集成電路反向分析范文

導語：如何才能寫好一篇集成電路反向分析，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、集成電路布圖設計的概念

集成電路的布圖設計是指一種體現了集成電路中各種電子元件的配置方式的圖形。集成  電路的設計過程通常分為兩個部分：版圖設計和工藝。所謂版圖設計是將電子線路中的各個  元器件及其相互連線轉化為一層或多層的平面圖形，將這些多層圖形按一定的順序逐次排列  構成三維圖形結構；這種圖形結構即為布圖設計。制造集成電路就是把這種圖形結構通過特  定的工藝方法，“固化”在硅片之中，使之實現一定的電子功能。所以，集成電路是根據要實現的功能而設計的。不同的功能對應不同的布圖設計。從這個意義上說，對布圖設計的保護也就實現了對集成電路的保護。

集成電路作為一種工業產品，應當受到專利法的保護。但是，人們在實踐中發現，由于集成電路本身的特性，大部分集成電路產品不能達到專利法所要求的創造性高度，所以得不到專利法的保護。于是，在一九七九年，美國眾議院議員愛德華（Edward）首次提出了以著作權法來保護集成電路的議案。但由于依照著們法將禁止以任何方式復制他人作品，這樣實施  反向工程也將成為非法，因此，這一議案在當時被議會否決。盡管如此，它對后來集成電路保護的立法仍然有著重要意義，因為它提出了以保護布圖設計的方式來保護集成電路的思想；在這基礎上，美國于1984年頒布了《半導體芯。片保護法》；世界知識產權組織曾多次召集專家會議和政府間外交會議研究集成電路保護問題，逐漸形成了以保護布圖設計方式實現對集成電路保護的一致觀點，終于在一九八九年締結了《關于保護集成電路知識產權條約》。在此期間，其他一些國家頒布的集成電路保護法都采用了這一方式。

雖然世界各國的立法均通過保護布圖設計來保護集成電路，但關于布圖設計的名稱卻各不相同。美國在它的《半導體芯片保護法，）中稱之為“掩模作品”（maskwork）；在日本的《半導體集成電路布局法》中稱之為“線路布局”（cir— cuitlayout）；而歐共體及其成員國在其立法中稱布圖設計為“形貌結構”（topography）；世界知識產權組織在《關于集成電路知識產權條約》中將其定名為布圖設計。筆者以為，在這所有的名稱中以“布圖設計”一詞為最佳?！把谀Ｗ髌贰币辉~取意于集成電路生產中的掩模?！把谀Ｗ髌贰币辉~已有過時落后之嫌，而“線路布局”一詞又難免與電子線路中印刷線路版的布線、設計混淆?！靶蚊步Y構”一詞原意為地貌、地形，并非電子學術語。相比之下，還是世界知識產權組織采用的“布圖設計”一詞較為妥當。它不僅避免了其他名詞的缺陷，同時這一名詞本身已在產業界及有關學術界廣泛使用?！吨袊蟀倏迫珪分幸嘤小安紙D設計”的專門詞條‘

二、布圖設計的特征

布圖設計有著與其他客體相同的共性，同時也存在著自己所特有的個性。下面將分別加以論述。

1.集成電路布圖設計具有無形性

無形性是各種知識產權客體的基本特性，，因此也是布圖設計作為知識產權客體的必要條件。布圖設計是集成電路中所有元器件的配置方式，這種“配置方式”本身是抽象的、無形的，它沒有具體的形體，是以一種信息狀態存在于世的，不象其他有形物體占據一定空間。

布圖設計本身是無形的，但是當它附著在一定的載體上時，就可以為人所感知。前面提到布圖設計在集成電路芯片中表現為一定的圖形，這種圖形是可見的。同樣，在掩模版上布圖設計也是以圖形方式存在的。計算機輔助設計技術的發展，使得布圖設計可以數據代碼的方式存儲在磁盤或磁帶中。在計算機控制的離子注入機或者電子束曝光裝置中，布圖設計也是以一系列的代碼方式存在。人們可通過一定方式感知這些代碼信息。布圖設計是無形的，但是其載體，如掩模版、磁帶或磁盤等等卻可以是有形的。

2.布圖設計具有可復制性

通常，我們說著作權客體具有可復制性，布圖設計同樣也具有著作權客體的這一特征。當載體為掩模版時，布圖設計以圖形方式存在。這時，只需對全套掩模版加以翻拍，即可復制出全部的布圖設計。當布圖設計以磁盤或磁帶為載體時，同樣可以用通常的磁帶或磁盤拷貝方法復制布圖設計。當布圖設計被“固化”到已制成的集成電路產品之中時，復制過程相對復雜一些。復制者首先需要去除集成電路的外封裝；再去掉芯片表面的鈍化層；然后采用不同的腐蝕液逐層剝蝕芯片，并隨時拍下各層圖形的照片，經過一定處理后便可獲得這種集成電路的全部布圖設計。這種從集成電路成品著手，利用特殊技術手段了解集成電路功能、設計特點，獲得其布圖設計的方法被稱為“反向工程”。

在集成電路產業中，這種反向工程被世界各國的廠商廣泛采用。集成電路作為現代信息工業的基礎產品，已滲透到電子工業的各個領域，其通用性或兼容性對技術的發展有著非常重要的意義。因此，而反向工程為生產廠商了解其他廠商的產品狀況提供了可能。如果實施反向工程不是單純地為復制他人布圖設計以便仿制他人產品，而是通過反向工程方法了解他人品功能、參數等特性，以便設計出與之兼容的其他電路產品，或者在別人設計的基礎上加以改進，制造出更先進的集成電路，都應當認為是合理的。著作權法中有合理使用的規定，但這種反向工程的特許還不完全等同于合理使用。比如，合理使用一般只限于復制原作的一部分，而這里的反向工程則可能復制全套布圖設計。改編權是著作權的權能之一，他人未經著作權人同意而擅自修改其作品的行為是侵權行為，但這里對原布圖設計的改進則不應視為侵權。

綜之，無論何種載體，布圖設計是具有可復制性的。

3.布圖設計的表觀形式具有非任意性著作權客體的表現形式一般是沒有限制的。同一思想，作者可隨意采取各種形式來表達，因此著作權法對其表現形式的保護并不會導致對思想的壟斷。布圖設計雖然在集成電路芯片中或掩模版上以圖形的方式存在，具備著作權客體的外在特性，但是其表現形式因受諸多客觀因素的限制，卻是有限的或者非任意的。

首先，布圖設計圖形的形狀及其大小受著集成電路參數要求的限制。如果要求集成電路  具有較高的擊穿電壓，設計人在完成布圖設計時就必須將晶體管的基區圖形設計為圓形，以  克服結面曲率半徑較小處電場過于集中的影響。對于用于功率放大的集成電路，其功放管圖  形的面積必須較大，使之得以承受大電流的沖擊。

其次，布圖設計還受著生產工藝水平的限制。為了提高集成電路的集成度或者追求高頻 特性，常常需將集成電路中各元件的面積減小。這樣，布圖設計的線條寬度也相對較細。目前國。外已達到亞微米的數量級。但如果將線條設計得太細，以致工藝難度太大將會大大地降低集成電路成品率和可靠性，這是極不經濟的；同樣地，如果一味，地追求功率參數，將芯片面積增大，也會降低集成電路的成品率。

此外，布圖設計還受著一些物理定律以及材料類及其特性等多種因素的限制。比如，晶體管可能因為基區自偏壓效應而導致發射極間的電位不等。為克服基區自偏壓效應，則需在加上均壓圖形。

雖然從理論上講，突破這些限制條件的圖形也可以受到著作權的保護，但由于布圖設計的價值僅僅體現在工業生產中，所以對那些完全沒有實用價值的、由設計人自由揮灑出來的所謂“布圖設計”實施保護是沒有任何意義的。這些圖形不是真正意義上的布圖設計，稱其為一種“抽象作品”或許更為恰當。布圖設計在表現形式的有限性方面，與工業產權客體相似。

三、布圖設計權的特性

從上面的分析可知，集成電路布圖設計有其自身的特征，并同時兼備著作權客體和工業產權客體的特性。在立法保護布圖設計、規定創作人的布圖設計權時，應當考慮這一特點。

首先，布圖設計權應具備知識產權的共同特性，即專有性；時間性和地域性。布圖設計具有無形性，同一布圖設計可能同時為多數人占有或使用。為保障布圖設計創作人的利益，布圖設計權應當是一項專有權利。另一方面，布圖設計的價值畢竟是通過其工業應用才得以實現。僅就一特定的布圖設計而言，使用它的人越多，為社會創造的價值就越大。如果布圖設計權在時間上是無限的，則不利于充分發揮其對社會的作用，也不利于集成電路技術的發展。所以布圖設計權應有一定時間期限。當然，對時間期限的具體規定應當既考慮公共利益，又照顧到創作人的個人權益。只有找到二者的平衡點，才是利益分配的最佳狀態。地域性作為知識產權的共性之一，同樣為布圖設計權所具備，在世界知識產權組織的《關于集成電路的知識產權條約》第三條；第四條和第五條的內容都涉地域問題，這實際上肯定了布圖設計權的地域性。

