时间：2022-09-14 07:47:32
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电路设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
图2所示为驱动电路设计的方案框图，电路包含光纤发送电路、驱动转接电路、驱动器三部分。实际应用中，IGBT与DSP控制板的安装位置相距较远，为了增强抗干扰能力，实现远距离传输，由DSP控制板发出的PWM波(电信号)经光纤发送电路转换为光信号再经光纤传至驱动转接电路。驱动转接电路将光信号转换为与IGBT驱动器电平匹配的电信号，送给IGBT的驱动器。驱动转接电路要靠近IGBT驱动器安装，两者通过屏蔽排线连接可以增加抗干扰性。驱动器上反馈的IGBT故障信号沿与上述PWM波传输相反的路径送给DSP控制板，DSP对其处理然后发出相应保护指令。驱动器保护电路负责检测和保护功率器件，防止意外产生，可立即关断器件。
2驱动电路设计
2．1光纤发送电路由DSP发出的PWM信号先通过RC滤波和施 密特触发器整形后送给后面的光纤发送电路，转换为光信号，如图3所示。RC低通电路的参数如图3所示，截止频率fp=1/2πR1C1=6．8MHz，可滤除PWM波的高频干扰，二极管D1、D2将电平钳位在0V或5V，反相施密特触发器74HC14输出传递延迟为几十ns。二输入与非门SN75452的目的是为增强驱动能力。光纤发送、接受器分别采用AVAGO的HFBR1521和2521，这对组合能实现5MBd的传输速率下最大20m的传输距离。
2．2驱动转接电路驱动转接电路接收光纤传递过来的PWM波信号，将光信号转换为电信号，然后分成两路送给并联的两个IGBT的驱动器。图4为驱动转接电路的部分原理图。为了防止IGBT直通［7］，要求IGBT上、下管驱动信号不能同时为高电平。驱动转接电路将输入的两路信号PWM-A，PWM-B(对应IGBT上、下管驱动信号，低电平有效)其中一路信号做“非”处理然后与另一路信号做“与非”处理，这样，当驱动转接电路输入的两路PWM信号同时为低电平时，驱动转接电路输出PWM信号为低电平(高电平有效)，IG-BT上、下管均关断而不会直通。IGBT发生故障时，如过流、短路和驱动器电源欠压等，驱动器会反馈故障信号给驱动转接电路(图4中的SO1、SO2)。在驱动转接电路中将PWM信号与IGBT故障反馈信号SO(低电平有效)做“与”处理，这样当驱动器检测到IGBT故障时，驱动转接电路会封锁PWM信号输出(输出低电平)，及时关断IGBT。同时故障信号经驱动转接电路、光纤发送电路反馈给DSP，DSP对其处理后发出相应保护指令。
2．3驱动器电路
2．3．1输入信号处理2SP0320T2A0是基于CONCEPT公司的SCALE－2芯片组的驱动器。该驱动器采用脉冲变压器隔离，通过磁隔离把信号传到高压侧。根据脉冲变压器一次侧二次侧，芯片分为原方和副方。原方芯片有两个重要的特点:①芯片带宽很高，可以响应极高频的信号;②芯片的两个脉冲信号INA、INB输入跳变电平比较低，虽具有施密特特性，可是若噪声超过这个数值，驱动器也能响应。在SCALE－2输入芯片中，一般不使用窄脉冲抑制电路。但是若驱动器前端脉冲信号进行长线传输时，鉴于上述噪声干扰，窄脉冲抑制电路非常必要，然后再经施密特触发器CD40106，可将信号跳沿变得陡峭。门电路要就近接入INA、INB脚，如图5所示。为提高抗干扰能力可以在接收端放置一数值较小的下拉电阻，为提高输入信号的信噪比则可在输入侧配置电阻分压网络提高输入侧的跳变门槛，例如本来输入电压门槛分别为2．6V和1．3V经电阻R1=3．3kΩ和R2=1kΩ提高到了11．18V和5．59V。
2．3．2报错信号的处理报错信号SO管脚直接连到ASIC中，其内部为漏极开路电路，对噪声比较敏感，且连线越长，对噪声越敏感。对SO信号的处理有以下的方法:(1)SO信号必须有明确电位，最好就近上拉;(2)SO信号经过长线传输时，可以配合门电路，提高电压信号抗干扰能力，且接收端配合阻抗合适的下拉电阻;(3)SO接10Ω小电阻，再用肖特基二极管做上下箝位保护，控制器端用电阻上拉。如图6所示对应上述的第2种，虚线表长线传输。
2．3．3IGBT短路保护当IGBT发生短路时，短路电流会在短时间内图6报错信号处理达到额定电流的5倍～6倍［8］，此时必须关断IG-BT。否则会造成IGBT不可恢复的损坏，因此为保护功率器件，需要设计保护电路。短路检测一般用电阻或者二极管，检测功率器件C、E的饱和压降，图7则为二极管检测电路，当IGBT发生短路时，集电极电位上升，二极管截止，VISO通过R向C充电至参考电位，相应的比较器输出翻转，从而检测到短路状态。式中:VGLX为驱动器的关断电压，2SP0320T－2A0关断电压为－10V，C的值推荐在100pF～1nF，R的值推荐在24kΩ～62kΩ。驱动器短路保护原理如图8所示(由电阻Rvce检测短路)。其中VISO、VE、COM是由芯片内部将副边输出25V电源处理出来的端口。VISO、VE之间15V，是稳压的，COM、VE之间－10V，是不稳的。当IGBT导通时，B点电位从－10V开始上升(内部mosfet将B点电位箝在－10V)，IGBT集电极电位开始下降至Vcesat(2V左右)，最终B点电位也达到Vcesat;当IGBT短路后，IGBT会退出饱和区，此时A点电位(集电极)会迅速上升到直流母线电压，A点通过电阻向B点充电，由二极管钳位，B点电压在15V左右。经过一段时间后(极短的时间)，B点电位上升到参考电压C点，比较器翻转，IGBT被关断。参考电压通过电阻R2来设置，VREF=150μA•R2。由于密勒电容的存在，当IGBT短路时，门极电位会被抬升，相应短路电流会增大。门极钳位电路可以将门极电位钳住，以确保短路电流不会超过规定的范围，一般有俩种方法:①G和E之间接一个双向的TVS。②门极直接接一个肖特基二极管将门极钳位在15V。IGBT发生短路时，此时关断管子di/dt会很大，电路中的杂散电感会感应出很高的尖峰电压或较大的dv/dt，关断过压值可通过Vtr=Lsdi/dt计算，Ls表杂散电感，这些都可能损坏IGBT。有源钳位电路［9］则可以钳住IGBT的集电极电位，当集电极－发射极电压超过阈值时，部分打开IGBT，从而令集射电压得到抑制。有源钳位电路一般在发生故障时才会动作，正常时不动作，因为在器件正常关断时产生电压尖峰不太高，但过载和发生短路时，此时关断管子会产生非常高的电压尖峰。最基本的有源钳位电路，只需要TVS管和普通快恢复二极管即可构成，但存在TVS管功耗大和钳位效果不好等缺点，基于SCALE－2设计的AdvancedActiveClamping电路改进了这些缺陷，钳位的准度及电路的有效性大大提高，可参考文献［10］。
3实验波形与分析
将设计出IGBT驱动电路应用在前面所述500kW光伏逆变器上。我们用示波器分别测量一路PWM信号光纤发送板的输出波形和光纤转接板的输入波形，如图9(a)所示，测量光纤转接板输出波形和IGBT驱动器输出波形，如图9(b)所示。同一桥臂上下管的驱动信号如图9(c)所示。可以看出，该驱动电路信号传输延迟小，跳沿陡峭，信号无失真，说明其抗干扰能力强。上下管的脉冲之间明显有一死区时间，可防止桥臂直通。采用了该驱动电路的500kW光伏逆变器运行状况良好。我们测量了其约80%负载时并网电流波形，如图9(d)所示，电流波形为光滑正弦波，总谐波畸变率THD＜2%。
4结论
