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1醫療健康領域的需求現狀
在醫療健康領域,關注的熱點正在漸漸從最基本的疾病產業向保健產業轉變。這二者都是以健康服務為最終目的,但是前者主要是有針對性的“對癥下藥”,而后者則更傾向于為一般消費者提供更全面的保健解決方案。
美國著名經濟學家保羅?皮爾澤(Paul Zane Pilzer)曾是花旗銀行最年輕的副總裁并出任布什、克林頓兩任總統的經濟顧問,在他的《財富第五波》一書中指出:二十一世紀人類面臨嚴重飲食失衡,卻人人希望更健康、抗老化,預防勝于治療,從而開啟保健產業的兆億商機。這是繼第四波網絡革命后的明星產業,相比疾病產業的被動性,保健事業是主動積極的產業。
世界衛生組織(WHO)在2008年10月公開的一份檔案中提到:人口老齡化助長癌癥和心臟病病例上升;心血管疾病是全世界主要的死亡原因,聽力喪失、視力問題和精神障礙是最常見的殘疾原因。
龐大的老齡化群體和慢性疾病患者等群體的現狀(換言之,是社會需求和市場需求的現狀)使得疾病產業、保健產業中亟需發展應用新的技術和產品。
2.1 世界人口老齡化,對醫療護理產品提出了更高的要求。
隨著醫療水平的提高,世界平均人口壽命增加,世界和中國都面臨著人口結構老齡化的問題。如根據聯合國經濟社會部的研究數據(如圖 1),到2050年世界60歲以上的老年人將達20億,約占世界總人口的1/3,其中有79%生活在發展中國家;而中國國家人口發展戰略研究報告也指出,我國在2007年老齡人口為1.43億,占人口比重的11%,但是在2040年左右,這個數字將達到4.3億,占全國人口的30%。這些數字意味著屆時每4個人中將有1~2名老年人,同時也表明針對老年人護理的配套設施將會有很大需求。
近幾年來,中國社會老齡化趨勢日益明顯,也引起了各有關方面的關注?！叭丝诶淆g化將伴隨21世紀始終”。我國現在雖然還處于勞動力黃金時期,但60歲以上人口超過14%,65歲以上人口超過10%,按照國際社會標準,已經跨進了老齡化社會的門檻。老齡化問題將從多方面給中國社會帶來巨大壓力和挑戰,同時也會帶來新的機遇,其中最大的機遇就是老年人群消費所帶來的“銀發產業”發展。
我國老齡化的趨勢及特點如下:
(1)老齡化速度快于全國總人口增長速度;
(2)我國老齡化速度快于世界老齡化速度;
(3)我國老齡化速度快于經濟發展速度,呈現了“未富先老”的特征;
(4)經濟發達地區率先進入老齡化;
(5)老年人生活質量有所提高;
在目前我國經濟發展水平尚處于世界中下水平時,老齡化程度卻己進入了發達國家的行列。老齡化的加速對經濟社會都將產生巨大的壓力。
老人占全球人口的比例越來越高,這助長了與年齡有關的慢性病增加,在發展中國家尤其如此。在世界各地,護理人員、衛生系統乃至整個社會均需作好準備,應付老人持續增長的需求。
1.2疾病特別是慢性病的威脅和困擾日益擴大化,以及家用保健產品需求的加強,對醫療保健產品的便攜程度提出了更高的要求。
隨著社會的發展和人們生活水平的提高,對一些多發性的慢性疾病、殘疾障礙、以及神經功能失調疾病的治療需求越來越迫切。
心血管疾病是全世界主要的死亡原因,主要是心臟和血管疾病,可造成心臟病和中風。通過健康飲食、經常性身體活動和避免使用煙草,可預防80%以上的心臟病和中風,而為了進一步減少威脅,這些病往往還需要長期的、經常性的檢查和治療。
最常見的殘疾原因中如聽力喪失、視力問題和精神障礙等,其中許多障礙是容易通過電刺激設備進行輔助治療的(例如聽力喪失和白內障)。這些疾患的總體罹患率較高,需要改善獲得治療的機會和方法,改善患者的生活質量,使人們過上有意義的生活。
另外,神經功能失調是一大類神經系統疾病,高發病率而且重癥的帕金森病等運動障礙疾病、癲癇、頑固性疼痛等,導致病人明顯殘障,造成巨大的經濟和社會負擔。傳統上,神經功能失調疾病的治療有藥物方法和外科手術毀損方法。但是長期服用藥物副作用多且難以避免,而由于腦和神經的復雜性和人類認識的局限性,不可逆的手術毀損具有不可預知的惡性后果。
進入21世紀后,隨著生活質量的提高,人們健康意識也普遍增強。特別是在醫院內“一次性治愈”目標很難實現的階段下,新的產業應運而生:除了醫院的醫生診斷,可家用的醫療及保健電子設備的需求明顯,如疾病預防和協助診斷、慢性病的長期監測及治療、特別是老年人護理等。另外,包括慢性疾病的監測和控制、治療在內,醫療保健需要同時實現在臨床上的診斷準確性和日常家用的普及性,以及建立以預防和早期診斷為導向的健康觀念。比如對于盲人、癲癇癥、糖尿病等患者,傳統醫療護理手段所帶來的長期的臨床生活是社會和病人都無法承擔的,而離開了醫院又會造成生活質量的下降。于是醫療電子終端產品的普遍發展趨勢將主要是便攜式、穿戴式,某些特殊方面還向植入式發展,以實現“隨時隨地”的動態、連續的檢測和初步診斷?？梢灶A見在不遠的將來,這些便攜、可穿戴或植入式的醫療及保健電子設備將給人類的生活提供極大便利,產生重大的影響。
1.3 世界醫用市場需求的迅猛發展,將成為半導體市場的重要推動力。
在世界范圍內,醫療電子市場連續25年增長,很有可能成為未來(半導體市場的)主要驅動。全球醫療保健費用每年5萬億美元,而中國的醫療保健則消耗了GDP的5%,平均每年增加38%。特別是從全球醫用半導體行業的收入來看,醫用半導體行業的幾個主要的部分預計在未來的5年內年均復合增長率(CAGR)在10%附近。
而另一份來自Databeans (Sept. 2008)的數據則預計在未來5年醫用集成電路市場的年增長率將高達14%,甚至高于消費類集成電路(11%)和計算機集成電路(9%)的增長?？梢钥闯?在21世紀醫用集成電路的重大革新將會像上世紀80年代的電子計算機、90年代的移動通信一樣,成為影響全球半導體市場的主要推動力。
世界范圍內的醫療電子市場同時會帶動我國的醫療電子產業。比如現階段我國的“銀發產業”剛剛起步,根據中國國家老齡委提供的數據,目前中國老年人用品市場的需求量為4000億元,到2010年將達到10萬億元,而現階段全國為老年人提供的產品不足10%,離市場需求差距巨大。而且隨著中國經濟社會的持續發展,各方面因素將為“銀發產業”蓬勃發展提供更加強大的動力。在推動經濟增長的同時,老年人生活質量能夠提高、身心健康得到保障,借助產業發展也可以緩解老齡化問題給社會帶來的壓力。
2我國醫療電子產業面臨的機遇
醫療電子產業的涵蓋領域非常廣,包括超聲波成像、計算機斷層掃描等應用電子設備,以及電子血壓計、血糖儀等消費類終端產品都屬于醫療電子領域。在我國的電子信息產業中,醫療電子產業是很重要的一環,是最貼近民生的電子信息產業細分行業之一。隨著2009年4月份《電子信息產業調整和振興規劃》的出臺以及國家新醫改方案的公布,尤其是8500億元醫改的投入,我國醫療電子產業無疑面臨著廣闊的發展空間,這對我國的醫療電子產業將帶來積極的影響。而且政策別還強調了要加強在醫療電子產業領域自主創新能力的建設,這無疑為我國醫療電子產業帶來了很好的發展機遇。另外,醫療設備行業的高速增長也將刺激醫療電子市場的需求:據預測,當前我國醫療電子市場規模為250多億元,同比增速在16%以上,超過了全球市場的增長率。
為了更好的應對這個難得的發展機遇,要在如下兩個方面有所建樹:一方面是在醫療信息系統領域。這一領域迫切需要提高遠程醫療水平,以及其所依賴的信息傳輸和管理技術。另一方面是在醫療電子領域。這兩個方面的要求,需要在技術上關注網絡標準與便攜技術的走勢:第一是網絡互聯操作標準。幾年前一些著名國際企業包括思科、IBM、英特爾、三星電子等就成立了“持續健康聯盟”產業組織,以進行標準選擇、互用性指南的編寫等工作。ADI亞太區醫療事業部也認識到“為了適應醫療體系的網絡化建設,從長遠發展來看互聯的數據平臺變得非常重要”。第二是便攜醫療產品與技術。隨著人們健康意識、健康需求及相應支付能力的不斷提高,以預防為主和早診治的指導思想,以及醫療電子隨著集成電路技術的發展不斷涌現出小型化、集成化、網絡化、數字化、智能化的趨勢,這些都將成為便攜醫療電子快速增長的催化劑。在便攜醫療產品中,電子血壓計、便攜血糖儀、電子助聽器等便攜式設備占到家用便攜醫療產品市場的90%,而便攜式多參數監護儀、便攜式超聲診斷儀、便攜式胎兒監測儀、便攜式心電圖儀位居我國醫用便攜設備市場前列。此外,基層醫療機構所需的低成本、高可靠性、操作簡單的X光機、超聲診斷儀、核磁共振設備和計算機斷層掃描設備的市場容量也將大幅提升。而這些產品所涉及的智能化、小型化、低功耗、高分辨率的技術都備受關注。
3集成電路技術應用的概要介紹
集成電路技術在醫療電子領域內的應用非常廣闊且多樣化,大致可分為下述四種不同的應用類型:
(1)醫學影像――這一類型包括超聲波、計算機化的X射線斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)、X射線、正電子發射斷層顯像等;
(2)醫療儀器――主要是實驗室配套電子設備、透析機、分析儀器、外科手術設備、牙科設備等;
(3)消費型醫療設備――偏重于患者(可家用,非臨床)使用的終端設備,包括數字體溫計、血糖計、血壓計、胰島素泵、心率計、輔助聽力(數字助聽)等;
(4)診斷、患者監護與治療設備――協助醫生判斷的(主要是臨床使用)相應設備,都包括心電圖、腦電圖、血氧計、血壓計、溫度計、呼吸計、除顫器、植入設備等;
這四種類型基本涵蓋了醫療電子領域的各種應用。其中后兩類,特別是消費型醫療設備尤其需要通過先進的集成電路技術來達到智能化、小型化、低功耗、高分辨率等目標。
小型化、低功耗:通過這些便攜、可穿戴、或是植入式的設備,才可以實現人體相關體征信號的動態采集和連續監測,在必要時還可以達到24x7的工作要求;
智能化、低成本:可醫院用、家庭用、其他非醫院環境用,并通過網絡接入等技術實現遠程醫療,從而更合理地配置醫療資源,提供更高水平的醫療服務,同時減緩醫院就診壓力。還可普及供大范圍內的人群使用:如病人用來治療、健康人用來預防,或老年人用于輔助護理、年輕人用于鍛煉健身,可提供早診治的信息,對人體最小干預(無創/微創),等等。
世界上集成電路領域最權威的會議――國際固態電路會議(ISSCC)的技術專題委員會,圍繞以上四種類型的醫療電子應用中日益凸顯的關鍵技術問題,在2009年預測了在未來醫療電子應用領域中集成電路技術的研究熱點:
(1)人工輔助聽覺、視覺、無線肌肉刺激、神經刺激:這類研究重點在于需要對人體安全無危害,包括和人體組織的電極接觸界面、泄漏電流檢測、過熱斷電等。同時還對系統的可靠性、外殼包裝、集成度和工作壽命等方面有要求;
(2)傳感量:生物分子檢測(如DNA等),神經感知、集成核磁共振等;
(3)超小型:遙控或遠程診斷;
(4)自適應控制:場景分析、管理方法等;
(5)無線測量技術中的瓶頸:數據流壓縮、拓寬頻道等;
(6)帶有馬達和姿態控制的智能內窺鏡膠囊;
(7)pH值的測量陣列(離子敏感的場效應管,ISFET);
(8)其他系統級需求。
在這些預測的研究熱點中,既有針對某一種具體應用提出了更進一步的功能研究(如用于腸胃內窺鏡中的馬達和姿態控制),也有對從應用中提煉出的共性關鍵技術(如對于無線通信技術方面的瓶頸分析),還有對于生物醫療與集成電路的交叉學科發展趨勢(如需要更完善的知識結構和傳感技術完成生物分析檢測等)。
從技術實現的角度來看,上述醫療應用中有關的信息工程在醫療電子領域面臨的根本性問題可分為四個主要方面:
(1)數據采集:電子電路需要通過傳感器來感知物理世界。在實際世界中的各種物理量需要首先轉換成為電信號,之后才能夠由集成電路進行處理。采用適合類型的傳感器對適合的物理量進行采集,以及對傳感器的接口進行完善的交互控制就顯得尤為重要;
(2)數據處理:將外界物理量信息提取成電信號后,還需要做初步的信號調理和采樣、變換、濾波等預處理操作,并將原始數據進行存儲或是根據一定的算法做分析計算;
(3)數據傳輸:經過處理的數據還需要進行傳遞,通過由集總的控制設備進行數據融合后才能夠判斷?？煞譃榛鶐ㄐ藕蜕漕l通信,前者大部分是電信號有線連接或是通過人體組織等導電介質,后者主要是用無線電磁波通過空氣等介質;
(4)能量供應:對于一般的醫療電子設備而言,體積微型化和延長工作壽命是矛盾的,因為電源的體積往往與其可提供的能量大小成比例。這樣就需要在進行低功耗、低能耗設計研究的同時,開發出新的能量供應方式如能量恢復、光電池效應、壓電效應等,保證醫療設備(特別是便攜式、植入式)的續航能力。
接下來以幾個具體的研究課題項目為基礎,針對不同的應用例做更深入的分析,來介紹一下目前國內在如下兩個研究方向上取得的一些進展:
1)對較為基本的物理量如溫度、脈搏等,待處理的數據量比較少,硬件系統的工作流程也非常類似,可以考慮采用一種具有共性的硬件結構進行實現。同時這些有共性的硬件系統還可以通過一種通信協議組成網絡,實現人體區域的傳感器網絡。
2)在另一些特殊的應用中如人工輔助的聽覺、視覺,以及智能內窺鏡膠囊等,由于原始數據是語音和圖像,過程中會涉及到傅里葉變換、數據壓縮等更為復雜的算法,數據運算量相對于簡單的生命體征信號要大得多,成為制約低功耗的瓶頸之一。
4實例
4.1 用于體征監測的傳感器網絡
