即在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中將“設(shè)計(jì)復(fù)用與軟硬件協(xié)同”作為導(dǎo)向，開(kāi)發(fā)單一模塊，并集成、復(fù)用IP，就此將集成電路工作量控制到原有1/10，而工作效益提升10倍。但基于IP視角下，在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求相關(guān)工作人員應(yīng)注重通過(guò)專業(yè)IP公司、Foundry積累、EDA廠商等路徑獲取IP核，且基于IP核支撐資源獲取的基礎(chǔ)上，完善檢索系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)庫(kù)管理系統(tǒng)、IP核庫(kù)等，最終對(duì)1700多個(gè)IP核資源進(jìn)行系統(tǒng)化整理，并通過(guò)VSIA標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估方式，對(duì)IP核集成電路運(yùn)行環(huán)境的安全性、動(dòng)態(tài)性進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)、評(píng)估，規(guī)避集成電路故障問(wèn)題的凸顯，且達(dá)到最佳的集成電路設(shè)計(jì)狀態(tài)。另外，在IP集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，亦應(yīng)注重增設(shè)HDL代碼等檢測(cè)功能，從而滿足集成電路設(shè)計(jì)要求，達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)狀態(tài)，且更好的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域中。

2集成電路設(shè)計(jì)中IP設(shè)計(jì)技術(shù)分析

基于IP的設(shè)計(jì)技術(shù)，主要分為軟核、硬核、固核三種設(shè)計(jì)方式，同時(shí)在IP系統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程中，需完善32位處理器，同時(shí)融入微處理器、DSP等，繼而應(yīng)用于Internet、USB接口、微處理器核、UART等運(yùn)作環(huán)境下。而IP設(shè)計(jì)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)測(cè)試平臺(tái)支撐條件提出了更高的要求，因而在IP設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開(kāi)展過(guò)程中，應(yīng)注重選用適宜的接口，寄存I/O，且以獨(dú)立性IP模塊設(shè)計(jì)方式，對(duì)芯片布局布線進(jìn)行操控，簡(jiǎn)化集成電路整體設(shè)計(jì)過(guò)程。此外，在IP設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，必須突出全面性特點(diǎn)，即從特性概述、框圖、工作描述、版圖信息、軟模型/HDL模型等角度入手，推進(jìn)IP文件化，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)信息的全方位反饋。另外，就當(dāng)前的現(xiàn)狀來(lái)看，IP設(shè)計(jì)技術(shù)涵蓋了ASIC測(cè)試、系統(tǒng)仿真、ASIC模擬、IP繼承等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，且制定了IP戰(zhàn)略，因而有助于減少IP集成電路開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，為此，在當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)工作開(kāi)展過(guò)程中應(yīng)融入IP設(shè)計(jì)技術(shù)，并建構(gòu)AMBA總線等，打造良好的集成電路運(yùn)行環(huán)境，強(qiáng)化整體電路集成度，達(dá)到最佳的電路布局、規(guī)劃狀態(tài)。

3結(jié)論

綜上可知，集成電路被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域，推進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步。為此，為了降低集成電路設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，減少開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，要求相關(guān)技術(shù)人員在集成電路設(shè)計(jì)工作開(kāi)展過(guò)程中應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)對(duì)基于IP的設(shè)計(jì)方法、半定制設(shè)計(jì)方法、全定制設(shè)計(jì)方法等的應(yīng)用，同時(shí)注重引入IP設(shè)計(jì)技術(shù)理念，完善ASIC模擬、系統(tǒng)測(cè)試等集成電路設(shè)計(jì)功能，最終就此規(guī)避電路開(kāi)發(fā)中故障問(wèn)題的凸顯，達(dá)到最佳的集成電路開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]肖春花.集成電路設(shè)計(jì)方法及IP重用設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].電子技術(shù)與軟件工程,2014,12(06):190-191.

[2]李群，樊麗春.基于IP技術(shù)的模擬集成電路設(shè)計(jì)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013,12(08):56-57.

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關(guān)鍵詞: 電容層析成像;微小電容;測(cè)量電路

一、幾種微小電容測(cè)量方法

1、諧振法諧振法是在被測(cè)電容Cx(常常伴隨有一漏電阻Rx)兩端并聯(lián)一個(gè)固定電感L,然后加一可變頻率的電源。調(diào)整信號(hào)源頻率,使電路發(fā)生諧振。諧振時(shí),Cx呈現(xiàn)的容抗和L呈現(xiàn)的感抗相等,從而可求得Cx。這種方法具有抗電磁干擾能力、強(qiáng)便于信號(hào)傳輸、輸出易于數(shù)字化及可獲得高電平輸出的優(yōu)點(diǎn)。主要存在的問(wèn)題是:輸出非線性較大,需要進(jìn)行線性化處理;由于閘門時(shí)間的限制,動(dòng)態(tài)特性差,難于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量;工作頻率較高,使得雜散電容的影響變得十分顯著。

2、震蕩法振蕩法的原理是使振蕩頻率受Cx制約,測(cè)量Cx 的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成了測(cè)量振蕩頻率。而頻率的測(cè)量可以用計(jì)數(shù)器,也可以用F/V轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。振蕩法又分為RC和LC兩種。一般說(shuō)來(lái),RC振蕩法所構(gòu)成的傳感器對(duì)于小電容值的變化不靈敏,同時(shí)電路測(cè)量結(jié)果受雜散電容的干擾,穩(wěn)定性差,故已很少用。LC振蕩法構(gòu)成的傳感器測(cè)量頻率范圍寬,適用于測(cè)量動(dòng)態(tài)電容,靈敏度也較高但電路相對(duì)復(fù)雜。

3、充放電法這種方法是利用對(duì)傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨電容傳感器的電容量變化而變化,通過(guò)低通濾波就能得到隨被測(cè)信號(hào)變化的信號(hào)。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)為:獲取數(shù)據(jù)速度快,能抗雜散電容,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,經(jīng)過(guò)軟件補(bǔ)償后電路穩(wěn)定性較高。其缺點(diǎn)主要為:采用直流放大存在漂移問(wèn)題,存在COMS開(kāi)關(guān)引起的電荷注入問(wèn)題。

4、交流電橋法在較低工作頻率下最常采用電橋電路即AC橋路法實(shí)現(xiàn)電容變化的精確測(cè)量。這種方法是把被測(cè)電容(可有漏導(dǎo)) 放在一個(gè)橋臂,可調(diào)的參考阻抗放在相鄰的另一個(gè)橋臂,二橋臂分別接到頻率相同、電壓相同的兩個(gè)信號(hào)源上。調(diào)節(jié)參考阻抗使橋路平衡,則被測(cè)橋臂中的阻抗與參考阻抗共軛相等。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)為:選用器件少,電路簡(jiǎn)單,易于小型化。其缺點(diǎn)主要為:由于遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)非線性較大,輸出阻抗很高,輸出電壓很小。

二、測(cè)量電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、微電容測(cè)量電路設(shè)計(jì)要求

在ECT電容測(cè)量中,電容傳感器內(nèi)充以兩相介質(zhì)時(shí),兩電極間互電容的變化量是流體相含率及其空間分布的函數(shù) ,而相含率變化所引起的互電容變化量一般為0.1～1.0皮法(pf)左右,且不同的電極對(duì)之間的電容量相差很大,相鄰電極對(duì)間的電容比相對(duì)電極對(duì)間的電容要大數(shù)百倍,同時(shí)雜散電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于待測(cè)電容,因此應(yīng)用于ECT 的電容檢測(cè)電路應(yīng)當(dāng)具有以下特點(diǎn)[1]:(1)低漂移、能抑制雜散電容、消除損耗電導(dǎo)的影響;(2)高分辨率,最小可分辨信號(hào) 0. 1fF;(3)線性度好,非線性誤差≤10-5;(4)高信噪比, 信噪比≥100dB;(5)測(cè)量范圍足夠?qū)? 0. 1pF～1.0pF。

2、基于交流激勵(lì)的微電容測(cè)量電路

如圖1[2]所示正弦波Vi (t)作為激勵(lì)源加到被測(cè)電容Cx,產(chǎn)生交流輸入電流。由電容Cf、電阻Rf 和運(yùn)放組成的放大器將該交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷?其中,反饋電阻Rf的作用是防止運(yùn)放輸出漂移以致飽和。輸出交流電壓的幅值為:

其中為正弦激勵(lì)信號(hào)源的角頻率。如選Rf值很大,使得1,則:試(1)變?yōu)?