其次，布圖設計權還具有其獨特的個性。下面將其分別與著作權和工業產權相對照，從而分析其特點。

1.布圖設計權的產生方式與著作權不同，只有在履行一定的法律程序后才能產生。集成電路作為一種工業產品，一旦投放市場將被應用于各個領域，性能優良的集成電路可能會因其商業價值引來一些不法廠商的仿冒。另一方面，由于集成電路布圖設計受到諸多因素的限  制，其表現形式是有限的，這就可能存在不同人完全獨立地設計出具有相同實質性特點的布圖設計的情況。這就是說，布圖設計具有一定的客觀自然屬性，其人身性遠不及普通著作權客體那樣強。所以法律在規定布圖設計權的產生時，必須對權利產生方式作出專門規定，否則便無法確認布圖設計在原創人和仿冒人之間，以及不同的獨立原創人之間的權利歸屬。

2.布圖設計權中的復制權，與著作權中的復制權相比，受到更多的限制。翻開各國集成電路技術的發展史，反向工程在技術的發展中有著不可取代的作用。如果照搬著作權法中關于復制權地規定，實施反向工程將被認為是侵權行為。為了電子工業和集成電路技術的發展，應當對復制權加以一定的限制，允許在一定條件下或合理范圍內實施反向工程，美國《半導體芯片保護法》第906條第一款中規定，“僅為了教學、分析或評價掩模作品中的概念或技術，或掩模作品中所采用的電路、邏輯流和圖及元件的布局而復制該掩模作品者”；或進行上述的“分析或評價，以便將這些工作的結果用于為銷售而制造的具有原創性的掩模作品之中者”均不構成侵犯掩模作品專有權。與此相反，單純地為復制布圖設計而實施反向工程仍為侵權。反向工程是對復制權的一種限制。

3.與工業產權相比，布圖設計權產生的實質性條件也有所不同。專利法中“創造性”條件要求申請專利的技術方案具備“實質性特點”，而大多數集成電路達不到這一要求。比如，在設計專用集成電路時，常將一些已為人所熟知的單元電路加以組合，這種拼揍而成的集成電路大多難以滿足專利法的創造性要求，這使得大量集成電路得不到專利法的保護，這正是傳統專利制度與集成電路這一新型客體之間不協調的一面。所以集成電路保護法在創造性方面的要求不應象專利法要要求那么嚴，但也不能象著作權法完全不要求任何創造高度要求，因為布圖設計的價值畢竟體現在工業應用上。

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關鍵字：集成運放；差分放大；電壓放大；功率放大

1.集成電路運算放大器的內部組成單元

集成運算放大器是一種電子元器件，它是采用一定的制作工藝將大量半導體三極、電阻、電容等元器件及他們之間的連線制作在同一小塊單晶體的芯片上，并具有一定功能的電子電路。

輸入級由差分式放大電路組成，利用它的電路對稱性可提高整個電路的性能；中間電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它由一級或多級放大電路組成；輸出級的電壓增益為1，但能為負載提供一定的功率，電路還需要電源供電才可以工作。

2. 集成運放的典型應用

加法器、減法器：由集成運放可以組成加法器、減法器。這二種電路在各種書刊上介紹得比較多，這里不再分析。

儀用放大器：由于各種傳感器輸出的信號一般比較微弱，所以要用高精度的儀用放大器對微小電平的直流信號進行放大，儀用放大器由減法器拓撲而來的，利用了同相輸入端高阻抗的優勢?；镜膬x用放大器如圖2所示，其中：R1＝R3，R2＝R4，Gain＝R2/R1。

濾波器：由集成運放可以組成一階濾波器和二階濾波器，其中一階濾波器有20dB每倍頻的幅頻特性，而二階濾波器有40dB每倍頻的幅頻特性。為了阻擋由于虛地引起的直流電平，在運放的輸入端串入了輸入電容Cin，為了不影響電路的幅頻特性，要求這個電容是C1的100倍以上，如果濾波器還具有放大作用，則這個電容應是C1的1000倍以上，同時，濾波器的輸出都包含了Vcc/2的直流偏置，如果電路是最后一級，那么就必須串入輸出電容。圖3.是典型的低通濾波器，圖4是典型的高通濾波器。

方波、矩形波信號發生器：由集成運放構成的方波信號發生器電路如圖5 所示, 這里的集成運放器作電壓比較器。雙向穩壓管VDz 的穩定電壓為士Uz 。電路的正反饋系數F為。

電路中, 電壓比較器的輸出電壓有高電平和低電平兩種情況,即Uo=+Uz(Vp>Vn)或Uo=―Uz(Vp

在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟偏于正向飽和還是負向飽和，那純屬于偶然。輸出電壓偏于正向飽和，即Vo=+Vz時，加到電壓比較器同相端電壓為+FVz，而加于反相端得電壓，由于電容C上的電壓Vc不能突變，正能由輸出電壓Vo通過電阻R按指數規律向C充電來建立。顯然，當加到反相端的電壓Vc略正于+FVz時，輸出電壓便立即從正向飽和翻轉到負飽和，-Vz又通過R對C進行反向充電，知道Vc略負于-FVz值時，輸出狀態在翻轉過來。如此循環不已，形成一系列的方波輸出。

鋸齒波發生器：它是由同相輸入遲滯比較器和充電時間常數不等的積分器共同組成的。

同相遲滯比較器的上下門限和門限寬度為

當電源接通時，有Vo1=――Vz，則-Vz結果R6向C充電，使輸出電壓按線性規律增長。當Vo上升到門限電壓時，使Vp1=Vn1=0時，比較器輸出Vo1由-Vz上跳到+Vz，同時門限電壓下跳到值。以后Vo1=+Vz經R6和二極管、R5兩條支路向C反向充電，由于時間常數減小，Vo迅速下降到負值。當Vo下降到門限電壓使Vp1=Vn1=0時，比較器輸出Vo1又由+Vz下跳到-Vz。如此周而復始，產生振蕩。由于電容的正向和反向充電常數不相等，輸出波形Vo為鋸齒波形，Vo1為矩形波形，其振蕩周期為

當R5、二極管支路開路，電路C的正、負向充電時間常數相等，此時鋸齒波變成三角波，其振蕩周期為

參考文獻：

[ 1] 童詩白, 華成英. 模擬電子技術基礎( 第三版)[M ]. 北京: 高等教育出版社, 2001.

[2] 李雅軒. 模擬電子技術(第二版)[M].西安電子科技大學出版社.2003.

[3] 畢查德?拉扎維.模擬CMOS 集成電路設計.陳貴燦，程軍，張瑞智，等譯.西安：西安交通大學出版社，2009.

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【關鍵詞】 實訓機床設備;三相異步電動機;缺相起動;缺相運行;缺相保護

隨著職業教育的快速發展,我院實訓設備不斷增加,機床達400余臺;學生實訓時的機床故障不斷增多,特別是電器故障占大多數,其中電源開關的一極接觸不良或斷開、熔斷器一相熔斷、接線頭接觸不良或脫落、定子繞組一相斷線等,都會造成三相異步電動機一相斷電,稱為缺相。本文結合作者的實際工作經驗,對常用實訓機床電動機的缺項故障進行了探討。

一、缺相時的物理現象分析

三相異步電動機三相繞組通以三相對稱的交流電時產生旋轉磁場。當三相異步電動機在缺相時兩相繞組串聯通以兩相交流電時,相當于單相繞組通單相交流電流,產生的磁場是一脈振磁動勢,即該磁場軸線位置是固定的,而空間各點的磁勢大小隨時間變化而變化。脈振磁動勢可以分解為兩個等幅值、等轉速、轉向相反旋轉的旋轉磁動勢F和F。這可以用圖解法加以說明(如圖1所示)脈振磁勢的分解可用圖示1的空間向量說明,空間向量F表示單相繞組的脈

振磁勢,其幅值位置在空間固定不變,大小隨時間脈振,在脈振過程中的每一瞬間都可以理解為兩個旋轉向量的相量相加,而且這兩個向量大小相等、轉速相同、轉向相反,當脈振磁勢的幅伯達最大時.兩個旋轉磁勢的向量位置恰好與脈振磁勢的向量重合或同相。這兩個反向的旋轉磁勢F+和F-在空氣隙中建立正轉和反轉磁場φ和φ。這兩個旋轉磁場切割轉子導體,并分別在轉子導體中感應電動勢和感應電流。該電流與磁場相互作用產生正向和反向的電磁轉矩T+和T--。T+企圖使轉子正轉;T-企圖使轉子反轉。這兩個轉矩疊加即為推動電動機轉動的合成轉矩T。