無線人體區域傳感器網絡(Wireless Body Area Sensor Networks, WBASN)是一種能夠滿足前述應用要求的“通用”解決方案。它是進行人體生命要素信息采集與控制的小區域傳感器網絡,一般主要用于特定人群/人體的長時間健康狀況監測、身體健康指標分析等。最典型的應用例為糖尿病患者、癲癇癥患者、神經紊亂或衰弱患者,以及慢性心臟病患者等。通過這種網絡內的可定制監測,人們可以根據實際需要對身體的一個或多個相關數據指標做連續采集監測,并通過良好人機交互界面進行控制。
1)WBASN的結構
WBASN通常由近人體區域的傳感子節點和基站主節點組成。近人體區域包括體表測量、體內測量、探針測量和體檢測量等。完成這些測量的傳感子節點中包括前端的傳感器件/能量轉換器件,目標是由對有關健康狀況的數據進行測量、處理和交換?；局鞴濣c隨時接受區域中每個傳感節點的數據,并控制和調配這些傳感節點的采集狀態、休眠方案等,需要有能力做較大量的數據處理、累計、判斷及交換。所測量的數據信息也都是與人體密切相關的,如心電、心率、血壓、心音、肺音、血氧、呼吸、溫度、加速度等。不同種類的數據采集需要不同的傳感器件(能量轉化器件,簡稱換能器),如單導電極、熱敏電阻、惠斯通電橋、電流式傳感器和3軸加速度計等。所有傳感子節點的數據信息通過基站主節點進行統一的融合處理和分析判斷,實現WBASN的基本功能。
圖 3示出了簡要的WBASN結構示意圖。整個網絡的基本功能是由傳感子節點(位于體表或體內的粘附或植入式裝置)完成的,如采集血壓、溫度等信息。這些信息由主節點(體外的便攜裝置,如PDA等)統一接收后進行數據融合,完成初步判斷和處理,還可以給出信息的實時反饋、超限數據的安全警告等。另外,主節點還可以作為“網關”接入到因特網、GPRS等廣域網絡中,將本地的數據上傳到遠程服務器供醫生遠程診斷,實現遠程醫療等。如果主節點初步判斷后認為需要完成進一步的操作,會再次采集相關信息、給出警告信息或進行干預操作――給藥、電刺激等,以實現慢性病護理或及時診治。雖然這一網絡的研究目前還處于實驗室為主的原型驗證,但是在一些應用中還是會或多或少的發現WBASN的影子:如前不久的“神七”宇航服中就實現了壓力、心率、呼吸等傳感器,采集的數據統一上傳到宇航員之外的接收設備上,然后再發回地面指揮中心進行分析。
2)WBASN的子節點系統結構框圖
一個典型的子節點系統結構框圖如圖 4,包括了傳感器和電刺激驅動模塊、模數轉換器、微控制器MCU、數據流的預處理(協處理)單元、存儲器和射頻(RF)收發機,其中MCU與傳感器模塊之間還可以實現可配置的多標準數據接口、電源可視情況采用電池或無線供能方式等等。各模塊連接后即可實現相應功能的子節點系統。若將圖 4所示的結構進行高集成度的電路實現,就是片上系統(SoC)平臺芯片。一種較為簡單的平臺芯片實現中不含有傳感器模塊和RF收發機(但包含對應的接口),通過外接(1)不同類型、不同功能的傳感器件前端和(2)相同類型的射頻收發芯片后,就可以完成相應種類數據信息的采集,進行一些預處理,然后與主節點建立通信并傳輸數據、接收配置等。還有一種集成度較高的SoC平臺芯片中會帶有片上RF模塊,這樣每個子節點系統就只需外接一個傳感器芯片即可完成采集、組網等功能。SoC平臺的作用是在功能異構的WBASN各個子節點應用中作為一個基礎的“通用的”平臺。
3)WBASN的子節點系統的設計重點
上述分析表明WBASN的近人體子節點系統的整體設計實現中,應該以超低功耗和高度集成的(SoC)設計為重點。于是就要綜合系統的各方面需求,整合設計并實現出核心的數字微控制單元和電源管理單元,以便在達到功能上的靈活性、完備性的同時,實現系統的極低功耗。這些數字系統設計中的關鍵技術包括幾個方面:(1)在各個功能相異的節點休眠間隔不等的情況下進行接入;(2)醫療用途的緊急情況下“給藥”或“電刺激”的實時控制實現;(3)星型網絡中單跳的組網方式對指令集的優化;(4)無線方式的節點功能更替;(5)兼容多標準的傳感器器件接口;(6)電路級的低功耗技術如門控、多電壓、異步電路設計等。在我們的研究中,綜合考慮了上述方面進行了設計優化。這樣還會帶來很多其他的好處,如設計成本低、系統擴充性好、針對WBASN應用開發的軟件/硬件效率高,等等。
下面針對上述子節點系統設計的幾個關鍵技術進行具體說明:
第一,在低功耗方面,通過對具體實例的分析發現,“工作狀態”和“空閑狀態”的功耗一般相差20倍甚至更多,所以工作狀態下的低功耗優化是首要任務。目前的絕大多數SoC實現方案基本上都是采用各種措施將工作時低功耗達到更低的指標。但是對于WBASN的具體應用而言,子節點通常都會處于非常低的工作占空比,也就是說在整個子節點壽命內的絕大多數時間里,子節點是在空閑狀態的。如體溫測量可以每1分鐘測量一次,每次測量只需要幾個毫秒;心率測量也只需要每100毫秒測量幾個毫秒,等等。這樣,子節點的總能量消耗往往更多浪費在空閑時的狀態上。所以對于WBASN的優化需要從工作時功耗和休眠時功耗協同考慮完成,目標是提高電池的能量使用效率。
第二,子節點的實時控制。在許多研究中廣泛采用了實時性操作系統(如TinyOS),其實只保證了子節點在工作狀態下處理器處理各個任務的實時性。還需要子節點保證網絡行為的“實時性”:如用于閉環施放藥物的子節點系統,在接到主節點發來的“給藥”指令之后應該以最短的反應時間給出操作。這就與低功耗的指標相矛盾:為了更快的反應速度,應該在空閑時采用“偵聽”方案或者休眠間隔很短的方案――這樣同時增大了空閑時功耗;反之,為了避免該給藥子節點的電池能量大都浪費在空閑時狀態,應該采用空閑時休眠的方案,并且該加大休眠間隔――這樣在主節點開始發送喚醒要求(大多數這種時候都是緊急情況)之后還要等到子節點的下次定時喚醒才能夠給出響應,最壞情況下的反應速度為子節點的定時喚醒周期。所以目前這一問題的解決方案就是空閑休眠間隔、偵聽時間的折中選取。以具體數據進行分析:在“國內外研究動態”中的ADICOL項目中,胰島素施放操作的閉環控制是每3分鐘定時喚醒工作一次,以保證最壞情況下的給藥控制延遲不超過3分鐘。而保守情況下(按每天需施放胰島素10次估計推算)都至少有97%的喚醒是不需要做給藥的,這樣就浪費了子節點大量的電池能量,降低了有效用能量的使用效率。
第三是功能的靈活性。由于每個子節點系統的RF模塊和通訊協議都沒有差別,所以通常的設計都主要考慮傳感器接口模塊的靈活可配置等等。很多現有的傳感器件或芯片接口大致分為兩種:模擬量(需要SoC提供ADC進行轉換)和數字量(傳感器自帶ADC,僅需要滿足相應時序)。已有的相關研究大多是基于這兩類接口進行展開的。但是在不同功能的子節點系統內,除了傳感器件前端需要采集的物理量類型和接口不一樣之外,其軟件程序在操作順序、運算復雜度、處理方法等方面都有區別,SoC本身的軟件部分就需要根據具體子節點的功能進行調整。如果在每個子節點設備封裝前預先寫好軟件算法,還需要專門的“燒寫”設備。我們的研究中采用一種可由主節點遠程配置子節點軟件的協議,就可以在滿足“軟件靈活性”要求的同時不引入其他設備。
4)總結
如前述,WBASN的優化重點在于子節點系統, 而子節點系統的核心是SoC平臺。為了保證子節點SoC平臺的超低功耗、高集成度、靈活性、高效率、可靠性等,需要SoC平臺中的數字系統有完善的功能和異常處理能力、優化的結構、良好的可靠性和能量管理等。
系統內各個傳感器設備(或稱網絡內“近人體節點”)的主要指標可以歸結為:系統集成度,小型化/微型化,低功耗電路設計,無線遙感鏈路和信號處理算法等。除此之外,其他一些指標如服務質量、安全性、多傳感器數據融合和診斷支持等也都是世界上相關領域內各研究組正在研究的課題。
4.2 帶有植入式處理器的電刺激器
電刺激治療方法是當今臨床和日常的物理康復最常用的、重要的治療手段之一,在心臟起搏器、人工聽覺、人工視覺、腦電刺激等許多領域中有著非常重要的作用。該方法通過將一定量的電流通過特制電極施加到人體組織,實現促進恢復正常的神經傳導和調節功能等治療作用,不僅可起到鎮痛、消腫、消炎、脫敏、緩解肌肉痙攣等功效,有時甚至還可以修復、替代某些受損的人體組織和器官。一般的電脈沖刺激時采用無極性微分型指數波形,由電荷相等的正負脈沖波構成,負指數脈沖起神經纖維去極化作用,正脈沖起電荷平衡的作用,可避免組織損傷。集成電路技術,特別是植入式的處理器控制應用在電刺激器中,可以完成復雜的信號處理,同時極大的保證操作的可靠性和無侵害性。
心臟起搏器是最早的醫用電刺激儀器之一,它發放電脈沖,通過與心內膜相接觸的電極導線,刺激心臟使之激動收縮,以模擬心臟的沖動發生和傳導等電生理功能,起到治療由于某些心律失常所致的心臟功能障礙。心臟起搏器的結構包括脈沖發生器(pulse generator)和電極-導線(lead)兩大系統。脈沖發生器由電池、釋放與調節電脈沖的電路和外殼構成。脈沖發生器控制起搏節律,猶如整個系統的“大腦”。現在的脈沖發生器是非常小的,一種典型的尺寸為5cm x 5cm x 6mm,重量在30克左右。
在正常的聽覺系統中,聲音的機械震動通過外耳和中耳之后,會在耳蝸的各處與基底膜發生共振。基底膜的振動帶動毛細胞纖毛的振動,產生毛細胞的感受器電位,進而產生聽神經的動作電位發放。腦的中樞聽覺系統能夠根據聽神經中不同神經纖維的發放情況判斷基底膜的振動情況,進而推斷聲音的頻率成分。在一些患有感覺神經性耳聾的病人內,毛細胞由于多種因素如遺傳、疾病等而遭到損傷或者數量減少,無法正常地驅動聽神經。而人工耳蝸的基本工作原理就是繞過毛細胞這一環節,直接對聽神經進行電刺激。于是這種電刺激的效果就好像是聽神經被聲音通過正常的基底膜和毛細胞驅動一樣。
人工耳蝸只是一種聽覺假體,并不能“治愈”耳聾或其他聽覺障礙。人工耳蝸的工作是基于耳蝸的不同部分與不同聲音頻率之間一種規則的對應關系(頻率拓撲性質)。一般需要使用更加復雜的處理方法以避免造成組織、電極損傷等一些不良影響。
視覺假體技術也屬于功能電刺激的一種。大多數盲人的視覺通路中往往只有一部分發生病變,而其余部分神經組織的結構和功能尚完好。于是就能夠對視覺通路的完好部位施加特定的人工電刺激,來興奮神經細胞以模擬自然光刺激的效果,使盲人產生視覺感受。
視覺假體的工作原理與人工耳蝸相似。視覺假體系統包括一個位于病人體外的視頻采集設備(如小型攝像機),視頻處理模塊,電刺激編碼模塊和植入到視覺通路特定部位的多電極陣列。由視頻采集設備采集到的實時視頻圖像經過處理,轉化為驅動多電極陣列的信號。多電極陣列對視覺神經組織施加一定幅度、波形和頻率的電流刺激,興奮視覺神經元,從而使病人產生視覺感受。
人工視覺刺激器主要包括視網膜刺激器、視皮層刺激器和視神經刺激器。其中視網膜刺激器發展最快。視網膜刺激器是在視網膜下或視網膜表面植入不同微電極,使外界光線轉換成電流,通過微電極刺激并激活視網膜神經細胞及其網絡,而產生光感。這種裝置可使失明或接近失明的眼重新獲得部分有用視力。其優點是可以產生較準確的視覺感知,而且所需電流強度較小,玻璃體有利于熱量的散發,以及可直接觀察到植入刺激器及植入后的反應。至今已有較多實驗表明視網膜前或膜下芯片植入方法可行,有較好的生物相容性及長期穩定性,達到預期效果。
目前全世界范圍內已經接受植入的病人較之佩戴人工耳蝸的病人要少得多。而且目前美國食品藥品監督局(FDA)也尚未批準任何類型的視覺假體的臨床應用。
下面以人工聽覺的具體系統為例,詳細介紹一下帶有植入式處理器的電刺激器:
帶植入式處理器的雙模人工耳蝸系統
人工耳蝸就是通過電刺激末梢神經系統的方式來修復聽覺的一種醫療電子裝置。它把外部的聲音轉換為聽神經需要的電刺激,將這種刺激通過植入電極刺激聽覺神經,幫助傳感性耳聾患者恢復(人工制造出)聽覺。它是迄今為止治療極重度耳聾唯一有效的方法,也是唯一被商品化的感官神經修復技術。目前各種人工耳蝸產品在設計上細節不盡相同,但它們的基本硬件構成和工作原理卻是一樣的。
1)人工耳蝸的硬件構成
人工耳蝸的基本硬件構成如圖 6所示,主要分為體外和體內兩個部分,其工作原理和流程如下:
(1)體外的麥克風首先把采集到的機械聲音信號轉換成模擬電信號;
(2)模擬電信號經過模數轉換器轉換成數字電信號;
(3)數字信號處理器(DSP)對數字聲音信號進行分析并決定如何驅動埋植于耳蝸內的電極去刺激聽神經,形成刺激指令序列;
(4)刺激指令序列經過調制后以無線電波的方式發送給體內部分;
(5)體內的解調器從無線電波中獲取體內電路工作所需的能量,并對刺激指令序列進行解析;
(6)體內的刺激器對解調出來的指令序列進行譯碼,然后根據指令要求在電極上產生相應的電流,刺激聽神經產生聽覺。
2)新型全植入系統的應用
在當前植入式電池不足以支撐數字式全植入人工耳蝸系統,而模擬式全植入系統又存在著諸多缺陷的情況下,新型全植入系統的設計思路除了繼續降低數字系統本身的功耗外,還可以在結構上進行調整,降低系統對電池的使用量。基于這些考慮,我們提出了帶植入式處理器的可雙模工作的新型人工耳蝸系統,如圖 7所示。
該系統在體內集成了一套完整的語音信號采集、處理電路,以及與體外的無線接口,同時配有植入式電池。所謂“雙模”,是指該系統既可以工作在不帶任何外部輔助裝置的體內單機模式下,如圖 7(b)所示,也可以工作于體外語音信號采集電路與體內處理電路協同的聯機模式下,如圖 7(c)所示。從技術可行性的角度上講,聯機模式下的系統在當前的電路技術條件下是可以實現的,而單機模式則受制于電池容量和安全性等非電路因素。