集成电路设计实践引入研究型实践教学模式，可以使相关领域的学生真正实现学有所用，不仅学习了集成电路设计的软件知识，同时可以将课堂的理论知识通过工艺模型、电路设计、仿真方法来复现，从而更深入的理解理论知识，而且可以通过一些电路实例来解释生活中的一些现象，激发学习的兴趣。集成电路设计是实践性很强的一个方向，要求将工艺、器件、电路、版图四个方面的理论课程融会贯通，而传统的实践教学旨在加强学生对软件的认识，忽略对理论内容的加深与贯通。通过研究型实践教学模式的开展，可以在保证教学大纲不变的前提下，通过选择适用性较强的实践内容，使学生一方面能够将各门理论课的知识加深及贯通，另一方面可以使学生接触到用人单位感兴趣的课题内容，有利于学生加强实践的动力和持续进步。通过研究型实践，对学校而言，可以培养更优秀学生；对学生而言，可以掌握前沿知识、促进就业。研究型实践成果的实现为学生的晋升、发展提供支持。学生的实践研究成果如能公开发表或获奖，能解决实际工作中的问题，这无形中为学生在工作岗位上的晋升、发展增加筹码。这在最大程度上激发学生的实践兴趣，是其他任何实践模式都不可比拟的。同时，研究型实践教学鼓励学生多看文献、多写总结报告，这也为学生撰写本科毕业论文打下良好的基础。
2研究型实践教学模式的具体实施
2.1课程结构优化
指导学生接触各类资料，能够提出问题，进而解决问题以掌握知识、应用知识，完成对知识的一个探求过程；对实验内容进行适当调整和完善，使课程体系更全面更科学，更能贴近行业发展，更能体现学生的主动性。
2.2采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法
在研究型实践教学模式中，师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要，结合国内外的研究现状和发展趋势，采用与行业内吻合的实验软件，挑选合适的电路原型做仿真设计，并共同探讨电路的优化方案。
2.3专业资料查询能力培养
为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理，鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料，以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究，去伪存真，指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。
2.4指导学生撰写专题论文（报告）
在研究型实践教学过程中，指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时，要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式；要先拟订论文的写作提纲，组织好论文的结构，做到纲举目张；会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想，不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论，由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料，进行研究，完成电路设计和仿真，最后完成专题论文的撰写。
2.5鼓励学生参与课题研究
为调动学生参与科研创新活动的积极性，激发学生的创新思维，提高学生实践创新能力，鼓励学生参加老师的课题，锻炼学生的动手能力，培养“研究型”的思维模式。
3研究型实践教学模式对教师和学生的要求
3.1研究型实践教学模式对教师的要求
研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求：一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构，还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能；二是要掌握学科最新信息，不断更新知识，了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果；三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。
3.2研究型实践教学模式对学生的要求
1系统组成原理
对于正常人来说，心脏的兴奋主要是通过这样几个步骤完成的，首先是窦心房产生兴奋，然后经过一定的时间和相关的图形，将兴奋传递给心室和心房，这样就可以导致心脏兴奋，所以，按照上述过程，心脏跳动的完整周期应该是包含一定的规律的，不仅仅是在次序以及时间上有规律，而且在电传播的途径与方向上都是有规律的。对于人体而言，生物电的变化终究会使得身体的各个部分随着心跳的变化而发生很有节律的电变化，毕竟整个电变化的过程要随着心脏的跳动并通过体液反映到我们的身体上，也就是说从我们身体表面来看，只要距离不是太近，不管具体的数值有多小，任意两个存在一定距离的点之间一定是会有电位差存在，那么身体表面上不同的点其电位也是客观存在的，但是毕竟由于心脏是处于不断跳动的过程中，那么电位的分布就不可能是一成不变的，这种电位的分布要随着心脏跳动导致的电活动而不断的变化，所以电位差也不能是一个常数，必然是一种随着心脏跳动而变化的周期性变化曲线。在医学治疗的过程中，我们经常会见到将几个电极放到人身体的相应位置，通过对心脏跳动时产生的电变化进行记录，这样产生的图形就是我们非常熟悉的常规心电图（用ECG表示）。医生可以通过观察心电图从而获得患者的心脏的部分机能，对心脏有一定病变的患者来说，其心电图一定和正常人会有所不同，从这个角度来看，心电图对心脏疾病的初期诊断就有非常重要的作用，也是目前为止初步诊断心脏病的非常重要的手段，尤其是患者患有心律失常和心肌梗塞等常见心脏疾病，都可以通过心电图进行初步诊断。一个完整的心电图包含如下几个主要的特征波形：P波，P-R间期，QRS波群，S-T段，T波，Q-T间期，U波，每个波形代表了不同的意义。经过对原始的电信号进行一定的调理以后，可以设计出图2所示的原理图，从图中可知，采集到的胎儿的心电图毕竟信号非常的微弱，而且还容易收到母体的干扰，所以必须要先经过一次放大的操作，然后为了进一步减少各种噪声因素的影响，将此信号通过高通滤波器去除掉所有的低频分量和直流分量，再经过进一步的放大，此时再次放大的作用就是为了满足进行模数转换的时候对信号幅度的要求，将此信号通过低通滤波器滤除掉高频的分量，由于仪器设备使用的交流电频率一般都是50HZ，为了消除这个频率的干扰，特别的设计了两个50HZ的双T可调陷波器，为了进一步的提高数据采集的精度，又设计了右腿驱动电路，这样就可以保证利用相关的激励降低相关的交流干扰，比如说人体本身的内阻、皮肤的电阻等各种各样可能产生的干扰，对医护人员的要求也降低了许多，至少在操作上要简单了很多。
2胎儿心电信号调理电路设计
为了进一步的提高胎儿心电图仪系统数据采集的精度，又设计了右腿驱动电路，这样就可以保证利用相关的激励降低相关的交流干扰，比如说人体本身的内阻、皮肤的电阻等各种各样可能产生的干扰，对医护人员的要求也降低了许多，至少在操作上要简单了很多。
3右腿驱动电路
