超大規模集成電路范文

導語：如何才能寫好一篇超大規模集成電路，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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1、大規模集成電路:LSI （Large Scale Integration ），通常指含邏輯門數為100門~9999門（或含元件數1000個~99999個），在一個芯片上集合有1000個以上電子元件的集成電路。

2、超大規模集成電路：VLSI（Very Large Scale Integration） 通常指含邏輯門數大于10000 門（或含元件數大于100000個)。是一種將大量晶體管組合到單一芯片的集成電路，其集成度大于大規模集成電路。集成的晶體管數在不同的標準中有所不同。尤其是數字集成電路，通常采用電子設計自動化的方式進行，已經成為計算機工程的重要分支之一。

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2、可靠性高，使用環境要求低。由于微機采用大規模和超大規模集成電路，系統內使用的器件數量減少，器件，部件之間的連線以及接入件數目也相應地減少，而且MOS電路本身工作所需的功耗也很低，所以微機的可靠性大大提高，進而降低了對使用環境的要求。

3、體積小，質量輕，功耗低。由于微機中廣泛采用了大規模和超大規模集成電路，從而使微機的體積大大縮小。

4、適應性強。從系統軟件到應用軟件可方便地構成不同規模的微機系統，從而使微機具有很強的適應性。

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關鍵詞：集成電路EDA 教學方法 拓展 培養

所謂“集成電路EDA”是通過設計、建模、仿真等手段搭建集成電路框架，優化集成電路性能的一門技術，也是一名優秀的集成電路工程師除了掌握扎實的集成電路理論基礎外，所必須掌握的集成電路設計方法。只有熟練掌握集成電路EDA技術，具備豐富的集成電路EDA設計實踐經歷，才能設計出性能優越、良品率高的集成電路芯片。可以說，集成電路EDA是纖維物理學、微電子學等專業的一門非常重要的專業課程。然而，目前集成電路EDA課程的教學效果并不理想，究其根本原因在于該課程存在內容陳舊、知識點離散、概念抽象、目標不明確等不足。因此，通過課程建設和教學改革，在理論教學的模式下，理論聯系實踐、提高教學質量，改善集成電路EDA課程的教學效果是必要的。

為了提高集成電路EDA課程的教學質量，改善教學環境，為國家培養具備高質量的超大規模集成電路EDA技術的人才，筆者從本校的實際情況出發，結合眾多兄弟院校的改革經驗，針對教學過程中存在的問題，進行了課程建設目標與內容的研究。

課程建設目標的改革

拓展學科領域，激發學生自主學習興趣 本校集成電路EDA課程開設于纖維物理學專業，但是其內容包括物理、化學、電子等多個學科，教師可根據教學內容，講述多個學科領域的專業知識，尤其是不同學科領域的創新和應用，引導學生走出本專業領域，拓展學生視野，提高科技創新意識。與學生經常進行互動，啟發式和引導式地提出一些問題，讓學生課后通過資料的查找和收集，在下一次課堂中參與討論。激發學生思考問題和解決問題的興趣。這樣課內聯系課外、師生全面互動、尊重自我評價的新型教學方法可以培養學生創新精神，激勵自主學習，由被動式學習轉為主動式學習，拓寬學生的知識面。

完善平臺建設，培養學生創新實踐能力 在已有的實驗設備基礎上，打造軟件、硬件、網絡等多位一體的集成電路EDA平臺，完善集成電路EDA實驗。通過集成電路EDA平臺的實踐環節，既培養了學生的仿真設計能力，加深了對集成電路EDA知識的掌握，又使學生掌握了科學的分析問題和解決問題的方法。引導學生參加項目研發，鼓勵學生參與大學生創新創業和挑戰杯活動，以本課程的考核方式激勵學生寫出創新性論文，通過軟件仿真、實驗建模等方式設計出自己的創新性產品，利用集成電路EDA平臺驗證自己的設計，然后以項目的形式聯系企業，將產品轉化為生產力，將“產學研”一體化的理念進行實踐，培養學生創新實踐能力。

課程教學內容的改革

精選原版教材 教材是教學的主要依據，教材選取的好壞直接影響著教學質量。傳統集成電路EDA課程的教材都以中文教材為主，內容陳舊，即使是外文翻譯版教材，也由于翻譯質量及時間的原因，仍然無法跟得上集成電路的革新。因此，在教材選取時應當以一本英文原版教材為主，多本中文教材輔助。英文原版教材大多是國外資深集成電路EDA方面的專家以自己的實踐經驗和教學體會為基礎，結合集成電路EDA的相關理論來進行編寫，既有豐富的理論知識，又包含了大量的設計實例，使學生更容易地掌握集成電路EDA技術。但是只選擇外文教材，由于語言的差異，學生對外文的理解和接受仍然存在一定的問題，為了幫助學生更好地學習，需要輔助中文教材，引導學生更好地理解外文教材的真諦。