這種系統的意義在于,通過兩種模式的交替使用可以很大程度上減少對植入式電池的使用量。而且該系統包含了一個完整的全植入數字式子系統,對該系統的研究可以涵蓋下一代全植入式系統的關鍵技術難點。也就是說,該系統的很多關鍵技術將可以直接應用到下一代全植入系統當中。實際上,在植入式電池的容量和安全方面的性能提升到一定程度之后,這個系統可以自然而然地轉換成一個全植入式系統。
3)植入式數字信號處理器的低功耗設計
在雙模系統中,最大的技術難題就在于植入式數字信號處理器(DSP)的設計(圖 8),因為它幾乎是整個系統里功耗最大的部件。傳統人工耳蝸中的DSP 處在體外,對功耗的要求還可以寬松一些,畢竟體外的電池可以隨便更換。而在新系統中,無論是哪一種工作模式,對DSP 的功耗要求都是非?？量痰摹Ｔ隗w內單機模式下,DSP 的功耗直接影響著植入式電池的壽命,而植入式電池又不可以隨便更換,所以這種情況下DSP 功耗的重要性自不待言。在聯機模式下,由于無線能量傳輸效率低下,DSP 的功耗將會被嚴重放大,這比DSP 在體外時的情況要惡化很多。
實際的設計和測試結果表明,基于開放源代碼硬件的專用指令集處理器(OSH-ASIP)設計方法有助于提高效率并降低成本,同時可以有助于去除通用處理器中存在的冗余,從而提高處理器的執行效率、降低功耗。通過綜合運用指令集簡化、等待模式、循環暫存、存儲器切割、操作數隔離和時鐘門控等多種低功耗設計技術,在0.18μm CMOS 工藝下設計實現的一款人工耳蝸專用的低功耗DSP實際測量結果為:在10MHz 的時鐘頻率下執行連續交織采樣(CIS)算法的功耗小于2mW,低功耗效果顯著。
4)總結
就當前的技術水平來講,數字式全植入的人工耳蝸系統仍然因為能量供應不足(功耗大而電池容量小)的緣故無法實現。但是除了功耗外并沒有其他理由可以阻礙數字系統的進一步發展,況且相比于模擬系統中那些固有的缺陷,功耗實際上是一個會隨著微電子設計和制造水平的提高而逐步得到解決的問題。因此,從長遠看數字式全植入系統才是人工耳蝸系統最優的選擇方案。
4.3 智能內窺鏡膠囊
傳統醫用內窺鏡(如胃鏡和腸鏡)需要使用光纖或電纜插入人體體腔內拍攝病征圖像以供醫生診斷,這些連接線會給病人帶來很大不適,而且診斷存在盲區,并可能會有消化道傷損等并發癥。智能內窺鏡膠囊的出現給消化道疾病的診斷帶來了便利,克服了上述缺點。如圖 9所示,病人在吞服了膠囊內鏡以后,膠囊依靠消化道的蠕動在其中緩慢移動。移動的過程中會采集人體內消化道的圖像并以無線的方式發送至體外記錄儀,并可以上傳至基站以供醫生診斷病情。膠囊內鏡不會給病人帶來不適,在檢測時病人也可活動,而且它可以完成全消化道的檢測,掃除了傳統內窺鏡存在的盲區。
1)智能內窺鏡膠囊的發展歷史
智能內窺鏡膠囊(消化道膠囊內鏡)的概念最早于2000年由以色列科學家提出并實現,之后Given Imaging公司生產出第一款商用的膠囊內鏡產品Pillcam。最近的幾年里各國的工業界和學術界相繼開始對這種產品的研發,一些新產品和新技術陸續面世:日本的奧林巴斯公司推出的EndoCapsule產品在日本也開始商用;日本NORIKA Syaka RF lab正在研發用無線供能,代替電池供電的技術,以及控制膠囊內鏡姿態的控制技術;韓國研究機構推出了以人體作為導體來直接傳輸信息的技術,用以代替射頻收發機,目前也已成功地利用到膠囊內鏡產品中。在可預見的將來還將出現集診斷、活檢、給藥及消化道行走等各種功能于一體的產品。
2)膠囊內鏡的結構
完整的口服式智能內窺鏡膠囊系統由膠囊內鏡、體外便攜式記錄儀和工作站三部分構成。膠囊內鏡是整個系統最為重要的部分,也是設計難度最高的部分,在集成電路設計時尤其要注意功耗等問題。外殼內的電路系統主要由五個部分組成,如圖 10所示,包括一個商用CMOS圖像傳感器、白色發光LED、一個商用射頻收發機芯片及天線、一塊用于控制和數據處理的專用集成電路和兩節鈕扣電池。
商用的CMOS圖像傳感器位于整個膠囊的一端,負責采集消化道中的彩色圖像數據。支持多種圖像分辨率,最高速率可達30fps。高亮度的白光LED均勻地排布在圖像傳感器鏡頭座外的環形PCB上,在采集圖像時提供照明光線。高性能、低功耗的商用射頻收發機位于膠囊的另一端,保證膠囊系統的無線通信。射頻收發機工作在433MHz的ISM頻段,采用FSK的調制方式,有效碼率最高可達500kbps。兩顆1.5V的鈕扣電池串聯后為整個電路系統提供所需的能量。它們位于膠囊的中部,在圖像傳感器和射頻收發機之間。用于控制和數據處理的專用集成電路位于圖像傳感器與電池之間,它將系統各部分的功能組合起來,形成完整的電路系統。
專用集成電路是膠囊內鏡的控制核心(圖 11),它由數字基帶、電源管理單元和無線喚醒子系統三部分組成。其中數字基帶部分主要實現通信控制和圖像壓縮兩大功能。電源管理單元可將電池電壓轉換為系統各個部分所需的電源電壓。無線喚醒子系統可以對密封在膠囊中的電路系統進行開啟、關閉、復位和配置操作,提高了系統可靠性,也便利了產品的組裝和生產過程。
3)膠囊內鏡的低功耗實現
在膠囊內鏡的電路系統中,射頻部分消耗的能量一般超過總能量的60%。為了在不增加射頻電路功耗的前提下縮短有效的射頻傳輸時間,在系統的數字基帶中引入了信源編碼――圖像壓縮。這樣大大減少了射頻收發機發送一幀圖像的數據量,也就相應地減少了每幀圖像射頻部分的能量,并且有利于進一步減小系統工作的占空比,延長電池的工作時間。
引入圖像壓縮功能實際上是使用數字電路的能量去換取射頻部分的能量,而且數字電路的低功耗技術比較容易實現,使得降低數字電路的功耗相對于降低射頻電路的功耗更為容易。因此,只要對圖像壓縮的計算復雜度做出仔細的評估,電路系統整體能量的降低不難實現。
目前智能內窺鏡膠囊系統還沒有正式的產品國家標準,但一般包括如下幾個重要指標:
1)工作時間:至少為8小時,因為一般膠囊內鏡通過人體消化道的時間為8小時。
2)尺寸:為方便病人吞服,膠囊尺寸一般直徑為10~12mm,長度為20~30mm。
3) 圖像幀率和分辨率:目前產品的圖像幀率一般為2fps。當然,在滿足基本工作時間的條件下,圖像幀率和分辨率都是越大越好。
4)總結
基于上述膠囊內鏡的結構,可以對其應用需求做出細致的分析,對系統的供電方式、體積尺寸、通信方式、工作時間、可靠性等要求進行綜合考慮。分析和測量結果表明,在系統級設計上采用了圖像壓縮、雙向通信和無線喚醒等功能能夠滿足性能要求,而且這些技術的應用對于有類似的大數據量、高碼率的植入式電子醫療集成系統也具有參考價值。
目前國內有清華大學、中科院合肥智能機械研究所、重慶大學、重慶金山科技集團等單位都在分別從事這方面的研究。
5 結語
本文從醫療健康領域的社會需求、市場需求現狀入手,對我國醫療電子產業面臨的機遇進行了分析,并對其中的關鍵技術――集成電路技術應用做了基本介紹。多方面的數據分析表明,醫學微電子系統研究設計的核心發展趨勢可以歸結為小型化/微型化、集成化、網絡化、數字化、智能化。最后還通過幾個在研項目實例進一步闡釋了集成電路技術在醫療健康領域的應用。
（延安大學西安創新學院 理工系，陜西 西安 710100）
摘 要：電路分析基礎是各電類專業的先導課程，學好本課程對后續課程的學習有重大意義.本文從課程教學方法入手，提出了課程的改革思路與方法，實踐證明這些方法有效并可逐步推廣應用.
關鍵詞 ：電路分析；教改；應用型
中圖分類號：G642.4文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0247-02
基金項目： 延安大學西安創新學院教學改革項目（14JG09）；陜西省教育廳自然科學類專項科研計劃資助項目（NO:14JK2170）
0 引言
“電路分析”作為電氣信息類專業(0806)、儀器儀表類(0804)和電子信息科學類(0712)的核心專業基礎課程，同時也是機械類(0803)、能源動力類(0805)和海洋工程類(0813)的核心專業基礎課程，都是相關專業研究生入學考試必考科目.由此可見，這些課程在人才培養中舉足輕重.就我校而言，在電子信息工程、計算機科學與技術、物聯網工程、汽車服務工程以及工業設計專業都開設了電路分析基礎課程，在土木工程專業、建筑工程專業也開設有課程性質相近的電工學課程.我校具有一個獨立的電路分析實驗室，擁有電路分析實驗箱18套.雖然不同的專業教學重點各有不同，但是電路分析的基礎理論基礎知識是必不可少的.因此開展電路分析教學改革對培養創新與應用型人才具有重大意義.
為了適應時代的發展和教改的要求，任課教師從教學內容，教學方法及手段到考核標準都進行了調整.電路分析課屬于經典電路理論，在教學中應突出經典理論的基本概念及規律，提高教學效率.隨著電路理論的發展和計算機的普遍應用，大量繁雜的計算應放在現代電路分析中解決.在教學方法上，應將傳統的注重知識內容的順序教學方式與注重知識關系的知識結構教學方式相結合.從培養科研能力，提高學生素質出發，應強調電路分析中的模型概念，它是電路分析的基礎.教學方式及手段是使學生掌握課程內容的關鍵，應將課堂教學與計算機輔助教學相結合，標準化教學與電子教案相結合，同時還應該將答疑與質疑相結合，理論教學與實驗相結合，筆試考核與實驗能力，平時作業，甚至口試等考核方式相結合.
1 教學改革的思路與方法
1.1 經典電路理論與現代分析手段相結合
電路理論發展至今已近一個世紀[1].早期的電路理論是在物理學中電磁學的基礎上發展起來的.當時主要研究的對象是線性非時變無源電路，并形成了完整的經典分析方法，這些方法同時也是近代電路分析方法的基礎，因此應該是學生學習中必須牢固掌握的.傳統的教學內容包括直流電路的分析，交流電路的分析及動態電路的分析.教學中應以分析簡單電路為主，突出基本概念，避免繁雜的數學計算.自20世紀60年代，電路理論發生了重大變革，從原來主要研究線性非時變無源電路，進一步發展到非線性時變有源電路.由于近代大規模及超大規模集成電路的發展，傳統的分析手段難以完成復雜的分析.為了適應電路理論發展的要求，應在教學中適量增加近代電路的分析方法及手段，如有源電路的分析，非線性電路的分析，矩陣分析方法，網絡分析方法等.其主要特征是計算機輔助分析的應用.加強這方面的教學是該課發展的要求，也是學生學好后續課程的基礎.
1.2 順序教學方式與知識結構教學方式相結合
以往的教學方式是以知識內容順序，按部就班地一章一章地進行，學生被動地一章一章地學，難以形成對所學知識的整體認識.實際上，電路分析同許多其它學科一樣，都有一套完整的體系，其中的各要素有著密切的聯系，它同知識的具體內容，公式，定理相比，更容易理解和掌握.學生在大學學習期間要學習許多具體的知識內容，要求學生幾年以后仍然牢記如此眾多的內容既不實際，也不必要.從提高能力和素質出發，應培養學生在今后遇到實際問題時，能分析問題的實質所在，知道解決問題的途徑，而不是死記書本知識.知識的具體內容是知識結構的內涵，知識結構是知識內容之間的有機聯系.兩種方式相結合可以取長補短，既培養了技能，又提高了素質及科研能力.
1.3 課堂教學與計算機輔助教學相結合
傳統的教學手段是以板書教學為主，主要表現為被動式教學，老師講，學生聽.這樣就造成學生認為只有寫到黑板上的內容才是課程所要求的.例如：將一個聲表面波器件[2]畫在黑板上花費大約3分鐘，對于45分鐘的課堂時間來說已經足夠長了.隨著計算機的普及，教學應采用計算機輔助教學手段，就可以節省很多時間.所以應從單調的黑板式課堂教學向計算機輔助教學的方向發展.課堂不應該是單向灌輸知識的場所，應該是教師與學生相互交流的場所，是體現主講教師教學風格，教學思想教學藝術的平臺.
1.4 標準化考核與能力考核相結合
一支筆一張紙式的考核方式一直是考核學生學習效果的主要形式.但是，為了使考核標準化，使其具有一定的客觀型，合理性和可比性，應逐步建立同計算機輔助教學相配套的試題庫，評分標準及考核成績分析系統.能力考核是考試改革的難點，它受許多因素的限制.在目前情況下，應將筆試與實驗相結合，期末考試與平時成績相結合，有條件時可結合口試或部分口試來考核學生成績.
2 具體作法及效果
2.1 注意課程內容的先進性，電路分析課程經歷了幾十年的發展，內容較多，因此，必須結合國內外電路分析課程的最新研究成果確定課程內容，課程要傳授先進的知識內容和方法.達到知識先進并學以實用.
2.2 將現代教育理論使用在電路分析教學中[3]，樹立先進的教學理念，重視素質培養通過組織教師研討、與學生對話、進行示范教學等活動提高教學效果.
2.3 研制電路分析課程的電子教案，使用多媒體教學；采用多種教學方法和手段，采用多媒體技術輔助講解具有動態性質的知識點，使傳統教學與多媒體教學有機結合.
2.4 建立網上課堂，樹立以學生為中心的教學思想，加強教與學的信息交流，重視對學生主動學習習慣的培養，啟發學生的探索精神.
2.5 加強理論教學與實踐教學相結合.在電路分析理論課（必修課）開設的同時開設“電路實驗”，促進知識的深化和培養學生的動手能力.增加創新實驗和開放性實驗項目，培養學生創新能力和實際解決問題的能力.
3 結束語
本方案改變傳統的板書式教學使用多媒體教學，教學手段新穎.用設計性實驗代替傳統驗證性實驗，使學生能夠親自動手設計實驗，從而更好的理解和掌握知識點.考核方式增加口試，可以加深學生對于知識點的掌握程度.從而提高了電路分析課程的教學質量和教學效果.
參考文獻：
〔1〕譚永霞.電路分析基礎[M].成都:西南交通大學出版社，2009.1-3.