因此, 交流電路產(chǎn)生一個(gè)幅值與被測(cè)電容成比例的交流信號(hào)。

3、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電容成像系統(tǒng)的測(cè)量電路包含數(shù)字器件和模擬器件的微弱電容信號(hào)測(cè)量電路,在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中不僅需要考慮克服分布電容的影響,還要盡量減少數(shù)字電路對(duì)模擬電路的高頻干擾。因此在設(shè)計(jì)中采用了模塊化設(shè)計(jì)方法,把每個(gè)測(cè)量電路模塊獨(dú)立開(kāi),模塊之間用數(shù)字總線連接。并由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

實(shí)際上,最終輸出值包括傳感器的本體電容和被測(cè)電容。為了使轉(zhuǎn)換電路的最后輸出量直接反映實(shí)際的被測(cè)電容的變化量,平衡掉本體電容,可以在計(jì)算機(jī)控制差分放大采用直流補(bǔ)償DAC的方法。

該電路具有較強(qiáng)抗干擾能力,穩(wěn)定性好和較小的漂移。因此ECT系統(tǒng)可對(duì)封閉的工業(yè)過(guò)程管道、容器、攪拌器等的內(nèi)部多相流物場(chǎng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)二維/三維可視化實(shí)時(shí)監(jiān)視?，F(xiàn)在已經(jīng)在油管中的汽/油成像,液化床成像和燃燒室內(nèi)火焰成像中得到了廣泛的應(yīng)用。是一種可行的、具有通用性的系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn):

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[2] 趙創(chuàng)進(jìn). 電容層析成像技術(shù)及在兩相流可視化監(jiān)視中的應(yīng)用[D].沈陽(yáng):東北大學(xué)博士論文,2001

[3] 徐志偉,馮百明,李偉。網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)。電子工業(yè)出版社。2004

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在現(xiàn)今的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，任何的消費(fèi)者都是追求性價(jià)比最大的原則。在使用一些電子元件的時(shí)候，一方面要注意產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)還要在選擇產(chǎn)品元件的時(shí)候注意價(jià)格因素，在價(jià)格和質(zhì)量之間找到一個(gè)完美的結(jié)合點(diǎn)，這樣的產(chǎn)品才是最受歡迎的和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力高的產(chǎn)品。

2電子電路設(shè)計(jì)的基本步驟

電子電路設(shè)計(jì)的基本步驟的了解也是進(jìn)行電子電路調(diào)試的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，這樣的話在調(diào)試的過(guò)程中間，我們也可以利用設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行相反的推演。

2.1分析設(shè)計(jì)課題，明確功能要求

在看到設(shè)計(jì)的課題的時(shí)候，我們應(yīng)該認(rèn)真的研究課題，找到課題的重心，和中心，然后對(duì)課題進(jìn)行深入的研究，確定課題的每個(gè)方面，考慮到每個(gè)細(xì)節(jié)，最后確定設(shè)計(jì)的電路的功能，所需要的元件，各個(gè)元件的功能，制造出顧客滿意的電子電路。

2.2確定核心功能器件和總體設(shè)計(jì)方案

在明確設(shè)計(jì)課題的思路之后，對(duì)課題的設(shè)計(jì)的電子電路有一個(gè)明確的定位，根據(jù)設(shè)計(jì)的電子電路的具體功能有了具體的了解，我們才好確定所需要的功能器件，再采購(gòu)功能器件，最后設(shè)計(jì)一整套的設(shè)計(jì)方案，當(dāng)然方案的設(shè)計(jì)最好多設(shè)計(jì)幾套，畢竟方案是理論的產(chǎn)物，現(xiàn)實(shí)的需要中可能會(huì)出現(xiàn)偏差，這也是有備無(wú)患，況且也可以在這些方案中間選擇一個(gè)最優(yōu)的方案實(shí)施。

2.3功能單元電路的設(shè)計(jì)與選擇

在設(shè)計(jì)功能單元電路的時(shí)候，我們要明確對(duì)各個(gè)單元的電路的要求，針對(duì)這些具體的要求在制定出準(zhǔn)確的指標(biāo)參數(shù)。選擇各個(gè)單元的功能的時(shí)候我們要注意的是不是單純的選擇，還要根據(jù)這個(gè)元件的連接的各個(gè)元件之間的配合來(lái)選擇這樣的單元電路的設(shè)計(jì)才是符合整體性的要求，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路不是單純的零件的組合，而是各個(gè)零件的相互的配合，最后形成的一個(gè)有機(jī)的結(jié)合體。

2.4初步形成整體設(shè)計(jì)

在完成以上步驟的前提之下，就要形成一個(gè)相對(duì)完整的設(shè)計(jì)方案，這個(gè)方案要求是考慮到各個(gè)方面的因素，不會(huì)出現(xiàn)低級(jí)的錯(cuò)誤，加上加工整理形成一個(gè)電路設(shè)計(jì)的雛形，建立一個(gè)宏觀的框架。

2.5電路試制

在電路圖的設(shè)計(jì)定稿之后，就可以進(jìn)行電路的試制，制作出相應(yīng)的電路板，焊接相應(yīng)的電路元件，最后檢查相應(yīng)的元件是否完好，連接的是否緊密，安裝好之后還可以進(jìn)行通電調(diào)試，看看是否需要優(yōu)化。

2.6電路的調(diào)試和定性

最后在以上的各個(gè)步驟完成之后，就要在制作的樣品中間進(jìn)行測(cè)試調(diào)節(jié)，然后選出最好的電路設(shè)計(jì)，在這個(gè)過(guò)程中間首先是進(jìn)行調(diào)試，對(duì)其中的問(wèn)題進(jìn)行檢查維修，在交友相關(guān)的部門試用，確定適合以后在定性生產(chǎn)，在調(diào)試定性的過(guò)程中間我們要詳細(xì)的記錄下來(lái)各種數(shù)據(jù)。本文來(lái)自于《電子科技》雜志。電子科技雜志簡(jiǎn)介詳見(jiàn)

3調(diào)試儀器的介紹

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關(guān)鍵詞：液壓支架；監(jiān)測(cè)；電路設(shè)計(jì)

1 液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型的建立

1.1 無(wú)線通信技術(shù)

液壓支架工作環(huán)境比較復(fù)雜，通信頻率、巷道的傾斜程度和井下的導(dǎo)體等多種因素都會(huì)影響無(wú)線通信信號(hào)。因此在設(shè)計(jì)礦井液壓支架壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)必須要考慮到井下的特殊環(huán)境，考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通過(guò)對(duì)目前市場(chǎng)上常用的無(wú)線通信技術(shù)比較，本文將ZigBee短距離無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)中。

ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率的雙向無(wú)線通信技術(shù)，有自己的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以在很多鞲釁骷浣行通信，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，主要應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位，具有低功耗、近距離、短延遲、低速率、低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、高安全性、工作頻段靈活的特點(diǎn)。

1.2 液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)模型

液壓支架會(huì)隨著煤礦開(kāi)采工作的推進(jìn)而移動(dòng)，但移動(dòng)的距離很短。液壓支架的排列呈直線型，針對(duì)液壓支架的這種物理排布情況，節(jié)點(diǎn)的分布也應(yīng)是帶狀的。采用星形與網(wǎng)狀的混合網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、節(jié)點(diǎn)功耗減少，每個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信采用單跳通信，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的路由節(jié)點(diǎn)采用多跳通信。在實(shí)際工作環(huán)境中，每個(gè)液壓支架上放置一個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，每隔3個(gè)液壓支架放置一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)。在礦井實(shí)際環(huán)境中，液壓支架的排列呈直線型，節(jié)點(diǎn)的分布是帶狀的，整體網(wǎng)絡(luò)組成簇型線狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2 電路詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案分為2部分，一是終端采集節(jié)點(diǎn)，二是路由節(jié)點(diǎn)。終端采集節(jié)點(diǎn)包括電源管理模塊、傳感器、信號(hào)調(diào)理電路。終端節(jié)點(diǎn)采用定時(shí)喚醒模式，降低功耗，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用壽命。終端采集節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)通過(guò)線纜連接。每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)最大可以連接3個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，即相鄰的三個(gè)液壓支架需要采用同一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)。每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)配備一個(gè)5V的電池供路由節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)使用。路由節(jié)點(diǎn)將從終端節(jié)點(diǎn)獲得的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)ZigBee射頻口傳送給井下匯聚節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)也帶有顯示功能與按鍵，可以任何時(shí)候被喚醒查看3個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的壓力數(shù)值。

終端采集節(jié)點(diǎn)的作用如下：將壓力傳感器轉(zhuǎn)換的微弱模擬信號(hào)進(jìn)行放大并通過(guò)線纜傳輸給路由節(jié)點(diǎn)；每個(gè)終端采集節(jié)點(diǎn)帶有一片數(shù)據(jù)記錄芯片，對(duì)由于傳感器及放大電路帶來(lái)的誤差進(jìn)行偏差校準(zhǔn)。

路由節(jié)點(diǎn)的作用主要如下：每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)需要有一個(gè)5V電池供電路板使用；每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)可以連接3個(gè)終端采集節(jié)點(diǎn)，對(duì)終端采集節(jié)點(diǎn)的模擬信號(hào)進(jìn)行處理并通過(guò)RF模塊傳送給井下匯聚節(jié)點(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)帶有簡(jiǎn)單的顯示模塊，便于工人就近查看支架壓力；路由節(jié)點(diǎn)需要有相應(yīng)的按鍵，以便在屏幕關(guān)閉情況下喚醒屏幕；路由節(jié)點(diǎn)電路板能對(duì)每個(gè)功能模塊進(jìn)行電源管理，便于降低整個(gè)系統(tǒng)功耗；路由節(jié)點(diǎn)單片機(jī)必須采用低功耗單片機(jī)；路由節(jié)點(diǎn)的電壓輸入需要適應(yīng)較寬的電壓范圍。

終端節(jié)點(diǎn)電路板設(shè)計(jì)能使用目前市場(chǎng)上絕大部分的壓力傳感器，且內(nèi)部帶有數(shù)字校準(zhǔn)芯片，可以對(duì)每一套終端節(jié)點(diǎn)由于分離元器件帶來(lái)的偏差進(jìn)行校準(zhǔn)。