总体来看人体毕竟是导体，那就意味着人和电源线以及任何大地之间分别存在着两个电容CP和CB，必然会导致50HZ的工频干扰会耦合到人体当中，而且放大电路部分和大地之间当然也会存在电容CS，所以说人体内流过的偏置电流就会使得人和大地之间存在这电势Vp，心电检测时两个用来提取信号的电极和皮肤之间也存在着两个未必完全相等的电阻，用Re1和Re2表示，这两个电阻一般来看阻值可能有几十千欧姆，特殊情况下可以达到几百千欧姆，这样就会将上文所述的Vp变成了两个部分Vcm和Vim，前者表示的是人体与放大器之间的共模电压，或者表示的是放大器和大地产生的差模电压。前置放大电路U1,U2的两个输出端(TLC2652的6脚)，通过阻值相等的两个电阻R56和R57取出共模电压，送入如图3所示的右腿驱动电路,该电路由U20及C78和R59组成。检出的共模信号经过U20将其倒相，放大并反馈到人体上。这是个负反馈，促使共模电压降低。人体的位移电流不流到地，而是流到运放的输出端。采用右腿驱动电路后，可将50Hz的共模干扰电压降低到1％以下。就心电放大器来说，这样就减小了共模电压的拾取，并且有效地使病人接地。同时可有效的减少屏蔽层和信号线间分布电容的影响。为达到A/D转换器所需信号幅度，经由前置放大器放大后的信号，由后级放大电路进一步放大及滤波。
本文基于胎儿心电信号的特点，详细介绍了胎儿心电信号调理电路各部分的设计。包括由TLC2652AI构成的前置放大器、右腿驱动电路、后级放大及高通滤波等电路的设计。该心电信号调理电路的设计，实现了高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声的要求。为整个胎儿心电图仪的研制成功，提供了一个良好的前提。
作者:郭锐强单位:长春工业大学
关键词：单按键；自锁；设计；控制
常规电动机的启动、停止需要2个按钮，在多点控制中，按钮引线较多。利用一个按钮多点远程控制电动机的启停，则可简化控制线路。电动机多地控制一般用于应急停机，即出现异常情况后，如果到现场停机会造成大的事故或损失，那么采用电动机多地控制则可避免事故或损失的发生。例如：某公司的胶带运输机长500m，若不多设几个控制点，易出现事故。离厂区较远的泵也会用到多地控制。在控制线路中，所有停止按钮串接，所有启动按钮并接，如果按正常设计即设置2个按钮控制电机启停，则需要2倍的导线及按钮，而采用单按钮控制则可节省一半材料。
1单按键自锁控制电路设计理念
单按钮控制电动机启停，主要用于多点控制电动机启停或远距离控制电动机急停。设计理念为：设计一个单按钮控制电动机启停电路，解决远距离控制电机急停或多点控制问题。具体任务是：借助接触器或接触器与中间继电器结合，用一个按钮控制电动机起停；按下按钮，电动机起转，再次按下按钮，电动机停转；要求有短路保护、热保护。先设计按下按钮电机起转，同时为再次按下按钮电机停转做准备，由中间继电器或接触器控制另一路停止电路。整个控制步骤见图1。中间继电器实质上是一种电压继电器，特点是触点数目较多，电流容量可以增大，起到中间放大（触点数目和电流容量）的作用。用于转换控制信号的中间电器与接触器类似，通过线圈的通电与断电控制各触头的接通与断开，实现电气控制线路控制。中间继电器触头数量较多，各触头额定电流相同。当其他继电器触头数量或容量不够时，可借助中间继电器扩充触头数目或增大触头容量，起中间转换作用。将多个中间继电器相组合，还能构成各种逻辑运算电器或计数电器。中间继电器各部件的图形文字符号见图2。
2单按钮控制电动机启停电路原理
单按钮控制电动机的启动和停止，与2个按钮控制相比，特别是在多点控制和远距离控制时，可以大大节省引接导线。设计时，先满足按下按钮电动机启动，再次按下按钮时电机即停，这样第一次按下按钮时，可为第二次按下按钮时电动机停转做准备。设计有别于2个按钮控制电动机启停的控制电路，具体控制电路如图3所示。工作原理为：接通电源，即合上空气开关QF，按下启动按钮，SB常开闭合，常闭断开；控制电路FR常闭、SB常开闭合、KM2常闭、KM1线圈这条通道畅通，即KM1线圈得电，KM1主触头闭合，电机得电，开始工作，KM1辅助常开触点闭合，实现自锁；KM2，KM3常开控制KM2、KM3线圈均不得电；松开按钮，SB回位，常开触点、常闭触点均恢复常态，KM3常闭、KM1自锁及SB常闭、KM2常闭使得KM2线圈得电，KM2常开闭合，实现KM2线圈自锁，同时为KM3线圈得电做好准备；工作期间，KM1线圈、KM2线圈一直得电，电机正常工作。当工作结束或需要临时停机时，再次按下启动按钮，这时SB常开闭合，常闭断开，KM3线圈通过SB常开、KM2常开闭合得电，KM3常开闭合，常闭断开，使得KM1线圈断电，电机停转，而KM2线圈一直得电，直到松开按钮，整个线路全部失电，完成单按键控制电机的起停。由上述分析不难看出，此设计表面上完成单按钮控制电机启停，但实质上没有实现预先的设想。因为实际控制中用按钮联动，接线时用双线连接才能实现，不能达到通过单按键控制实现减少材料的目的。
3单按钮控控制电动机启停电路
为真正实现一对电缆完成多地控制电机启停，需进一步研究完善。改进后的电路原理如图4所示。工作原理为：合上总电源开关QF，按下按钮SB，继电器K1线圈得电，两个常开触头吸合，一个完成自锁并保证K1线圈始终得电，另一个保证控制电动机得电的接触器KM线圈得电，其主触头闭合，电动机M起动运转。KM的两个辅助常开触头闭合，一个完成自锁，松开按钮电动机持续运转；一个为继电器K2线圈得电做准备。KM的辅助触头常闭触点断开，为电动机停转做准备。在继电器K1线圈得电的同时，K1常闭触头断开。在KM线圈得电时，继电器K2线圈不能得电，这样可以保证电动机一直运转，直到需要电动机停转。当需要电动机停转时，再按下按钮SB，继电器K2线圈得电，K2常开触头闭合，完成自锁，两个常闭触头断开，控制电动机的接触器线圈失电，其主触头断开，电动机停转。
4结论
电机自动控制是电气自动化技术的基础。根据工作环境及条件调整电机控制方式，设计不同的控制电路，是电气控制技术人员必备能力之一。在职业教育教学中，通过任务驱动教学法充分发挥师生的创造力，设计既能适应多地控制又能节约材料的单按键控制电路。电路的实际接线大大简化，节省材料成本，使电路更加经济合理、安全可靠，具有很高的实用价值。与单片机和PLC相比，它还具有简单实用、成本低廉、稳定性好的优势。
作者:尚东升 单位:辽宁工程职业学院
参考文献
［1］高扬．基于三菱FX3U系列PLC的几种单按键启停控制程序设计方法［J］．科技创新与应用，2012（22）：24．
为提高系统输出信号的精度，采用低速、高精度的DAC。此类DAC多采用SPI或IIC总线与主控制器通信，占用控制器的IO口较少。时下流行的STM32系列或MSP430系列微控器的硬件资源都满足要求。为便于野外现场使用，系统采用锂电池供电，这就要求主控制器具有较低的功耗以延长电池续航时间，以极低功耗著称的430单片机成为首选。由主控制器、时钟电路、复位电路构成了主控制器的最小系统。系统硬件总体框图如图1所示。按键和气象量显示模块主要实现人机交互功能，用来调节输出信号的大小，设置气象量和电信号之间的转换关系等。根据气象传感器输出信号的范围，可设定若干档位的输出信号，以覆盖传感器的范围即可。按键接在430单片机的中断口上。显示模块的控制和数据总线由单片机的IO口来提供。DAC模块是产生电压信号的核心。主控制器将数字量送给DAC后得到模拟电压信号，为使产生的信号和传感器范围一致，DAC的输出信号需进行调理。数字系统和电源都会对模拟部分产生干扰，引起误差。采用DC－DC电源隔离、DAC总线隔离提高DAC输出信号的精度。输出电信号和气象量之间存在转换关系，转换函数存储于EEPROM芯片中。为进一步提高精度，系统也需要定期检定。采用零满刻度校准的方法，用高精度的数字万用电表测量输出信号的实际值，将实际值和理想值的差值保存于EEPROM中，系统根据差值去修正输出信号，差值和转换函数都通过串口由上位机写入存储电路中。软件补偿切实提高了系统的稳定性和精度。