關鍵詞： 厚膜; 電荷耦合器件; 驅動電路; 集成電路
中圖分類號： TN386.5?34 文獻標識碼： A 文章編號： 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
隨著人類對太空的探索，空間相機的發展越來越迅速。在許多空間光電探測的電路系統中多使用CCD （電荷耦合器件，Charge?Couple Device）來進行光電轉換。CCD是將入射光在所有光敏單元激發的光信號轉換成模擬電信號的光電轉換器件。該器件具有小體積、輕重量、低功耗、高精度、長壽命等優點，被廣泛應用在空間光電探測、航天遙感觀測、載荷對地觀測等領域[1?3]。
CCD工作時需要適當的時序驅動信號，并且產生的電信號需要進行后續處理后才能給控制系統識別。CCD產生的電信號是模擬信號需要進行相應的視頻處理電路，視頻處理電路系統包AFE（，Analog Front End，模擬前端），FPGA和數字信號處理模塊。
空間相機的發展越發趨向于大規?；呒傻脑O計，空間相機中的硬件電路的高度集成化變得越來越讓人們關注與研究。目前，關于空間光電探測電路系統的高集成度的技術發展主要體現在厚膜電路和半導體級的ASIC（Application Specific Integrated Circuits，專用集成電路）兩個領域。厚膜電路是將電阻、電容、電感、芯片的管芯通過互連的銅線在印制板上制成的，其優勢在于性能可靠，設計靈活，投資小，成本低，周期短。ASIC是按照用戶的需求，在一個芯片上專門設計具有某些特定功能的集成電路，其性能高（可以比厚膜電路做的更高）、可靠性高。但是由于用戶的需求量少，對于用戶來說其成本相對較高，且難度高[4?5]。
為實現空間相機電子學的大規模化、高集成的要求，本文將比較通用的一款TDI CCD探測器的時序驅動電路模塊設計成厚膜集成電路，并且根據實際PCB版優化厚膜電路設計和性能指標，得到了較好的結果。
1 TDI CCD探測器
該TDI（Time Delayed and integration，時間延遲積分）CCD探測器可以探測到兩類光譜區。這兩類光譜區分別是彩色B區和全色P區。由于實際情況需要，將該CCD探測器的時鐘工作頻率設定在20 MHz，行頻設置在1 kHz。由于該CCD探測器的光譜區多，所以它的驅動時序也是很復雜的，一共有89個驅動信號，將可以共用的信號合并后仍然有61個驅動信號。由于該探測器實際需求的驅動信號過多，本文中僅以CIxP為例講述驅動電路的設計以及實驗結果。表1中給出了該CCD探測器的CIxP驅動信號的電壓幅值范圍。該CCD探測器的驅動信號需要FPGA產生相應的時序的驅動信號，并通過相應的時序驅動電路變為所需要的電壓幅值范圍。
表1 CI和TCK時鐘驅動信號
圖1中的CIx和TCK的上升沿時間記為tr，典型值50 ns;CIx和TCK的下降沿時間記為tf，典型值50 ns;轉移時間記為ttran，典型值3.6 μs，根據實際工作需要改為1 ms;TCKB的信號周期記為TTCKB，根據行頻而定;TCKP的信號周期記為TTCKP，根據行頻而定;CI2的下降沿到CI1的上升沿的時間差記為t1，典型值0.5 μs;CI1的上升沿到CI3的下降沿的時間差記為t2，典型值0.5 μs;CI3的下降沿到CI2的上升沿的時間差記為t3，典型值0.5 μs;CI2的上升沿到CI4的下降沿的時間差記為t4，典型值0.5 μs;CI5的下降沿到CI3的上升沿的時間差記為t5，典型值0.5 μs;CI3的上升沿到TCK的下降沿的時間差記為t6，典型值0.5 μs;CI1的下降沿到CI4的上升沿的時間差記為t7，典型值0.5 μs;CI1和TCK的高電平時間記為tcla，典型值2.5 μs;CI2、CI3和CI4的低電平時間記為tclb，典型值1.5 μs。
2 驅動電路設計
本文針對該CCD探測器的驅動電路設計分為兩個步驟：
（1） 通過現在市面上的芯片選擇適合該驅動電路芯片設計而成。
（2） 對通過芯片設計的驅動電路做實驗得到與該CCD探測器相需求的時序結果，進行整合通過厚膜技術來實現最終電路。
最終的驅動電路分為左右兩個模塊（兩個模塊設計的完全相同）分別針對該CCD探測器左右驅動時序，并且把驅動電路中用到的LDO等電壓轉換模塊通過厚膜技術集成到一個模塊[6?7]。
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圖1 P和B區的垂直轉移時序圖
圖2給出了驅動模塊的管腳示意圖，該模塊可以產生一般的水平驅動信號（20 MHz）以及大部分的垂直驅動信號，51號腳是針對模塊內部的測溫度的熱敏電阻預留的。圖中的左側的上面兩組是輸入信號，右側的上面兩組是輸出信號。其他的為電源和地信號。
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圖2 驅動模塊的管腳圖
圖3給出驅動模塊的版圖，速度較快的水平驅動信號（20 MHz）均放在版圖的最，內部放置的是垂直轉移信號。該厚膜模塊最后的面積為37 mm×37 mm，約為原來沒有厚膜集成的[13]。
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圖3 驅動模塊的厚膜版圖
該模塊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驅動器。該驅動器可以驅動40 MHz的信號，并且輸出電流值可以達到2 A。
以CI1P，CI2P，CI3P，CI4P這4個信號為例，這4個信號的幅值范圍是-5～5 V，但是從圖2的時序圖中可以知道，CI1P的信號大部分的時間內都是低的，而CI2P，CI3P，CI4P的信號大部分的時間內都是高的。所以電路設計時將區別對待，由圖4知EL7457的供電電壓設置為10 V可以讓CIxP的信號幅值達到10 V，通過0.22 μF的電容隔直后，再通過二極管與電阻并聯接偏置電壓的設計將其拉到正常工作的范圍，出來的信號在工作電壓范圍方面就達到CCD手冊的要求。CI1P的偏置電壓設置為-5 V，當10 V的方波信號過來后由于二極管的正向鉗位作用使得CI1P的最小電壓是-5 V，所以得到了-5～5 V的信號，且無信號時為低（-5 V）。CI2P，CI3P，CI4P的的偏置電壓設置為5 V，當10 V的方波信號過來后由于二極管的正向鉗位作用使得CI2P，CI3P，CI4P的最大電壓是5 V，所以得到了-5～5 V的信號，且無信號時為高（5 V）。
OFFSET偏置電壓通過電阻分壓外接運放負反饋驅動的形式產生的，見圖5，采用這種電路結構優勢在于可以減少電路中線性穩壓器的數量，由于該探測器需求的驅動信號數量多，電壓值多，若所有電壓值都采用線性穩壓器，不但會導致電路板尺寸會大很多，而且更加引入散熱的問題。同時偏置電壓信號所需要的電流相當的小根本不需要線性穩壓器[8?9]。
3 驅動信號的實驗結果
針對CIxP的測試，在實驗測試中以驅動模塊的輸入信號（FPGA的輸出信號）TCKP_FPGA為基準信號，對CIxP以及其對于的OFFSET偏置電壓進行單組測量。
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圖4 CIxP原理圖
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圖5 OFFSET偏置電壓原理圖
圖6中的三組信號分別是：TCKP_FPGA（幅值范圍0～3.3 V）、CI1P（與TCKP_FPGA有相同的相位，幅值范圍-5～4 V）、以及CI1P信號對應二極管上的嵌位電壓OFFSET-5 V。
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圖6 CI1P的信號
圖7中的三組信號分別是：TCKP_FPGA（幅值范圍0～3.3 V）、CI2P（超前于TCKP_FPGA約0.5 μs，幅值范圍-4～5 V）、以及CI2P信號對應二極管上的嵌位電壓OFFSET+5 V（在TCKP_FPGA的下降沿末端有波動）。
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圖7 CI2P的信號
圖8中的三組信號分別是：TCKP_FPGA（幅值范圍0～3.3 V），CI3P（反向于TCKP_FPGA，且下降沿到TCKP_FPGA的上升沿的時間約延后0.5 μs，幅值范圍-4～5 V）、以及CI3P信號對應二極管上的嵌位電壓OFFSET+5 V（在TCKP_FPGA的下降沿末端有波動）。
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圖8 CI3P的信號
圖9中的三組信號分別是：TCKP_FPGA（幅值范圍0～3.3 V）、CI4P（反向于TCKP_FPGA，且下降沿到TCKP_FPGA的上升沿的時間約延后1.5 μs，幅值范圍-4～5 V）、以及CI3P信號對應二極管上的嵌位電壓OFFSET+5 V（在TCKP_FPGA的下降沿末端有波動）。
<E：＼王芳＼現代電子技術201506＼現代電子技術15年38卷第6期＼Image＼43T9.tif>
圖9 CI4P的信號
CIxP的四組信號由于實際電路圖中的電容分壓導致最終幅值沒有達到10 V，但是仍然在CCD的手冊要求范圍內。OFFSET電壓在信號變化較多的點會有串擾導致波動，但是對實際的CIxP影響甚微[10?11]。
4 結 語
通過厚膜技術對驅動電路集成后的面積減少到[13]，雖然該模塊需要添加散熱，但是面積的減少使得在同樣面積的PCB上集成更多的模塊，實現更多的CCD陣列。對所有驅動信號用示波器進行測量，均滿足要求。本文中僅給出CIxP的信號波形進行事例。實驗結果表明驅動電路的厚膜技術可以滿足在光電探測中的集成應用。本設計中的驅動電路的厚膜集成也對其他航天任務中大規模電路的集成提供了一定的參考借鑒作用。
參考文獻
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關鍵詞：電力輸配電線路；節能降耗；工程；應用
我國是人口大國，對任何能源的需求量都非常大，電力能源作為支撐我國工業發展、經濟繁榮的重要能源，在我國國民經濟中占有很重要的地位。電力系統的巨大損耗對我國的長久發展是極為不利的，而且城市配電網是電力系統能量損耗的主要部分。因此，對配電網使用過程中的能量損耗和浪費現象必須進行嚴格整改，實現對配電網線路能量損耗的降低和節省，促進其對經濟效益的提高。由于符合增長速度快但配電網建設投資相對落后，因此，配電網在節能降耗方面具有很大的發展潛力。對城市的配電網進行節能降耗工作的進行能夠在很大程度上節省電力用戶的電費支出，提高企業的經濟效益，節省電力企業的電量，以供更多的用戶使用，不僅減少了用戶的費用支出，而且增強了供電能力，改善了電力供應不足的現狀；另外，更重要的是，能夠實現對我國整體能源的節省利用、減少環境污染、優化資源配置，對我國的整體發展起到促進作用。
1 加強電力輸配電線路節能降耗技術的必要性
首先，為了減少主干線的長度和水平電纜的敷設長度，同時方便消防切除非消防的電源，使輸出電流較小，減小線路的損耗，需要在建筑物中使用技能降耗技術。
其次，當前的許多用電設備都是電感性負荷，會產生許多無功的滯后性電流，這種電流一經流出并經過高低壓線路后，穿入用電設備的末端，線路的功率消耗就會增大，造成對電能的浪費。因此，需要對這種現象進行相應的改進，使這種電流的流出減少，從而提高功率，降低功率消耗。
再次，在供配電線路中會存在有增加電能損耗的諧波電流，它會危害到個供配電線路及其設備。因此，對這種電流的抑制不僅可以保護供配電的線路和設備，而且還可以減少能量的消耗。
2 實際過程中節能降耗的具體措施
2.1 優化電網規劃
電網規劃就是通過對城市電網的進行規劃的總體過程中的計劃方案進行合理的調整，實現線路節能降耗的目的。電力部門可以充分利用專業的技術手段對電力設備進行相應的調整。也可以從源頭做起，即在對電力系統的自動化設計上就作出必要的調整，另外，對線路損耗的內在檢測也是降低電能損耗的有效手段。通過對這些手段的利用，實現對電網規劃方案的合理選擇，從而有效降低輸配電網絡的高效低能運行。
2.2 通過電力變壓器節能
輸配電變壓器是輸配電線路損耗的主要內容，要對其損耗進行合理的控制，科學的措施是相當重要的，其中，利用節能型的變壓器作用比較大，能夠有效降低整個輸配電網的損耗。在降低輸配電網的能量損耗過程中，對低損耗的容量的合理配置，而且使用新材料進行對配電變壓器的空載損耗值的降低，是一項行之有效的措施和途徑。
2.3 保證變壓器的經濟運行
在傳輸電量相同的條件下，選擇不同的變壓器運行方式，會對變壓器的能量損耗有所影響，進而可能會導致其對電能的浪費，達不到節省能量、降低損耗的目的。對于變壓器的經濟運行，只需要科學管理供電和用電工作，就能夠達到節省用電和提高功率的目的，而不需要增加對其的資金投入。變壓器的質量，也就是運行參數，和變壓器的容量、電壓器等級、鐵芯材料質量等反面有著密切的聯系，在選擇變壓器時，只需要對這些參數進行合理的選擇，就可以達到提高變壓器的節能降耗的目的。
2.4 對變壓器設備的更新
變壓器的設備性能將對電流流入后的電能利用產生很大程度的影響，老式的變壓器在使用時會產生大量的熱，散失于設備之外，造成嚴重的能量損耗。新型的變壓器對這種現象有較好的改善，能夠有效減少電流流經變壓器時造成的能量損耗，明顯能夠降低該過程中的能量利用，節省能量。因此，在對變壓器進行購買時，需要選用新型的節能變壓器，有效降低能量損耗。
3 總結
總之，電力能源是我國在新時期發展過程中各項事業順利發展的有力保障，如果電力系統出現了問題，整個國家的運轉將處于癱瘓之中，人們的生活將停滯不前。因此，在電力輸配電線路中注重對節能降耗的實施是非常有必要的。在具體的實施過程中，需要根據實際情況，采取科學合理的措施，真正做到節省能量和降低能量損耗的目的。
參考文獻：
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關鍵詞：標準化；應急處理；流程圖；作業卡；應急預案
中圖分類號:TM247文獻標識碼：A
截至目前，河北南網投入運行的500kV超高壓輸電線路共計三千多公里，隨著運維輸電線路長度的不斷增長以及外部環境的不斷惡化，線路的安全運行保障的難度也在不斷的增長，輸電線路經常發生異物跳閘、導地線斷股、外力破壞、基礎沖刷等應急事件，線路在發生嚴重、危急缺陷時，怎樣快速有效的進行應對，是關系到風險能否得到有效控制，電能能否快速回復正常運行的關鍵，所以班組級應急預案是各級應急預案的關鍵。
1班組應急預案起源