不論是T+還是T-它們的大小與轉差率的關系和三相異步電動機的情況一樣的。若電動機沿正轉磁場方向的轉速為n,則對正轉磁場而言,轉差率S+=(n1一n}/ n1=S,而對反轉磁場而言,轉差率S-=(一n1一n}/ 一n1=2一S,即當S+= 0時,相當于S-= 2;當S=0時,相當于S+= 2 。T+和T-與S的關系曲線(如圖2中兩條虛線所示)三相異步電動機缺相狀態下的T= f(S)曲線為T+= f( S)和T-=f (S)兩條特性曲線疊加而成的。從圖2可知,當轉子靜止時,正反向旋轉

磁場以等速n 和反向切割轉了繞組,在轉了繞組中感應出大小相等而相序相反的電動勢和電流,它們分別產生大小相等而方向相反的兩個電磁轉矩,使合成的電磁轉矩為零。即n=O, S= 1,T=T++T-=0,說明沒有起動轉,因此三相異步電動機缺相時不能起動。這是因鐵芯中有磁通,所以發出“嗡嗡”聲響。

如果人為的使電動機轉子向正常方向轉動,正向磁場與轉子的轉差率S 處在10的范圍,產生的轉矩是正的,它拉著轉子繼續轉動,此時是動力轉矩;而反向磁場與轉子轉差率S 處在12的范圍,產生的轉矩是負的,它阻礙轉子的轉動,此時是制動轉矩,只不過此時制動轉矩較小,電動機有可能繼續轉動。

當有人使電動機轉子反方向轉動時,則正向磁場與轉子的轉差率S+處在12的范圍,產生的轉矩阻礙轉子的轉動,它成為制動轉矩;反向磁場與轉子轉差率S-在10的范圍,產生的轉矩有助于轉子的轉動,它成為動力轉矩,使電動機繼續反轉。由此可見,在這種情況下,電動機向兩個方向轉動的可能性從圖2的曲線也可看出,只要電動機向某方向轉動,S≠0時,動力轉矩總是大于制動轉矩,電動機能繼續轉動。至于能否在起動后升至額定轉速,這取決與機械負載轉矩與合成轉矩T的大小之間關系,如果合成轉矩大于負載轉矩,則能。反之,則不能。

三相異步電動機在運行中,由于某種原因引起一相斷電,此時電動機處于缺相運行,電動機轉子上作用著兩個電磁轉矩,一個正向轉矩拉著轉子要使其繼續轉動,另外出現一個反向轉矩起制動作用,使總的合成轉矩減小,但只要電動機的電磁合成轉矩還大于機軸上的阻力轉矩時,電動機還是可以繼續轉動的,但是轉速變慢。一般說來,假如三相異步電動機在缺相前以額定負載運行,并且電動機在正'常狀況時的最大轉矩倍數(最大轉矩/額定轉矩)大于2。那么在缺相后電動機將能繼續運行。

如果三相正常運行的電動機帶額定負載,一相斷電后仍帶同樣的負載運行,轉子電流和定子電流都將增大,此情況下約增大根號3倍。由于電流增大,轉子損耗和定子損耗都會增加,電動機易過熱,威脅定子繞組的絕緣,嚴重時甚至燒毀電動機。

由于反向旋轉磁場的存在,三相異步電動機在缺相運行時定子電流中的無功分量增加,因而功率因數較低,效率也比三相運行時低。

二、三相異步電動機電源缺相保護

三相異步電動機電源缺相錯相保護電路如圖3所示。該保護電路采用一塊厚膜集成電路TH221A組成三相電動機缺相和錯相保護電路,不需要使用互感器,可直接通過降壓電阻降壓后,直接接上380V電壓。通電后該裝置處于工作狀態,三相異步電動機起動時,三個降壓電阻分別將三相異步電動機的信號通過TH221A厚膜集成電路1,3,5輸入端送給取樣電路,經過取樣電路進一步降壓和變換,再送給缺相判斷電路和相序邏輯鑒別電路進行判斷。

當相序正確且無缺相時,功率放大電路不工作,接在TH221A厚膜集成電路14和16腳綠色發光二極管發光,表示相序正確且無缺相,電動機運行正常。當相序不正確或有缺相時,相序邏輯鑒別電路或缺相判斷電路將有信號輸出,此時功率放大電路開始工作,它將相序邏輯鑒別電路或缺相判斷電路送來的信號進行放大,并控制外接的直流繼電器KA,使三相異步電動機的供電電源斷電,同時接在TH221A集成電路15腳的紅色發光二極管發光,表示相序有錯誤或有缺相情況發生。排除故障后,電動機方可正'常運行。外接的直流繼電器KA和TH221A集成電路所要的直流電源,是相電壓經電容降壓、全波橋式整流、濾波、經電阻分壓后,供給直流繼電器和TH221A集成電路的,因此,整個保護裝置線路簡單,外接元器件少,可靠性高。由于TH221A厚膜集成電路將取樣電路、相序邏輯鑒別電路、缺相判斷電路、功率放大電路集于一體,因此性能可靠.而且外部接線比轉簡單。

三、結束語

三相異步電動機在缺相條件下無法自行起動,是因單相脈動磁場不能產生起動轉矩,即起動轉矩為零。運動狀態下缺相的三相異步電動機,由于轉矩不為零和較正'常時減小,因此有時能繼續運行,但轉速變慢,這不僅影響正'常生產,而且定、轉子的溫升會劇增,威脅絕緣甚至燒毀電動機,因此在使用或維修機床時應密切注意三相電流以防缺相,必要時應裝設電源缺相保護裝置,確保實訓設備正常運行及快速維修。

參考文獻

[1]歐陽三泰.三相異步電動機電源缺相錯相保護電路電氣應用

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關鍵詞：集成施密特觸發器；輸出電平；焊接；工作電壓

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2007)8(S)-0056-3

人教社版《物理》選修3－2第六章“傳感器”是“新課標”教材中新增內容，它體現了《課程標準》對科學、技術與社會的密切聯系［1］。本章教學強調通過實驗，讓學生體驗傳感器在現代技術中的應用。由于是新增內容，學校實驗室缺少有關的實驗器材，教師也缺乏經驗，難以開展實驗教學。我發現用容易買到、在日常生活中常用的聲光控延時開關，經簡單改裝可以完成本章的許多實驗?，F將幾個精彩的例子奉獻給同行。

1 聲光控延時開關電路分析

市面上銷售的聲光控延時開關燈座，雖然牌子眾多外形不盡相同，但其內部電路都相同。其內部電路如圖1，原理是：交流220V電壓經燈泡ZD后，由D1～D4組成的整流橋整流，電阻R1、R10分壓，電容C1濾波后，在其兩端產生12V左右的直流電壓，給控制電路供電。

光線較亮時，光敏電阻（CdS）的阻值較低（在路測約1.2kΩ），使集成施密特觸發器IC（TC4081BP）的1腳呈低電平；又由于R6、R8電阻分壓后，為三極管BG1（9014）的b極提供了正偏電壓，BG1一直處于飽和導通狀態，其c極（IC的2腳）為低電平，使IC的3腳輸出高電平，4腳輸出低電平，二極管D5反偏截止，使IC的10腳輸出高電平，IC的11腳輸出低電平，可控硅WCR因沒有觸發信號而截止，燈泡不亮。

在晚上光線較暗時，光敏電阻的阻值變大使集成塊IC的1腳呈高電平；但由于話筒MIC沒有聲音輸入，三極管BG1極處于導通狀態，其c極仍為低電平，所以IC-1、IC-3仍輸出高電平，IC-2、IC-4仍輸出低電平，燈泡ZD不亮。當有聲音或腳步聲時，話筒MIC將聲音信號轉變成電信號，通過電容C2耦合到三極管BG1的b極，使BG1瞬間截止，IC的2腳為瞬間高電平，又因IC的1腳為低電平，在IC的4腳輸出高電平時，經二極管D5向電容C3充電。同時IC的11腳輸出高電平，經電阻R2和R3分壓后，產生一個2V左右的觸發信號，使可控硅WCR導通，燈泡ZD發光。此時若外部沒有聲音信號輸入，三極管BG1導通，IC的3腳輸出高電平、IC的4腳輸出低電平，二極管D5反向截止，電容C3通過電阻R9開始放電，由于電阻R9的阻值較大，放電電流很小，電容C3上所充電壓要間隔一定時間才能放完。這樣就使IC-3、IC-4保持原輸出電平，等電容C3放電結束后，IC的8、9腳為低電平，經IC-3非門反相后促使IC-4也輸出低電平，從而使可控硅WCR在電源電壓過零時截止，切斷燈泡ZD的電源回路，達到了燈泡發光延時自動關斷的目的。