2模块电路设计
2．1主控制器端口分配及人机交互模块
主控制器选择TI公司的MSP430F169，利用其丰富的中断作为按键输入，内部自带的UART模块实现串口通信，采用IO口模拟SPI总线与DAC通信，低功耗的128×64LCD用于显示输出信号大小及对应的气象量。主控制器的最小系统及端口分配如图2所示。主控制器的P1．0～P1．3接按键，采用中断方式。4个按键的功能包括：调节电信号和气象量之间的转换关系键SET、增大和减小输出信号键UP和DOWN、确认保存参数键ENTER；P3．0～P3．3端口的RS、RW等为LCD的控制总线；P5．0～P5．7为LCD的数据总线；P3．6～P3．7为单片机部自带的UART模块的收发端口，用于串口通信；P4．0～P4．2作为DAC的SPI总线；P4．3～P4．6用于存储器的总线。TDO／TDI～TCK为单片机的下载口。P6．0端口MeaV为单片机内部自带的ADC模拟输入通道，用来监测系统电源。晶振X2和电容C1、C2构成时钟电路，电阻R8和电容C3构成上电复位电路。
2．2模拟信号产生DAC模块
为产生程控的高精度电压信号，采用高精度的数模转换芯片，辅以总线隔离、电源隔离等措施提高精度。工艺上采用四层印制板电路。产生的信号为微伏级，选用16位的低功耗、单通道电压输出型DAC芯片AD5660，满量程输出电压范围可达2．5V。软件编程模拟SPI总线与主控制器通信。AD5660内部硬件结构如图3所示，主要由数字量输入寄存器、电阻串型DAC、基准源、输出缓冲放大电路组成。由图3可知，AD5660内部含有一个增益为2的放大器。设D为载入DAC寄存器的二进制编码的十进制等效值，则输出电压VOUT的大小为16位的AD5660－1内置1．25V的基准电压，输入数字量D的范围为0～65535。根据式（1），输出电压VOUT的范围为：0～2．5V。采用总线隔离和电源隔离措施，以提高输出电压的精度。iCoupler技术的四通道数字隔离器ADUM1401具有优于光耦合器的出色性能［4］，系统利用ADUM1401作为DAC模块的SPI总线数据转换器，使AD5660的总线与主控制器完全隔离。同时，采用DC－DC芯片MEB01Z－05S05D为信号产生部分提供独立电源。MEB01Z－05S05D的输出功率可达到1W，且其具有极低的纹波，Vp－p≤10mV。其电路如图4所示。
2．3信号调理电路
湿度传感器输出信号为0～1V，气压传感器设置于模拟模式时，输出电压为0～5V，而总辐射传感器的输出信号十分微弱，小于30mV。DAC输出信号需要经过调理电路，产生与传感器输出范围和分辨率一致的信号。这里以产生0～30mV的微弱电压信号为例，设计其信号调理电路如图5所示。
2．4参数存储及串口构成软件补偿电路
除采用总线隔离、电源隔离、低温度系数电阻、低失调电压运放等提高系统输出信号的精度外。设计参数存储和串口通信电路，利用软件来对信号输出进行校准，进一步提高输出信号的精度。软件补偿的思路是采用零满刻度校准法，用高精度的61／2位数字万用电表测量系统在零点和满量程时的实际输出，并记录与理想值的偏差。上位机通过串口将偏差值写入到存储器中。系统每次进行D／A转换之间先读取存储器中的偏差值，并调整单片机送给DAC的数字量，使输出信号接近理想值。偏差值存储于EEPROM中，如图6所示。同时，气象量和电信号之间的转换函数关系也存储于EEPROM中。MSP430F169内部自带了UART模块，只需在辅以常用的MAX232构成电平转换电路即可与上位机通信。
3系统软件电路设计
系统任务主要包括时钟初始化、LCD的初始化、信息显示、系统电源电量显示、软件校准、按键切换输出档位等。根据各功能模块，确定系统的软件设计流程和中断服务程序功能。主程序主要完成初始化工作；电量检测需定期进行，故在定时中断服务程序中完成；档位切换和信息显示等在外部中断服务程序中实现；校准参数和转换函数通过串口的中断服务程序由上位机写入EEPROM中。系统主程序流程如图7所示。输出信号大小的调整由按键中断服务程序实现，图8为UP键按下时的服务程序流程。
4系统测试
为提高系统精度，PCB采用4层印制板。中间2层为GND和隔离后的电源。利用高精度的61／2位数字万用电表对系统进行零满刻度校准。校准步骤如下：（1）设定输出值为0mV，利用万用电表测量此时的实际输出电压值V1；（2）将V1通过串口调试助手写入下位机，单片机根据V1计算零点偏差，并保存于EEPROM中；（3）设定输出值为30mV，利用万用电表测量此时的实际输出电压值为V2；（4）将V2通过串口调试助手写入下位机，单片机根据V1，V2，计算线性校准函数的斜率和截距，并保存于EEPROM中。系统校准后，再通过按键切换输出档位，并用万用电表测量实际输出值，测试结果如表1所示。结果表明，系统经过软件校准后，输出微弱电压信号的误差小于10μV。但通过高速的数据采集卡测量，系统瞬时值存在80μV的抖动。分析其原因是由于万用电表测量时进行了滑动平均处理，测量值为短暂时间的平均值，抖动被抵消。经过反复测试和分析得知，虽然采用4层PCB在硬件上减小了干扰，但空气中的电磁场仍然在PCB板上形成了干扰。整个PCB需要采用一定的屏蔽措施或在有良好的电磁环境下测试。
5结束语
随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、航天、医学、工业自动化、计算机应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中EDA技术的含量正以惊人的速度上升；电子类的高新技术项目的开发也逾益依赖于EDA技术的应用。即使是普通的电子产品的开发EDA技术常常使一些原来的技术瓶颈得以轻松突破从而使产品的开发周期大为收缩、性能价格比大幅提高。不言而喻EDA技术将迅速成为电子设计领域中的极其重要的组成部分。
100Hz频率计数器的主要功能是在一定时间内对频率的计算。在数字系统中，计数器可以统计输入脉冲的个数，实现计时、计数、分频、定时、产生节拍脉冲和序列脉冲。而本篇论文主要介绍了频率计数器的实现:系统以MAX+PULSLLII为开发环境，通过VHDL语言作为硬件描述语言实现对电路结构的描述。在VHDL语言中采用了一系列的语句,例如:if语句、case语句、loop语句等。这些语句对程序中的输入输出端口进行了解释,并给出实现代码和仿真波形。相关的一些关键词：100Hz；分频；计数；MAX+PULSLLII；VHDL；编译；仿真等。
前言
VHDL是超高速集成电路硬件描述语言（VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage）的缩写在美国国防部的支持下于1985年正式推出是目前标准化程度最高的硬件描述语言。IEEE（TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers）于1987年将VHDL采纳为IEEE1076标准。它经过十几年的发展、应用和完善以其强大的系统描述能力、规范的程序设计结构、灵活的语言表达风格和多层次的仿真测试手段在电子设计领域受到了普遍的认同和广泛的接受成为现代EDA领域的首选硬件描述语言。目前流行的EDA工具软件全部支持VHDL它在EDA领域的学术交流、电子设计的存档、专用集成电路（ASIC）设计等方面担任着不可缺少的角色。
数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。随着复杂可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL语言。将使整个系统大大简化。提高整体的性能和可靠性。