更新教學內容 著名的摩爾定律早在幾十年前就指出了當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18個月至24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。這條定律指引著集成電路產業飛速的發展，集成電路EDA課程是學生掌握集成電路設計的重點課程，因此必須緊跟時展，不斷更新教學內容?，F有的集成電路EDA教材涉及集成電路新技術的內容很少，大部分都以闡述基本原理為主，致使學生無法接觸到最新的內容，影響學生在研究生面試、找工作等眾多環節的發揮。在走入工作崗位后，學生感覺工作內容與學校所學的知識嚴重脫節，需要較長的時間補充新知識，來適應新工作。為了改善這種狀況，需要以紙質教材為主，輔助電子PPT內容來進行教學。紙質教材主要提供理論知識，電子PPT緊跟集成電路的發展，隨時更新和補充教學內容，及時將目前主流的EDA技術融入課程教學中。還可以進行校企結合，把企業的專家引進來，把學校的學生推薦到企業，將課程教學和企業實際相結合，才能激發學生的學習興趣和積極性，提高教學效果。

參考文獻

[1]馬穎，李華.仿真軟件在集成電路教學中的應用探討[J].中國科教創新導刊，2009.

[2]楊媛，余寧梅，高勇.半導體集成電路課程改革的探索與思考[J].中國科教創新導刊，2008（3）：78-79.

[3]李東生，尹學忠.改革傳統課程教學強化EDA和集成電路設計[J].實驗技術與管理，2005，4（22）.

[4]徐太龍，孟堅.集成電路設計EDA實驗課程的教學優化[J].電子技術教育，2012（7）：87-89.

[5]衛銘斐，王民，楊放.集成電路設計類EDA技術教學改革的探討[J].電腦知識與技術，2012，18（19）：4671-4672.

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信息工程專業是建立在超大規模集成電路技術和現代計算機技術基礎上，研究信息處理理論、技術和工程實現的專門學科。該專業以研究信息系統和控制系統的應用技術為核心，在面向21世紀信息社會化的過程中具有十分重要的地位。

如果從工程師和研究生的專業方向來看，電子信息專業的方向大概有：

1、數字電子線路方向。從事單片機(8位的8051系列、32位的ARM系列等等)、FPGA(CPLD)、數字邏輯電路、微機接口(串口、并口、USB、PCI)的開發，更高的要求會寫驅動程序、會寫底層應用程序；

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關鍵詞：電子技術；發展趨勢；特點；電子設備

電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發展起來的新興技術。隨著生產和科學技術的發展，工藝革新和新材料的使用，新器件的出現，尤其是大規模和超大規模集成電路的研制和推廣，電子技術在二十世紀發展的最為迅速，成為近代科學技術發展的一個重要標志。它已廣泛用于國防、科學、工業、醫學、通訊（信息處理、傳輸和交流）、廣播、電視、航空、導航、無線電定位、自動控制、遙控遙測、計算機及文化生活等各個領域。對推動國民經濟的發展起著重要的作用，因此對電子技術的探究具有重要意義?，F將電子技術的發展趨勢和特點歸納為以下幾個方面。

1 條件極端復雜化

電子產品在生產、儲存、運輸和使用過程中，經常受到結構的限制和周圍環境的各種有害影響。如自身結構的高硬度、大彈性、極大、極小、極厚、極薄和奇形怪狀等；外界條件如溫度、濕度、大氣壓力、太陽輻射、雨、風、冰雪、灰塵、沙塵、鹽霧、腐蝕性氣體、霉菌、昆蟲及其他有害動物以及振動、沖擊、地震、碰撞、離心加速度、聲振、搖擺、電磁干擾及雷電等。這些在一定程度上都影響了電子產品的工作性能、使用可靠性和壽命等。所以電子技術在生產制造技術上，必須達到極端條件的要求。而“微機電系統”就是順應而生的產品。

2 微型化

電子產品在社會生活各個領域的廣泛運用，技術精良，功能齊全，造型優美，使用方便等要求，使其產品結構正朝著微型化、小型化方向發展。現代電子組裝技術的發展、大規模集成電路、功能集成件及系統功能集成件不斷涌現，為實現上述要求提供了技術保證。而作為電子產品基礎的各種電子元件則由大、重、厚，向短、小、輕、薄方向發展。如在電子產品結構材料上可以使用一些塑料的電子材料、鈦合金、鎂合金或是一些工程塑料合金來實現電子產品的輕薄化。而在連接設計上可用無引線的片式元件（SMC）和片狀器件（SMD）實現短小化。貼片元件的體積和重量只有傳統插裝元件的1/10左右。一般采用SMT之后，電子產品體積縮小40%～60%，重量減輕60%～80%。如目前的手機和掌上電腦的結構和組裝。其結構材料一般采用工程塑料，結構形式也各不相同，但基本都是采用螺釘、內外卡連接固定，用表面貼裝技術裝配而成的微型化產品。