集成施密特觸發器的型號很多，除了74LS14、74LS00外還有HFC40839E、TC4081BP等，他們的封裝形式引腳排列完全相同。

2 應用實例

（1）光控開關演示實驗，教材71頁。做法是：

方法一：用電烙鐵和12號注射器針頭，將GB1的集電極懸空，然后用導線將集成電路的2腳接地（與7腳相連），改動后的電路如圖2，這樣聲控電路就不工作了，集成施密特觸發器的2腳恒為低電平，光敏電阻得到光照時1腳為低電平，11腳輸出低電平燈不亮。用手遮住光敏電阻時1腳為高電平，11腳輸出高電平可控硅導通燈泡點亮。

改動后的電路如圖2，虛線表示改動的線路。

方法二：考慮安全性，斷開交流電路，改用學生電源供電。具體做法是：（1）用針頭與烙鐵將R1的任意一端懸空，將12V學生電源的正極連接至IC的14腳，負極連接至IC的7腳，為集成電路IC提供工作電壓（2）在IC的3腳與BG1的集電極間反向接入12V的發光二極管（3）其它做法同方法一。

改動后的電路如圖3，虛線表示新增加的元件，圖4是改動后的等效電路。方法一的好處是：電路改動少，可以用原電路的可控硅控制燈泡，與實際應用相符。缺點是：電路板上有220V的交流電壓。方法二的優點是與教材上原理一致，但改動稍多些。

步驟：（1）用針頭與烙鐵將R1的任意一端懸空，12V電源的正極連接至IC的14腳，負極連接至IC的7腳，為集成電路IC提供工作電壓（2）用針頭與烙鐵將IC的3腳、BG1的集電極、光敏電阻一端懸空（3）在IC的1與7之間，2與7之間分別串聯一開關，IC的3腳與7腳之間串入一電壓表。使用時將開關斷開是高電平、閉合時低電平。

改動后的電路如圖5，圖6是其等效電路。

（3）用示波器觀察話筒的工作，教材62頁。

步驟：（1）用針頭與烙鐵將R1的任意一端懸空，12V電源的正極連接至IC的14腳，負極連接至IC的7腳（2）用針頭與烙鐵將IC的2腳懸空，（3）準備一只10μF電解電容器，將BG1的集電極用導線與電容器的正極相連、負極與示波器的Y輸入相連，發射極與示波器的地相連。

改動后的電路如圖7，圖8是改動后的等效電路圖，這樣可以利用三極管的放大作用使示波器上的波形更清晰。

（4）演示三極管的放大作用，教材74頁。

步驟：（1）用針頭與烙鐵將R1的任意一端懸空，12V電源的正極連接至IC的14腳，負極連接至IC的7腳，為集成電路IC提供工作電壓（2）懸空BG1的基極，串入靈敏電流表，懸空IC的3腳，懸空R7的任意腳串入電流表。（3）懸空R8任意腳換接一100KΩ的可調電阻。

圖9是改動后的等效電路圖，改造后的電路可以免去教材上提供的實驗電路需要兩組電源的麻煩（見物理選修3－272頁圖6.5－5），看似麻煩其實容易。

以上四個實例只是針對教材對聲光控延時開關電路的開發利用，聲光控延時開關電路中的施密特觸發器有四個非門，還可以開發出許多實驗電路，如“簡單的邏輯電路”的“與”“或”“非”門，就可以用施密特觸發器組合而成，又如通過增加熱敏電阻、電磁繼電器、光電耦合器等元件，可完成本章大多數實驗教學。上述的四個實例的制作過程，用文字表述看上去有些繁瑣，其實只是懸空幾個元件的引腳，焊上幾個元件或導線，只要會使用烙鐵就能順利操作，并不麻煩。市面上銷售的聲光控延時開關燈座價格便宜，筆者從小攤販那里購得的燈座只要4元錢，因此實驗成本低廉易于實現。

篇5

控制電路可靠性的高低和使用的元器件關系很大，并不是越貴越好，應該根據使用環境去選擇最合適的元器件[6]。在一般情況下，以保證控制電路的基本功能為前提，可以按照以下幾點要求設計。1）盡可能選用數字元器件，少用或者不用模擬器件；多選用集成度較高的器件，少用集成度較低的器件；盡量使用功耗小的元器件。2）盡量選用質量等級高的器件，將繼電器、開關等器件的使用數量降至最低。3）選用無源器件，盡量少使用有源器件。5）應該根據介質損耗、頻率、耐壓、容量變化以及溫度系數等指標選擇電容。少用鋁電解電容器；6）不選用未經設計定型的新研元器件、已停產或將要停產的電子元器件。7）在確定合適的器件后，在使用時應符合降額設計的要求，不同的器件，降額的方法是不同的[7]?；痉椒ㄈ缦拢孩匐娮璧慕殿~方法是降低功率比；②電容是降低工作電壓；③半導體器件的降額方法是降低工作功耗；④數字集成電路則通過降低周圍環境溫度和電負荷來降額。

2電路可靠性設計

2.1電源保護電路設計

場監雷達控制電路的供電電源可能傳輸距離較遠，為了減少線路上的衰減，應采用較大電壓（12V以上）的直流電源輸入，同時在控制電路的電源輸入點進行相應的保護設計，如圖2所示。因為12V電壓較大，防止出現短路時對電路造成較大傷害，故在輸入端串聯自恢復保險絲?？刂齐娐芬话阈枰?V和3.3V的電源品種，所以采用LDO器件進行電壓轉換。因為5V電壓會輸出到其他接口，在極限情況下會因為外界的影響導致電壓出現波動，而添加穩壓二極管2CW5232可以對電路起到保護作用。穩壓二極管工作于反向擊穿區，當穩壓二權管兩端的反向電壓在—定范圍內變化時，反向電流很小。當反向電壓增高到擊穿電壓時，流過穩壓管的反向電流突然劇增，穩壓管反向擊穿。此后，電流雖然在很大范圍內變化，但穩壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩壓管在電路中能起穩壓作用。穩壓管與一般二極管不一樣，它的反向擊穿是可逆的，當去掉反向電壓之后，穩壓管又恢復正常。在該電路中，采用了雙電容串聯設計，因為電容損壞后的失效模型大多表現為短路，當電容損壞后，另一電容仍然可以起到濾波的作用。

2.2輸入信號的隔離設計

控制電路為了避免被監測部件對自身的影響，對輸入信號均采用光耦進行隔離，如圖3所示。在信號輸入端，為了對自身進行保護，利用二極管的單向導電性，對輸入電平進行了限位設計。如圖4所示。二極管具有正向導通，反向截止的特性，利用這種特性，對輸入端的電平進行限位。當正常工作的時候，兩個二極管都處于截止狀態，當電壓不再正常范圍內時，其中一路二極管會導通，將電平拉到正常范圍內，可對板內的器件起到保護作用。

2.3控制信號的冗余設計

控制電路負責雷達的天線轉動，發射開關機等關鍵控制，誤操作會帶來嚴重的后果，所以可靠性顯得尤為重要，根據二極管的PN結較大，不易被擊穿的特點，采用二極管來實現輸出信號的冗余設計，具體設計如圖5所示。從FPGA的兩個引腳中輸出同一信號，經過驅動后，分別通過兩個二極管后并聯在一起，通過一個下拉電阻（等效阻值為10kΩ）后，輸出給被控制件，具體分析如下：1）正常工作時，雙路同時輸出到一點，因為二極管的單向導電性，從最大程度上阻止了輸出端的電流倒灌，保護了接口芯片；2）當并聯輸出的兩路，任何一路發生斷路時，二極管的正向壓降不足以使二極管導通，則該路的二極管一直處于截止狀態，同時，另外一路可正常工作。3）當并聯的兩路任何一路發生短路時，并且為低電平時，該路的二極管的正向壓降不足以使二極管導通，則該路的二極管一直處于截止狀態，同時，另外一路可正常工作。4）當并聯的兩路任何一路發生短路時，并且為高電平時，該路的二極管一直處于導通狀態，輸出恒為高，造成的結果就是機箱監控一上電，該路的輸出電平恒為高，此時會出現故障。在這種情況下，可通過回讀到FPGA里的信號判斷出哪路發生故障，并對相應故障路的buffer器件使能信號進行自動關閉，同時另外一路可以進行正常的控制。5）綜上所述，本電路只有在兩路同時故障時，輸出才會表現為故障，相對于單路輸出控制電路，實現了熱冗余設計，可靠性大大提升。

3結束語

篇6

伍水梅 廣東省國防科技技師學院 廣州同和 510515

【文章摘要】

電源是電路的核心，是電子電路制作過程中必不可少的設備。一個好的直流穩壓電源能讓電路制作事半功倍，效果顯著。一般直流穩壓電源由變壓器、整流、濾波、穩壓等幾個部分組成。本文介紹了一種簡單實用的直流穩壓電源的制作。

【關鍵詞】

直流穩壓電源；變壓器；整流；濾波； 穩壓；7806

【Abstract】

Power which is the core of the circuit is the essential equipment for making electronic circuit. It will get twice the result with half the effort if a good DC power is supplied for the production of circuit.Generally speaking,DC power supply is mainly composed of transformer, rectifying,filtering and voltage-stabilizing. This article describes a simple and practical construction of DC power supply.