應急預案是針對可能發生的事故，為迅速、有序地開展應急行動而預先制定的行動方案。應急過程主要是應急預防和準備、應急響應、應急救援、應急恢復及改進等工作，對于生產一線人員，班組的應急預案重點應是熟練掌握本崗位應對突發事件的應急處置程序，增強防范意識，提高應急處置和自救互救能力。急預案內容要簡單、好操作, 不要講為什么這么做，直接說怎么做,預案一定要制定流程，響應步驟要清晰，預案的重點是響應和救援的實際操作步驟，簡而言之，班組應急預案應具備可執行性、可操作性強的特點。
2班組應急預案創建過程
根據運行經驗,以風險管理為基礎，班組對易發生或可能預見到的、損失嚴重、影響惡劣的典型突發事件，展開事故預想,進行應急事故演習，總結工作流程、編制標準化應急作業指導書，最后應用到實際應急工作中，通過不斷的修訂和完善，制定本班組范圍內的應急預案，建立了預案清單并對應急預案進行培訓和演練，每次培訓和演練都詳細記錄，對預案可操作性和完善程度有評價及相應的改進措施和跟蹤記錄。我們對輸電線路15項運維過程中最易發生的緊急情況，制定了相應的《標準化應急處理流程圖、程序卡》。（見表1）
表1 班組標準化應急處理流程圖、程序卡
3班組《標準化應急處理流程圖、作業卡》的優點
3.1流程化指導，使應急處理過程更明晰
應急預案的成功的關鍵是實用性和可操作性要強。它是一系列行為流程的描述。而文字對行為和動作的描述并不是強項，這一點我們在計算機軟件說明等學習中都有所體會，如果沒有圖示，一個簡單的行為都要很長一段文字才能說明。最初的班組應急預案也是以文字敘述的形式編制的，沒有針對具體的應急處理作業進行編制，在現場可操作性差，不能有效的指導現場的應急搶修作業?！稑藴驶瘧碧幚砹鞒虉D、作業卡》采用圖、表形式，正是及于這種考慮一個改進，形式一目了然、填寫簡單。恰恰滿足了現場的需要，規范了班組應急處理的執行。便于應急處理工作有序進行，避免發生遺漏，為應急處理作業提供了依據，為應急處理贏得了時間（見圖1）。
圖1標準化應急處理流程圖
3.2標準化作業，使應急處理過程更安全
標準化作業指導書是針對常規作業的一種現場指導措施，它的重點是作業步驟和安全控制。而突發事件是非常規事件，應急處理強調的是緊急和快速，如何在第一時間對危急缺陷及重大隱患進行處理，規范優化流程、做好預案是一個非常有效的辦法。結合輸電專業以及近15年運維經驗我們把典型應急事件進行總結，細化步驟，詳細分工，把“標準化作業指導書”引進應急搶險作業中，標準化應急處理作業卡分為：接到通知、通知人員、備品備件、工器具、材料、車輛準備、辦理開工手續、開工前準備、處理步驟、工作終結10個方面的內容，程序清晰，每項應急作業都有全面的危險點和安全措施，便于班組安全進行應急響應及救援工作（見圖2）。
圖2標準化應急處理作業卡
3.3系統化選擇，使應急處理過程更科學
在15個典型《標準化應急處理流程圖、作業卡》中對每個應急項目的10個流程內容都進行系統、全面的總結并細化，要求所有可能使用的備品備件、材料都要列出；所有常規作業方法均分別進行分解細化；所有作業中的危險點都要對應全面的安全措施。應急處理中工作負責人針對應急事件實際情況依照中心公司明確的處理方法有選擇的進行：通知應急人員的人數？備品備件、工器具、材料型號及數量？所需車型和數量？辦理哪種工作票或應急搶修單？到達現場勘察后有選擇進行開工前準備，確定個是停電還是帶電作業，帶電時選擇是采取等電位、地電位、中間電位中的那種帶電方式？然后按選定方式的處理步驟進行操作直至工作終結，每個環節都有相應處理方法的可選擇項目。把應急處理的各種方式進行系統的總結和提煉，有選擇、靈活的指導應急搶修工作。
3.4實效化培訓，使應急處理過程更合理
應急演練是實際檢驗應急預案的可操作性的最好辦法，沒有經過演練的應急預案是沒有用的。演練的目的是提高各級管理人員的應急指揮能力；提高各級生產一線人員的應急處置能力。班組的應急預案更應注重實效，聯系生產實際、檢驗應急能力，提高職工風險意識和電力設施保護意識。
4應急處理流程步驟
4.1當接到線路懸掛異物的通知時，如果是班員在巡線過程中發現線路異物，在第一時間通知班組負責人，并重點扼要的描述情況。班組負責人迅速則將情況通報中心，提出處理意見，等待中心的批準。如果班組負責人因為某種原因不能直接參與到應急預案的處理過程中，則由本人協調中心，最終指定一名班組負責人代為處理。
4.2如果是群眾在線路旁發現有異物懸掛，那么將會按照裝在鐵塔上的警告牌上所流電話通知檢修公司，并進一步通知中心。
4.3中心在接到班組負責人或者超高壓調度的情況通知后，是否啟動線路預案根據異物的種類和長度，須由有經驗的人員判斷。如需啟動應急預案，應急領導工作組立刻批準。并將必要情況下達到班組負責人手中。并準備協助做好辦理工作票的各種手續。
4.4當班組負責人接到應急預案啟動的命令后，根據已經收到的訊息，立刻通知班組人員車輛迅速集合，通知倉庫管理員準備領取工具，同時辦理帶電作業工作票。
4.5如果情況有變化，或者班組人員不能全部到達現場時，班組負責人報告中心，并迅速協調處理，保證人員車輛完備。
4.6中心緊急調撥人員，臨時由應急領導小統一指揮。
4.7人員集合完畢，按照工具及材料清單領取所需物品。如果應急領導小組有指示，也可由其他人代領工具以縮短準備時間。
4.8到達現場，按照工作票所列步驟進行帶電作業。
4.9完成，檢查，向調度交令，向中心匯報。應急預案終結。
【關鍵詞】超導；熱膨脹；電子軌道；能量損失
1.背景介紹
超導現象的發現是二十世紀科學界的最偉大的發現之一。當材料的溫度降到臨界溫度Tc以下時，它的電阻會變為零。零電阻現象的產生具有很大的實用意義，當材料達到超導態之后，它所傳導的電流的能量損失變為零，如果遠距離輸電采用超導材料作為導線的話，可以采用較低的輸電電壓以避免高壓輸電所帶來的安全隱患[1]。
目前超導材料的轉變溫度已經從金屬汞的4.2K提高到了釔鋇銅氧超導材料的液氮溫度附近，但是對于實際應用來說，這個溫度還是很低。對于超導現象的機理來說，目前被認可最多的是1957年由Bardeen，Cooper和Schrieffrer等提出的BCS理論[2]，該理論在一定程度上揭示了超導現象的產生機理，但是該理論也有較大的局限性，目前尚有許多關于超導材料的問題不能利用BCS理論來解釋。
2.理論分析
與溫度相關的材料的物理參數除了電阻之外，熱膨脹系數也是一個常見的參數，當溫度升高時，材料晶格內的點陣振動幅度增大，材料的體積增大。同時，由于點陣振動幅度的增大，載流子在電場的驅動下的運動受到更大程度的影響，所以材料的電阻增大。
按照以上理論推斷，當溫度達到0K時，晶格中點陣的振動完全停止，此時晶格振動對載流子傳遞的影響減弱為零，此時電阻的大小變為零。但是這與超導材料臨界溫度存在的現象并不一致，因為按照晶格振動影響載流子傳遞所產生電阻的理論，電阻應該會隨著溫度的下降而下降，直到溫度降為0K時才降為0。但是材料的超導態是在溫度降到低于臨界溫度之后突然達到的，所以說，材料超導的臨界溫度的達到并不能完全利用晶格振動對材料中電子傳播的阻礙作用來解釋。
3.結果與討論
對于普通的金屬材料來說，它內部的載流子是金屬電子層外部自由電子所形成的電子氣。相對來說，金屬原子的最外層電子受到原子核的束縛最小，在電場存在的條件下容易被電場驅動。大量的外層電子在電場的驅動作用下附加了一個平行于電場的漂移運動，這樣體現在宏觀上是金屬外層自由電子所形成的電子氣整體上附加了一個漂移運動，這樣電流產生[3]。我們對金屬外層的單個自由電子進行分析可以發現，當電子在電場的作用下進行漂移運動時，總會出現電子在不同金屬原子之間的傳遞。金屬原子的最外層電子是金屬核外電子中具有最高能量的，當單個電子在徹底離開一個金屬原子核的束縛進入另外一個金屬原子核的束縛范圍內，需要吸收能量來脫離上一個金屬原子，這些能量來源于電場能[4]。當這個電子進入到下一個金屬原子核的束縛范圍之內后，落入下一個金屬原子的最外層電子軌道。此時這個電子所吸收的多余能量會釋放出去，釋放的能量會變為熱能傳遞給晶格。這樣消耗電場能轉變為熱能的過程是電阻的產生機理。如果按照晶格振動干擾電子傳播的的理論，隨著溫度的升高，晶格之中點陣之間的距離減小，在電場的作用下，外層自由電子與晶格之中的點陣碰撞的幾率會大大的減小，溫度升高，電阻應該下降，但是這與實際情況相反。如果按照金屬外層電子脫離外層軌道在原子間遷移的理論來解釋溫度與電阻的關系可以避免這一理論與事實不符的現象。
當溫度足夠低時，相鄰的兩個金屬原子之間的距離減小，兩個金屬原子之間的外層軌道可能會無限接近以致重疊，此時在電場的作用下，最外層電子在兩個金屬原子之間遷移不存在電子吸收能量再釋放能量的過程，沒有能量損失，體現在宏觀上是電阻為零。
一般來說，化合物比單質金屬具有更高的臨界溫度，而對于具有較高的臨界溫度的高溫超導體來說，它們一般是具有類似鈣鈦礦的化合物結構[5]。相對于金屬離子來說，氧離子要小很多，并且在高溫超導材料中，至少含有兩種金屬元素，這些金屬元素可能存在于正八面體晶格的頂點或者正八面體晶格的中心，而氧離子處于晶面上[6]。這樣的話，各原子的外層軌道得失電子的情況比較復雜，最外層電子的分布排列已經完全變化。氧離子的存在，填充了金屬離子之間的間隙，這樣的話，各離子最外層電子之間的能量差距變小，電子從一個金屬原子到另外一個金屬原子所需要的能量會減小。這樣體現在宏觀上，體系電阻變小。當溫度足夠低，各離子的最外層軌道相重合的時候，電子在離子之間遷移消耗的能量減為零，此時體現在宏觀上電阻為零。
總結上文所述的理論，超導現象產生的原因是隨著溫度的下降，晶格的振動頻率與幅度減小，同時金屬原子之間的距離變小，原子的最外層參與導電的電子之間的最外層軌道重合，這樣電子在兩個原子之間遷移的能量損失為零。如圖1所示，在臨界溫度以上時，在電場的作用下，A原子的最外層電子a從A原子遷移向B原子，電子a首先吸收電場能脫離原子A的束縛，而當電子a到達原子B時，由于電子a所具有的能量要大于B原子的最外層電子所具有的能量，電子a進入原子B的束縛范圍，首先要釋放出多余的能量，這些多余的能量會以熱能的形式傳遞給點陣，這就是電阻的的產生。當溫度下降到臨界溫度以下后，兩個相鄰的原子之間的距離下降，原子的最外層電子之間的間隙變為零，此時在電場的作用下，電子在兩個原子之間的遷移不存在能量的吸收與釋放，此時電場能的損失為零，體現在宏觀上為零電阻態。
按照以上的理論，導體內的相鄰的原子參與導電的外層電子之間的距離越小，則該導體的電阻越小。這一理論可以利用某些元素的在常壓下難以獲得超導態，而在高壓的狀態下可以獲得超導態來解釋[7]。當施加在材料上的壓力足夠大，相鄰的原子之間的距離被壓縮，這樣的話，某些即使降低到很低的溫度下依然不能得到超導態的材料才能夠轉變為超導態。
一般來說單質導體的臨界轉換溫度不會太高，具有較高臨界溫度的超導體一定是化合物。這些化合物需要有如下的性質，在一定的溫度下，參與導電的兩個原子的最外層導電電子的軌道應該是重合的。已知氫負離子由于其核外電子數是核電荷數的兩倍，具有比較大的半徑[8]，如果有合適的化合物中具有氫正離子，氫離子可能成為兩個相鄰的參與導電的原子的外層電子之間的“橋梁”，使得兩個相鄰的外層電子軌道之間沒有間隙，電子能夠在不消耗能量的條件下從一個原子遷移向另外一個原子，這樣就能夠得到較高的臨界溫度。
超導材料的應用在集成電路方面的應用潛力是巨大的。隨著集成電路產業的不斷發展，單一的微電子器件的線寬已經變得越來越小。目前集成電路器件之間的互聯一般采用金屬鋁或者金屬銅，由于器件做的越來越小，單位面積內的器件密度也變得越來越大，金屬互聯的密度也變得越來越大，這樣密集的金屬互聯具有極大的電阻，會產生大量的熱量，限制器件的工作頻率。如果采用超導材料的話，它的工作性能將大大的提高，線寬可以進一步的減小?！?/p>
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[關鍵詞]應用技術教育 電路 教學方法
《電路》課程是研究電路及磁路現象的基本規律及分析方法的一門技術基礎課，是電氣設備施工與維護專業的重要基礎理論課。但該課程概念多，理論性強，與數學課程聯系緊密，題型靈活多變。而應用技術本科學生來自中專、技校、職高，學生難以駕馭。因此，如何激發學生的學習熱情，提高教學質量，為后續專業課程打好基礎，一直是應用技術本科《電路》課程教師關注、探索的問題。本人結合多年來的教學經驗，在此談談幾點看法。
一、明確學習《電路》課程的目標及重要性
電路的能源提供者―電能，在工農業生產、國防、科技及日常生活中得到了廣泛的應用。我們應用技術本科教育是培養具有職業定向性的技術型、技能型、應用型、復合型人才的高等教育，面向地方，為地方服務?！峨娐贰氛n程是 一門基礎學科，其內容必須與后續專業課相結合，其基礎理論，以必要夠用為度。減少數理論證，以掌握概念，突出應用，培養學生技能為教學重點，為后續課程打下良好基礎。
二、以人為本，因材施教
《電路》作為一門機電類專業基礎課，其中涉及大量電路分析、計算，而其中的計算涉及到數學知識、如三角函數、復數、拉普拉氏變換等。如果學生基礎知識掌握不牢固，將直接影響到《電路》的正弦交流電、三相電路及復頻域分析章節的學習。只有掌握學生的基礎情況，才知哪部分內容是學生的薄弱環節，才能有的放矢地教學，提高教學質量。
三、重視學生學習方法的培養，提高教學質量
學生步入大學，首先學習的專業基礎課是《電路》課程，學生學習的思路、領悟性較弱，且《電路》這門課程概念多，定律多，相互間容易混淆。因此，在教學中不僅要講究教法，而且要給學生學習方法，想方設法讓學生牢固掌握所教內容。我在教學中反復強調概念，定律的內容，重視一題多解法。在復雜直流電路章節中，一題有多種解題方法；如電源等效互換，支路電流法，疊加定理，戴維南定理等。由于各種方法各有特點，掌握每種方法的特點。利用一題多解復習，能鞏固學生所學的概念，也調動了學生學習的積極性。各種方法最后得到同一個答案，可以讓學生體會多種方法的特點，以便在計算時選用合適的解法，節省計算時間。同時也利于培養學生的科學探索精神。再有：每章學完后，讓學生學會歸納、總結、抓住每章的重點、難點所在，歸納總結后，學生思路自然清晰，也容易記憶。如在正弦交流電一章，學完單一元件的正弦交流電后，研究由基本元件組成的串、并聯電路的電壓、電流的計算，電壓與電流相位關系、功率關系、解析式、相量圖，尤其是由電壓電流三角形可推出阻抗三角形，功率三角形。這樣學生本章的基本思路清晰了，內容也掌握了，學生的解題思路自然清晰。學生學習電路課程的視野開闊，積極性提高了，教學質量自然提高。
四、教師采用啟發式教學，調動學生學習積極性
教師重視學生課堂教學信息反饋，給學生學習信心和勇氣。學生學完一節課后，教師應根據課堂學生反映，把握教學效果，以便及時鞏固，同時每堂課留出幾分鐘時間出一道本堂教學基礎題，驗證一下學生的學習效果，然后有的放矢地糾正，以免學生學的吃力，甚至有的學生失去了學習的信心。教師要時刻鼓勵學生，尤其是后進生，爭取讓每一個學生不掉隊、不落伍。