煤礦中的電磁干擾較大，為了調(diào)高測(cè)量精度，此方案設(shè)計(jì)必須把壓力傳感器與信號(hào)放大電路就近放置。且此方法可以把由傳感器與放大校準(zhǔn)電路組成的模塊變?yōu)橐粋€(gè)液壓監(jiān)測(cè)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化變送器。

2.1 放大電路部分設(shè)計(jì)

為了能更好的調(diào)配放大電路的帶寬、放大倍率，放大器沒(méi)有選擇專用的儀表放大器而選擇了四個(gè)獨(dú)立的高性能放大器TI公司的OP4376，相對(duì)于普通的儀表放大器一般偏置電流在幾十pA以上，輸入偏置電壓在幾十微伏級(jí)別，OP4376有較低的輸入偏置電流典型值0.2pA與輸入偏置電壓典型值5uV，可以對(duì)uV級(jí)的信號(hào)變動(dòng)進(jìn)行采集。且此運(yùn)放的價(jià)格TI官網(wǎng)公布為1.4$，并不貴。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)此電路設(shè)計(jì)的輸入采樣精度能達(dá)到5uV。

2.2 電源部分設(shè)計(jì)

電源芯片采用的是MCP1252，為目前市場(chǎng)上用量較大的一款電源芯片，輸入電壓范圍相對(duì)較寬，且屬于無(wú)感式開(kāi)關(guān)電源芯片，可以縮小終端節(jié)點(diǎn)的體積。效率相對(duì)也比較高。而且?guī)в须娫垂芾砜刂埔_，可以對(duì)終端節(jié)點(diǎn)的功耗進(jìn)行有效管理進(jìn)而降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

2.3 校準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

本文建議校準(zhǔn)芯片采用一線制的數(shù)字EEPROM芯片，具體型號(hào)不再指導(dǎo)。

2.4 路由節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)：

2.4.1 電源模塊設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)輸入電源由電池供電，電壓比較穩(wěn)定，考慮到電池在滿電與低電壓兩種情況下壓差較大，本文采用了寬范圍的輸入電源芯片TPS63060（輸入電壓范圍2.5-12V），此電壓范圍能使用大量的本安電源。且此電源芯片的電流高達(dá)2.25A足夠整個(gè)系統(tǒng)使用，即使是輸入的電壓降到2.5V級(jí)別。

本設(shè)計(jì)還采用了3個(gè)mos開(kāi)關(guān)管對(duì)系統(tǒng)的不同終端節(jié)點(diǎn)的電源進(jìn)行管理，在電源功率方面采用了信號(hào)控制與電源切斷雙重保護(hù)的方式來(lái)降低功耗。

2.4.2 接口電路

接口電路中有3個(gè)連接終端節(jié)點(diǎn)接插件，包括插頭輸入檢測(cè)（插頭第6引腳與第5引腳通過(guò)在插頭上短路，進(jìn)行判斷終端節(jié)點(diǎn)的接通），對(duì)輸入信號(hào)做了RC濾波與SMBD7000鉗位保護(hù)處理。

在與ZigBee模塊通信上采用了串口通信，此處不再做介紹。

整個(gè)系統(tǒng)的單片機(jī)采用TI公司的MSP430低功耗系列。此芯片有8路12位ADC輸入引腳?？梢岳么艘_直接對(duì)終端節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了現(xiàn)場(chǎng)方便查看設(shè)置了兩個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)（KEY1 KEY2）與6位8段數(shù)碼管，可以通過(guò)軟件編寫實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的液壓支柱壓力檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、RF通信連接等功能。

整個(gè)電路在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按照礦用本安電路設(shè)計(jì)，屬于本安型電路，若再配本安型電池為系統(tǒng)供電后，本系統(tǒng)就可以變?yōu)楸景残偷V用液壓支柱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)電路經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試正常情況下整個(gè)系統(tǒng)功耗在mW級(jí)別，且經(jīng)過(guò)15個(gè)月的測(cè)試未發(fā)現(xiàn)任何不良現(xiàn)象，完全能夠使用到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

篇5

關(guān)鍵詞：鉑電阻，測(cè)溫電路設(shè)計(jì)，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換非線性校正，數(shù)據(jù)采集

Abstract： A correcting method of non-linear error for Pt resistance temperature measurement based on the principle of A/D conversion is presented. The design principle of Pt resistance linear temperature measurement is analyzed. Practical circuit for interfacing A/D converter 7135 with single chip computer 89c51 and test data are given

Key words: Pt resistance， Temperature measuring circuit， Analog-digital conversion， Non-linear correction， Samples

一、引言

鉑電阻溫度傳感器，因其測(cè)量范圍大，復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛使用。

在精密測(cè)量系統(tǒng)中，鉑電阻測(cè)溫系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：鉑電阻信號(hào)通常通過(guò)橋式電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大及A/D轉(zhuǎn)換后送微處理器進(jìn)行處理。為了能對(duì)鉑電阻測(cè)溫的非線性進(jìn)行校正，作者利用雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)了一種高精度的鉑電阻測(cè)溫非線性校正方案。實(shí)踐證明，該方法不僅性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在0～200℃范圍內(nèi)準(zhǔn)確度可達(dá)到0.15%FS±4字。

二、非線性校正原理

1、非線性A/D轉(zhuǎn)換原理

因?yàn)殂K電阻經(jīng)橋路檢測(cè)后，其輸出電壓UM與被測(cè)溫度q之間具有函數(shù)關(guān)系：

因?yàn)殂K電阻經(jīng)橋路檢測(cè)后，其輸出電壓UM與被測(cè)溫度q之間具有函數(shù)關(guān)系：

以上是本文闡述的以變量變換的形式實(shí)現(xiàn)傳感器非線性校正的設(shè)計(jì)思想。這里t的量綱為時(shí)間，其測(cè)量過(guò)程是通過(guò)雙積分A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。雙斜率積分轉(zhuǎn)換表達(dá)為：

(1) 式中：Uin—A/D轉(zhuǎn)換時(shí)模擬輸入電壓，

T1—A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中正向積分時(shí)間，

T2—A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中反向積分時(shí)間，

Uref—A/D轉(zhuǎn)換時(shí)參考輸入電壓。

當(dāng)Uref為定值時(shí)，Uin與T2具有線性關(guān)系，因此這種情況下可以認(rèn)為A/D輸出結(jié)果為：

T2 = T1Uin / Uref .

假定Uref(t)為時(shí)間t的函數(shù)：Uref(t)=M+Nt (2)

其中：M，N為待定常系數(shù)。

A/D轉(zhuǎn)換后的輸出結(jié)果若能完全補(bǔ)償鉑電阻溫度非線性，則有：Uin=aq+Bq2 (3)

故將式（2）和式（3）代入式（1），

假設(shè)：AT1=M，BT1=N/2，

則有：T2與q在數(shù)值上大小相等，即T2=q，可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)了鉑電阻的溫度與數(shù)字量線性轉(zhuǎn)換。

可以看出，在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，模擬電壓輸入與數(shù)字量輸出之間不是線性關(guān)系，其函數(shù)關(guān)系剛好與Rq—q關(guān)系相反，當(dāng)其特性實(shí)現(xiàn)了相互完全補(bǔ)償時(shí)，就能獲得線性q/T2轉(zhuǎn)換。顯然，利用雙積分A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)非線性校正的關(guān)鍵是應(yīng)能滿足式（3）所表征的函數(shù)關(guān)系。本方案采用RC回路極其簡(jiǎn)單地達(dá)到了該目的。

轉(zhuǎn)貼于 2. 高精度 A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135 鉑電阻測(cè)溫電路線性化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)采用了4位半雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135。ICL7135每一個(gè)轉(zhuǎn)換周期分為三個(gè)階段：自動(dòng)調(diào)零階段、被測(cè)電壓積分階段、對(duì)基準(zhǔn)電壓Uref進(jìn)行反積分階段。下面結(jié)合鉑電阻溫度測(cè)量分析ICL7135的工作過(guò)程：

(1)正向積分階段

ICL7135與89C52接口電路原理圖如圖2所示。在此階段，ICL7135對(duì)Uin進(jìn)行定時(shí)積分，固定時(shí)間T1=10000T0（T0為時(shí)鐘周期）。積分器的輸出電壓為： 式中，UW為 t = 0 時(shí)電容C兩端電壓值。

將上式在t = T1 處按馬克勞林公式展開(kāi)， 若選取適當(dāng)參數(shù)，使 ， 則上式可簡(jiǎn)化為：

(6)

(2)反向積分階段：

在此階段，基準(zhǔn)電容C兩端電壓又被內(nèi)部積分電路進(jìn)行反向積分，在整個(gè)T2階段UC(t)可認(rèn)為是線性的，T2結(jié)束時(shí)積分器輸出又回到零位，此時(shí)有：

(7)

由式（4）、式（6）、式（7）整理可得：

將式（3）代入上式，得：

令等式兩邊常量對(duì)應(yīng)相等，則有：q=T2。

在T2時(shí)間內(nèi)， 對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)，并以數(shù)字量形式輸出，從而定量地將被測(cè)溫度值反映出來(lái)，實(shí)現(xiàn)電路的數(shù)字化測(cè)量。

三、ICL7135與單片機(jī)89C52接口的新方法

以往使用7135是利用它具有多重動(dòng)態(tài)掃描的BCD碼輸出來(lái)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，這樣既費(fèi)時(shí)、又占用較多口線。在測(cè)控儀表中，盡量少占用微處理器I/O口線，以最少原器件、完成盡可能多的任務(wù)是十分重要的。這里介紹的ICL7135與單片機(jī)接口的簡(jiǎn)易方法，是利用7135的“BUSY”端，只需占用單片機(jī)89C51的一個(gè)I/O口和內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器，就可以在十幾微秒的中斷服務(wù)程序中把ICL7135的A/D轉(zhuǎn)換值送入單片機(jī)內(nèi)。實(shí)踐證明，該方法具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