本文用VHDL在CPLD器件上实现一种2b数字频率计测频系统，能够用十进制数码显示被测信号的频率，不仅能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。
目录
摘要………………………………………………………………………1
前言……………………………………………………………………2
目录……………………………………………………………………3
第一章设计目的………………………………………………………5
1.1设计要求……………………………………………………5
1.2设计意义……………………………………………………5
第二章设计方案………………………………………………………6
第三章产生子模块……………………………………………………7
3.1分频模块……………………………………………………7
3.2分频模块源代码………………………………………………8
3.3仿真及波形图…………………………………………………9
第四章计数模块………………………………………………………9
4.1．计数模块分析…………………………………………………9
4.2．计数模块源代码………………………………………………10
4.3计数模块的仿真及波形图……………………………………12
第五章显示模块……………………………………………………12
5.1七段数码管的描述……………………………………………13
5.2八进制计数器count8的描述…………………………………14
5.3七段显示译码电路的描述……………………………………15
5.4计数位选择电路的描述………………………………………16
5.5总体功能描述……………………………………………18
5.6显示模块的仿真及波形图………………………………19
第六章顶层文件…………………………………………………20
6.1顶层文件设计源程序…………………………………………20
6.2顶层文件的仿真及波形图………………………………………21
结语…………………………………………………………22
参考文献……………………………………………………23
致谢…………………………………………………………24
附件…………………………………………………………25
第一章设计目的
1.1设计要求
a.获得稳定100Hz频率
b.用数码管的显示
c.用VHDL写出设计整个程序
1.2设计意义
a.进一步学习VHDL硬件描述语言的编程方法和步骤。
b.运用VHDL硬件描述语言实现对电子元器件的功能控制
c.熟悉并掌握元件例化语句的使用方法
d.熟悉数字式频率的基本工作原理。
一、建设数字化教学资源
建设集成电路设计相关课程的视频教学资源，包括集成电路设计基础理论课程讲授视频、典型案例设计讲解视频、集成电路制造工艺视频等；构建集教师、博士研究生、硕士研究生和本科生于一体的设计数据共享平台。集成电路设计是一项知识密集的复杂工作，随着该行业技术的不断进步，传统教学模式在内容上没法完全展示集成电路的设计过程和设计方法，尤其不能展示基于EDA软件进行的设计仿真分析，这势必会严重影响教学效果。另外，由于课时量有限，学生在课堂上只能形成对集成电路的初步了解，若在其业余时间能够通过视频教程系统地学习集成电路设计的相关知识，在进行设计时能够借鉴共享平台中的相关方案，将能很好地激发学生学习的积极性，显著提高教学效果。
二、优化课程教学方式方法
以多媒体教学为主，辅以必要的板书，力求给学生创造生动的课堂氛围；以充分调动学生学习积极性和提升学生设计能力的目标为导向[3]，重点探索启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式，激励学生自主学习；在教学讲义的各章节中添加最新知识，期末开展前沿专题讨论，帮助学生掌握学科前沿动态。传统教学模式以板书为主，不能满足集成电路设计课程信息量大的需求，借助多媒体手段可将大量前沿资讯和设计实例等信息展现给学生。由于集成电路设计理论基础课程较为枯燥乏味，传统的“老师讲、学生听”的教学模式容易激起学生的厌学情绪，课堂教学中应注意结合生产和生活实际进行讲解，多列举一些生动的实例，充分调动学生的积极性。另外，关于集成电路设计的书籍虽然很多，但是在深度和广度方面都较适合作为本科生教材的却很少，即便有也是出版时间较为久远，跟不上集成电路行业的快速发展节奏，选择一些较新的设计作为案例讲解、鼓励学生浏览一些行业资讯网站和论坛、开展前沿专题讲座等可弥补教材和行业情况的脱节。
三、改革课程考核方式
改革课程考核、评价模式，一方面通过习题考核学生对基础知识和基本理论的掌握情况；另一方面，通过项目实践考核学生的基本技能，加大对学生的学习过程考核，突出对学生分析问题和解决问题能力、动手能力的考察；再者，在项目实践中鼓励学生勇于打破常规，充分发挥自己的主观能动性，培养学生的创新意识。传统“一张试卷”的考核方式太过死板、内容局限，不能充分体现学生的学习水平。集成电路设计牵涉到物理、数学、计算机、工程技术等多个学科的知识，要求学生既要有扎实的基础知识和理论基础，又要有很好的灵活性。因此，集成电路设计课程的考核应该是理论考试和项目实践考核相结合，另外，考核是评价学生学习情况的一种手段，也应该是帮助学生总结和完善课程学习内容的一个途径，课程考核不仅要看学生的学习成果，也要看学生应用所学知识的发散思维和创新能力。
四、加强实践教学
在理论课程讲解到集成电路的最小单元电路时就要求学生首先进行模拟仿真实验，然后随着课程的推进进行设计性实验，倡导自选性、协作性实验。理论课程讲授完后，在暑期学期集中进行综合性、更深层次的设计性实验。集成电路设计是一门实践性很强的课程，必须通过大量的项目实践夯实学生的基础知识水平、锻炼学生分析和解决问题的能力。另外，“设计”要求具备自主创新意识和团队协作能力，应在实践教学中鼓励学生打破常规、灵活运用基础知识、充分发挥自身特点并和团队成员形成优势互补，锻炼和提升创新能力和团队协作能力。
五、总结
“集成电路设计”课程既牵涉到物理、数学、计算机等基础学科，又需要用到美学、工程技术等知识，集成电路的应用更是涉及到人类社会的方方面面，这一课程的教学势必需要借助现代信息技术来向学生传递大量的信息。由于课程的综合性较强，要求设计者具有扎实的物理和数学基础，对初学者来说往往会因为难以入手而产生厌学情绪。采用启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式可充分调动学生学习积极性；结合集成电路设计流程、EDA工具使用、设计实例和设计性实验等进行教学，能够帮助学生快速入门，并在设计过程中充分锻炼学生的创新意识和团队协作能力；另外，在教学过程中应向学生输送大量的学科前沿信息，以便学生掌握行业动态，并在其中找到自己感兴趣的点，进行更深层次的研究。总之，集成电路设计是一项系统性的复杂工程，“集成电路设计”课程的教学需要打破传统，做到理论联系实践、基础和前沿并举、鼓励创新和协作，充分调动学生的学习积极性，实现高效率高质量的教学效果。
作者：马奎杨发顺单位：贵州大学电子科学系
关键词：猝发式红外测试扭矩转速发射电路
利用红外通信进行旋转轴动态参数测试，主要是为了满足坦克、装甲车辆狭小空间中运动部件动态参数测试的强烈需求。由于红外通信在空间和成本的优势，从上述理论研究和实车试验中证明其较高的应用价值。
猝发式红外近距离测试系统是在红外近距离测试系统的基础上，针对更加狭小的空间如发动机输出轴，提出的一种点对点式的红外数据传输的扭矩测试系统。