【Keywords】

DC Regulated Power Supply;Transformer; Rectifying;Filtering;Voltage-stabilizing; 7806

0 引言

科技在不斷進步，人們對小型電器的需求越來越大，但不管是那種電器設備， 電源都是必不可少的，而且越是高端的電器，對電源要求越是嚴格。電源技術核心是電能變換與處理，廣泛應用于教學、科研等領域，而直流穩壓電源是電子技術中常用的儀器設備之一，幾乎所有家用電器和其它各類電子設備都在使用直流穩壓電源，它占著舉足輕重的位置，是大部分設備與電子儀器的重要組成部分，是電子科技人員及電路開發部門進行實驗操作和科學研究不可缺少的電子儀器。但實際生活中通常是由 220V 的交流電網供電， 直流電源需要通過電源系統將交流電轉換成低電壓直流電以供給各類電器設備使用。

直流穩壓電源對電路調試、電路制作有決定性的作用，一個好的直流穩壓電源，能讓工作事半功倍。直流穩壓電源系統主要由變壓、整流、濾波和穩壓四部分電路組成，其原理和制作過程比較簡單， 如圖1 所示。本文主要介紹一個能提供+6V、+1A 的串聯型直流穩壓電源的制作過程。

1 合適變壓器的選擇

變壓器作為一個降壓元件，主要是將初級電壓（市電220V）轉換為電路所需壓降。根據電路要求提供+6V、+1A 的直流電源，所以在選擇變壓器的次級電壓和次級電流時應適當增大，原則上次級電壓應在所需電壓的基礎上多加3V，即次級電壓應選6V+3V=9V，而次級電流應在所需電流的基礎上乘以1.7 倍，即1.7A ；變壓器的功率P 是初級線圈P1 和次級線圈功率P2 之和的一半，即：

P=（P1+P2）/2，

按照所選擇的電壓可計得：

P2=U2×I2=9×1.7=15.3W

P1=P2/ （0.8 ～ 0.9）=18W

這樣可以選擇變壓器的參數是功率為18W，初級輸入電壓220V，次級輸入電壓9V。變壓器應進行基本檢測，如初級、次級線圈的分辨，最常用的方法有兩個： 第一種是根據線圈電壓與線圈匝數的比值V1:V2=n1:n2 可知線圈細的那邊應為初級線圈（輸入端）；另一種方法是用萬用表的電阻檔比較兩線圈的電阻值，阻值較大的那一端為初級線圈（輸入端）。

2 整流電路的配備

整流電路的主要作用是利用二極管的單向導通特性將變壓器輸出的交流電壓轉換為脈動直流，是直流形成的第一站，它所提供的電壓比最大輸出電壓值

圖4.2 1ms 調頻周期信號頻譜 要略高，所以在選用四個二極管時要注意耐壓值應比變壓器的次級輸出電壓大3 倍以上，耐流值應略大于變壓器的次級電流。按照變壓器所取的數據：U2=9V、I2=1.7A，所選取的二極管耐壓應大于27V，耐流值最小應等于變壓器的次級電流。二極管需要承受較大的反向電壓，假如二極管反接，將會造成二極管損壞，電路無法工作等嚴重后果，因此安裝前要對二極管進行檢測，確保極性。二極管的檢測：用萬用表測量二極管的正反向電阻， 根據二極管的單向導通特性可以輕易的判斷出小電阻的那次黑筆所接是正極，紅筆所接是負極；對于外觀完好的二極管也可以從銀色圈圈在哪邊從而判出負極。

3 選用不同的電容器實現濾波

濾波電路是利用電容器將整流電路所輸出的脈動直流存在的交流成份濾掉， 使輸出波形變得平滑。不同類型的電容器有著不同特性，在電路中能起不同作用， 因此不同的電路應該選擇不同的電容器； 但不管何種電容器，在電路中承受的電壓都不能超過它自身的耐壓值，否則電容器將受到損壞，甚至產生“放炮”現象。根據變壓器的次級電壓等于9V，選擇電容器的耐壓值應為1.42 U2，即13V，電容器的容量應為（1500 ～ 2000）I2 （I2 為變壓器次級電流），即電容器可選用3300 ～ 4700μF 的。在本文所設計的電路中，前面的濾波電容C1 可適當選大到3300μF 以上，穩壓出來的濾波電容C2 就要相對減小，可選擇幾十微法的。利用萬用表的電阻檔檢測電容的好壞，判斷電容有無短路、斷路和漏電等現象：按電容量的大小用萬用表不同的電阻檔，紅、黑表筆分別接電容器的兩引腳，在表筆接通瞬間觀察表針的擺動，若表針擺動后返回到“∞”，說明電容良好，且擺幅越大容量越大；若表針在接通瞬間不擺動，則說明電容失效或斷路； 若表針在接通瞬間擺幅很大且停在那里不動，說明電容已擊穿（短路）或漏電嚴重；若表針在接通瞬間擺動正常，只是不能返回到“∞”，說明電容有漏電現象。對電解電容更要分清楚正負極，避免反接。

4 穩壓電路的研制

穩壓電路是當電網電壓波動或負載發生變化時，能使輸出電壓保持穩定的電路。根據電路的連接方式可分為并聯型直流穩壓電源和串聯型直流穩壓電源。并聯型直流穩壓電源所用元器件少，較經濟；輸出短路時元器件不易損壞，但效率低，調壓范圍小，負載變化容易引起輸出電壓的變化，適用于負載電流變化不大或極易發生短路的場合。相比之下串聯型直流穩壓電源可用在負載變化較大，穩壓性能要求較高，輸出電壓可調等場合，所以建議安裝串聯型直流穩壓電源。常用的穩壓元件有穩壓管、LM317、CW78××× （CW79×××）。

穩壓管是特殊加工而成的二極管，和普通二極管一樣具有單向導通特性，主要工作于反向擊穿區，起穩壓作用，通常并在負載兩端使用。當它兩端所加的反向電壓達到反向擊穿電壓時，管子導通，電流急劇上升，達到穩壓效果。只用穩壓管工作的穩壓電路一般較簡單，性能也較差， 適用于輸出電流不大，穩壓要求不高的場合。為改善穩壓效果，穩壓管常會和復合管一起用，但穩壓效果還是不理想。

LM317、CW78×××（CW79×××） 同屬三端集成穩壓器，都是將穩壓電路通過半導體集成技術壓制在一塊半導體芯片中形成集成穩壓電路[9]。LM317 是一種常用的三端可調穩壓集成電路，輸出電流為1.5A，輸出電壓可在1.25 － 37V 之間連續調節，調整使用方便。CW78××× 系列為輸出正電壓的固定式三端穩壓器， CW79××× 系列為輸出負電壓的固定式三端穩壓器，兩者都包含了輸入、輸出、公共接地端三個引出端，具有限流和熱保護的功能，且根據后序××× 不同各有不同的的輸出電壓和輸出電流，第一個“×” 代表額定電流--- 字母L 表示輸出電流為100mA，字母S 表示輸出電流為2A， 沒有字母表示輸出電流為1A ；后面兩個×× 表示額定電壓---05 表示額定電壓為5V，12 表示額定電壓為12V，如此類推。根據要求，本文選用7806 集成穩壓器（如圖5 所示），其額定電壓+6V，輸出電流1A ；若是79S12 則額定電壓為-12V，輸出電流2A。在使用所選IC 前，應注意區分7806 的三個管腳和判斷其好壞。區分管腳時可將三端穩壓器正面豎起來面對自己， 從左到右依次為輸入端、接地端、輸出端， 使用加電壓法測試三端穩壓器好壞，在7806 的1 腳和2 腳按極性加上直流電壓（9—35V），用萬用表測3 腳和2 腳的電壓， 如果所測電壓數值與穩壓值相近（大小不超出2V），則說明穩壓器性能好。

5 附加電路的選用

根據電路的要求不同，也為了讓電路能更好的工作，可以在原電路的基礎上增加一些冗余電路，如電源指示電路，輸出電壓顯示電路，散熱電路等。

當電路完成后應重新檢查一次所有元器件，如二極管的方向、電解電容的極性、集成電路的各管腳等，在檢查無誤后則可以進行通電調試，接通開關后若指示燈顯示正常，則+6V、1A 直流穩壓電源即可正常使用，其原理圖如圖2 所示。