3 綠色化

綠色化是電子技術未來發展的必然趨勢。2006年7月1日歐盟《關于在電子電器設備中限制使用某些有害物質指令（RoHS）》正式生效。RoHS要求電子電器產品中所用的元器件原材料（單一均質材料）中的六種有害物質含量不能超過限額值。目前限制使用的物質有鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價鉻（Cr+6）、多嗅聯苯（PBB）、多嗅二苯醚（PBDE），其限量標準分別是：1000mg/kg、100mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg。我國也與2006年2月28日正式了《電子信息產品污染控制管理辦法》。這一系列與此對應的辦法的實施，有助于保護人類健康和報廢電子電氣設備合乎環境要求的回收惡化處理，同時也是一個技術壁壘，提高產品進入市場的準入門檻，使科技和環保實現可持續發展。人與自然界的和諧統一。

4 集成化

它主要包括三個方面：現代技術的集成、加工技術的集成和企業管理的集成。其中，實現電子系統集成化的關鍵是微組裝技術（Microelectronics Packaging Technology，簡稱為MPT）和表面組裝技術（Surface Mounting Technology，簡稱為SMT）。MPT利用三維微型組件、大規模集成電路（VLSIC）、超大規模集成電路（ULSIC）和超高速集成電路（UHSIC）等元器件，采用自動表面安裝、多層混合組裝和裸芯片組裝方法來實現電子產品的集成化。SMT則是用自動組裝設備將片式化、微型化的無引線或短引線表面組裝元件、器件直接貼、焊到印制線路板表面或其他基板的表面位置上來實現電子產品的集成化。

5 高精度，多功能和智能化

現代電子技術往往要求高精度，多功能和智能化，有的還引入了計算機系統，因而其控制系統較為復雜。精密機械廣泛地應用于電子設備是現代電子設備的一大特點。

高精度往往要求超凈、超純和超精。例如在微電子制造中，不僅對加工車間里的塵埃顆粒直徑，顆粒數，芯片材料中的有害雜質含量有嚴格限制，甚至要求加工精度達到納米級。

智能化裝備的基礎是計算機智能技術，目前計算機技術已經被廣泛應用于電子電路的設計和仿真，集成電路的版圖設計、印刷電路板（PCB）的設計和可編程器件的編程等各項工作中。

自控技術、計算技術和精密機械的緊密結合使電子產品具有更全面的功能，比如具有更高級的人類思維能力，只有想不到沒有做不到。它們之間的緊密結合使電子設備的精度和自動化程度達到了相當高的水平。

電子技術是信息、智力、知識密集型技術，其耗能低，污染少。展望電子設備的前景，電子技術將會跟隨時代的腳步不斷的創新，更高更好的新技術必將開拓更廣的領域，其良好的運用將很好的促進我國的現代化建設。

參考文獻

[1]王隆太，等.先進制造技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]張平亮，等.先進制造技術[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]馮.先進制造技術基礎[M].北京：北京理工大學出版社，2009.

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1.1認識微電子

微電子技術的發展水平已經成為衡量一個國家科技進步和綜合國力的重要標志之一。因此，學習微電子，認識微電子，使用微電子，發展微電子，是信息社會發展過程中，當代大學生所渴求的一個重要課程。生活在當代的人們，沒有不使用微電子技術產品的，如人們每天隨身攜帶的手機；工作中使用的筆記本電腦，乘坐公交、地鐵的IC卡，孩子玩的智能電子玩具，在電視上欣賞從衛星上發來的電視節目等等，這些產品與設備中都有基本的微電子電路。微電子的本領很大，但你要看到它如何工作卻相當難，例如有一個像我們頭腦中起記憶作用的小硅片—它的名字叫存儲器，是電腦的記憶部分，上面有許許多多小單元，它與神經細胞類似，這種小單元工作一次所消耗的能源只有神經元的六十分之一，再例如你手中的電話，將你的話音從空中發射出去并將對方說的話送回來告訴你，就是靠一種叫“射頻微電子電路”或叫“微波單片集成電路”進行工作的。它們會將你要表達的信息發送給對方，甚至是通過通信衛星發送到地球上的任何地方。其傳遞的速度達到300000KM/S，即以光速進行傳送，可實現雙方及時通信?！拔㈦娮印辈皇恰拔⑿偷碾娮印保渫暾拿謶撌恰拔⑿碗娮与娐贰?，微電子技術則是微型電子電路技術。微電子技術對我們社會發展起著重要作用，是使我們的社會高速信息化，并將迅速地把人類帶入高度社會化的社會。“信息經濟”和“信息社會”是伴隨著微電子技術發展所必然產生的。

1.2微電子技術的基礎材料——取之不盡的硅

位于元素周期表第14位的硅是微電子技術的基礎材料，硅的優點是工作溫度高，可達200攝氏度；二是能在高溫下氧化生成二氧化硅薄膜，這種氧化硅薄膜可以用作為雜質擴散的掩護膜，從而能使擴散、光刻等工藝結合起來制成各種結構的電路，而氧化硅層又是一種很好的絕緣體，在集成電路制造中它可以作為電路互聯的載體。此外，氧化硅膜還是一種很好的保護膜，它能防止器件工作時受周圍環境影響而導致性能退化。第三個優點是受主和施主雜質有幾乎相同的擴散系數。這就為硅器件和電路工藝的制作提供了更大的自由度。硅材料的這些優越性能促成了平面工藝的發展，簡化了工藝程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大規模集成電路得到了迅猛的發展。