在圖2中，若89C51的時(shí)鐘采用6MHz晶振，在不執(zhí)行movx指令的情況下，ALE是穩(wěn)定的1 MHz頻率，將ALE經(jīng)過(guò)二分頻可得到500 kHz的頻率供給ICL7135時(shí)鐘輸入端。T0規(guī)定為定時(shí)方式1，滿足ICL7135的19999滿量程要求。ICL7135在A/D轉(zhuǎn)換階段， 狀態(tài)輸出引腳BUSY為高電平，指明A/D轉(zhuǎn)換器正處在信號(hào)積分和反積分階段，這個(gè)高電平一直持續(xù)到消除積分階段結(jié)束。在定時(shí)器方式寄存器TMOD中，置T0的門控位GATE為1，利用BUSY作為計(jì)數(shù)器門控信號(hào)，T0的計(jì)數(shù)將受BUSY控制。控制計(jì)數(shù)器只能在BUSY為高電平時(shí)計(jì)數(shù)，那么輸入信號(hào)：A/D轉(zhuǎn)換值=BUSY高電平期間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值-10 001

圖2中用ICL 7135的BUSY端接89C52的外部中斷 POL為信號(hào)極性輸出端，接89C52的P1.7，高、低電平表示被測(cè)信號(hào)為正、負(fù)極性。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析

在以鉑電阻測(cè)溫電路的線性化設(shè)計(jì)的方案中，誤差來(lái)源一方面來(lái)自于基準(zhǔn)電容放電過(guò)程的非線性引起的誤差：當(dāng)RC取值滿足 時(shí)，此項(xiàng)誤差折合成溫度值可小于0.03℃。另一方面誤差來(lái)自于A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度。當(dāng)選用4位半A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135時(shí)，其準(zhǔn)確度為±0.05%，折合最大溫度誤差為0.10℃，兩項(xiàng)誤差相對(duì)獨(dú)立，電路總體測(cè)溫誤差為±0.104℃。本電路經(jīng)組裝后，進(jìn)行了實(shí)際性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。從測(cè)試結(jié)果看，樣機(jī)最大誤差為-0.18℃，與分析結(jié)論基本相近。

表1 （鉑電阻分度號(hào)為Pt100） 參考文獻(xiàn)

[1]R.E.貝德福德、T.M.道芬里、H.普雷斯頓.托馬斯合著：袁光富譯，溫度測(cè)量，計(jì)量出版社，1995

篇6

在當(dāng)前通信市場(chǎng)的帶動(dòng)下，通信技術(shù)飛速向前發(fā)展，手持無(wú)線通信終端成為其中的熱門應(yīng)用之一。因此，單片集成的射頻收發(fā)系統(tǒng)正受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。典型的射頻收發(fā)系統(tǒng)包括低噪聲放大器(LNA)、混頻器(Mixer)、濾波器、可變?cè)鲆娣糯笃?，以及提供本振所需的頻率綜合器等單元模塊，對(duì)于工作在射頻環(huán)境的電路系統(tǒng)，如2.4G或5G的WLAN應(yīng)用，系統(tǒng)中要包含射頻前端的小信號(hào)噪聲敏感電路、對(duì)基帶低頻大信號(hào)有高線性度要求的模塊、發(fā)射端大電流的PA模塊、鎖相環(huán)頻率綜合器中的數(shù)字塊，以及非線性特性的VCO等各具特點(diǎn)的電路。眾多的電路單元及其豐富的特點(diǎn)必然要求在這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中有一個(gè)功能豐富且強(qiáng)大的設(shè)計(jì)平臺(tái)。在綜合比較后，本文選定了cadenceVirtuoso全定制IC設(shè)計(jì)工具。

Virtuoso是Cadence公司推出的用于模擬，數(shù)字混合電路仿真和射頻電路仿真的專業(yè)軟件?；诖似脚_(tái)，Cadence公司還開(kāi)發(fā)了面向射頻設(shè)計(jì)的新技術(shù)，包括射頻提取技術(shù)、針對(duì)無(wú)線芯片設(shè)計(jì)的兩個(gè)新設(shè)計(jì)流程。不僅如此，目前的Virtuoso已經(jīng)整合了來(lái)自合作伙伴安捷倫、Coware、Helic和Mathworks等公司的技術(shù)，射頻設(shè)計(jì)能力大為增強(qiáng)。使用該項(xiàng)新技術(shù)，可以減少設(shè)計(jì)反復(fù)，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。其AMS工具可以實(shí)現(xiàn)自頂向下、數(shù)／?；旌系碾娐吩O(shè)計(jì)；Composer工具可以方便地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的輸入和管理；spectre/SpectreRF仿真器精度高，適合不同特點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)；Layout工具包含了布局、交叉參考、布線、版圖驗(yàn)證、參數(shù)提取等功能；此外，Virtuoso能進(jìn)行可靠的后仿真和成品率控制。

基于Virtuoso的行為仿真和系統(tǒng)規(guī)劃

射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最終能否成功，以及模塊指標(biāo)分配是否合理可行，都有賴于具體電路設(shè)計(jì)之前對(duì)系統(tǒng)的行為建模和計(jì)算，即所謂的行為仿真。這也是自頂向下設(shè)計(jì)模式的關(guān)鍵一步。Cadence內(nèi)置的Verilog-A和VHDL仿真器，以及混合輸入模式的仿真方法提供了這種可能性。而且，Cadence軟件免費(fèi)提供了大量的行為模型供選擇使用，對(duì)于射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所要做的就是調(diào)用并設(shè)定各個(gè)模塊預(yù)期的指標(biāo)要求，通過(guò)仿真很快就能得到系統(tǒng)的行為特征。根據(jù)要求可以方便地修改各個(gè)模塊的指標(biāo)重新仿真，直到系統(tǒng)的行為滿足要求為止。以接收機(jī)為例，接收系統(tǒng)。每個(gè)模塊的指標(biāo)設(shè)定非常具體，如輸入輸出阻抗、增益、隔離度、噪聲系數(shù)NF、線性度IP3、直流偏移IP2等。仿真完成后，每個(gè)模塊的指標(biāo)分配任務(wù)也同時(shí)完成。

每個(gè)模塊用具體電路實(shí)現(xiàn)后可以逐一取代相應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊，進(jìn)行系統(tǒng)仿真，可以看出每個(gè)模塊是否滿足系統(tǒng)的需要，進(jìn)而評(píng)估每個(gè)實(shí)際模塊對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

基于Virtuoso Spectre/SpectreRF的電路模塊仿真設(shè)計(jì)

基于上述的行為仿真結(jié)果和指標(biāo)分配結(jié)果，可以劃分系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)每個(gè)單元塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。

LNA

LNA是射頻接收機(jī)最前端的一個(gè)有源部件，它決定了系統(tǒng)的噪聲性能。對(duì)它的要求主要是具有盡量低的NF和足夠的功率增益、好的輸入匹配，其次是高線性度和隔離度。其電路如圖3所示。利用Spectre的SP分析或SpectreRF的PSS+Pnoise分析都可以進(jìn)行NF分析。還可以利用NFmin的結(jié)果來(lái)挑選晶體管的尺寸，以使最優(yōu)源阻抗?jié)M足最小的噪聲要求。

Mixer

混頻器是收發(fā)機(jī)的核心，由于完成的是變頻工作，其主要仿真方法需采用SpectreRF仿真器?；祛l器的益、NF等與輸入輸出有關(guān)，但輸入和輸出工作在不同的頻段上，往往要在PSS分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它分析才能得到正確結(jié)果，如PSP、Pnoise、PAC等。混頻器的結(jié)構(gòu)是典型雙平衡吉爾伯特。

VGA

基帶VGA由于頻率低、增益大，因此對(duì)噪聲要求不高，主要是對(duì)線性度、增益等指標(biāo)有較高的要求，SpectreRF的PSS掃描可以方便地對(duì)模塊的輸入進(jìn)行掃描并自動(dòng)對(duì)掃描曲線作延長(zhǎng)，直接標(biāo)示出線性度PldB和IIP3的交點(diǎn)位置及數(shù)值大小，非常方便直觀。這種方法與傳統(tǒng)的two tone測(cè)試相比更加靈活高效。VGA在不同增益狀態(tài)下的IIP3指標(biāo)的仿真只需把控制寫成變量，在ADE環(huán)境中進(jìn)行掃描變量的值即可完成。所得的結(jié)果可以方便地進(jìn)行比較分析。通過(guò)調(diào)整可以獲得理想的VGA電路。甚至可以把ADE下的各種設(shè)置保存成ocean的腳本文件，利用腳本的自動(dòng)運(yùn)行，只要事先安排好各種仿真任務(wù)，Cadence就能自動(dòng)完成各項(xiàng)仿真并保存數(shù)據(jù)結(jié)果。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析后能獲悉電路的性能，以此為指導(dǎo)逐步改進(jìn)，便可獲得一個(gè)滿足系統(tǒng)需要的電路模塊。