6 結束語

通過對直流穩壓電源的分析制作，總結出直流穩壓電源的制作應從選材入手， 根據電路要求進行電路設計。只要認真扎實的進行制作，就能從中悟出很多有關直流穩壓電源的制作技巧，使一些積累問題迎刃而解，推導出開關型穩壓電路、串聯反饋式穩壓電路、輸出正負電壓可調的穩壓電路等的制作，提高創作水平。

【參考文獻】

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[2] 孟祥印，肖世德. 基于先進集成電路多輸出線性直流穩壓電源設計[J]. 微計算機信息，2005，21（1）： 154-155，180

[3] 金釗. 直流穩壓電源的性能測試與優化[D]. 威海：山東大學，2012

篇7

隨著集成電路微型化，超大規模集成化的要求，線寬已經發展到納米級，摻雜工藝非離子注入莫屬。如何精確控制結深，劑量，消除電荷積累對器件的損傷成為離子注入機設備和工藝改進的關鍵。本文將通過對離子注入機的特點、原理及應用的探討對現今的離子注入機的設備參數和工藝關聯問題進行論述。

一、離子注入機的原理

（一）離子注入機的組成

離子注入機由離子源、離子束聚焦部分、靶室及終端臺三個主要部分構成。此外，還包括質量分析器、加速器和四級透鏡，以及反向偶合電子器。

（二）離子注入機的工作原理

離子注入機運作原理是：當某種離子束射向固體材料的時候，因為高速的撞擊，致使固體表面的分子或是原子的偏離，在一定角度下，粒子束會嵌入到固體材料一定深度，使被注入固體材料由于注入他種材料的離子形成新的共價鍵結構而發生了性變，這樣的過程就叫做離子注入。離子機就是運用這樣的原理實現半導體器件所需各種特性的目的。

集成電路制程中離子注入機起著極其重要的作用，尤其是制造的前期工序。作為關鍵設備，離子注入機運行中的各項參數、與產品質量有著密不可分的關聯，由于既涉及設備又涉及工藝，往往讓從業人員無所適從，因此備受關注。

二、離子注入機設備和工藝質量改進

離子注入機運行中的各項參數，對工藝質量有著極強的關聯性，只有了解和懂得參數對應的工藝問題，才能有效的調整設備和工藝菜單，達到高品質的工藝改進。

我們可以從以下幾個方面入手：

（一）設備的改進

離子注入機的改進應從真空，離子源和離子束三個主要部分著手。

離子注入機的高真空有三個基本區段，離子源腔體，粒子束腔體和工藝腔體，由于離子源腔體由于有高溫通常用擴散泵來實現高真空，近來由于發現擴散泵的泵油氣體會部分影響離子源的純凈，后改進用低溫冷泵通過管道偏裝隔熱實現高真空，已經被廣為采用。而工藝腔體的真空直接影響到工藝穩定性而被高度重視，因此改用大口徑的低溫冷泵來實現穩定的高真空，離子注入起始真空指的就是工藝腔體的真空。

離子源是產生參雜離子的發生器，如何保持燈絲與離子腔高阻隔離，燈絲材料對燈絲的壽命影響，燈絲形狀對電子發射以及提高撞擊雜質分子幾率都至關重要，前兩者直接關聯離子源保養的次數，提高設備的利用率，第三者直接關聯離子產生幾率?，F代從業者已經廣泛采用改良型的長壽命燈絲提升設備的使用效率。

離子束的控制影響產品參雜純凈，工藝時間長短，以及電荷積累的消除等非常重要的環節，它包含有質量分析器、加速器和四級透鏡，以及反向偶合電子器。

質量分析器通過偏轉磁場過濾掉大部分不需要的雜質離子，從而保證離子的純凈，如何保證其偏轉通道的干凈和暢通是關鍵。加速器決定參雜能量，定期校正是必須的。反向耦合電子器往往被業者人士忽略，在低束低能量低劑量參雜時，它的作用不明顯，但在高劑量高能量注入時，由于目標靶不能及時釋放電荷而在硅片表面產生電荷積累，形成電壓，會對元器件造成電路擊穿。因此必須采用反向電子耦合器發出的電子來中和掉積累的電荷。

此外還有為了測定離子束的大小而使用的法拉第系統?？刂谱⑷虢嵌鹊臋C械控制系統等類似的許多裝置都是為了實現相應的功能而存在的。

設備高真空度發揮著很大的作用。當真空度過低的時候，離子束就不會達到要求，會影響離子注入的速度，進而使得設備內離子的純凈度受到影響，當真空度低于要求時，測定結果通常電阻下降；當真空度太高一方面影響設備使用效率，另一方面測定結果電阻上升。最后的結果就是工藝參數得不到滿足。通過生產實踐和工藝結果證明，現代注入起始真空度需要達到4×10-6Torr以上，此時的真空度就算比較理想。

（二）工藝技術的改進

離子注入工藝技術人員必須明確掌握注入機設備參數與工藝結果的一一對應關系，在編輯工藝菜單時，反復試驗每一種工藝需求，比如：產品實際需要的注入能量（對應結深），注入劑量（對應電阻率），起始注入真空度（對應設備效率，間接影響電阻率），調整所需的反向電子電流（過大過小都會損傷產品），設備特殊參數的監控（SPC），防止參雜物質的相互污染，參與產品從零件到成品的所有環節，為了提高產品質量，技術人員的能力、態度可以說是問題的源泉。首先，能夠進入該團隊，說明都是一些有能力之人。因此，在具備相關知識能力的基礎上，工作人員應該端正自己的態度，杜絕粗心大意，防微杜漸，將來可能出現的問題，潛在因素扼殺在孕育的過程中。

其次在產品檢查的時候，常常會因為檢查人員的檢查力度，從而忽略很多的細節，為了防止工作中的隨意性導致的一系列問題，應該設立與之相關的條文，這樣有利于提高工作人員的積極性，防止因人而異所造成的質量失控。

（三）其他方面的改進

除了工作人員和設備本身的問題，影響離子機質量的原因還包括：法則、物料和環境。其中法則就包括在整個制造過程中，使用的工藝指導書、工序指引、生產產品使用的模型圖紙、相關的標準以及在操作過程中的規程等等。離子注入機設備精密，因此，在生產過程中要遵循相應的規章制度，不能有絲毫差錯的。走好每一步，才能生產出完美的產品

設備的穩定性是衡量工業產品質量的一大標準。而環境對設備的穩定性有著極大的影響。設備周圍的溫度、濕度和清潔度等環境問題也應該受到關注和改進。

參考文獻

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[2] 林義鵬；離子注入機均勻性的改進設計[D]；電子科技大學；2010年.

[3] 張亨金；Q235低碳鋼表面納米化及離子注入的研究[D]；太原理工大學；2006年.

[4] 胡代群；大角度離子注入機垂直掃描機構的設計[D]；湘潭大學；2007年.

[5] 北京中科信電子裝備有限公司副總經理 肖仁耀；二手離子注入機翻新遭遇挑戰[N]；中國電子報；2005年.

作者簡介

篇8

【關鍵詞】傳輸門邏輯；CMOS門邏輯；NMOS管；PMOS管

1.引言

21世紀是信息科學的世紀，電子科學與技術是信息科學發展的基礎學科。半導體集成電路作為電子科學與技術的核心，是電子類相關專業的重要基礎課程。而半導體集成電路這門課程中，靜態邏輯電路[1-3]這一塊又是比較重要的一部分。靜態邏輯電路分為靜態CMOS邏輯電路和傳輸門邏輯電路?，F有的絕大多數教材表明傳輸門邏輯電路的理解設計方法和靜態CMOS邏輯電路的理解設計方法是不一樣的。人們總結出了的一套設計靜態CMOS復合邏輯門電路的通用方法[3]，其步驟如下：

（1）調整布爾代數式（也叫邏輯關系式），使得輸出為負邏輯。

（2）當邏輯關系式為“或”時，PMOS管串聯，NMOS管并聯。

（3）當邏輯關系式為“與”時，PMOS管并聯，NMOS管串聯。

（4）改變尺寸可調整速度或輸入閾值。而對于傳輸門邏輯[3]，其理解和設計的方法是二叉判決圖BBD。這兩類方法不統一，給學生在理解和設計邏輯電路造成很大的麻煩。本論文提出一種能夠簡易地理解傳輸門邏輯和靜態CMOS門邏輯的方法。運用這種方法，學生也可以簡易地設計傳輸門和靜態CMOS邏輯電路。

2.方法

下面我們介紹一下這個方法。我們這個方法分為如下三個部分：

（1）對于單個NMOS管而言，漏極輸出C等于源極輸入A和柵極輸入B的“與”。邏輯表達式為。圖1顯示了單個NMOS管。根據NMOS管高電壓通、低電壓阻的特性，我們可以得到。

（2）對于單個PMOS管而言，漏極輸出C等于源極輸入A和柵極輸入B的“非”的“與”。邏輯表達式為。圖2顯示了單個PMOS管。根據PMOS管高電壓阻、低電壓通的特性，我們可以得到。