1.3集成電路的發展過程

20世紀晶體管的發明是整個微電子發展史上一個劃時代的突破。從而使得電子學家們開始考慮晶體管的組合與集成問題，制成了固體電路塊—集成電路。從此，集成電路迅速從小規模發展到大規模和超大規模集成電路，集成電路的分類方法很多，按領域可分為：通用集成電路和專用集成電路；按電路功能可分為：數字集成電路、模擬集成電路和數模混合集成電路；按器件結構可分為：MOS集成電路、雙極型集成電路和BiIMOS集成電路；按集成電路集成度可分為：小規模集成電路SSI、中規模集成電路MSI、大規模集成電路LSI、超導規模集成電路VLSI、特大規模集成電路ULSI和巨大規模集成電路CSI。隨著微電子技術的發展，出現了集成電路(IC)，集成電路是微電子學的研究對象，其正在向著高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向發展。

1.4走進人們生活的微電子

IC卡，是現代微電子技術的結晶，是硬件與軟件技術的高度結合。存儲IC卡也稱記憶IC卡，它包括有存儲器等微電路芯片而具有數據記憶存儲功能。在智能IC卡中必須包括微處理器，它實際上具有微電腦功能，不但具有暫時或永久存儲、讀取、處理數據的能力，而且還具備其他邏輯處理能力，還具有一定的對外界環境響應、識別和判斷處理能力。IC卡在人們工作生活中無處不在，廣泛應用于金融、商貿、保健、安全、通信及管理等多種方面，例如：移動電話卡，付費電視卡，公交卡，地鐵卡，電子錢包，識別卡，健康卡，門禁控制卡以及購物卡等等。IC卡幾乎可以替代所有類型的支付工具。隨著IC技術的成熟，IC卡的芯片已由最初的存儲卡發展到邏輯加密卡裝有微控制器的各種智能卡。它們的存儲量也愈來愈大，運算功能越來越強，保密性也愈來愈高。在一張卡上賦予身份識別，資料(如電話號碼、主要數據、密碼等)存儲，現金支付等功能已非難事，“手持一卡走遍天下”將會成為現實。

2.微電子技術發展的新領域

微電子技術是電子科學與技術的二級學科。電子信息科學與技術是當代最活躍，滲透力最強的高新技術。由于集成電路對各個產業的強烈滲透，使得微電子出現了一些新領域。

2.1微機電系統

MEMS(Micro-Electro-Mechanicalsystems)微機電系統主要由微傳感器、微執行器、信號處理電路和控制電路、通信接口和電源等部件組成，主要包括微型傳感器、執行器和相應的處理電路三部分，它融合多種微細加工技術，并將微電子技術和精密機械加工技術、微電子與機械融為一體的系統。是在現代信息技術的最新成果的基礎上發展起來的高科技前沿學科。當前，常用的制作MEMS器件的技術主要由三種：一種是以日本為代表的利用傳統機械加工手段，即利用大機械制造小機械，再利用小機械制造微機械的方法，可以用于加工一些在特殊場合應用的微機械裝置，如微型機器人，微型手術臺等。第二種是以美國為代表的利用化學腐蝕或集成電路工藝技術對硅材料進行加工，形成硅基MEMS器件，它與傳統IC工藝兼容，可以實現微機械和微電子的系統集成，而且適合于批量生產，已成為目前MEMS的主流技術，第三種是以德國為代表的LIGA(即光刻，電鑄如塑造)技術，它是利用X射線光刻技術，通過電鑄成型和塑造形成深層微結構的方法，人們已利用該技術開發和制造出了微齒輪、微馬達、微加速度計、微射流計等。MEMS的應用領域十分廣泛，在信息技術，航空航天，科學儀器和醫療方面將起到分別采用機械和電子技術所不能實現的作用。

2.2生物芯片

生物芯片(Biochip)將微電子技術與生物科學相結合的產物，它以生物科學基礎，利用生物體、生物組織或細胞功能，在固體芯片表面構建微分析單元，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞及其他生物組分的正確、快速的檢測。目前已有DNA基因檢測芯片問世。如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余種DNA基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維，不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基本片段。采用施加電場等措施可使一些特殊物質反映出某些基因的特性從而達到檢測基因的目的。以DNA芯片為代表的生物工程芯片將微電子與生物技術緊密結合，采用微電子加工技術，在指甲大小的硅片上制作包含多達20萬種DNA基本片段的芯片。DNA芯片可在極短的時間內檢測或發現遺傳基因的變化，對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉基因工程等具有極其重要的作用。生物工程芯片是21世紀微電子領域的一個熱點并且具有廣闊的應用前景。