五、利用多媒體技術，改變教學手段
多年的教學研究，我對教材深入分析和挖掘，圍繞每章的重點內容制作本課程的多媒體課件。多媒體的使用，一方面，既保證了課堂的多樣劃，又吸引了學生學習的積極性，使課堂知識得以及時傳播，拓展學生的知識面。同時，由于課堂環境的改善，教師可以從傳統的書寫和繪制圖形的時間中解放出來，從容展開對問題的深入講解，使課程的教學效率和質量得以提高；另一方面，可以聯系工程實際，采用實物錄像或制作易理解的電路，從而促進學生對本課程學習的積極性。提高課堂效率，實現教學目標。
六、理論聯系實際為目的，努力提高學生的應用能力
實踐教學是應用型人才培養的重要環節，對學生分析問題和解決問題能力的培養具有其它教學環節所無法替代的重要作用。培養學生理論聯系實際的良好習慣，教師在講授中應不失時機地結合實例進行講解，增強學生的直觀印象。如日光燈中鎮流器的自感現象，電磁爐中利用渦流原理加熱燒水、炒菜等。這樣講授可以使學生學以至用，學生積極探索，較好地發揮學生的主觀能動性和學習積極性。
七、強化學生實驗教學環節，鞏固所學的理論知識
應用型人才教育是為地方服務，培養生產、建設、管理和服務第一線高級技術應用性專門人才，應用型人才教育培養目的，決定了學生實驗環節的重要性。通過實驗學生不僅掌握了各種電工儀表的正確使用，更重要的是使理論知識得到了驗證與鞏固。通過動手連線、數據的測得，將原來理解問題的漏洞排查出來，通過實驗過程加以解決。鞏固所學的理論知識。如戴維南定理，學生學習起來普遍認為較抽象，難以掌握，但學生通過實驗的方法測開路電壓、等效電阻。學生用測得的開路電壓、等效電阻再組合成新電路，測得電流值與原電路電流值相等。從而定理得以驗證。學生通過實驗的過程，理論知識得到進一步的鞏固、加深。
八、例題精講，多做練習，讓學生多實踐
教師根據課堂內容的要求，適時安排習題課，這是《電路》課程必不可少的教學環節。教師在組織習題課的教學中要精選例題，可以按照例題的難度，結構特征，思維方法等各個角度進行全面剖析，不片面追求例題的數量，而重視例題的質量。教師在課堂上應騰出時間，讓學生進行課堂練習，思考問題，或解答學生的提問。課外應適當布置作業，讓學生進一步鞏固所學知識。對學生提出的疑點問題，應進行有針對性的引導，啟發學生自己解決問題，達到舉一反三的效果。
總之，教師對教學方法的探索是教師在教學中應長期堅持的一項工作，經過多年的思考與經驗積累。我認為教師應根據學生不同的情況，采用適宜、科學的教學方法，《電路》課程教學才具有鮮明的特色，學生發自內心地愿意學習《電路》課程，教師才能全面推動教學的展開，提高教學質量。真正實現以人為本的教學目標。
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論文摘要：電子線路CAD技術在高職的電子信息工程技術專業中是非常重要的一門課程，在電子設計以及畢業設計中都講用到該技術。電子線路CAD技術主要是用來繪制電路圖，并在計算機上利用該繪圖軟件對電路進行排列，從而讓設計出的電路更加的美觀。本文主要是針對電子線路CAD技術在高職電子設計中的應用進行研究。
對于高職學生而言，要學習的不僅僅是專業知識，動手能力是在學好專業知識的基礎上更高的一個層次，也是他們必須擁有的一種能力。在高職院校中，電子信息工程技術專業的學生經常會遇到電子設計等問題，因此，在進行電子設計的時候需要用到的很多專業知識他們是必須掌握的。而電子線路CAD技術在電路板的制作方面的應用就必不可少了。下面我們將對電子線路CAD技術在電子設計中的應用進行研究與探索，說明電子線路CAD技術與電子設計的關系以及在電子設計中發揮的作用。
1、電子線路CAD技術與電子設計的關系
隨著電子技術的廣泛發展以及新型元器件和集成電路的廣泛應用，電路在設計方面也越來越復雜與集成化，因此，對電路的要求也越來越精密。而為了達到電路在復雜與集成化方面的要求，在制作電路的時候單靠手工的操作已經不能完成設計的目的了。所以，就產生了現在我們所用到的電子線路CAD技術。我們在電子設計過程中利用它就能達到電路所要求的精密度。
2、電子線路CAD技術在電子設計中的應用
電子線路CAD技術是使用當前被廣泛應用的計算機輔助繪圖和設計軟件，然后結合學過的專業知識進行設計，以加快設計進程、縮短設計周期、提高設計質量等。電子線路CAD技術在電子設計中的應用主要是一下幾個方面：
2.1 繪制電路圖
在進行電子設計的過程中，要實現電路的功能最重要的就是編程，但是只有編程并不能完善整個設計，還需要有一個完善的電路來承載這個程序，讓它實現它本該實現的功能。在電子設計中，我們一般運用的軟件是PROTEL，繪制電路原理圖的時候就會用到PROTEL的原理圖輸入功能。該繪圖軟件在電路原理圖輸入方面有著非常豐富的電子器件庫，能夠為我們電子設計的繪圖提供所需的各種電子器件。利用該軟件進行電子設計確保了電路原理圖的精密度，并且繪制過程也更為方便。比如：我們在畫好一個元器件后，覺得它應該放在其他的位置，則只要將它拖動到我們想要放置的位置即可。
2.2 計算機仿真
電子線路CAD技術在電子設計的應用過程中還具備運用其仿真的功能，檢查電路的功能是否達到了我們所預期的功能，并且能夠對一些數據進行仿真，可進一步對電路進行分析。對于PROTEL軟件而言，在它的MULTISIM中有很多種仿真功能，這些仿真功能可以進行直流工作電的分析、瞬態分析、溫度掃描分析、參數掃描分析、靈敏度分析、零極點分析、傅里葉變換分析、噪聲和失真度分析、最壞情況分析以及蒙特卡羅分析等。在進行仿真的時候，我們首先要進行一個功能仿真，大致了解一下該電路的功能是否達到了預期的功能，然后進行數據仿真，對該電路進行具體的分析，并改正錯誤的地方。在進行仿真過后，分析結果一般都是以數值或波形的方式顯示出來。
2.3 PCB板的設計
PCB板是PROTEL軟件將電路原理圖進行布線后的一種電路板。在進行PCB板的設計之前，首先要將電路原理圖導入，而導入的電路原理圖必須是通過仿真的，而且電路原理圖中各元器件的電器特性必須與PCB板相同元器件的電器特性相同。最后，設計者就可以利用PCB板自動布線以及手動布線的功能對其進行布線。采用該軟件對電路圖進行布線，設計者可以先采用自動布線功能對電路進行大致的布線，然后用手動布線功能對其進行美化。這樣的過程能夠讓電路的布線更加美觀。
2.4 三維視圖
在將PCB板設計好之后，在這樣的繪圖軟件上都有三維視圖的菜單，只要點擊三維視圖的菜單就可以觀看設計電路板的三維視圖。
3、讓學生更好地掌握電子線路CAD技術
如上所述，掌握了電子線路CAD技術對于學生而言，可以更好地進行電子線路方面的設計工作。但在學習這一項技術的過程中，我們往往會發現學生心有余而力不足。部分教材多以PROTEL軟件為藍本，介紹軟件的功能、菜單等，輔以一些應用的例子。學生學習后多呈現一種臨時性的記憶，即在課程中會用，考核結束后在不長的時間后就不再掌握的現象。
解決這一問題的方法以，通過實踐我們認為采用類似德國職業教育所推行的以行動為導向的項目教學法為好。其基本的思路是：
(1)先整體后具體：在學習CAD技術時，先期進行總體介紹，讓學生有全局的認識，打消畏難的情緒；而后開始進入各項目的的學習實踐。
(2)先低頻后高頻：總體而言學生進入學習后應從簡而繁，低頻的一些電子產品其電路較之高頻的簡單，學習應從其中入手。
(3)先規范后異型：突出異型電路板的設計制做，其目的是讓學生今后在實際工作中具有變通的能力，在CAD技術中也手工調整電路布局的精華所在。
(4)先單層后多層，先分立后貼片。此處不再綴言。
最后一點是，對于各個CAD制作的電路，不應僅停留于電腦的設計，在教學的過程中應讓學生的設計成為成品。這樣可使學習更為直觀，并更有成就感，隨之的效果是學生對學習到的技術彌久常新。當然，這種做法也會使教學的成本大幅上揚，但從人才培養的角度看，這樣的投入是值得的。
4、結語
在電子設計中運用電子線路CAD技術，不僅解決了電子設計中電路原理圖繪制以及功能分析和布線方面的苦難。同時，讓學生通過在自主地進行一些電子設計，并在的過程中運用該技術，適于鍛煉他們使用電子線路CAD技術的實際能力并有助于其真正了解和掌握這一技術。
參考文獻
[1]朱潔.電子線路CAD技術在高職電子信息工程專業畢業設計中的應用[J].中國現代教育裝備，2010，(15):55～57.
9月27-28日,由中國電子學會和中國通信學會通信專用集成電路委員會主辦的"第八屆中國通信集成電路技術與應用研討會(簡稱CCIC 2010)"在武漢勝利召開,CCIC為通信集成電路領域最頂級的技術盛會,曾先后在昆明、杭州、大連、成都、西安、蘇州、上海成功舉辦過七屆,本屆會議結合通信技術的發展,圍繞集成電路技術、市場、熱點應用,重點探討集成電路在通信領域的創新應用,包括LTE芯片技術、下一代移動通信與移動互聯網、光通信、CMMB、RFID、移動多媒體、射頻集成電路技術等。
隨著第三代移動通信(3G)全面部署和服務普及,三網融合的不斷推進以及物聯網概念的興起,中國通信市場正面臨著新一輪的發展契機。2010年,移動通信將在經濟與社會發展過程中發揮更重要的作用,寬帶化、智能化、個性化、媒體化、多功能化和環?；瘜⒊蔀橐苿影l展的新趨勢;三網融合的穩步推進將極大的促進光通信產業的發展;物聯網技術的廣泛應用將帶動智能傳感器、計算機、通信網絡、集成電路和軟件等多個產業的發展,并有望成為一個新的萬億元規模的超級通信產業。這將給中國的集成電路產業帶來了新的廣闊發展空間。
為期兩天的技術論壇讓與會者受益匪淺。會議得到了武漢東湖新技術開發區管委會和烽火通信的大力支持,來自全國的通信企業、集成電路企業以及行業有關專家、學者近300參加了會議。
泰景科技向在外務工人員
捐贈電視手機
9月27日,致力于讓電視移動起來的泰景信息科技有限公司出席在武漢召開的“2010年中國通信集成電路技術與應用研討會”,并于當天的招待晚宴上向武漢東湖國家高新技術開發區工會捐贈了100臺帶有免費電視功能的手機。中國通信學會通信專用集成電路委員會副主任委員趙綸、肖定中、武漢東湖國家高新技術開發區工會主席李復鳴和泰景信息科技有限公司執行總裁云維杰先生出席了捐贈儀式。用戶可以利用這個手機的電視功能免費收看廣播式的電視節目,即時了解他所工作生活的城市,也能更多的看到家鄉的信息。
對在外務工人員的人文關懷已經成為了一個社會熱點,相關企業和政府機構也逐步認識到新一代的務工人員相比于他們的父輩,從文化層面和經濟層面,乃至整個心理層面都發生了翻天覆地的變化,這一變化直接導致他們與傳統的管理方式激烈碰撞以及引發的一系列悲喜劇。
泰景科技借用自身的研究成果,利用手機接收傳統的模擬電視,讓用戶隨時隨地都可以免費收看實時的電視節目,而不產生額外的費用。這對于收入不高的務工人員將是一個理想的工具,可以拉近他們與這座他們為之辛勞的城市的距離,同樣也更貼近自己日夜牽掛的家鄉。泰景科技希望能通過這種方式給出門在外的務工人員更貼心的關懷。這一想法得到了武漢東湖開發區管委會的認同,湖北是一個務工人員流入和流出都很普遍的省份,免費移動電視可以成為在外務工人員的一個心理慰藉。正是中國通信集成電路協會和了武漢東湖開發區工會的大力支持促成了此次捐贈。相信這一小小的功能將會為外出務工人員的業余生活增添色彩,也為他們帶去社會和政府的關愛。
東芝推出全球讀寫速度最快的
SDHC UHS-I存儲卡
東芝日前宣布推出符合SD存儲卡標準Ver. 3.0(SD 3.0)――UHS 104、實現全球最快的讀取寫入速度的 8GB、16GB和32GB容量SDHC UHS-I 存儲卡系列。此外,東芝還推出了世界上首款microSDHC UHS-I存儲卡,容量為 4GB、8GB 和16GB,拓展了其在存儲卡解決方案領域的行業領先地位。
今年11月,東芝將開始新型SDHC UHS-I存儲卡的量產以及新型microSDHC UHS-I存儲卡樣品的交付。
新型SDHC UHS-I存儲卡是全世界首款完全符合SD 3.0――UHS104標準的存儲卡,其將NAND閃存卡超快的讀取和寫入速度提升到了一個新臺階:最大讀取速度達每秒95MB,寫入速度達每秒80MB。
新型microSDHC UHS-I存儲卡是全世界首款符合SD 3.0--UHS50標準的microSDHC存儲卡,其讀取和寫入速度為同類產品之最:最大讀取速度達每秒40MB,寫入速度達每秒20MB。
Aptina推出8MP
完備相機解決方案CCS8140
CMOS成像技術的領先創新者Aptina宣布推出其新款功能豐富的8MP CCS8140成像解決方案。CCS8140解決方案利用公司在像素、處理和封裝方面的創新技術,將高品質MT9E013 8MP CMOS影像傳感器與Aptina MT9E311成像協處理器完美結合,同時其各方面的處理速度保持在與獨立影像處理器類似的水平。經全面調節的Aptina CCS8140整套相機解決方案可提供一流的影像品質,同時僅需極少的調節和傳感器調整即可完成最終產品設計。該解決方案不僅可以為移動手持設備OEM和相機模塊集成商縮短設計時間,提高產品性能優勢,而且還可降低開發及總體系統成本。
Intel推出多功能芯片
宣告顯示適配器可退休了
英特爾(Intel)發表首款整合繪圖與影片處理效能的處理器芯片架構,瞄準行動裝置市場,并進一步威脅超威(AMD)和英偉達(Nvidia)的繪圖芯片業務。
英特爾執行長歐德寧將近日舉行的英特爾科技論壇(IDF)上,發表這款名為“Sandy Bridge”的微處理器芯片架構。Sandy Bridge芯片設計把微處理器電路、和處理繪圖與影片效能的電路整合到同一顆芯片上,可大幅減少個人計算機(PC)所須使用的繪圖芯片(GPU)數量。
Sandy Bridge芯片架構預計下季投產,將成為英特爾整個產品線的基礎。這種芯片整合新方式象征科技業的一大轉變:未來PC可能再也不必額外安裝顯示適配器。
英特爾發言人柯納夫指出,英特爾把繪圖效能和主要處理器整合到同一顆芯片之后,將擁有成本優勢,并減少芯片耗能、提高運算效率。英特爾的最新設計顯然是著眼行動裝置市場。
歐德寧指出,由于智能手機等電子產品的成本和空間彌足珍貴,多功能芯片的地位也將水漲船高,他說:“適用于各類裝置、汽車和電視產品的單一芯片裝置,將漸成市場趨勢?！?/p>
陶氏電子材料新推出可稀釋硅溶膠
研磨液,降低制程缺陷程度
陶氏電子材料近日推出新一代KLEBOSOL II 1630研磨液,這是一種進階的可稀釋的研磨液,它綜合了硅溶膠研磨液和氣相二氧化硅研磨液的優點。KLEBOSOL 研磨液是為先進半導體制造技術而研發的,它為CMP提供了一種性能卓越,低耗材成本的產品。
KLEBOSOL II 1630研磨液中含有加長列形硅溶膠顆粒。該產品將硅溶膠的高穩定性,處理簡易特性以另一種新的形貌結合在一起,這種新的形貌可以提供與氣相二氧化硅相似的研磨功能,并且可稀釋。這使得KLEBOSOL II 1630在極具成本競爭力的同時還能保有硅溶膠研磨液的特性,這些特性包括優異的移除率穩定性,低缺陷率,高研磨能力以及嚴整的制程控制等。