1坦克发动机扭矩信号采样频率分析
坦克发动机属多缸发动机，是采用各缸顺序点火、轮流作功的方式工作。实测得到发动机输出轴上产生的力矩（扭矩）是一个随转速变化的周期信号，该信号的幅值极不规范。工程中所述扭矩为平均扭矩，定义在一个循环内（720°曲轴转角）扭矩的平均值。高速、高功率密度柴油机有6缸、8缸和12缸之分，其最高转速均不超过3000r/min，从这一目标出发选用扭矩信号频率最高的12缸发动机计算扭矩信号周期T。
当nmax=3000r/min时，
T=（10/nmax）3.33（ms）
按采样定理工程实用采样频率是信号固有频率的5～10倍的原则，以及实际运行效果的试验，取系统采样周期为500μs即采样频率为2kHz。
图2发射部分结构框图
2猝发式红外近距离测试系统模型的建立
按图1建立猝发式红外通讯的实物模型，发射器安装在旋转轴上，接收器安装在旋转轴上，接收器可安装在轴向和径向两个方向的适当位置，其计算分析相似，由于径向安装比较方便，故安装在径向。
图1中β——接收器的接收半角；
R——旋转轴的半径；
α——发射器的发射半角；
L——接收器与发射器的最小距离；
θ——发射器和接收器分别与圆心连线的夹角；
A——红外接收管；B、C——红外发射管。
弧长BC（设为S）与通讯时间成正比，故弧长S的大小决定了通讯时间的长短，称弧长S为发射窗口。由模型知θ决定了发射窗口的大小（当R一定时），只有当α小于或等于发射器的最大发射半角时，发射器发出的红外光才能被接收器直接接收。目前使用发射器的最小发射半角为15°。当α=15°时，由三角形OAB可知：
(sinβ)/R=sin(π-15°)/(R+L)（1）
sinβ=R/(R+L)sin15°(2)
θ+β=15°（3）
故θ=15°-β
T=2Rθ/(Rω)=(2θ)/ω(4)
由于θ与有效通讯弧长AB成正比，而弧长AB又与通讯时间成正比，故增大θ可增长通讯时间。由上式可知，增大θ有两种方法：减小R，或增大L。
设轴的角速度为ω（rad/s），一转中采样的数据个数N，每个数据占有M位，红外通讯传输的波特率为V（bit/s），发送N个数据需要时间为tall(s)，发射器通过发射窗口的时间（即有效通讯时间）为T（s），则一转中发射数据所需总时间为：
tall=(MN)/V（5）
如设转速为3000r/min，2θ=30°，由（4）式得：
T=1.67ms
设N=200，即采样频率
f=200sps/r×(3000r/min)/60=10ksps
若M=16,V=2Mb/s，
得：
tall=(200×16)/2M=1.6ms
由于tall<T，该模型可物理实现。
3发射部分电路设计
上面通过对发动机输出功率信号进行分析，确定了采样频率，进而估算出存储器的最小存储容量，并建立了数据传输模型。采用猝发方传输数据，需要存储轴旋转一转所采集的所有数据，然后在发射窗口将数据发送给接收器，实现数据的瞬发。其特点是不需要安装一个圆周的接收器，如果所测轴半径较大或被测环境较紧凑，则近场遥测是不易实现的。而猝发遥测只需一个或几个接收器就能达到目的。
发射部分的结构框图如图2，这部分发现扭矩信号的采集、数字信号的编码，并将采集数据放在FIFO存储器中。当红外发射管接收到取数码命令后，如果采集电路断电，入于低功耗状态，则通知电源管理器打开电源VCC，让采集电路开始工作；如果采集电路已经开始工作，则会的开取数时钟，让FIFO移出数据，送给红外发光管发送给接收器。
3.1数据的存储
由于采用猝发方式进行数据的传输，需要设计一个存储器将一转中所采集的数据先存放起来，当发射器经过发射窗口时，将数据实时地传输给接收器。存储器是发射部分的关键元件之一，它的选取直接关系到A/D变换器的选取以及控制电路的设计。对存储器的要求是先采集的数据先发送，后采集的数据后发送，否则接收部分将无法正确恢复原始信号，达不到测试的目的。因此需选择一个先进先出FIFO的16位存储器。又由于发射器是单通道，只能将数据以串行方式发送，所以要求存储器的输出是串行的，这样能减少并转串的中间环节。如果具有串进串出的FIFO，那样发射部分的体积会更小且控制逻辑更简单，这是笔者希望的。但实际上只查到并进串出FIFO和具有可编程的串并进-串并出四种功能的FIFO，由于后一种芯片体积大、功耗也大，所以选择了并进串出的FIFO。
综上所述，选用了IDT72105，容量为256×16位，高速、低功耗，具有独立收、发时钟控制的同步/异步FIFO存储器。它不但提供了存储空间作为数据的缓冲，而且还在EPP并行总线和A/D转换器之间充当一弹性的存储器，因而无需考虑相互间的同步与协调。FIFO的优点在于读写时序要求简单，内部带有读写的环形指针，在对芯片操作时不需额外的地址信息。当它接收到由红外发射管发出的取数指令SOCP后，通过SO端将同步帧信号输入到红外发射管的TXD端，发射出去。
图5监测码编码器和帧结构
3.2数据采集电路
由于选择了并进串出的FIFO，最好选择并行输出的A/D变换器，要求单电源供给，故选择了AD公司的AD7472，分辨率为12位，低功耗，电源供电范围为2.7～5.25V。AD7472转换器可以工作于三种模式：（1）高速采样模式（HighSampling）；（2）睡眠模式（SleepMode）；（3）猝发模式（Burstmode）。由于系统的采样频率不高（4kHz），所以利用AD7472的猝发模式，它与第二种模式相同，只是输入时钟（CLKIN）不连续，仅在转换期间才提供时钟信号，这样能够减少功耗。
在此模式下，当CONVST上升沿到来时，转换器进入苏醒期需1μs的时间（tWAKEUP），在这个期间如果CONVST的下降沿已到来，A/D并不立即进入转换期，直到1μs之后；如果1μs之后下降沿才到来，则转换器在下降沿到来的时刻开始转换，整个转换需14个时钟周期。值得注意的是：当BUSY信号为高后，时钟信号应在两个时钟周期内出现，且在转换期间不能改变数据总线的状态。实际设计采样频率与读数控制电路的时序如图3。CONVST信号频率即采样频率为4kHz，周期250μs，正向脉宽2μs，即A/D苏醒之后，再过1μs才开始数据转换，RD信号正是利用这1μs对A/D进行读数操作。
3.3同步帧电路设计
由于系统将一转中采集的数据记录在FIFO存储器中，并且数据传输方式为无线串行通讯，所以需要将数据以帧的形式开，以便于接收部分的解码。作者设计了16位的同步码，最高位为低，用于分区帧与帧的数据；最低位也设为低，用于分开同步帧与数据，并为解码提供移位脉冲产生时间。一帧数据除同步码以外，由8个16位采样数据组成，总共112个比特。产生步码的电路如图4。
图6取数据控制电路
3.4监测码编码器和帧结构
FIFO存储器字长为16位，A/D转换器为12位，还剩余4比特。为了增强数据的可信度和数据的纠错能力，设计了4个监测码，分布在数据的两侧，如图5。4个监测码锁存在元件74L5243里，每一个写信号到来时，都需写入4位监测码。由于这4个监测码分布在12位数据的两侧，在接收端接收到数据后，首先检测这4个监测码；如果监测码无误，则接收到的数据可信；如果有误，则有可能前移一位或后移一位。若通过这样的修正后，这4位监测码与实际相符，则可修正数据。若不相符，则该数据不可言。
3.5取数控制电路
在高速数字电路设计技术的研究中,最为主要的研究点在于:
(1)高速数字电路信号的完整性;
(2)高速数字电路电源的设计两个方面。在本节中,笔者将进行系统的阐述,强化对高速数字电路设计的认识与研究。具体而言,主要在于以下几点内容:
1.1高速数字电路信号的完整性设计