2.3納米電子技術

在半導體領域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代電子器件，如：高電子遷移晶體管(HEMT)，異質結雙極晶體管(HBT)，低閾值電流量子激光器等。在半導體超薄層中，主要的量子效應有尺寸效應、隧道效應和干涉效應。這三種效應，已在研制新器件時得到不同程度的應用。(1)在FET中，采用異質結構，利用電子的量子限定效應，可使施主雜質與電子空間分離，從而消除了雜質散射，獲得高電子遷移率，這種晶體管，在低場下有高跨度，工作頻率，進入毫米波，有極好的噪聲特性。(2)利用諧振隧道效應制成諧振隧道二極管和晶體管。用于邏輯集成電路，不僅可以減小所需晶體管數目，還有利于實現低功耗和高速化。(3)制成新型光探測器。在量子阱內，電子可形成多個能級，利用能級間躍遷，可制成紅外線探測器。利用量子線、量子點結構作激光器的有源區，比量子阱激光器更加優越。在量子遂道中，當電子通過隧道結時，隧道勢壘兩側的電位差發生變化，如果勢壘的靜電能量的變化比熱能還大，那么就能對下一個電子隧道結起阻礙作用?；谶@一原理，可制作放大器件，振蕩器件或存儲器件。量子微結構大體分為微細加工和晶體生長兩大類。

3.微電子技術的主要研究方向

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電子產品在社會生活各個領域的廣泛運用，技術精良，功能齊全，造型優美，使用方便等要求，使其產品結構正朝著微型化、小型化方向發展?，F代電子組裝技術的發展、大規模集成電路、功能集成件及系統功能集成件不斷涌現，為實現上述要求提供了技術保證。而作為電子產品基礎的各種電子元件則由大、重、厚，向短、小、輕、薄方向發展。如在電子產品結構材料上可以使用一些塑料的電子材料、鈦合金、鎂合金或是一些工程塑料合金來實現電子產品的輕薄化。而在連接設計上可用無引線的片式元件（SMC）和片狀器件（SMD）實現短小化。貼片元件的體積和重量只有傳統插裝元件的1／10左右。一般采用SMT之后，電子產品體積縮小40%～60%，重量減輕60%～80%。如目前的手機和掌上電腦的結構和組裝。其結構材料一般采用工程塑料，結構形式也各不相同，但基本都是采用螺釘、內外卡連接固定，用表面貼裝技術裝配而成的微型化產品。

2綠色化

綠色化是電子技術未來發展的必然趨勢。2006年7月1日歐盟《關于在電子電器設備中限制使用某些有害物質指令（RoHS）》正式生效。RoHS要求電子電器產品中所用的元器件原材料（單一均質材料）中的六種有害物質含量不能超過限額值。目前限制使用的物質有鉛（Pb）、鎘(Cd)、汞(Hg)、六價鉻(Cr+6)、多嗅聯苯(PBB)、多嗅二苯醚(PBDE)，其限量標準分別是：1000mg/kg、100mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg、1000mg/kg。我國也與2006年2月28日正式了《電子信息產品污染控制管理辦法》。這一系列與此對應的辦法的實施，有助于保護人類健康和報廢電子電氣設備合乎環境要求的回收惡化處理，同時也是一個技術壁壘，提高產品進入市場的準入門檻，使科技和環保實現可持續發展。人與自然界的和諧統一。

3集成化

它主要包括三個方面：現代技術的集成、加工技術的集成和企業管理的集成。其中，實現電子系統集成化的關鍵是微組裝技術（MicroelectronicsPackagingTechnology，簡稱為MPT）和表面組裝技術（SurfaceMountingTechnology，簡稱為SMT）。MPT利用三維微型組件、大規模集成電路（VLSIC）、超大規模集成電路（ULSIC）和超高速集成電路（UHSIC）等元器件，采用自動表面安裝、多層混合組裝和裸芯片組裝方法來實現電子產品的集成化。SMT則是用自動組裝設備將片式化、微型化的無引線或短引線表面組裝元件、器件直接貼、焊到印制線路板表面或其他基板的表面位置上來實現電子產品的集成化。

4高精度，多功能和智能化

現代電子技術往往要求高精度，多功能和智能化，有的還引入了計算機系統，因而其控制系統較為復雜。精密機械廣泛地應用于電子設備是現代電子設備的一大特點。高精度往往要求超凈、超純和超精。例如在微電子制造中，不僅對加工車間里的塵埃顆粒直徑，顆粒數，芯片材料中的有害雜質含量有嚴格限制，甚至要求加工精度達到納米級。

智能化裝備的基礎是計算機智能技術，目前計算機技術已經被廣泛應用于電子電路的設計和仿真，集成電路的版圖設計、印刷電路板（PCB）的設計和可編程器件的編程等各項工作中。自控技術、計算技術和精密機械的緊密結合使電子產品具有更全面的功能，比如具有更高級的人類思維能力，只有想不到沒有做不到。它們之間的緊密結合使電子設備的精度和自動化程度達到了相當高的水平。

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【關鍵詞】脈沖編碼調制；均勻量化；非均勻量化；線性；非線性；MATLAB

0.引言

20世紀70年代后期，超大規模集成電路的脈沖編碼調制（PCM）編、解碼器的出現，使PCM在光纖通信、數字微波通信、衛星通信中得到越來越廣泛的應用。因此，PCM已經成為數字通信中一門十分重要的技術。PCM也是通信工程專業學生必修的部分。學生可以通過該系統的實驗，加深線性編碼和非線性編碼等概念的理解，進一步掌握有關數字通信系統性能的分析方法和基本研究方法。