PLL模塊

PLL各模塊的仿真是一個(gè)比較有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，PLL本身是一個(gè)數(shù)字／模擬混合的模塊，但是一般都用模擬的方式設(shè)計(jì)各個(gè)模塊。PLL的仿真包含了上百項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試工作，這些仿真要用到幾乎所有Spectre和SpectreRF的仿真工具。以其中VCO和CP的仿真為例，VCO非線性的工作特點(diǎn)決定了它的噪聲計(jì)算不能以小信號(hào)的方式進(jìn)行，采用PSS+Pnoise的方式則可以準(zhǔn)確地仿真VCO的相位噪聲性能。通過(guò)掃描可以得到VCO的頻率調(diào)諧增益Kvcvcd。

電荷泵輸出電流特性是衡量CP性能的常用曲線，CP決定了PLL環(huán)路的增益和帶內(nèi)噪聲性能。通過(guò)掃描也可以容易地得到CP在不同狀態(tài)下電流源的恒流和匹配特性。

以上所述是射頻接收機(jī)幾個(gè)典型單元模塊的電路設(shè)計(jì)仿真過(guò)程。系統(tǒng)各個(gè)單元塊的仿真是可以同時(shí)展開(kāi)的，完成的模塊可以隨時(shí)代人行為系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。經(jīng)過(guò)若干次反復(fù)修改與驗(yàn)證，最終可以得到符合要求的接收系統(tǒng)。

溫度分析

要保證最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和成品率，很關(guān)鍵的一步是在各個(gè)單元塊的設(shè)計(jì)中進(jìn)行溫度、極端情況等分析。這些功能可以在CadenceVirtuoso中通過(guò)設(shè)置不同的仿真溫度、通過(guò)仿真模型的Corner設(shè)置，以及直接使用其提供的MonteCarlo仿真工具來(lái)進(jìn)行。

射頻收發(fā)系統(tǒng)的整體電路仿真

各個(gè)模塊電路分別設(shè)計(jì)驗(yàn)證完成以后，就可以把所有模塊連成系統(tǒng)，并加上PAD、ESD等構(gòu)成一個(gè)完整的芯片系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)加上激勵(lì)進(jìn)行仿真測(cè)試，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)電路進(jìn)行仿真。如果仿真計(jì)算所用的硬件資 源足夠大，可以直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行tran、SP、PSS，以及PSP、Pnoise、PAC等分析，獲得整個(gè)芯片的性能。如果資源不足，則可以考慮對(duì)系統(tǒng)按功能進(jìn)行分組、分塊仿真。由于分出的塊之間相對(duì)獨(dú)立，因此整體系統(tǒng)的特性與分塊仿真差別不大。

版圖設(shè)計(jì)與后仿真

在各模塊的設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足自身及系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上可以開(kāi)始各個(gè)模塊的版圖設(shè)計(jì)，首先利用Layout-XL的元件調(diào)入功能可以直接由原理圖調(diào)入版圖元件，進(jìn)行各個(gè)模塊的粗略布局，主要是安排與其它模塊的連接端口以及一些重要元件的預(yù)布局。然后從系統(tǒng)上將所有模塊的預(yù)布局調(diào)入進(jìn)行整體布局考慮。利用Virtuoso Layout工具所具有的層次化管理和操作的特性，可以對(duì)每個(gè)模塊的安放及其與其它模塊的銜接進(jìn)行系統(tǒng)考慮。

系統(tǒng)布局以后，將邊界條件分配給每個(gè)模塊。在模塊單獨(dú)的布局過(guò)程中要遵守其邊界約定。版圖進(jìn)行到一定階段后，即可以調(diào)入到系統(tǒng)版圖中來(lái)檢查，隨時(shí)作必要的調(diào)整以滿足每個(gè)模塊的具體情況。

具體版圖繪制過(guò)程中可以充分利用Virtuoso版圖工具的強(qiáng)大功能，比如充分發(fā)揮快捷鍵功能可以使版圖設(shè)計(jì)流暢高效；利用Layout-XL的交叉參考可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的連線或因疏忽造成的短路；利用DRD的實(shí)時(shí)規(guī)則檢查可以避免絕大多數(shù)違反設(shè)計(jì)規(guī)則的布圖。

版圖的規(guī)則檢查可以采用Virtuoso的Diva工具，DRC、LVS、Exlract等工作都可以在其友好的界面下完成。對(duì)于射頻電路版圖元件數(shù)規(guī)模不大的特點(diǎn)，利用Diva完成絕大部分工作是很合適的。如果想進(jìn)一步提高版圖提取和后仿真的精確度，可以考慮采用Assure工具來(lái)進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)

篇7

【關(guān)鍵詞】電子技術(shù)；共發(fā)射極基本放大電路；教學(xué)方法

一、三極管放大器的組成元件

下圖為共發(fā)射極基本放大電路。當(dāng)輸入端加入微弱的交流電壓信號(hào)ui時(shí)，輸出端就得到一個(gè)放大了的輸出電壓uo。由于放大器的輸出功率比輸入功率大，而輸出功率通過(guò)直流電源轉(zhuǎn)換獲得，所以放大器必須加上直流電源才能工作。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，放大器實(shí)質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)換器，它把直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能。放大器是由三極管、電阻、電容和直流電源等元器件組成。對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理最基本的形式是放大。在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，從傳感器獲得的模擬信號(hào)通常都很微弱，只有經(jīng)過(guò)放大后才能進(jìn)一步處理，或者使之具有足夠的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成特定的工作。放大電路的核心器件是三極管，三極管的電流放大作用與三極管內(nèi)部PN的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。（其中ui是要放大的輸入信號(hào)，uo是放大以后的輸出信號(hào)，VBB是基極電源，該電源的作用是使三極管的發(fā)射結(jié)處在正向偏置的狀態(tài)，VCC是集電極電源，該電源的作用是使三極管的集電結(jié)處在反向偏置的狀態(tài)，RC是集電極電阻。）三極管猶如兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié)，如果孤立地看待這兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié)，或?qū)蓚€(gè)普通二極管串聯(lián)起來(lái)組成三極管，是不可能具有電流的放大作用。具有電流放大作用的三極管，PN結(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性是：（1）發(fā)射區(qū)半導(dǎo)體的摻雜濃度遠(yuǎn)高于基區(qū)半導(dǎo)體的摻雜濃度，且發(fā)射結(jié)的面積較小，這樣做是為了便于發(fā)射結(jié)發(fā)射電子。（2）集電結(jié)的面積要比發(fā)射結(jié)的面積大，便于收集電子。（3）聯(lián)系發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)PN結(jié)的基區(qū)非常薄，且摻雜濃度也很低。上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是三極管具有電流放大作用的內(nèi)因。要使三極管具有電流的放大作用，除了三極管的內(nèi)因外，還要有外部條件。三極管的發(fā)射極為正向偏置，集電結(jié)為反向偏置是三極管具有電流放大作用的外部條件。放大器是一個(gè)有輸入和輸出端口的四端網(wǎng)絡(luò)，要將三極管的三個(gè)引腳接成四端網(wǎng)絡(luò)的電路，必須將三極管的一個(gè)腳當(dāng)公共腳。取發(fā)射極當(dāng)公共腳的放大器稱為共發(fā)射極放大器，基本共發(fā)射極放大器的電路如圖所示。圖中的基極和發(fā)射極為輸入端，集電極和發(fā)射極為輸出端，發(fā)射極是該電路輸入和輸出的公共端，所以，該電路稱為共發(fā)射極電路。

二、放大器概述

放大器：把微弱的電信號(hào)放大為較強(qiáng)電信號(hào)的電路。基本特征是功率放大。共發(fā)射極基本放大電路。當(dāng)輸入端加入微弱的交流電壓信號(hào)ui時(shí)，輸出端就得到一個(gè)放大了的輸出電壓uo。在放大器的輸入端加入一個(gè)交流電壓信號(hào)ui，使電路處于交流信號(hào)放大狀態(tài)（動(dòng)態(tài)）。當(dāng)交變信號(hào)ui經(jīng)C1加到三極管V的基極時(shí)，它與原來(lái)的直流電壓UBE（設(shè)為0.7V）進(jìn)行疊加，使發(fā)射結(jié)的電壓為uBE=UBE+ui?；鶚O電壓的變化必然導(dǎo)致基極電流隨之發(fā)生變化，此時(shí)基極電流為iB=IB+ib。由于三極管具有電流放大作用，基極電流的微小變化可以引起集電極電流較大的變化。如果電流放大倍數(shù)為β，則集電極電流為iC=βiB，即集電極電流比基極電流增大β倍，實(shí)現(xiàn)了電流放大。經(jīng)放大的集電極電流iC通過(guò)電阻RC轉(zhuǎn)換成交流電壓uce。所以三極管的集電極電壓也是由直流電壓UCE和交流電壓uce疊加而成，其大小為uCE=UCE+uce=UCC-iCRC。放大后的信號(hào)經(jīng)C2加到負(fù)載RL上。由于C2的隔直作用，在負(fù)載上便得電壓的交流分量uce，即uo=uce=-iCRC。式中“一”號(hào)表示輸出信號(hào)電壓U0與輸入信號(hào)電壓Ui相位相反（相差1800），這種現(xiàn)象稱為放大器的反相放大。放大電路中，左邊是輸入端，外接信號(hào)源，vi、ii分別為輸入電壓和輸入電流；右邊是輸出端，外接負(fù)載，vo、io分別為輸出電壓和輸出電流。