ARM推出下一代芯片設計
A15 性能提高五倍
ARM負責營銷的副總裁Eric Schorn近日在一個新聞會上推出了該公司的下一個重要的芯片設計Cortex-A15 MPCore,并且許諾這種新的芯片設計將把性能提高五倍。ARM希望這種新的芯片設計將使ARM的芯片應用從智能手機擴展到高性能路由器和服務器。 Cortex-A15這個名字反應了這種處理器有多大進步。ARM目前的處理器是Cortex-A8和Cortex-A9。
Schorn說,A15芯片距離以產品的方式出貨還有很長時間。實際上,它的上一代產品A9預計在今年年底才能出貨。使用A15芯片的智能手機和其它產品將在2012年年底出貨。
A15芯片將采用32納米和28納米生產工藝生產。ARM表示,德州儀器、三星電子和意法半導體愛立信已經購買了這個新的設計的許可證。
力科重新定義示波器上的
串行數據解碼和調試新標準
力科公司了六款新的串行數據解碼器選項 - ARINC 429, USB 2.0, MIPI D-PHY (包括 CSI-2 和 DSI) 以及DigRF 3G 解碼器,除此之外,全新的PROTObus MAG(測量、分析和圖形)串行調試工具集也同時,這大大增強了力科在串行解碼市場的領導者地位。PROTObus MAG 增強了I2C, SPI, UART, RS-232, CAN, LIN, FlexRay, DigRF 3G, 和 MIL-STD-1553 解碼器的功能,包括了許多數據提取,時序和其他測量和圖形工具。比如, 通過PROTObus MAG,客戶可以進行通用電路驗證測量比如計算協議幀和一個模擬波形之間的時序。這套工具集也提供了業界獨家的特性,能從支持的串行數據消息中提取數字數據并且將數據值隨著模擬波形表示變化的趨勢以圖形的方式繪制出來。
2010年中國國際IP核
推介會上海舉行
在工業和信息化部電子信息司的指導和國家集成電路公共服務聯盟的大力支持下,由工業和信息化部軟件與集成電路促進中心(CSIP)主辦,上海集成電路技術與產業促進中心承辦的2010年中國(上海)國際IP核推介會于近日在上海集成電路技術與產業促進中心1樓多功能廳舉行。
此次推介會將深入分析和探討我國IP核市場發展現狀,并重點推介接口類IP核技術,來自各知名廠商的技術專家將與各位分享接口類IP的相關技術和應用解決方案,推動我過IP及SoC市場的健康良性發展。同時,繼2010年中國國際IP核推介會北京站對我國自主創新嵌入式CPU的推介,上海站也將對國產嵌入式CPU進行深入研究。
微捷碼層次化RTL-to-GDSII
參考流程正式面市
微捷碼(Magma)設計自動化有限公司近日宣布,一款經過驗證的支持Common Platform聯盟32/28納米低功耗工藝技術的層次化RTL-to-GDSII參考流程正式面市。這款自動全面的解決方案可為以32/28納米先進工藝節點制造的具有200萬個單元級電路及更大型的片上系統(SoC)提供可預測結果并降低其開發成本。
這款層次化參考設計的實施采用了微捷碼的全RTL-to-GDSII流程和ARM的32/28納米LP工藝庫以及標準單元、存儲器編譯器和GPIO(通用型輸入輸出)。它的成功實施證明了這款流程提供了創建多電壓域(multi-Vdd)低功耗SoC所需的所有主要功能,驗證了工具與庫的互操作性,通過加入樣本設計還促進了用戶對流程的快速采用。此樣本設計可通過微捷碼或Common Platform聯盟進行訪問。
星科金朋切入12英寸
晶圓級BGA封裝技術
全球第4大封測廠星科金朋(STATS ChipPAC)宣布12英寸嵌入式晶圓級球閘陣列(Wafer-Level Ball Grid Array;eWLB)技術具備量產能力之后在新加坡舉行了新廠落成啟用典禮。星科金朋指出,該公司為首家具備12英寸重組(reconstituted)晶圓量產能力的封測廠,單季出貨量可以達到3萬片重組晶圓,未來3年將擴大eWLB資本支出,提升產能規模,以迎合芯片小型化的需求。
星科金朋表示,該公司在eWLB技術的投資至今已逾1億美元,現已具備eWLB量產技術,累計至今的出貨量已達3,500萬顆。該公司認為,從8英寸轉進切入12英寸領域,可以使客戶降低生產成本,同時也能擴大生產經濟規模,享有比8英寸晶圓為高的生產效率。
泰克公司推出三位一體的
計時器/頻率計/分析儀
泰克公司近日宣布推出FCA3000與FCA3100系列計時器/頻率計/分析儀及MCA3000系列微波頻率計/分析儀。這些儀器能與包括示波器和任意波形/函數發生器在內的其它泰克臺式儀器無縫集成,在實現更低擁有成本的同時,提供業界領先的頻率和時間分辨率。
AppliedMicro采用Tensilica
Dataplane數據處理器
Tensilica近日宣布 ,AppliedMicro (Nasdaq:AMCC)采用了Tensilica Xtensa LX Dataplane數據處理器(DPU)進行其最新的高速通信芯片設計。
AppliedMicro高級工程經理Sean Campeau表示:“Tensilica DPU具備高帶寬以及類似于FIFO隊列的高性能接口,由此可以實現數據在處理器內外的快速傳輸,這是AppliedMicro選擇Tensilica的主要原因。這些高速接口獨立于系統總線之外,可以幫助我們在處理器上實現之前只能通過RTL(寄存器傳輸級)邏輯才能實現的性能。這大大減少了我們的設計時間并為我們提供了更具靈活性的解決方案。”
泰鼎數字電視SoC帶來高端視覺體驗
機頂盒和電視半導體解決方案供應商泰鼎微系統近日宣布推出完全集成數字電視片上系統 HiDTV Pro-SXL,通過泰鼎第二代增強超級分辨率技術突顯網絡互聯、全球范圍數字電視標準支持以及卓越圖像質量等特點。泰鼎HiDTV Pro-SXL片上系統具有成本低、功能豐富的特點,在低成本平臺上帶來通常高端電視才具有的性能,使得消費者能夠享受例如視頻點播、音頻點播、新聞和體育等領先的網絡服務。
HiDTV Pro-SXL芯片配置了泰鼎第二代增強超級分辨率(ESR)技術,能夠提供業界最佳的圖像質量,在實現卓越的降噪功能的同時保留細節。
羅姆攜手日沖開發
Intel新一代嵌入式處理器
半導體廠商羅姆株式會社與羅姆集團的日沖半導體公司共同開發完成了LSI芯片組的3個部件,它與美國Intel公司針對嵌入用途而新開發的“Intel ATOMTM處理器 E6xx系列”(開發代號“Tunnel Creek”)共同構成系統,是不可或缺的組件。羅姆集團開發的芯片組由3部分構成,分別是1. Input-Output Hub LSI (IOH) (車載信息娛樂系統專用、IP媒體電話專用的2種機型)、2. 芯片組電源管理LSI(PMIC)、3. 時鐘發生器LSI(CGIC),IOH的2種機型由日沖半導體公司開發,電源管理LSI和時鐘發生器LSI則由羅姆負責,此次開發實現了芯片組所需3種機型的體系化,同時使用這些芯片組的參考板也已完成,可向客戶供應產品。
飛思卡爾MZ系列單片機
為國網電表提供完備芯片方案
在剛剛結束的飛思卡爾技術論壇(FTF)上,飛思卡爾也展示了為中國國網新標準而特別研發的、專供中國國網應用的新一代智能微控制器(MCU)MZ系列。
飛思卡爾MZ系列是智能電表用MCU,有8位和32位兩種,分別基于S08內核和ColdFire內核。兩者均支持新國網標準有關基本計量功能增加,費控功能復雜,具備多種抄表通訊模式,以及電子線路布局布線位置相對固定等特點。
MZ系列最主要的特點是所有芯片都可以實現64引腳芯片完全兼容,工程師在更改設計時可以無需修改PCB布線,從而可以直接進行產品升級。此外,該系列產品采用的是同一套開發工具,軟件和模塊移植性強,大大減少開發時間。外置LCD驅動,可以讓客戶把LCD驅動和LCD放在一起,減少布線,提高方案抗干擾能力。
中芯國際最新技術路線圖
32 nm研發加速進行
中芯國際近日舉辦了技術研討會,恰逢其成立10周年,新領導班子的集體亮相、最新技術路線圖的、研發進展狀況等,成為了此次研討會的最大亮點?！爸行緡H對于技術的發展投入不遺余力,這也是我們能夠在中國半導體業界得以領先的最重要原因。”中芯國際COO Simon Yang博士說,“今年年底我們將結束55nm的研發,本月底40nm的研發將freeze,32nm的設備PO已發出,研發也已于今年5月啟動。”
“截至2010年8月底,中芯國際的專利共4060件。雖然與國際先進公司還有差距,但是在國內已遙遙領先。我們的45/40nm光罩完全由中芯國際自己的光罩廠制造,充分證明了中芯國際在芯片制造領域的實力?！盨imon Yang博士坦言。
“毫無疑問,Intel是芯片制造技術的領先者,最先進的技術往往由Intel。作為代工廠,中芯國際的65/60nm技術大約比其晚4年,但是從45/40nm開始,我們的研發已經加速,32nm技術只落后2年左右。預計在2013年3月,我們的32nm就將進行產品驗證。” Simon Yang博士說。
周梅生博士從工藝角度對中芯國際的技術進行了解析?！霸跂艠O部分,32nm將會采用高K金屬柵工藝,以此取代以往的Poly/SION,這是亮點,當然也是難點所在,中芯國際將會采用的是Gate Last技術;在關鍵的光刻部分,依然是采用現在主流的浸入式光刻;應變硅部分會采用SMT和SiGe。
季明華博士重點介紹了邏輯和SOC技術?！爸行緡H的45nm LL(Low Leakage)和GP(Generic with High Performance)來自IBM,在此基礎上形成了中芯國際的45nm LL和GP技術,再進一步經過縮小,即有了40nm LL和GP。40LL將在本月底freeze,隨后會經過3-6個月的認證。從技術層面看,SoC技術它以超深亞微米VDSM(Very Deep Submicron)工藝和知識產權IP為支撐,是集成電路發展的必然趨勢和主流,也是中芯國際未來的重點之一。
32nm芯片的研發費用已高達$100milion,但中芯國際32nm加速發展,22nm也已提上日程。無論是產業布局,還是技術發展進度,中芯國際都已成為中國芯片制造業的標桿。
國產自主知識產權
北斗多模導航芯片應用兩周年
近日,我國在西昌衛星發射中心用“三號甲”運載火箭,成功將第五顆北斗導航衛星送入太空預定軌道,這標志著北斗衛星導航系統組網建設又邁出重要一步。
北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。其建設目標為:建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的北斗衛星導航系統,促進衛星導航產業鏈形成,形成完善的國家衛星導航應用產業支撐、推廣和保障體系,推動衛星導航在國民經濟社會各行業的廣泛應用。
目前,北斗衛星導航系統已成功應用于測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和國家安全等諸多領域,產生了顯著的經濟效益和社會效益。特別是在四川汶川、青海玉樹抗震救災中發揮了非常重要的作用。
凌陽科技大學召開2010年“嵌入式、
3G&物聯網”前沿技術研討會
2010年10月14日～11月15日,凌陽科技大學計劃本著“為中國數碼教育盡份心力”的宗旨,將在全國10個省市召開題為“嵌入式、3G&物聯網” 前沿技術的巡回會。 會議期間,您可以領略到最新的嵌入式、3G&物聯網應用技術與方案及眾多的相關教學設備。凌陽科技大學計劃展示的豐富資料、提供的完善支持,將幫您找到減輕嵌入式教學負擔的方法;把學習和就業融為一體的服務體系,將給您提供解決電子類專業畢業生就業問題的新途徑。
安捷倫與創毅視訊合作
完成TD-LTE芯片的射頻性能測試
安捷倫科技有限公司與TD-LTE芯片制造商―創毅視訊近日宣布,雙方已合作完成TD-LTE的數據卡射頻性能的測試。本測試參考3GPP LTE規范及創毅視訊測試需求,基于安捷倫的N5182A信號發生器及N9020A信號分析儀平成。本次聯合測試遵循3GPP標準規定的第六章及第七章的芯片發射機及接收機的測試規范,這也是兩家公司一次成功的合作。
飛思卡爾與Nepes Corporation
簽署生產RCP的授權協議
飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor)近日宣布,該公司已經與Nepes Corporation簽署了一項授權協議,Nepes Corporation將以較低成本的300mm規格生產飛思卡爾的重分布芯片封裝(RCP)技術。
Nepes于今年早些時候在其位于新加坡的工廠(Nepes Pte)中安裝了300mm整套設備和制造工藝,這些設備和工藝可提供多層單芯片和多芯片系統級封裝解決方案。Nepes的這個初創技術公司正在建造中,預計將于2011年第一季度投入批量生產。
展訊通信單芯片
三卡三待手機方案SC6600L7
展訊通信有限公司日前全球首款單芯片三卡三待手機方案 SC6600L7 ,該方案可支持三張 GSM SIM 卡在一部手機上同時待機。這是展訊繼2008年推出業界首款單芯片雙卡雙待方案 SC6600L2 后的又一重要產品舉措。
展訊單芯片三卡三待方案只需通過一套基帶與射頻的硬件配合,即可支持三張 GSM SIM 卡同時待機;芯片內部集成三卡引擎處理器及控制器,采用 DSP 實現了三卡通訊協議的固件,并改善了圖形用戶界面,提供了前所未有的用戶體驗,完全符合多 SIM 卡標準。展訊 SC6600L7 三卡三待手機解決方案不僅繼承了展訊 SC6600L2 的全部性能特性,并提供全功能的第三方硬件可擴展性。
TI首款0.9V MCU推動消費類電子
與安全應用實現更低成本的創新
近日,德州儀器 (TI) 宣布推出業界首款名符其實的 0.9 伏微控制器 (MCU),該款超低功耗 MSP430TM MCU 系列的最新產品可推動單節電池供電的、更小巧、更低成本的產品創新。與現有號稱 0.9 V 技術的 MCU 不同,包括整個模擬與數字邏輯的 TI MSP430L092 MCU 本身工作電壓就為 0.9 V。
力科推進5Gbps+測試測量時代
歷時四個多月,全國10個城市。力科公司2010年高速串行數據測試技術巡回研討會勝利召開。該次研討會的主題是“攜手力科,迎接5Gbps+測試測量時代”。力科公司系統總結了當前高速串行數據的測試測量的挑戰,就這些測試測量的挑戰性問題和全國各地共1,000余位工程師進行了面對面的技術交流。
工程師們對這次研討會的評價是“精彩、實用、深入、前所未有……” 這些評價和力科公司此前公開承諾的要舉辦一次“純粹”的,“頭腦風暴式”的“技術研究性質”的研討會所預期的相一致。
安森美下一代
計算產品用平臺方案