1.Matlab簡介

MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分，它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數學軟件。它在數學類科技應用軟件中在數值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。

2.脈沖編碼調制（PCM）基本原理

脈沖編碼調制（PCM）概念是1937年由法國工程師Alec Reeres最早提出來的。1946年美國Bell實驗室實現了第一臺PCM數字電話終端機。1962年后，晶體管PCM終端機大量應用于市話網中局間中繼線，使市話電纜傳輸電話路數擴大24-30倍。70年代后期，超大規模集成電路的PCM編、解碼器的出現，使PCM在光纖通信、數字微波通信、衛星通信中獲得了更廣泛的應用。因此，PCM已經成為數字通信中一個十分基本的問題。

脈沖編碼調制簡稱脈碼調制，它是一種將模擬語音信號變化成數字信號的編碼方式。脈碼調制的過程如圖2所示。

PCM主要包括抽樣、量化與編碼三個過程。抽樣是把連續時間模擬信號轉換成離散時間連續幅度的抽樣信號；量化是把離散時間連續幅度的抽樣信號轉換成離散時間離散幅度的數字信號；編碼是將量化后的信號編碼形成一個二進制碼組輸出。國際標準化的PCM碼組（電話語音）是八位碼組代表一個抽樣值。從通信中的調制概念來看，可以認為PCM編碼過程是模擬信號調制一個二進制脈沖序列，載波是脈沖序列，調制改變脈沖序列的有無或“1”、“0”，所以PCM成為脈沖編碼調制。

圖1.1 PCM原理圖

編碼后的PCM碼組，經數字信道傳輸，可以是直接的基帶傳輸或者是微波、光波載頻調制后的通帶傳輸。在接收端，二進制碼組反變換成重建的模擬信號■(t)。在解調過程中，一般采用抽樣保持電路，所以低通濾波器均采用■型頻率響應以補償抽樣保持電路引入的頻率失真■。

預濾波是為了把原始語音信號的頻帶限制在300-3400Hz標準的長途模擬電話的頻帶內。由于原始語音頻帶是40-10000Hz左右，所以預濾波會引入一定的頻帶失真。

整個PCM系統中，重建信號■(t)的失真主要來源于量化以及信道傳輸誤碼，通常，用信號與量化噪聲的功率比，即信噪比S/N來表示。

3.線性PCM與對數PCM的性能比較

下面以正弦信號輸入為例，來分析線性PCM編碼與對數PCM編碼的信噪比（SNR）特性。

3.1均勻量化

由通信原理可知，當輸入為正弦信號a=Am*sin(0.1*pi*x)，且信號不過載時，若取量化間隔數為L，且L=2n，n為正整數。則有信噪比

SNR≈4.77+20logD+6.02n

單位為分貝（dB），其中D=Am/■V，V為最大量化電平。在不過載的范圍內，信噪比隨輸入信號的增加呈線性增加。

3.2非均勻量化

3.2.1 A律壓縮特性

假設輸入的正弦信號a=sin(0.1*pi*x)的相位是隨機的，且在(-π,π)范圍內等概率分布。則有：

量化噪聲功率

σ■■=■,0≤a≤1/A

σ■■=■{[2-(aA)2]sin-1(■)+■+■},1/A≤a≤1

其中C=1/(1+InA),A=87.6。

以及正弦波瞬時功率S=■

根據上面3個公式，可以編制出以下程序，求得輸入樣值數組x和信噪比數組SNR。并繪制出SNR特性曲線。

x=0:0.01:20;

a=sin(0.1*pi*x);

a2=max(a); %求幅值的最大值

b=length(a);

a1=abs(a); %求輸入信號的絕對值

X=20*log10(a1/a2);

n=8;

SNR1=6.02*n+4.77+X; %均勻量化的信噪比

plot(X,SNR1)

axis([-80 0 0 70]);

ylabel('SNR(dB)');xlabel('20logD');

grid on

text('Position',[-30,15],'String','L=256');

篇9

上海500億元重金“砸”向集成電路產業

上海市副市長周波近期表示，上海市集成電路產業基金總規模為500億元，分為三個基金，政府資金將扮演種子的角色，廣泛吸引社會資金參與。具體來說，就是按“3+1+1”的格局設立三個行業基金。最大規模的是總額300億元的集成電路制造基金，主要用來支持在滬興建新一代超大規模集成電路生產線，并支持光刻機、刻蝕機等核心裝備的國產化。另兩個基金的規模稍小，都是100億元，一個專注于投資集成電路材料產業，另一個用來并購海內外優秀的集成電路設計企業。

周波表示，上海市集成電路產業基金將以“市場主導、政府引導”為原則，根據不同產業特點，政府資金將發揮不同的作用。

根據上海市集成電路行業協會的統計，在上海的集成電路產業中，來自張江高科技園區的企業占據了半壁江山，張江高科技園區也是我國集成電路產業最集中、綜合技術水平最高、產業鏈相對最為完整的產業園區。截至2015年底，協會中來自張江的企業已達170家。上海市集成電路行業協會有關負責人接受《中國經濟周刊》記者采訪時表示，上海集成電路產業基金的設立對張江高科技園區的制造、設計、裝備這三類企業必將是利好。