三、放大倍數(shù)的分類

第一，電壓放大倍數(shù)：A■=■ （1）；第二，電流放大倍數(shù)：A■=■（2）；第三，功率放大倍數(shù)：Ap=■（3），三者關(guān)系為：Ap=■=■=Ai·Av。

四、放大器的增益

增益G：用對(duì)數(shù)表示放大倍數(shù)。單位為分貝（dB）。第一，功率增益GP =10lgAP（dB）。第二，電壓增益Gv=20lgAv（dB）。第三，電流增益Gi=20lgAi （dB）。增益為正值時(shí)，電路是放大器，增益為負(fù)值時(shí)，電路是衰減器。例如，放大器的電壓增益為20dB，則表示信號(hào)電壓放大了10倍。又如，放大器的電壓增益為-20dB，這表示信號(hào)電壓衰減到1/10，即放大倍數(shù)為0.1。

不難看出，通過(guò)以上分析，能夠很容易理解到信號(hào)的放大過(guò)程及其原理，為更進(jìn)一步理解和學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

篇8

【關(guān)鍵詞】電纜線路； 故障定位； 脈沖電流法前言

在實(shí)際電纜線路運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)開(kāi)路短線故障的概率很小，一般以低阻狀態(tài)單相短路、高阻狀態(tài)單相短路、閃絡(luò)狀態(tài)單相接地故障為主，大約占到總故障的80%，而這些故障中又以高阻狀態(tài)單相短路和閃絡(luò)狀態(tài)單相故障為主，這些狀態(tài)下線路的故障電流很小，很難做到精確的測(cè)定，而脈沖電流法利用一定的脈沖電流將高阻或者閃絡(luò)性故障點(diǎn)瞬時(shí)擊穿又瞬時(shí)恢復(fù)到原狀態(tài)，這對(duì)故障定位是極為有力的。下面詳細(xì)利用闡述這種方法在故障定位中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

1脈沖電流法定位的原理

采用高電壓將輸送電力的電纜線路的故障點(diǎn)擊穿，如圖2-1所示，發(fā)生擊穿后會(huì)產(chǎn)生電流行波信號(hào)，用相應(yīng)的儀器設(shè)備采集并記錄下這些信號(hào)，而電流行波信號(hào)在測(cè)量端與故障點(diǎn)往返一次的時(shí)間為Δt，如圖2-2所示，根據(jù)公式l=v*Δt/2就可計(jì)算出故障距離。這種測(cè)試方法稱為脈沖電流法。在這一方法中，利用線性電流耦合器實(shí)現(xiàn)電纜故障線路中的電流行波信號(hào)采集。

圖2-1　脈沖電流測(cè)試法的接線方法

在這種方法中，故障點(diǎn)放電產(chǎn)生脈沖信號(hào)，而非利用測(cè)試儀器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。如圖2-2所示，設(shè)定故障點(diǎn)放電脈沖波形的起始點(diǎn)，故障點(diǎn)的反射脈沖波形為起另一個(gè)始點(diǎn)，它們之間的距離就是故障距離。

圖2-2　脈沖電流法測(cè)試波形示意圖

依據(jù)高壓脈沖發(fā)生器對(duì)故障電纜施加高電壓的方式的不同分為直流高壓閃絡(luò)測(cè)試法和沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)試法。下面分別討論這兩種方法的理論分析設(shè)計(jì)。

2沖擊高壓閃爍測(cè)試設(shè)計(jì)

沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)試法簡(jiǎn)稱沖閃法，它適用于低阻、高阻、閃絡(luò)性單相接地、多相接地或者相間絕緣不良的故障。

沖閃法的接線示意圖如下圖4-1所示，它在接線方式上與直閃法基本相同，只不過(guò)比直閃法多了一個(gè)球形間隙G，在儲(chǔ)能電容C與電纜之間進(jìn)行串接。在充電過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)壓實(shí)現(xiàn)對(duì)電容的充電過(guò)程，如果電容C上的電壓達(dá)到一定上限時(shí)，球形間隙G就會(huì)出現(xiàn)被擊穿的現(xiàn)象，這時(shí)，電容C對(duì)電纜線路進(jìn)行放電操作，在這一過(guò)程中，可以看做是將直流電壓瞬時(shí)加到電纜上。如果電壓等級(jí)足夠的高，那么故障點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)被擊穿放電的現(xiàn)象，其放電所產(chǎn)生的高壓脈沖電流行波信號(hào)往返循環(huán)傳播與故障點(diǎn)和測(cè)試端之間，直到弧光熄滅或者信號(hào)被衰減掉為之；信號(hào)的傳播與耦合同步進(jìn)行，即高壓電流行波信號(hào)往返傳播一次，電流耦合器就耦合一次，這樣通過(guò)測(cè)量故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的電流行波信號(hào)在測(cè)試端和故障點(diǎn)往返一次的時(shí)間Δt，就能計(jì)算出故障點(diǎn)的距離。但用沖閃法要了解和注意一下幾個(gè)問(wèn)題：

圖4-1　沖閃法測(cè)試接線圖

（1）絕緣擊穿不僅與電壓高低有關(guān)還與電壓作用時(shí)間密切相關(guān)。在測(cè)試時(shí)，電壓加到故障點(diǎn)處可能要持續(xù)一段時(shí)間才能發(fā)生擊穿，這個(gè)時(shí)間稱為放電延時(shí)。受電纜上得到的沖擊高壓大小和故障點(diǎn)處電容、電感等電氣參數(shù)的影響，放電延時(shí)有長(zhǎng)有短。在用儀器測(cè)試時(shí)，可根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)置。 沖擊高壓脈沖信號(hào)越過(guò)故障點(diǎn)，還沒(méi)到達(dá)電纜對(duì)端，故障點(diǎn)就擊穿的稱為直接擊穿；從對(duì)端返回后故障點(diǎn)才擊穿的稱為遠(yuǎn)端反射擊穿。直流電壓行波在開(kāi)路末端反射后，電壓會(huì)加倍，有利于擊穿故障點(diǎn)。（2）如何使故障點(diǎn)充分放電 依據(jù)上面的敘述，使得故障點(diǎn)充分放電的措施有兩條：一是高電壓；二是通過(guò)增大電容的辦法延長(zhǎng)電壓的作用時(shí)間。 由高壓設(shè)備供給電纜的能量可以由公式算得。即高壓設(shè)備供給電纜的能量與貯能電容量C成正比，與所加電壓的平方成反比，要想使得故障點(diǎn)充分放電，必須要有足夠的使得故障點(diǎn)放電的能量。

（3）如何判斷故障點(diǎn)擊穿與否　沖閃法的判斷的關(guān)鍵就是如何判斷故障點(diǎn)是否出現(xiàn)擊穿放電的現(xiàn)象。經(jīng)驗(yàn)不足的人員往往會(huì)主觀認(rèn)為，只要出現(xiàn)球間隙放電的現(xiàn)象，就可認(rèn)為故障點(diǎn)出現(xiàn)被擊穿的現(xiàn)象了，可這種想法在實(shí)際判定中可能是不正確的。因?yàn)榍蜷g隙是否被擊穿與球間隙的距離及所加到球間隙的電壓的幅值是密切相關(guān)的。球間隙的距離越大，擊穿球間隙所需要的電壓幅值就越高，這是一種正相關(guān)的近似線性關(guān)系。而電纜線路故障點(diǎn)能否出現(xiàn)被擊穿的狀況是與施加到線路故障點(diǎn)上臨界擊穿電壓密切相關(guān)的，大于鄰近值就可實(shí)現(xiàn)擊穿，反之，如果球的間隙比較小，它的間隙擊穿電壓比線路故障點(diǎn)擊穿電壓小，那樣很顯然，線路的故障點(diǎn)就不會(huì)出現(xiàn)被擊穿的狀況。

在實(shí)際判定中除了可以以相關(guān)儀器記錄到的波形來(lái)判斷故障點(diǎn)是否出現(xiàn)被擊穿的情況，還可以利用一定的故障現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)是否擊穿的判斷。

1）電纜線路故障點(diǎn)在沒(méi)被擊穿的情況下，球間隙的放電聲一般比較嘶啞，聲音比較小也不清脆，雖然也可能出現(xiàn)連續(xù)的放電聲，但故障點(diǎn)的火花十分微弱；而故障點(diǎn)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象時(shí)，球間隙的放電聲音是比較清脆響亮，而且放電的火花也比較大。2）電纜線路在故障點(diǎn)未出現(xiàn)擊穿時(shí)，監(jiān)測(cè)線路的儀表可以發(fā)現(xiàn)，電流、電壓表在空間的擺動(dòng)比較小，而當(dāng)出現(xiàn)故障點(diǎn)擊穿的現(xiàn)象時(shí)，監(jiān)測(cè)儀表——電流、電壓表指針在空間上的擺動(dòng)范圍較大。

3結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電纜的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛，與之對(duì)應(yīng)的電纜故障測(cè)試技術(shù)也在不斷發(fā)展。因此，我們一定要加強(qiáng)對(duì)電纜故障測(cè)試的研究，不斷提高故障測(cè)試的精確性與快速性，以此來(lái)不斷提高供電的可靠性，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供可靠的電力保證。

參考文獻(xiàn)

篇9

【關(guān)鍵詞】輸電線路；鐵塔基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)；問(wèn)題；解決方法