在高速数字电路信号的完整性设计中,最主要的研究要点在于两个方面:一是不同电路信号网传输信号的干扰情况;二是不同信号在电路信号网中的相互干扰情况。也就是说,在电路信号的完整性中,信号干扰是最为关键的因素,无论是对于干扰问题,还是对于反射问题,都是高速数字电路信号完整性设计的研究要点。在理想状态之下,不同阻抗是相等的,存在相互匹配性。所以,在电路设计的过程中,要特别注意阻抗的控制,阻抗过小(过大)都会对线路中的电流及电压造成影响,进而形成信号干扰问题。当然,在高速数字电路的设计中,是很难以让临界阻抗与电路新城相互匹配的状态,这就强调,高速数字电路信号系统,应最可能的处于较为合适的状态,以最大程度上提高高速数字电路的信号质量。
1.2高速数字电路电源的设计
高速数字电路电源设计,是设计技术研究的重点内容之一。对于高速数字电路而言,需要大量的低电压元器件的应用,以更好地确保设计的需求。但是,低压元器件的应用,带来了一个问题,即电源稳定性受到一定的影响,造成电源设计问题的出现。因此,在实际的设计过程中,需要对高速数字电路电源设计作充分的考虑。在电源设计中“,电源完整性”是主要的关键因素,是指电源波形的质量。这一因素的影响主要表现为:
(1)瞬间电流产生过大,即在高速开关状态下,线路器件极易产生过大的瞬间电流;
(2)信号回路阻抗变大,即在电路之中,过多的电感以至于回路阻抗变大,进而产生一定影响。因此,在高速数字电路电源的设计中,最为理想的状态的设计就是在高速数字电路电源系统中,并不存在所谓的“阻抗”。这样一来,不仅不存在阻抗所带来的损耗,而且确保了系统中各电位的恒定,当然,在实际之中,理想状态的设计是不存在,电源系统所形成的干扰噪声,对高速数字电路系统的运行造成较大影响。于是乎,电路设计应对电源的电阻及电感做充分的设计考虑,提高高速数字电路设计的有效性。
2结语
摘要集成电路产业的发展，促使人才需求量增加。本文通过对我国市场调查，得出应用型集成电路设计人才是该行业目前大量需求的人才，并从几个方面进行分析。
关键词应用型人才IC设计需求分析
随着我国IC产业的迅速发展，相应人才的需求量也日益增加。根据上海半导体和IC研讨会公布的数据，08年中国IC产业对设计工程师的需求将达到25万人，但目前国内人才数量短缺这个数字不止几十倍。例如我们熟知的威盛虽然号称IC设计人才大户，但相对于其在内地业务发展的需要还是捉襟见肘，其关联企业每年至少需要吸纳数百名IC设计人才，而目前培养规模无法满足。而在人才的需求中，应用型IC设计人才更加受到欢迎。
一、IC设计人才短缺
2008年，全国集成电路（IC）人才需求将达到25万人，按照目前IC人才的培养速度，今后10年，IC人才仍然还有20多万人的缺口。这是08年4月21日在沈阳师范大学软件学院举行的国家信息技术紧缺人才培养工程——CSIP-AMD集成电路专项培训开班仪式上了解到的。同样有数据表明，近日，从清华大学、电子科技大学、北京航空航天大学了解到，目前全国高校设有微电子专业总共只有10余个，每年从IC卡设计和微电子专业毕业的硕士生也只有二三百人。在国内大约仅有不足4000名设计师，而2008年，IC产业对IC设计工程师的需求量达到25万－30万人。有专家预测，到2008年底仅北京市IC及微电子产业就将超过2000亿元人民币，而到了2010年我国可能需要30万名IC卡设计师[1]。未来我国IC卡设计人才需求巨大。目前中国每年从IC设计和微电子专业毕业的高学历的硕士生只有数百人。中国现有400多所高校设置了计算机系，新近又特批了51所商业化运做的软件学院。但这些软件学院和计算机系培养的是程序员。中国目前只有十来所大学能够培养IC设计专业的学生。因此IC设计专业人才处于极其供不应求的状态。可以这样说，这是因为我国很大程度上是没有足够的IC设计人才。
专家指出，我国IC设计人员不足的一个重要的原因是IC设计是新兴学科，国内在此之前很少有大专院校开设IC设计专业，现在从事IC设计专业的人才，大部分是微电子、半导体或计算机、自动控制等相邻领域的理工专业毕业生，但是和实际的IC工作比起来，还是有差距，学校并不了解企业需要的是什么样的人才。所以，许多IC设计企业只能经常从应届毕业生中直接招聘人才再进行培训。此外，IC设计的实验环境要求，恐怕所有的高校都没有能力搭建。据了解，建一个供30人使用的IC实验室，光是购买硬件设备就需要15万美元。
最新研究指出：到2010年中国半导体市场将占世界总需求量的6％，位居全球第四。未来几年内中国芯片生产有望每年以42％的速度递增，这大大高于全球10％的平均增长速度。仅就IC卡一项来看，我国IC卡设计前景广阔。身份证IC卡的正式应用，将是十亿计的数量，百亿计的销售额，此外读卡机及其系统将有成倍的产值。半导体理事长俞忠钰说，2002年全国的IC设计单位已达到了240家，根据北京市发展微电子产业的建设规划，到2010年，北京市要逐步建成20条左右大规模高水平的芯片生产线，200家高水平的IC卡专业设计公司。据预测，北京市IC产业将超过2000亿元。巨大的商机也同时带来了市场对IC卡设计人才的巨大需求。
二、应用型IC设计技术人才需求日切
IC产业飞速发展，现在的焦点已经移到了IT产业的核心技术IC设计上。据北京半导体协会负责人董秀琴表示，IC卡设计工程师在软件行业是现在公认的高收入阶层。目前我国IC卡人才缺口巨大，在我国的高等教育里，这一块发展十分缓慢。按照中国现在的市场行情，一个刚毕业、没有任何工作经验的IC设计工程师的年薪最少也要在8万元左右。为什么会出现这样的情况呢？董秀琴讲，这是因为一方面是现有IC设计人才的严重缺乏；另一方面是国内外市场对IC卡设计人才尤其是合格的IC设计师的大量需求。
由此我们可以看出，对于应用型的设计人员来讲，是备受集成电路行业欢迎的。例如常见的EDA公司、IC设计服务公司、IC设计公司和IDM或Fundry4种类型的公司需要那些IC设计人才呢？他们需要的是熟悉IC设计的技术支持工程师,涵盖IC设计的所有方面,通常包括:系统设计、算法设计、数字IC前端逻辑设计与验证、FPGA设计、版图设计、数字IC后端物理设计、数字后端验证、库开发，甚至还有EDA软件的开发与测试,嵌入式软件开发等，其中对IC物理设计工程师的需求量会多一些[2]。
目前，需求量最大、人才缺口最大的主要有模拟设计工程师、数字设计工程师和版图设计工程师三类。另外，设计环节还需要工艺接口工程师、应用工程师、验证工程师等。IC版图设计师的主要职责是通过EDA设计工具，进行集成电路后端的版图设计和验证，最终产生送交供集成电路制造用的GDSII数据。版图设计师通常需要与数字设计工程师和模拟设计工程师随时沟通和合作才能完成工作。一个优秀的版图设计师，即要有电路的设计和理解能力，也要具备过硬的工艺知识。模拟设计工程师作为设计环节的关键人物，模拟设计工程师的工作是完成芯片的电路设计。由于各个设计企业所采用的设计平台有所不同，不同材料、产品对电路设计的要求也千差万别，模拟设计工程师最核心的技能是必须具备企业所需的电路设计知识和经验，并有丰富的模拟电路理论知识。同时还需指导版图设计工程师实现模拟电路的版图设计。
由此我们可以看出，在IC人才的需求中，应用型IC设计人才的需求更大，而且他们也是推动集成电路产业迅速发展的生力军。
三、以社会需求为导向，培养应用型IC设计人才
国家对IC卡设计人才培养也很重视。据北京半导体协会卓洪俊部长说，到2010年，全国IC产量要达到500亿块，销售额达到2000亿元左右，将近占世界市场份额的5％，满足国内市场50％的需求。同时，国务院颁布《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》的18号文件，支持和鼓励软件和IC产业加速发展，加快IC设计人才培养。