此外，早在2015年6月，張江高科（600895.SH）公告稱，其全資子公司2億元認繳武岳峰集成電路基金6.67%，成為其有限合伙人。據了解，武岳峰集成電路基金是在上海自貿區內設立的人民幣、美元雙幣股權投資基金，基金設立以后，將鎖定全球范圍內的集成電路產業的優質資源，尋找在美國、歐洲、以色列、日本等國的產業并購目標，同步配合與中國國內集成電路企業的整合;該基金主要以并購方式投資國內外處于高速成長中后期的企業，或者在境外資本市場上被低估的成熟期企業，通過各種方式整合，并選擇合適的資本退出渠道完成退出。

越來越多的跨國公司將總部放在了張江

在各種政策利好影響下，越來越多的跨國公司將總部選擇在了張江區域內。中國內地規模最大、技術最先進的集成電路代工企業――中芯國際集成電路制造有限公司（下稱“中芯國際”），于2015年12月出資成立中芯國際控股有限公司（下稱“中芯控股”）。中芯控股已獲上海市政府認定為跨國公司地區總部，將承擔中芯國際大陸地區總部管理職能。

《中國經濟周刊》記者從張江高科獲悉，該公司全資子公司上海張江集成電路產業區開發有限公司，已與中芯控股簽訂《收購框架協議》，將“張東商務中心”物業1號樓出售給中芯控股，該樓將作為中芯國際的總部辦公大樓。資料顯示，中芯控股法定代表人為中芯國際首席執行官兼執行董事邱慈云，注冊資本5000萬美元，是外國法人獨資的有限責任公司。

公開信息顯示，中芯國際在浦東建有一座300mm晶圓廠和一座200mm超大規模晶圓廠;在北京建有一座300mm超大規模晶圓廠，一座控股的300mm先進制程晶圓廠正在開發中;在天津和深圳各建有一座200mm晶圓廠。中芯國際還在美國、歐洲、日本和中國臺灣設立行銷辦事處，同時在中國香港設立了代表處。中芯國際透露，根據目前計劃，上?？偛繉⒔y籌國內各公司運營。

中芯國際首席財務官兼戰略規劃執行副總裁高永崗表示：“成立地區總部，是中芯國際戰略發展的需要。中芯國際起步于上海，選擇上海作為地區總部有歷史積淀、地緣優勢、產業布局等方面的綜合考慮。中芯控股將充分發揮總部功能，高效整合企業內外資源，發揮產業集聚應，推動企業以及中國集成電路產業的發展。”

我國地方性集成電路產業“大基金”總額已達1400億元

我國的集成電路產業和世界先進水平仍有較大差距，目前每年進口芯片超過2000億美元。為提高集成電路產業的技術水平，把握產業自，過去兩年，國家對集成電路產業給予了前所未有的重視。2014年6月，國務院頒布了《國家集成電路產業發展推進綱要》，成立國家產業投資基金。這一重大舉措為中國集成電路產業的發展營造了不可多得的良好發展環境。

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關鏈詞：計算機發展趨勢；云處理；計算機網絡

1 計算機的發展歷史是由以下幾個階段構成的

1.1 第一代計算機

世界上第一臺計算機是美國賓夕法尼亞大學于1946年研制成功的ENIAC（電子數字積分計算機）。第一代計算機的主要特點是：硬件方面，采用電子管為基本邏輯電路元件，主存儲器采用延線或磁鼓（后期采用了磁芯），外存儲器采用磁帶存儲器，計算機體積龐大、功耗大、可靠性差、價格昂貴；軟件方面，最初只能使用機器語言，編寫程序、修改程序都很不方便，50年代中期以后才出現了匯編語言，但仍未從根本上解決編制程序的困難，因而計算機應用很不普遍。但是，第一代計算機所采用的基本技術（采用二進制、存儲程序控制的方法）卻為現代計算機技術的發展奠定了堅實的理論基礎。

1.2 第二代計算機

也稱為晶體管計算機時代，其主要特點是：硬件方面，采用晶體管為基本邏輯電路元件，主存儲器全部采用磁芯存儲器，外存儲器采用磁鼓和磁帶，計算機的系統結構也從第一代的以運算器為中心改為以存儲器為中心，從而使得計算機的速度提高、體積減小、功耗減低、可靠性增強（1）；軟件方面，創立了一系列高級程序設計語言，并且提出了多道程序設計、并行處理和可變的微程序設計思想。從此，計算機的應用也從單一的計算發展到了數據、事務管理和過程控制。

1.3 第三代計算機

稱為集成電路計算機時代，其主要特點是：硬件方面，計算機主要邏輯部件采用中、小規模集成電路，主存儲器從磁芯存儲器逐步過渡到了半導體存儲器，使得計算機的體積進一步減小，運算速度、運算精度、存儲容量以及可靠性等主要性能指標大為改善；軟件方面，對計算機程序設計語言進行了標準化工作，并提出了計算機結構化程序設計思想。此外，在產品的系列化、計算機系統之間的通迅方面都得到了較大發展，計算機的應用領域和普及程度有了迅速的發展。