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的快速提升，我國(guó)人們對(duì)電力的需求也是與日俱增，各工程企業(yè)為了滿足人們對(duì)電能的需求，大力開(kāi)展輸電線路鐵塔基礎(chǔ)建設(shè)。然而要順利開(kāi)展輸電線路鐵塔基礎(chǔ)建設(shè)的各項(xiàng)內(nèi)容，需要一套完善的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，它是確保輸電線路鐵塔基礎(chǔ)工程質(zhì)量的重要依據(jù)。

1 輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是鐵塔基礎(chǔ)工程開(kāi)展的重要依據(jù)，可以說(shuō)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水平在很大程度上能夠確定鐵塔基礎(chǔ)工程質(zhì)量，由于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中涵蓋了諸多方面的內(nèi)容，一個(gè)環(huán)節(jié)把握不好，就有可能給整個(gè)鐵塔基礎(chǔ)工程建設(shè)帶來(lái)一定的安全隱患。就我國(guó)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀而言該企業(yè)的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)還有待完善。目前輸電線路鐵塔基礎(chǔ)主要的設(shè)計(jì)問(wèn)題有：

1.1 混凝土配比設(shè)計(jì)問(wèn)題

混凝土基礎(chǔ)工程出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，在很大程度上就是由于混凝土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的。混凝土屬于人工石材，其中所摻入的水泥漿及骨料等施工材料受很多因素的限制，會(huì)因?yàn)橥饨缂捌渌蛩囟l(fā)生收縮，從而損壞混凝土表面，嚴(yán)重的會(huì)直接導(dǎo)致混凝土基礎(chǔ)施工出現(xiàn)裂縫。出現(xiàn)裂縫的原因不具有唯一性，但是混凝土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是引起裂縫的主要原因，在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要根據(jù)鐵塔基礎(chǔ)工程實(shí)際需求合理進(jìn)行混凝土材料配比，但是一些鐵塔工程企業(yè)為了盡快進(jìn)行鐵塔施工建設(shè)，縮短鐵塔基礎(chǔ)施工工期，在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中草草了事，并沒(méi)有對(duì)混凝土配比進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算與審核，從而導(dǎo)致混凝土配比不當(dāng)?shù)葼顩r。

1.2 箍筋位置、綁扎及間距等數(shù)值設(shè)計(jì)不精確

在鐵塔基礎(chǔ)工程施工中的箍筋位置、綁扎及各個(gè)鋼筋材料之間的間距都需要準(zhǔn)確的定值，然而在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對(duì)這些因素的數(shù)據(jù)沒(méi)有精確計(jì)算，其設(shè)計(jì)中各個(gè)因素的取值與鐵塔基礎(chǔ)工程實(shí)際數(shù)值要求存在較大的差異性，鐵塔基礎(chǔ)施工中的箍筋位置、綁扎及間距等因素往往達(dá)不到鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，從而使鐵塔基礎(chǔ)工程的承載力低于設(shè)計(jì)值。

1.3 鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法使用不當(dāng)

輸電線路鐵塔基礎(chǔ)工程是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其中鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是鐵塔基礎(chǔ)工程實(shí)施的依據(jù)。在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中首先需要對(duì)鐵塔基礎(chǔ)工程各個(gè)施工工序及相關(guān)數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，針對(duì)不同的鐵塔施工工序特點(diǎn)應(yīng)選擇與之相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。然而在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)際工作中一些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前對(duì)鐵塔基礎(chǔ)工程沒(méi)有深入了解，對(duì)其特點(diǎn)更是模糊不清，這一狀況嚴(yán)重影響了鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，使鐵塔基礎(chǔ)工程質(zhì)量無(wú)法得到保證。其次，部分鐵塔基礎(chǔ)工程企業(yè)內(nèi)部的設(shè)計(jì)人員在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中依然沿用傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計(jì)方法，不符合現(xiàn)今形勢(shì)下的輸電線路鐵塔基礎(chǔ)工程特點(diǎn)。

1.4 軟土質(zhì)地區(qū)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不夠合理

鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及內(nèi)容并不是一成不變的，鐵塔選型的不同，那么相應(yīng)的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及內(nèi)容也是不同的，在設(shè)計(jì)之前應(yīng)全面考察鐵塔基礎(chǔ)工程地形地貌及實(shí)際情況，只有在全面了解鐵塔基礎(chǔ)工程的基礎(chǔ)上才能夠進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，但是一些設(shè)計(jì)人員責(zé)任心不強(qiáng)，在設(shè)計(jì)中非但沒(méi)有考慮鐵塔基礎(chǔ)工程特點(diǎn)，而且還一味照搬其他工程企業(yè)的設(shè)計(jì)模式，背離了鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的目的，失去了鐵路工程企業(yè)開(kāi)展鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作意義。

2 優(yōu)化輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的方法

輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)直接關(guān)系著輸電線路鐵塔基礎(chǔ)施工質(zhì)量，對(duì)鐵塔工程企業(yè)具有重要意義，基于鐵路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作的重要性及作用，全面貫徹落實(shí)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，只有這樣才能從根本上提高輸電線路鐵塔基礎(chǔ)工程質(zhì)量。鐵塔工程企業(yè)應(yīng)積極面對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，不斷完善鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水平。以下是筆者針對(duì)上述設(shè)計(jì)問(wèn)題提出的優(yōu)化方法：

2.1 合理配比混凝土材料

在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要對(duì)混凝土材料配比進(jìn)行嚴(yán)格把控，水泥漿及骨料是混凝土材料中的重要配比材料，在配比之前不僅要對(duì)這些材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，還要對(duì)各種材料的使用量進(jìn)行精確計(jì)算，從而確?；炷敛牧吓浔鹊暮侠硇?，保證混凝土材料的均勻性，只有這樣才能使混凝土基礎(chǔ)施工更加堅(jiān)固，降低混凝土裂縫現(xiàn)象發(fā)生的概率。另外混凝土出現(xiàn)裂縫還有一些自然因素或者其他因素造成的，設(shè)計(jì)人員在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)針對(duì)一些常見(jiàn)的裂縫現(xiàn)象制定行之有效的預(yù)防措施，這一做法能夠大大提高混凝土施工質(zhì)量。

2.2 精確計(jì)算箍筋位置、綁扎及間距等數(shù)值

鐵塔基礎(chǔ)工程施工中需要用到箍筋、鋼筋等材料，鐵塔基礎(chǔ)施工對(duì)這些材料的施工位置、綁扎方式及間距有嚴(yán)格的要求，因此鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員應(yīng)精確計(jì)算箍筋位置、綁扎及間距等數(shù)值，增強(qiáng)鐵塔基礎(chǔ)施工的合理性與科學(xué)性。一般情況下鐵塔基礎(chǔ)施工中的第一根箍筋與鐵塔基礎(chǔ)頂面的距離應(yīng)控制在130-450mm，具體取值根據(jù)鐵塔基礎(chǔ)施工實(shí)際情況進(jìn)行選擇，應(yīng)確保鋼筋材料的承載力滿足鐵塔基礎(chǔ)施工的要求，為輸電線路其他施工建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

2.3 選擇科學(xué)合理的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法

輸電線路鐵塔基礎(chǔ)工程是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在選擇鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法之前設(shè)計(jì)人員應(yīng)去鐵路基礎(chǔ)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際勘察，在全面了解鐵塔基礎(chǔ)工程特點(diǎn)及地質(zhì)狀況的情況下再選擇設(shè)計(jì)方法，這樣能夠使鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法更加科學(xué)合理。之所以在選擇設(shè)計(jì)方法之間要求設(shè)計(jì)人員進(jìn)行實(shí)地勘察，是因?yàn)椴煌牡刭|(zhì)狀況所采用的設(shè)計(jì)方法也有所區(qū)別，例如對(duì)于一些砂土及粘性土等地質(zhì)，最好在鐵塔基礎(chǔ)施工中運(yùn)用強(qiáng)夯法，該方法在這種地質(zhì)狀況中較為適宜，因?yàn)樗梢詫?duì)地質(zhì)中的碎石及塊石等進(jìn)行有效處理。

2.4 完善軟土質(zhì)地區(qū)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

軟土質(zhì)地區(qū)相對(duì)其他施工地區(qū)具有一定的復(fù)雜性，其鐵塔基礎(chǔ)比較薄弱，所以在軟土質(zhì)地區(qū)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)大力加強(qiáng)該地區(qū)土質(zhì)的承載力，不然在鐵塔基礎(chǔ)施工中很容易發(fā)生塌陷等情況，從而影響鐵塔基礎(chǔ)施工進(jìn)度。為了避免這種情況的發(fā)生，當(dāng)該地區(qū)承載力強(qiáng)度不夠時(shí)應(yīng)及時(shí)采取有效的措施。一般情況下鐵塔工程企業(yè)都是運(yùn)用換填土墊層的方式來(lái)處理鐵塔基礎(chǔ)薄弱的問(wèn)題，提高鐵塔基礎(chǔ)的承載力。

3 總結(jié)

輸電線路所經(jīng)過(guò)的地質(zhì)條件十分復(fù)雜，不同地質(zhì)對(duì)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工要求也不盡相同，那么為了保證輸電線路鐵塔基礎(chǔ)具備較強(qiáng)的承載力，提高鐵塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，找出影響鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素，這樣一來(lái)就能夠有針對(duì)性的開(kāi)展鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作。與此同時(shí)還要全面考慮鐵塔基礎(chǔ)工程地質(zhì)特點(diǎn)及工程要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，只有這樣才能確保后期鐵塔基礎(chǔ)工程施工的順利開(kāi)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張啟后.高壓輸電線路鐵塔基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制[J].前沿探索，2012 （06）.