（3）對于兩個MOS并聯而言，總的輸出等于各個MOS輸出的“或”。我們以兩個NMOS管并聯說明這種情況。圖3顯示了兩個NMOS并聯的情形。我們可以得到：

3.結果和討論

（1）我們先用上述的方法來理解靜態CMOS邏輯電路和傳輸門邏輯電路。

首先看CMOS反相器，圖4顯示了CMOS反相器的示意圖。從圖4中我們可以看出對于輸出VOUT，PMOS管和NMOS管是并聯的關系。利用上述的方法，我們可以得到PMOS管和NMOS管的漏極分別為和，所以?？梢钥闯鑫覀兊姆椒▽τ诶斫夂唵蔚腃MOS反相器邏輯是適合的。

我們再來理解一個復雜一點的兩輸入的異或門靜態CMOS邏輯電路。圖5顯示了靜態CMOS異或門邏輯電路示意圖。運用我們的方法，我們可以得出：對于P網，有、、、。對于N網，有、、、、。所以，。可以看出我們的方法能夠簡單的理解較為復雜的兩輸入靜態CMOS異或門邏輯電路。我們有理由相信對于理解更為復雜的靜態CMOS邏輯電路，我們的方法同樣適用。

理解完了靜態CMOS邏輯電路，我們在來看看傳輸門邏輯電路。圖6顯示了一個基于CMOS傳輸門構成的同或門邏輯電路。運用我們的方法，我們可以得出：、、、、、、。因為前面我們已經理解了CMOS反相器，所以圖6中我們直接用反相器邏輯功能?？梢钥闯鑫覀兊姆椒梢院芎唵蔚睦斫鈧鬏旈T邏輯電路。從圖6我們也可以看出，對與CMOS傳輸門，其邏輯功能跟隨NMOS傳輸門。

我們再來理解一個全加器中靜態的曼徹斯特進位電路。圖6顯示了全加器中靜態的曼徹斯特進位電路示意圖。運用我們的方法，可以得到：

、、、、?？梢钥闯?，按照我們的方法，正確的理解了全加器中靜態的曼徹斯特進位電路的邏輯表達式。

（2）運用我們的方法來設計靜態CMOS邏輯電路和傳輸門邏輯電路。

我們首先來設計一個靜態CMOS邏輯電路。設計靜態CMOS邏輯電路就是理解靜態CMOS邏輯電路逆過程。我們以邏輯表達式為例來設計靜態CMOS邏輯電路。參考上面講述的運用我們的方法理解靜態CMOS邏輯電路的過程可知，首先要將邏輯表達式寫成如下形式：

這一項是對應靜態CMOS電路的P網，而這一項是對應靜態CMOS電路的N網。觀察這兩項，反向運用我們的方法，可知在P網中下面是柵極輸入由C控制的PMOS管，再下面是并聯的兩個柵極信號分別由A和B控制的PMOS管。而在N網中，對應的是串聯的兩個柵極信號分別由A和B控制的NMOS管，這兩個串聯的NMOS管再與柵極信號由C控制的NMOS管并聯。由上述分析可知邏輯電路圖如圖7所示。

其次運用我們的方法設計一個靜態傳輸門電路。以異或門為例，其邏輯表達式為。運用我們的方法，得知一個兩輸入的“與”相使用一個MOS管，而“或”代表兩個MOS管并聯。如果使用兩個NMOS管并聯，電路圖如圖8所示。由圖8可知，使用NMOS管的話還要兩個反相器才能完全實現“異或”功能。如果使用兩個PMOS管并聯，電路圖將更為簡單，可以省略兩個反相器，電路圖如圖9所示。

在學習靜態傳輸門邏輯電路時，我們知道靜態傳輸門邏輯相比與靜態CMOS邏輯電路而言有一個優勢就是：輸入不同，邏輯功能也不同。實際上在這個優勢背后有個不變的本質，這個本質就是本教學論文提出的理解和設計靜態傳輸門和靜態CMOS邏輯電路的方法。

4.結論

本教學論文提出一種能簡易地理解和設計靜態傳輸門和靜態CMOS邏輯電路的方法。這種方法基于對NMOS管“高通低阻”和PMOS管“低通高阻”的電學特性的充分理解。我們的方法統一的靜態CMOS邏輯電路和靜態傳輸門邏輯電路，便于學生的理解和學習。

參考文獻

[1]張延慶，張開華，朱兆宗.半導體集成電路[M].上海：上?？茖W技術出版社（第2版），1986.

[2]朱正涌，張海洋，朱元紅.半導體集成電路[M].北京：清華大學出版社（第2版），2009.

篇9

[關鍵詞]單片機及集成電路，電表設計

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）41-0381-02

為了讓用戶在使用電表方面更加方便，為此設計了一款方便迅捷的電度表。一般傳統設計的電表需要抄表人員定期挨家挨戶抄取數據，結算出費用后，再到各家索取，誤差大、統計工作量大，人為的錯誤給電力部門和用戶帶來極大不便，也造成了用戶和電力部門的糾紛。因此我設計了利用單片機作為控制器的IC卡預付費式電度表，而且微控制器和大規模集成電路在電能計量領域的廣泛應用，也使的這一設計更加合理化。同時本設計作為一種智能化的家居電氣，也給人們生活帶來了諸多的便利，這無疑促使它在現在的生活節奏中更具有優勢。

1 系統主要硬件電路設計

1.1 有功電能測量的基本原理

電度表由分壓器取得電壓信號，電流互感器取得電流采樣信號，經乘法器得到電壓電流乘積信號，再經頻率變換產生一個頻率與電壓電流乘積正比的電能計量脈沖，就容易計量處電能。

電度表采用了專用集成電路SM9903.SM9903芯片包含四象模擬乘法器、積分器、電壓/頻率轉換器VFC、計數器（分頻器）及控制邏輯。

在正弦穩態情況下，設正弦電壓和電流分別為：

式中，u為交流電壓瞬時值，i為交流電流瞬時值，U為交流電壓有效值，I為交流電流有效值，為交流電的角頻率，=u-i為電壓電流的相位差。

經四象限模擬乘法器相乘后的瞬時功率為：

（3）

可見，瞬時功率有恒定分量UI和正弦分量兩面三量兩面三刀部分，正弦分量的頻率是電壓（或電流）頻率的兩倍

瞬時功率p經積分器后，得有功功率P，即

P= （4）

以上分析表明，有功功率P為恒定分量，將正比于P的電壓經V/F變換后，輸出的是頻率隨P變化的脈沖，只需將脈沖累計計數，則計數值N即為電能。

1.2 預付費電度表工作電路基本原理

預付費電度表的硬件電路可分為、控制電路、顯示電路、IC卡接口、電能存儲器、掉電檢測和電源幾大模塊。

1）電能計量電路

電能計量電路采用電子電度表專用集成電路SM9903.

用SM9903構成的電路計量如圖1：

在上圖中，采用340μΩ的錳通篇為電流采樣電阻，用精密金屬作為電壓采樣電阻。C4、R17、VD1、VD2、C8、C9、VZ1、VZ2為電容降壓示電源，為SM9903提供±5V的工作電壓。32768HZ為表用晶體振蕩器，為SM9903提供時鐘。C6、C7為積分容。R8為參考電壓整電位器。

2）IC卡接口電路

IC卡接口電路采用存儲IC卡AT24C01，用于存儲由售電管理系統寫入的密碼、卡號、電度數等，是電管部門與用戶連接的橋梁。為了提高IC卡操作的可靠性，必須有卡上下電控電路、卡插入檢測電路、卡短路檢測電路等輔助電路，結合軟件可以大大提高其讀寫的準確性和可靠性。

3）顯示電路

本系統采用液晶顯示器，其特點是顯示內容豐富（可顯示漢字），功耗低，可靠性高，電路簡單。器件型號是：SMG12232B-2，顯示容量為122*32點陣。采用總線方式連接。

4）電能存儲器

電能存儲器是由串行EEPROM和上拉電阻組成，電路如下圖，在串行時針和數據接上拉電阻R25和R27，分別連接到IC4的P3.0和P3.1端，串行EEPROM選用AT24C04，AT24C04為低電壓（2.5―5.5V），長壽命（可擦寫十萬次以上）器件。在`掉電時存儲剩余電度數。

5）掉電檢測電路

掉電檢測電路由比較器（運放LM393）、電壓基準LM336（2.5V）、R31、R32、R33、R34、R35、R36和二極管VD7組成，電路如圖

R31為VZ3提供合適的工作電流，VZ3上端作為電壓基準，R32、R33對電壓分壓，與Vz做比較。電源電壓正常時，V-V+時，比較器輸出低電平，使微處理器產生外中斷，做掉電處理（將剩余電能存入EEPROM中）。VD7、R36為施密特電路，是為了避免電壓在閥值左右波動引起反復的寫操作。