IC人才需求问题的解决首先还是从高校开始，2001年，清华大学微电子研究所开设了“集成电路设计与制造技术专业”第二学士学位班，2001年的IC专业二学位班已经有64名学员在读。清华大学还分别与宏力半导体、有研硅、首钢合作培养IC人才。2002年，成都电子科大也开始招收“微电子技术专业”的二学位学员，同时扩招微电子专业的本科生。为了更好地实施学校加速IC人才培养的战略，电子科大还成立了微电子与固体电子学院，并建立了面积为1500平米的IC设计中心。同济大学开始实施IC人才培养规划，提出了“研究生、本科生、高职生”的多层次培养体系。
作为人才培养的摇篮，高校在这一方面应进一步加快改革，制定可行的、新的人才培养计划，以社会需求为导向，加强教学、实验和实训投入，多渠道、多方式地进行应用型IC设计人才的培养。
参考文献
一、静止无功发生器的工作原理与基本结构
静止无功发生器硬件电路主要包括:整流电路、逆变电路、智能功率模块IPM的驱动电路、过零检测电路，电流调理电路，锁相环电路。逆变电路采用了IPM，该芯片内含驱动电路，报警电路等独特结构，一方面提高了系统的可靠性;另一方面也避免了保护电路的另外设计，简化了硬件装置的设计。主电路主要由整流部分和逆变部分组成。整流部分通过三相不可控整流桥将三相交流电压转换为三相直流电压，在经过电容滤波后得到稳定的直流电压。逆变部分采用SPWM控制技术来控制IPM内部IGBT的开断从而获得所需的补偿电流。将整流输出的直流电逆变转化为交流电回馈到电网。IPM内含保护电路，当发生故障时，IPM的自保能力使得IGBT的损坏率较低，提高了系统的可靠性。
二、SVG各硬件电路组成
(一)整流电路。整流电路采用三相不可控整流桥，输出的三相直流电通过电容稳压、滤波获得稳定的直流电压。根据以往的经验，直流侧电容取用4个2200μF/450V的电解电容，两并两串接进电路。电路组成如图2所示。为了避免大电流烧坏整流装置，电容需要通过一个充电电阻对不可控整流桥的输出端进行充电，直到充满在直接接到不可控整流桥的输出端。另外，为避免故障发生，在不使用整流电路时要对滤波电容进行放电。根据计算的电压、电流，选用二极管整流模块6RI30G－160G－120即(30A，1200V)。
(二)IPM及其驱动电路。通过计算智能功率模块(IPM)参数，选用型号为PM25CLA120的IPM(25A，1200V)，内部有IGBT，内含驱动电路。通过资料得知IPM驱动电路的控制电源电压范围为13．5V～16．5V，本文选用4路隔离的l5V直流电源。利用DSP发出PWM信号经光耦器件隔离后作为驱动信号对IPM进行控制。
(三)电流调理电路。该电路可将18A的电网电流相量转换成0～3Vpp的电压信号并实现过零点检测功能。该电路与电压调理电路的组成基本一致，不同之处在于互感器TVA1421－01用作电流互感器，采样电阻取59Ω。若一次侧电流为18A，二次侧输出(－0．5～+0．5)V的正弦波;经放大电路，输出电压(－1．5～+1．5)V的正弦波;最后经过加法电路输出(0V～3．00V)的电压信号。同时大于50Hz的正弦信号被滤除。过零比较电路在正弦波的过零时刻输出下降沿跳变。
(四)锁相环电路。本文采用了由TI公司生产的CD7H4C4046型锁相环芯片对电网频率进行跟踪，避免了利用固定频率采样时产生的误差。本系统中，锁相环的输出信号有两大作用:一是作为ADC模块的转换触发信号;二是作为事件管理器A(EVA)的时钟输入信号。通过锁相环电路使其产生跟随电网频率变化的SP-WM波，从而精确控制后级逆变器。
三、结语
本文论述了静止无功发生器的基本原理，实现了SVG的硬件电路设计，主要包括:逆变电路、整流电路的设计及储能电容的选择、电流调理电路、锁相环电路、IPM及其驱动电路，并通过实验验证，各级电路的输出符合实验要求。
作者:崔玮玮韦钰陈宇晨王凯刘昱彤单位:上海工程技术大学
关键词：数控直流电源；稳压电源；电压源；电流源
中图分类号：TM461文献标识码：A文章编号：10053824（2013）04006707
0引言
数控直流稳压电源应用非常广泛，是学习电子信息工程、通信工程、机电一体化、电气自动化等电类专业学生必然涉及到的一个电工电子课程设计项目。全国大学生电子设计竞赛曾于第一届A题、第二届A题和第七届F题（电流源），全国首届高职院校技能竞赛样题以及省级院校竞赛都有涉及，用来检验学生的电子设计能力，可见其普遍性。
虽然较多论文都涉及，但电路设计的多样性以及制作经验篇幅鲜少，不足以使读者完成作品并举一反三。笔者参阅数十篇关于数控直流电源系统的设计，发现许多很难读懂的问题。例如，给出参数设计输出达20 V电压，但运放直接驱动达林顿管明显无法输出达22 V以上。又如，通篇无关紧要的内容，唯独缺少比较放大环节设计及关键电路的完整连接，也就是说DAC输出到调整管之间内容匮乏，这也是本文解决问题的初衷。
直流稳压电源按照功率管工作状态，分为线性稳压电源、开关稳压电源2种。鉴于电类专业课程设计的需要，本文重点解析线性稳压电源之关键设计，如与OP放大器设计联系密切的部分，希望对读者制作该项目或写论文有所帮助。
1设计要求的性能指标与测试方法
1）输出电流IL（即额定负载电流），它的最大值决定调整管（三端稳压器）的最大允许功耗PCM和最大允许电流ICM，要求：IL （Vimax-Vomin）
2）根据输出电压范围和最大输出电流的指标，U/I可计算出等效负载阻值。例如，输出电压要求达30 V，最大输出电流1 A，因此模拟负载应满足从几Ω到30 Ω之间，调整管耗散功率应满足30 W以上，考虑加散热片。
1.2质量指标
纹波电压：是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。在额定输出电压和负载电流下，用示波器观测其峰一峰值，Uo（p-p）一般为毫伏量级，也可以用交流电压表测量其有效值。纹波系数是纹波电压与输出电压的百分比。设计中主要涉及滤波电路RLC充放电时间常数的计算。一般在全波式桥式整流情况下，根据下式选择滤波电容C的容量：RL・C=（3-5）T/2，式中T为输入交流信号周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压变化对输出电压的影响[2]，因此只需测试其中之一即可。电源输出电阻ro和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响[2]，因此也只需测试其中之一即可，具体操作参照指标的定义来实施。
2.2DAC接口电路的设计
2.3调整管控制电路、电压采样与电流采样电路的
2.4ADC接口电路的设计、同时具备电压源与电流源功能的设计
2.6具备电压预置记忆存储部分的设计
2.7保护电路的设计
2.8.2滤波电路的设计
3结语
曾经查阅数十篇类似稳压电源电路图，深感模拟电路设计的重要性。本文将电压源与电流源的设计方案同时罗列，便于读者理解设计要领。重点解析DAC输出后的电路设计，图中电压、电流数据全部基于proteus交互式仿真完成。电路设计的连贯性、采样电路取值、运放电路与驱动电路设计等，是同类论文较少论述的环节，可以有效解决目前存在的诸多问题，有助于读者提高电路解析能力。仅此抛砖引玉，希望本文的设计能对读者在实际工作中有所帮助，不当之处请多指教。
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