安森美半導體(ON Semiconductor)推出一系列新產品,簡化及加速計算平臺的設計,包括應用于即將的第二代Intel Core處理器系列(代號Sandy Bridge)。這些新產品包括高能效電源管理器件,以及應用于高帶寬通信接口、降低能耗及節省電路板空間的先進集成電路(IC)。這些技術進一步擴充安森美半導體用于臺式計算機、筆記本和服務器等平臺方案的陣容,其中還包括系統輸入端器件及用于保護和熱管理的元器件。
華虹設計支持UCPS的
HDMI發送器SHC3201
上海華虹集成電路有限責任公司(簡稱華虹設計)日前宣布推出全球首款支持UCPS標準、符合HDMI 1.3標準的發送器SHC3201。 SHC3201發送器主要功能特征包括: 225 MHz HDMI v1.3支持36bits深色(Deep Color)應用; 支持UCPS1.0和HDCP1.2; 在80MHz時功耗僅100mW左右,非常適用便攜式多媒體終端; 待機功耗極低(小于30μA); 顯示數據通道(DDC)支持; 支持S/PDIF和8通道I2S音頻記錄格式并且以192kHz速率發送立體聲或7.1通道環繞聲; 100pin TQFP 或 85pin TFBGA封裝。
同時華虹設計可提供165MHz HDMI V1.2版(SHC3202)和225MHz HDMI V1.3版(SHC3203)的物理層(PHY)解決方案,這兩個解決方案包括發送器物理層半導體和配套鏈路層知識產權(IP)核。
凌力爾特推出匹配RMS的功率檢測器
凌力爾特公司 (Linear Technology CorporatiON) 推出 40MHz 至 6GHz 雙通道、匹配 RMS 功率檢測器 LTC5583 ,該器件在 2.14GHz 時提供超過 55dB 的隔離。在 RF 功率放大器 (PA) 應用中,LTC5583 為準確測量正向功率、反向功率和電壓駐波比 (VSWR) 提供了一個簡單的解決方案。該器件由一對 60dB 動態范圍的 RMS 檢測器組成,這些檢測器匹配至 1.25dB。
國半與Shoals、灝訊等
合推智能型太陽能系統接線盒
美國國家半導體公司(National Semiconductor Corporation)最近積極推廣SolarMagic電源優化器,并分別與灝訊集團、Shoals Technologies集團等合作推出智能型太陽能系統。
美國國家半導體SolarMagic芯片系列屬于智能型的電源管理電路,可以最大化提高太陽能系統中每一塊或每一組光電板的發電量。Shoals的太陽能系統配件包括接線盒、組合接線盒、“即插即用”的線束解決方案、光電板監控系統及托架排列系統。
Sagemcom高端機頂盒
采用意法半導體網絡電視SoC
機頂盒芯片供應商意法半導體與歐洲領先的機頂盒制造商Sagemcom聯合宣布,Sagemcom將采用意法半導體先進的STi7108系統級芯片設計其最新的高端機頂盒,進而提高電視服務提供商的靈活性,讓終端用戶獲得更豐富的視覺體驗。
STi7108 系統級芯片針對廣播/網絡電視雙模機頂盒,芯片上集成一個高性能主處理器、專用3D圖形控制器、一個PVR硬盤接口,以及以太網接口和USB端口,可連接個人媒體存儲或數碼相機等設備。芯片內置基于ARM的3D圖形引擎,支持最新的用戶界面和3D電子節目指南(EPG),以及先進的網絡內容和高性能游戲。
IR推出業內首款8引腳
高效諧振半橋控制IC
國際整流器公司 (International Rectifier,簡稱IR) 推出業界首款8 引腳高效諧振半橋控制IC,能夠讓液晶電視和顯示器、家庭影院系統、臺式電腦、打印機和游戲機應用的開關電源 (SMPS) 達到高效的節能效果。
IRS2795 (1,2) S諧振半橋控制IC采用8引腳 SO-8封裝,提供高度可編程和保護功能。其主要性能包括50%固定占空比和高達 500kHz的可編程開關頻率、可編程軟啟動頻率和軟啟動時間,以及適用于所有負載條件,為優化零電壓開關 (ZVS) 而設的可編程死區時間去實現高效率和低開關噪聲。
凌力爾特推出硅振蕩器LTC6992
涵蓋3.81Hz至1MHz范圍
凌力爾特公司 (Linear Technology Corporation) 推出硅振蕩器 LTC6992,該器件是 TimerBlox 硅定時器件系列的最新成員。LTC6992 針對 3.81Hz 至 1MHz 的輸出頻率提供簡單和準確的脈沖寬度調制 (PWM) 功能。該器件的頻率可用 1 至 3 個電阻器設定,具有保證低于 1.7% 的頻率誤差。此外,頻率可以通過單獨的控制電壓來動態地控制。輸出脈沖寬度 (占空比) 簡單地用一個 0V 至 1V 的模擬信號控制。LTC6992 在加電后 500us 以內提供無干擾和首周期準確的啟動。
恩智浦Plus CPU技術打造
2014俄冬奧會公交票務系統
恩智浦半導體NXP Semiconductors N.V.近日宣布,Plus CPU非接觸式微型控制器已中標俄羅斯索契市(2014年冬奧會主辦城市)陸路交通網自動售檢票(AFC)系統項目。這也是Plus CPU技術首次進入俄羅斯和獨聯體國家。恩智浦將攜手解決方案供應商/設備制造商Strikh-M公司、嵌體制造商SMARTRAC公司以及智能卡生產商Novacard,為乘客和公交運營商帶來非接觸式AFC全面優勢體驗。該項目目前正處于試驗階段。
歐勝推出全球最高電流
單片電源管理芯片WM8325
歐勝微電子股份有限公司宣布推出極富創新的WM8325電源管理子系統,該子系統是世界上最高電流的單片電源管理芯片(PMIC),它為包括智能本、平板電腦、電子書、媒體播放器以及智能手機在內的各種便攜式多媒體應用提供了一種高性價比、靈活的解決方案。 WM8325的特點是帶有4個可編程的直流-直流轉換器,其中包含一個可以提供高達2.5A的轉換器;它同時還集成了11個低壓差線性穩壓器(LDO),其中的4個用于以低噪音方式為靈敏的模擬子系統供電。
微芯推出PIC18F87J72
電能監測PIC單片機
Microchip Technology Inc.(美國微芯科技公司)宣布,推出用于單相多功能智能計量和電能監測應用的8位PIC18F87J72單片機(MCU)系列。該系列具有64或128 KB的閃存程序存儲器和4 KB RAM,以實現分時電價和復費率功能;高度集成了多種外設,包括LCD驅動器、硬件實時時鐘/日歷(RTCC)和采用電容式觸摸用戶界面的充電時間測量單元(CTMU)。
Tensilica和4M Wireless宣布合作
Tensilica和4M Wireless近日宣布了合作關系,4M Wireless已將其整套PS100 LTE協議棧移植至Tensilica ConnX Atlas LTE參考架構。4M Wireless正式加入到Tensilica Xtensions合作伙伴網絡,并已移植其PS100 LTE協議棧至同為Tensilica合作伙伴的Blue Wonder Communications的LTE系統平臺上。
思亞諾ATSC
移動數字電視芯片SMS1530
專注于移動數字電視芯片供應商――思亞諾,了一款針對美國移動數字電視市場的新產品。這款由思亞諾攜同ATSC (移動/手持)標準的主要開發者LG電子合作研發的新品被稱為SMS1530,其支持ATSC A/153移動數字電視標準。除了可以優化移動和手持設備的信號傳輸,ATSC移動數字電視還能支持廣泛的服務,如免費電視、實時互動業務、訂制電視節目、文件下載存儲并用于重播等,這一標準還能用于一些新的數據廣播業務的傳輸。
三星選擇maXTouch解決方案
助力GALAXY Tab平板電腦
愛特梅爾公司宣布三星電子選用愛特梅爾maXTouch解決方案助力其新近的GALAXY Tab 平板電腦,這是三星電子全新移動平板電腦系列的首款產品。SAMSung GALAXY Tab 使用Google Android 2.2操作系統,具有類似PC的網絡瀏覽功能、強大的多媒體功能、移動電郵、語音和視頻通話功能。此外,這款新型平板電腦還可使用Android市場的眾多應用程序。
S2C在中國Allegro DVT的
H264/AVC認證流和IP
S2C日前宣布與Allegro DVT合作,在中國銷售Allegro DVT產品。Allegro DVT是一家領先的H.264/MPEG-4 AVC/SVC/MVC解決方案供應商,包括行業標準的兼容性測試組件和H.264編碼器及解碼器VHDL 知識產權模塊。Allegro DVT產品與S2C現有的SoC原型產品和硅知識產權產品鏈互補。S2C將在不同設計階段為Allegro DVT客戶提供增值的支持和服務。
Diodes推出DIOFET器件提升負載點
轉換器的效率及可靠性
Diodes 公司推出首批采用專有DIOFET工藝開發的產品,將一個功率MOSFET與反并聯肖特基二極管集成在一個芯片上。最新的DMS3014SSS 和 DMS3015SSS 器件適用于同步降壓負載點 (PoL) 轉換器的低側MOSFET位置,有助于提升效率,同時降低大批量計算、通信及工業應用中快速開關負載點轉換器的工作溫度。
在10V 的VGS電壓下,DMS3014SSS 和 DMS3015SSS的RDS(ON)分別僅為10mΩ及8.5mΩ。這些器件能把通常情況下與低側MOSFET相關的導通損耗降至最低。
奧地利微電子推出采用I2C接口的
最小線性霍爾傳感器IC
奧地利微電子公司最近推出AS5510線性霍爾傳感器IC,具有業內尺寸最小的10位數字輸出分辨率。AS5510采用微小的1.46 × 1.1mm芯片規模封裝,包括一個I2C 2線串行接口,以便在4種不同靈敏度范圍內切換,并實現到微控制器的簡單的數據傳輸。
AS5510專為消費類應用設計,其線性磁編碼器的大小、功能和性能適用于變焦及自動對焦相機系統等空間有限的閉環位置控制系統中進行非接觸式線性位置傳感。它可以測量一個典型橫向行程0.5 - 2 mm、有1.0 mm空氣間隙的簡單2極磁鐵的絕對位置。更加強大的磁鐵可以實現更高的橫向行程和空氣間隙。
Altera通過新系統級集成工具,針對嵌入式系統配置功能啟動嵌入式計劃
為加速實現嵌入式系統中可編程邏輯與處理器的集成,Altera公司日前其嵌入式計劃。通過這一計劃,Altera為設計人員提供了基于Quartus? II開發軟件的單一FPGA設計流程――包括新的Qsys系統級集成工具、公用FPGA知識產權(IP)庫,以及新的ARM? CortexTM-A9 MPCoreTM和MIPS?技術公司MIPS32嵌入式處理器產品等。利用這一設計流程,嵌入式設計人員能夠迅速方便的面向Altera Nios? II、基于ARM和MIPS的嵌入式處理器以及最近的可配置Intel? AtomTM處理器開始設計。Qsys系統級集成工具利用了業界首創的FPGA優化芯片網絡技術來支持多種業界標準IP協議,提高了結果質量,具有很高的效能。
GLOBALFOUNDRIES與SVTC合作,
加速推動微機電系統(MEMS)晶圓量產
GLOBALFOUNDRIES日前宣布與SVTC 技術公司結成戰略聯盟,加速進行微機電系統(MEMS)的量產制造。這項合作著重于技術開發合作,將有助GLOBALFOUNDRIES達成目標,成為MEMS晶圓廠的領導者。
微機電系統(MEMS)是半導體市場成場最快的區塊之一,MEMS應用廣泛,從車用感應器、到噴墨打印機、到高端智能手機與游戲控制器都有MEMS的應用。然而MEMS的制造過去主要局限于特定的晶圓制造廠,采用“單一制程、單一產品”的方式。為了讓MEMS市場得以持續快速成長,GLOBALFOUNDRIES正采取積極策略,通過與CMOS流程類似的標準化方式,將MEMS從特定制造平臺轉移到量產平臺。
賽靈思推出ISE 12.3設計套件
進一步優化功耗
賽靈思公司最近宣布推出 ISE?12.3設計套件,這標志著這個FPGA 行業領導者針對片上系統設計的互聯功能模塊, 開始推出滿足AMBA? 4 AXI4 規范的IP核,以及用于提高生產力的 PlanAheadTM 設計和分析控制臺,同時還推出了用于降低了Spartan?-6 FPGA 設計動態功耗的智能時鐘門控技術。
賽靈思AMBA 4 AXI4 規范的部署,意味著客戶可以用統一的方法實現IP模塊互連,同時還能通過對IP 的利用和復用更全面地使用設計資源,并簡化所有 IP提供商之間的集成,進而支持即插即用的 FPGA 設計。就內核使用和集成工具而言,ISE 設計套件12.3 的推出, 增強了CORE GeneratorTM 工具,通過提供高度參數化的 IP以及賽靈思 Platform Studio 和 System Generator 工具,使設計人員能夠迅速配置系統架構、總線和外設,從而顯著加速設計進程。
ADI公司推出高集成RF
與IF可變增益放大器
ADI最近推出一系列高度集成的RF/IF可變增益放大器 (VGA) ADL5201、ADL5202、ADL5240和ADL5243。這些新產品的集成度均實現較大突破,單器件中最多可集成4個分立RF/IF模塊。無線系統制造商借助這種前所未有的集成度,能夠大幅降低器件數量和物料成本。除了卓越的集成度,新款 VGA 還具有業界領先的性能、線性度和靈活性,非常適合蜂窩基站、工業/儀器和國防設備等要求嚴苛的應用。
PMC-Sierra和Sigma Designs 聯合展示端到端 FTTx 和 HomePNA 解決方案
網絡架構半導體解決方案提供商PMC-Sierra 公司日前宣布與家庭娛樂和控制系統芯片(SoC)解決方案供應商Sigma Designs 公司聯合展示以太網無源光網絡 (EPON) 和 HomePNA 同軸電纜傳輸快速以太網 (EoC) 解決方案,該方案將為有線電視運營商提供端到端功能,實現FTTx 技術的部署。
這次聯合展覽將展示PMC-Sierra 基于 1G 或 10G EPON 技術且具有強勁性能的端到端 EPON 解決方案,結合 Sigma 公司的 CG3210M 快速 EoC? 芯片集,可以為中國有線電視的多住宅單元 (MDU) 用戶提供高品質的視頻傳輸,實現簡易配置、極高的服務質量和可靠性。
士蘭微電子推出6-36V輸入、1A大功率遲滯型LED驅動芯片SD42525
士蘭微電子近期推出了一款高性能、高可靠性、大功率的綠色照明驅動解決方案核心芯片――6~36V輸入,1A大功率遲滯型LED驅動芯片SD42525。該芯片采用了士蘭微電子“對輸出電流隨輸入電壓變化進行補償”和“輸入輸出壓差較小時用最大占空比限流”等專利技術,基于士蘭微電子專為綠色節能產品所開發的高性能BCD工藝,并在單芯片內集成了LDMOS功率開關管,內置了PWM調光模塊和多重保護功能。該芯片為降壓、恒流型LED驅動電路,具有很高的轉換效率,適合于MR16等多種LED照明領域。
Maxim推出低噪聲放大器