篇10

關(guān)鍵詞：RLC二階電路； 教學(xué)設(shè)計(jì)； 教學(xué)方法

【中圖分類號(hào)】TM1-4

引言

《電路分析基礎(chǔ)》是電路與電子學(xué)這個(gè)知識(shí)領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，主要針對(duì)電類本科有關(guān)專業(yè)（電力、電子、信息、通信、計(jì)算機(jī)等）的學(xué)生開(kāi)設(shè)，是電類各專業(yè)的第一門電子基礎(chǔ)課。

課程的基本教學(xué)任務(wù)是：通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握線性電路的基本概念、基本理論、基本分析方法和基本的仿真分析方法，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，分析計(jì)算能力和理論聯(lián)系實(shí)際的工程觀點(diǎn)[1]。

該課程共包含三部分內(nèi)容，分別是直流電阻電路分析、直流動(dòng)態(tài)電路分析和正弦交流穩(wěn)態(tài)電路的分析。其中直流動(dòng)態(tài)電路的分析，特別是“RLC二階電路”部分，是學(xué)生往往覺(jué)得比較抽象、難懂的部分。這里以“RLC二階電路”為教學(xué)實(shí)踐對(duì)象，通過(guò)對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與方法探討，使學(xué)生掌握二階電路的基本分析方法和工程應(yīng)用，力求達(dá)到理論與實(shí)踐相融合的教學(xué)效果。

一、教學(xué)難重點(diǎn)和學(xué)情分析

在對(duì)“二階電路”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法探討之前，首先要把握教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)，立足教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)，結(jié)合具體學(xué)情進(jìn)行分析[2]。

電路分析的基本思想如流程圖1所示，將實(shí)際器件用理想元件來(lái)模擬，搭建電路模型，采用電路分析的兩大基本約束：基爾霍夫定律和元件的伏安關(guān)系，建立電路模型所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型（數(shù)學(xué)方程），求解方程并分析電路響應(yīng)的物理原理。對(duì)于一個(gè)給定的RLC二階電路，如何建立它所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型（二階微分方程），需要用到在第一部分電阻電路中所學(xué)過(guò)的電路分析的基本方法，是本節(jié)內(nèi)容的第一個(gè)重點(diǎn)；建立方程之后接下來(lái)要求解方程，二階微分方程的求解在高等數(shù)學(xué)中已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)，電路究竟有幾種響應(yīng)形式，如何引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)這幾種響應(yīng)形式所對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)涵是本節(jié)的第二個(gè)重點(diǎn)，學(xué)生對(duì)于這部分的認(rèn)識(shí)往往覺(jué)得比較抽象，需要對(duì)比分析，也要適當(dāng)結(jié)合實(shí)例，是本節(jié)容的難點(diǎn)。

了解了難重點(diǎn)和基本學(xué)情，接下來(lái)將具體研究如何采用有效的教學(xué)設(shè)計(jì)和方法展開(kāi)教學(xué)，使學(xué)生熟練掌握二階電路的建立及應(yīng)用。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)方法

在近幾年的教學(xué)改革和課程建設(shè)中，通過(guò)各種形式的教學(xué)交流和總結(jié)，在教學(xué)中不斷反思、調(diào)整和實(shí)踐，力求將“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”的教育理念和方法融入具有經(jīng)典理論的專業(yè)基礎(chǔ)課中，使電路基礎(chǔ)理論和基本方法能和電路仿真、工程實(shí)踐融合起來(lái)。如在“二階電路”教學(xué)中，通過(guò)調(diào)整、更新教學(xué)設(shè)計(jì)；借助電路仿真軟件；綜合利用講授法、啟發(fā)式、探究式、案例式等多種教學(xué)方法，增強(qiáng)教學(xué)的趣味性和實(shí)踐性，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

1. 承上啟下 自然導(dǎo)課

如何恰如其分的引入本節(jié)內(nèi)容，是駕馭課堂的第一步。設(shè)計(jì)導(dǎo)課時(shí)，要注重前后知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)方向。

在學(xué)習(xí)“RLC二階電路”之前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)一階電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和響應(yīng)形式有了比較深入的認(rèn)識(shí)。因此可以通過(guò)對(duì)一階電路的回顧和總結(jié)，啟發(fā)學(xué)生思考什么是RLC二階電路，以及RLC二階電路具有怎樣的電路結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。

2. 層層遞進(jìn) 論證嚴(yán)密

在導(dǎo)課環(huán)節(jié)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到：二階電路是指由兩個(gè)的獨(dú)立動(dòng)態(tài)元件構(gòu)成的電路。那么首先從最簡(jiǎn)單的二階電路（這里以只含有一個(gè)電容和一個(gè)電感的LC電路為例）入手，通過(guò)分析電路中電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量之間相互轉(zhuǎn)換的物理過(guò)程，使學(xué)生認(rèn)識(shí)LC電路中的振蕩現(xiàn)象，這是一個(gè)定性分析的過(guò)程。而LC電路中的振蕩實(shí)際上是一種正弦振蕩，要證明這一點(diǎn)，必須通過(guò)進(jìn)一步的定量計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。接下來(lái)引導(dǎo)學(xué)生使用電路分析的基本方法，通過(guò)對(duì)電路列微分方程并求解方程，使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)LC電路中的正弦振蕩現(xiàn)象。

3. 分析討論 仿真對(duì)比

認(rèn)識(shí)了最簡(jiǎn)單的LC電路之后，引導(dǎo)學(xué)生思考這樣一個(gè)問(wèn)題――如果將電路的損耗用電阻R來(lái)表示，串聯(lián)在電路中，就構(gòu)成了典型的RLC二階串聯(lián)電路，這樣的電路又有怎樣的特點(diǎn)和響應(yīng)形式呢？接下來(lái)運(yùn)用電路分析的基本方法，列寫RLC串聯(lián)電路對(duì)應(yīng)的二階微分方程，由高等數(shù)學(xué)中的知識(shí)――齊次方程的解是由特征方程的根決定的，對(duì)應(yīng)在電路中即：電路的響應(yīng)形式是由電路結(jié)構(gòu)和R、L、C元件的參數(shù)決定的，那么接下來(lái)將討論的問(wèn)題是：如何根據(jù)各參數(shù)的不同，分析二階電路的不同響應(yīng)形式。

二階電路的響應(yīng)分為過(guò)阻尼、欠阻尼、臨界阻尼和無(wú)阻尼四種狀態(tài)。純粹的數(shù)學(xué)計(jì)算是枯燥和抽象的，為了使學(xué)生對(duì)這四種響應(yīng)形式有一個(gè)更直觀的認(rèn)識(shí)，采用較常用的Multisim電路仿真軟件，通過(guò)對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，觀察對(duì)比不同情況下的響應(yīng)仿真波形，更具真實(shí)性和說(shuō)服力[3]。

4. 加強(qiáng)應(yīng)用 學(xué)科融合

前面的分析和講授都只停留在理論分析和論證層面，那么二階電路又有哪些工程應(yīng)用呢？接下來(lái)進(jìn)入理論聯(lián)系實(shí)際環(huán)節(jié)，主要采用案例式教學(xué)方法，以“電火花加工”和“汽車點(diǎn)火系統(tǒng)”為例，結(jié)合電路原理圖，分析二階電路在工程方面的應(yīng)用[4]。結(jié)合工程實(shí)例，在潛移默化中實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的有機(jī)融合，加深了學(xué)生對(duì)這一知識(shí)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，拓寬了學(xué)生的視野，是對(duì)基本理論和方法的進(jìn)一步升華。

為了使學(xué)生對(duì)二階系統(tǒng)有一個(gè)更形象的認(rèn)識(shí)，接下來(lái)通過(guò)類比，分析皮球自由落體時(shí)，分別落在地面、沙灘及理想環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來(lái)對(duì)比二階電路的四種工作狀態(tài)。讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到：二階系統(tǒng)除了在電類方面的應(yīng)用外，在物理、機(jī)械等更多學(xué)科領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。鼓勵(lì)學(xué)生課下查閱相關(guān)資料，進(jìn)一步拓展思維，加強(qiáng)各學(xué)科之間的融合。

三、總結(jié)

《電路分析基礎(chǔ)》作為電類各專業(yè)的重要專業(yè)理論基礎(chǔ)課，是一門理論、仿真和實(shí)踐有機(jī)融合的課程，仿真不僅可以用硌櫓だ礪郟還可以用來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐。將仿真軟件引入電類課程的教學(xué)過(guò)程已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，它克服了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足等的限制，將成為傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充[5]。

探索以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)模式和方法是現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢(shì)，導(dǎo)引式教學(xué)設(shè)計(jì)融合多方法的教學(xué)模式可以進(jìn)一步推廣到整個(gè)《電路分析基礎(chǔ)》的教學(xué)中來(lái)，以及電類各相關(guān)專業(yè)理論基礎(chǔ)課程中，通過(guò)不斷創(chuàng)新和實(shí)踐，進(jìn)一步優(yōu)化課堂教學(xué)，完善課程建設(shè)體系。

參考文獻(xiàn)

[1]李瀚蓀.電路分析基礎(chǔ)[M].第四版高等教育出版社.2009

[2] 常青美，孫亮.電類核心基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2012，（18），p60-61.

[3] 祁國(guó)權(quán).RLC二階電路暫態(tài)過(guò)程的Multisim仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，（24）， p60-61.