6）磁保持繼電器驅動

磁保持繼電器能使電磁線圈中保持上次驅動脈沖所注入的磁場不便，即在正常工作時不需要加驅動電流，只在需要改變觸點狀態時加上200ms的反向脈沖即可。隨后不需要任何驅動。這就大大節省了能量，降低了消耗。

磁保持繼電器由AT89C52的P1.0、P1.1發出控制信號，P1.1為高電平時線圈中有正向電流，P1.0為高電平時線圈中有反向電流。驅動電路由R21、R45、R47、R48、R49、R50、PNP三極管VT1、VT4，三極管VT5、VT6、VT7、VT8組成。L為電磁線圈。

當P1.1=1、P1.0=0時三極管VT4、VT7、VT8導通，而VT1、VT5、VT6截止。流經L的電流方向為+12VVT4的E極VT4的C極線圈的B端線圈的A端VT7的C極VT7的E極地，繼電器觸點接通；

當P1.1=0、P1.0=1時三極管VT4、VT7、VT8截止，而VT1、VT5、VT6導通。流經L的電流方向為+12VVT1的E極VT1的C極線圈的A端線圈的B端VT6的C極VT6的E極地，繼電器觸點斷開。

當P1.1=P1.0=0時，所有三極管均截止，線圈無電流。當P1.1=P1.0=1是不允許的情況，因為這時所有的三極管均導通，功耗很大。

系統軟件程序設計主要包括：主程序設計、IC卡檢測及讀寫程序、掉電保護程序設計等.

2 總結

通過這次的課程設計，認知到了自己對單片機應用很多方面的不足.在實際的運用中，很多知識對自己來說都是陌生的.不過通過這次的設計，讓我的知識也增加了不少，對論文的書寫有了更好的認知.更重要的是對單片機有了更加深刻的理解.在查找的大量書籍和資料中獲取了很多的知識.

本設計有著許多的優點，比如說計量準確，精度高，IC卡保密性好，可以知道你剩余的電量，已用電量，而且在不足時候會提醒用戶及時充值，而且具有相當好的保護措施.

當然本設計也有著一些不足之處，例如抗干擾性不強，而很多的硬件損壞，以及系統失效都是由于各種干擾引起的，很多干擾來自電源，而電源由于電壓的穩定性有著必然的聯系.而在軟件方面，當微處理器收到干擾時，程序指針PC會出錯，因為MC-51的系統指令二字節、三字節指令較多，運行到程序區時，將操作數當成操作碼執行，會造成混亂；跳到非程序區時，很有可能陷入某種循環不能出來，這也是本設計的不足之處.

總的來說本設計還是相當實用的，我也在其中獲得了很多的指導，我相信這次的設計會對我今后的工作有幫助的，我也相信我的畢業論文會做的更好.

參考文獻

[1] 閻石.數字電子技術基本教程.北京：清華大學出版社，2007.

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關鍵詞：Pierce 晶體振蕩器；自動增益控制；低功耗

1 引言

最近幾年，隨著無線通訊系統的迅猛發展以及半導體產業的興盛，射頻集成電路的研究得到了廣泛重視。低成本，低功耗的無線收發終端的設計已成為一個重要的研究課題。頻率綜合器是無線收發器的一個重要模塊，而壓控振蕩器（VCXO）又是頻率綜合器中最核心的組成部分。目前，包括無源電感和無源電容在內的無源器件已經可以實現片上解決，采用CMOS工藝，將整個射頻前端集成在芯片內，已經成為業界研究的熱點。本文基于負阻分析模型，設計了一種4MHz 石英晶體振蕩器，具有較好的相位噪聲性能和較低的功耗，除石英晶體外，電路全部集成在射頻芯片內作為鎖相環路的高精度頻率參考源。

2 Pierce 石英晶體振蕩器的基本結構

由于Pierce 結構的在晶體振蕩器穩定性和容易起振方面優于Colpitts 振蕩器，故選用Pierce 電路結構，如圖1（a）所示，C1、C2 與外接晶體諧振器接于芯片外部晶體振蕩器XTAL 的兩端，構成諧振回路，NMOS 管M0 是放大管。圖1（b）是相應的小信號等效電路圖，其中電感Ls、串聯電容Cs、并聯電容Cp、電阻Rs 構成晶體諧振器XTAL 的等效電路。晶體的串聯諧振頻率f2S=1/（2π*LSCS）和并聯諧振頻率fP2=1/（2π*LS）（1/CP+1/CP），為了使振蕩器有良好的穩定性和預測性，應該使振蕩頻率接近串聯諧振頻率[1]。晶體振蕩器必須滿足兩個條件才能振蕩，振蕩器的環路增益必須大于1。振蕩器的相移必須等于0，相移由反向放大器和晶體的相移組成。通過網絡分析儀測試我們得到該石英晶體模型的各個參數為：Cm=20fF，Lm=79.157mH，Rm=50Ω，C0=7pF。后面我們電路設計的性能優化全部基于這個石英晶體模型。

3 帶自動增益控制的Pierce 振蕩器

由于低功耗和頻率穩定性的考慮，石英晶體振蕩器一般包括晶體振蕩器電路，反向放大器，偏置電路和峰值檢測器，采用了自動增益控制（AGC）技術，晶體當前的增益由閉環回路自動控制，峰值檢測電路比較參考信號和振蕩信號大小，產生一個反饋信號控制偏置電路，進而控制反向放大器的增益，單純使用偏置電壓穩定電路的靜態工作點是不夠的，因為放大管還會受到電源電壓下降等帶來的影響，還要同時考慮提供偏置電流。如果采用固定電流源給放大管提供電流，由于跨導必須大于起振條件，會造成功耗的浪費，因此引入自動增益控制電路，引入AGC 結構，起振之后，隨著振幅的增加，通過反饋來調節放大管的電流，使電流不但可以獨立于電源電壓的變化，而且可以隨著振幅的變化而反向變化，平衡后MOS 管工作在亞閾區，形成更為合理的靜態工作點的控制方式。圖2 中M0 是放大管，M1，M3，M5 構成電流偏置電路，電阻Rf跨接在M0 的柵漏之間，作為M0 的自偏置，取值200kΩ。剛起振的時候通過M1 鏡像的電流很大，M0 柵上的直流電壓較大，使得M0的漏電流很大，通過M4 與M2 的鏡像作用，使得流經放大管M3 的漏電流較大，M3 管的增益很大。當振蕩器開始工作時，振幅逐漸變大，通過R2，C2，C4 的濾波作用，也就是使得M2 柵壓下降，電流減小，通過M5 管與M1 管的鏡像作用，使得流經放大管M0 的漏電流減小，最后達到平衡狀態。這樣構成負反饋，通過AGC 限制晶體振蕩器輸出波形的振幅，從而自動調整電路的工作點，提高了穩定性，減小了功耗。R4，M6 構成啟動電路，M2，M3，M4，M5，R3 構成簡單的與電源無關的電流產生電路。采用自動增益控制的一個最主要的優點在于可以避免由于石英晶體的過驅動引入的諧波失真，當石英晶體的兩端電壓過大時，會加大諧波分量，引入自動增益控制電路，可以啟動時加大電流，在穩定振蕩后，減小電流，一方面保證正常啟動，同時可以減小振動幅度，提高頻譜純度，延遲石英晶體的老化。

圖2 本文設計的晶體振蕩器電路圖

4晶體振蕩器芯片系統電路結構及原理

文中所設計的晶體振蕩器芯片系統框圖如圖3所示，其基本工作原理為：OSC振蕩電路以噪聲作為起振的原始激勵信號，輸出穩定的正弦信號；OSC_BUFFER振蕩輸出緩沖電路對前一級輸出的正弦信號進行放大整形，得到占空比為50%的方波信號；分頻電路對輸出的方波信號進行頻率調整，以得到適合不同頻率信號源；頻率調整后的方波信號通過高性能的輸出緩沖電路，提高芯片的帶負載能力，為各種電子系統提供準確的頻率基準源。

圖3 晶體振蕩器芯片系統框圖

5 測試結果

晶體振蕩器電路采用了0.18um CMOS 工藝流片，經過測試，采用示波器觀察晶振兩端輸出波形。電路穩定振蕩在4.0051MHz 上，波形全擺幅為866mV，具有較大的振幅和較好的抗干擾能力。

6 結論

本文成功地設計了一款低功耗、輸出高穩定性的晶體振蕩器芯片，測試結果顯示，頻率精度較高，振蕩穩定性好，而且版圖面積較小，滿足射頻接收芯片系統要求。

參考文獻：

[1] 陳建立，傅金，朱培生，張波. 一種高精度高穩定性振蕩器的設計[J]. 微電子學. 2011（01）.

[2] 曾健平，王閬，何先良，葉英，謝海情. 石英晶體振蕩器的集成化設計[J]. 微電子學與計算機. 2009（02）