1.4 第四代計算機

計算機進入了超大規模集成電路計算機時代。其主要的特點是：硬件方面，計算機邏輯部件由大規模和超大規模集成電路組成（2），主存儲器采用半導體存儲器，提供虛擬能力，計算機設備多樣化、系列化；軟件方面，實現了軟件固化技術，出現了面向對象的計算機程序設計編程思想，并廣泛采用了數據庫技術、計算機網絡技術。

1.5 計算機的發展趨勢

隨著大規模、超大規模集成電路的廣泛應用，計算機在存儲的容量、運算速度和可靠性等各方面都得到了很大的提高。在科學技術日新月異的今天，各種新的器件不斷出現，人們正試圖用光電子元件、超導電子元件、生物電子元件等來代替傳統的電子元件，制造出在某種程度上具有模仿人的學習、記憶、聯想和推理等功能的新一代的計算機系統（3）。計算機系統正朝著微型化、便攜化、云處理和智能化等方向更深入發展。

2 計算機互聯網的興起

最早的Internet，是由美國國防部高級研究計劃局建立的?，F代計算機網絡的許多概念和方法，如分組交換技術都來自ARPAnet。 ARPAnet不僅進行了租用線互聯的分組交換技術研究，而且做了無線、衛星網的分組交換技術研究-其結果導致了TCP/IP問世。

1977-1979年，ARPAnet推出了目前形式的TCP/IP體系結構和協議。1980年前后，ARPAnet上的所有計算機開始了TCP/IP協議的轉換工作，并以ARPAnet為主干網建立了初期的Internet。1983年，ARPAnet的全部計算機完成了向TCP/IP的轉換，并在 UNIX（BSD4.1）上實現了TCP/IP。ARPAnet在技術上最大的貢獻就是TCP/IP協議的開發和應用。2個著名的科學教育網CSNET和BITNET先后建立。1984年，美國國家科學基金會NSF規劃建立了13個國家超級計算中心及國家教育科技網。隨后替代ARPANET的骨干地位。 1988年Internet開始對外開放。1991年6月，在連通Internet的計算機中，商業用戶首次超過了學術界用戶，這是Internet發展史上的一個里程碑，從此Internet成長速度一發不可收拾。

3 云計算的興起

由于計算機硬件技術的發展和計算機網絡的日趨成熟，云計算的基本條件已經成熟，云計算的核心思想就是將大量網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個計算資源池向用戶按需服務云計算提供了最可靠、最安全的數據存儲中心，用戶不用再擔心數據丟失和病毒入侵。此外，云計算可以輕松實現不同設備間的數據與應用共享?；谠朴嬎銥榇鎯凸芾頂祿峁┝藥缀鯚o限多的空間，也為我們完成各類應用提供了幾乎無限強大的計算能力。我們可以用它來做的事情就是無限多的。通過云計算服務提供商提供的云存儲技術，就可以在任何有互聯網的地方使用比移動硬盤更加快捷方便的服務。地圖導航在沒有GPS的時代，每到一個地方，我們都需要一個新的當地地圖而現在，我們只需要一部手機，就可以擁有一張全世界的地圖。甚至還能夠得到地圖上得不到的信息，例如交通路況，天氣狀況等等。正是基于云計算技術的GPS帶給了我們這一切。

云計算將為學校與科研單位提供實效化的研發平臺。云計算應用已經在一些單位和高校中得到了初步應用，并取得了很好的應用效果。在未來，云計算將在我國學校與科研領域得到廣泛的應用普及，各大高校將根據自身研究領域與技術需求建立云計算平臺，并對原來各下屬研究所的服務器與存儲資源加以有機整合，提供高效可復用的云計算平臺，為科研與教學工作提供強大的計算機資源，進而大大提高研發工作效率（4）?！霸朴嬎恪睂ξ覈墙档陀嬎愠杀镜拇蠛脵C遇，可以讓每一個中國人享受到信息革命的成果，使信息與知識能夠低成本高效率分享。當企業成功演進到“云”，最直觀的效果就是降低了運營成本。通過云計算，可以把分散的、低效的、低水平的數據中心逐步淘汰，讓子公司的IT變得不再重要，因而大大降低運維成本和使用成本。

由于以上原因，計算機在將來必將出現能滿足人們需求的智能性，可以使人們擺脫重復的工作和單調的操作，使人們的生活更加的便捷，比如未來的的人將不再需要現在的身份證，銀行卡等，只需要帶上一個便攜式的移動終端就可以，這個終端可以是手機，也可以是一塊電子手表等，通過它們我們將可以支付賬單、購買車票等等，現在的實體紙張類型的票具和現金將會被計算機電子化，這樣我們出門旅行只需要上移動終端就可以走遍天下。

參考文獻

[1] 楊民東，談高師院校的多媒體輔助教學，中國高教研究，2002.1

[2]Gartner.Gartner Introduces the Infrastructure MaturityModel [R].Publication Date：2004-11-19，ID Number： 600123095