電子技術發展論文范文

導語：如何才能寫好一篇電子技術發展論文，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。

篇1

數字信號處理技術和無線通信技術的快速發展是汽車電子技術發展的驅動力、更多的創新技術不斷開發應用。相對其他控制技術，電子技術更具智能化，控制成本更低，性能更好。于是汽車上出現日益增加的電子單元，在提升汽車性能的同時，又會帶來線路繁雜、可靠性降低、電磁干擾、維修困難等諸多問題。近年來，總線化成為一個方向，各電子單元通過總線進行通訊，信息交換，傳輸當前的狀態信息接受中央控制單元的指令并執行特定的功能。總線化增強了汽車的整體性，也提高了軟件在汽車制造技術中的地位。汽車日趨大眾化，導致苛刻要求汽車零部件降低成本，提高性能。高端豪華汽車在總計近百個電子組件或電子控制單元(ECU)的相應系統中包含多達100余個微處理器。這些ECU由多種網絡連接，例如控制器局域網（CAN、FlexRay）、局域互連網絡(LIN)和面向媒體的系統傳送（MOST）。當今汽車電子技術的特點和核心要求是：

1）實時性?？焖俜磻⒉皇菍崟r性的核心內涵，快速性僅是系統實時能力的表現。當系統不能滿足實時性要求時，必須提高系統的運行速度，而運行速度的提高會帶來系統功耗加大、電磁兼容性下降等負面效應。因而在設計具體的控制系統時，在保證能滿足實時性要求的條件下，應使系統的運行速度降到最低，以滿足系統在功耗、可靠性和電磁兼容性等方面獲得最佳的綜合品質。

2）安全性。安全性是指產品防止、減少故障和事故的性能。硬件的耐高低溫、耐電擊、耐火花、阻燃等從原材料制作工藝到檢測包裝儲運，有效的質量控制是關鍵；軟件漏洞的隱患與后果，如功能的缺失、安全威脅與客戶抱怨等，有一種名為“組策略”的手段提供對微處理器進行更改注冊表來實現軟件的安全。對車輛電子控制安全造成的威脅，可分成局部物理、遠程和內部電子3大類。①局部物理性威脅。通過物理性地接入傳動系統CAN網絡并破壞通信，這種入侵式的攻擊極易破壞汽車關鍵功能。其對策是在一個或多個ECU內部的某處存儲著隱秘的私有密鑰，用于受保護的通信通道，提供局部數據的保護服務，汽車算法、多媒體內容和保密資料都需要私鑰存儲進行數據保護，抵擋凌厲的入侵和攻擊。②遠程威脅。黑客通過偵測汽車的遠距離無線接口尋找網絡安全協議、網絡服務和程序中的軟肋，以找到內部各電子系統中的路徑。與數據中心不同，汽車不可能擁有完整的IDS、IPS、防火墻和UTM，防衛機制的客觀缺失需依靠汽車的關鍵系統必須與非關鍵的ECU完全隔離開，以確保駕駛安全。③內部電子威脅。雖然物理網絡隔離是理想的方案，但接觸點和干擾總是難以避免，安全標準有極大差異的系統間通信的干擾會很敏感。業界又出現強烈的設計整合趨勢，使用更強大的多內核微處理器來實現不同系統的控制，從而將許多ECU變為虛擬的ECU，這將增加源于軟件的威脅風險，從而導致操作系統缺陷、對密碼系統的旁路攻擊以及拒絕服務等。因而，關鍵和非關鍵的系統與網絡之間的接口必須在最高管理層面進行論證和窮盡分析，并按ISO15408等評估安保等級（EAL）6+的最高等級安保標準進行驗證，確認缺陷無虞。

3）可靠性?？煽啃允侵府a品的平均無故障運行時間（MTBF）。為確?？煽啃?，在汽車電子電路上實施冗余設計，元器件應選用汽車級。高可靠性軟件及安全工程實施原則（PHASE）協議支持最大限度地簡化復雜性、軟件組件架構、最低權限原則、安全軟件和系統開發過程。

4）環保性。產品符合國家相關的環保標準和規定，包括產品是否含有毒、有害原材料，芯片是否含鉛、鎘，EMC輻射是否超標，須有嚴格的檢測和認證。必須認識到切實實施ISO/TS16949和ISO14001僅是一項基礎工作。

2我國汽車電子產業概況

市場化的經濟體制帶來了高效的資源配置，我國汽車電子產業在這10年間有了飛速的發展。在汽車產業高速發展的直接推動下，2012年我國汽車電子市場規模已逾2500億元，連續7年增長率超過30％。其原因除市場需求迅猛發展外，還有國家政策帶動、國際產業轉移和地區競爭的促進。但由于基礎研發工作薄弱，掌握的自主知識產權匱乏，產品在技術上還依附于國外，核心技術仍受制于人，至今沒有世界知名的汽車電子產品品牌和供應商。石油資源日趨緊缺，人們對環境保護的意識在不斷增強。國際上對汽車排放出臺了一系列嚴格的標準，加上人們對汽車的安全性、舒適性和使用壽命的要求越來越高，汽車電子也越來越復雜，進入汽車電子零部件行業的門檻就越來越高。我國汽車電子產業雖實現了持續快速發展，產業的技術水平、規模、機構都得到了大幅度的提升，但這產業鏈中的成就僅局限于加工制造。硬件方面，元器件集成芯片幾乎全從國外公司購買；軟件方面，從開發工具到核心軟件全由國外公司提供；生產方面，從貼片到出廠，從生產檢測設備到技術規范、標準，也依循國外企業?，F狀是久負盛名的跨國芯片巨頭能針對特定的應用提供專用芯片及解決方案，使汽車電子產品開發周期縮短，質量有保障，成本較低。這樣更使我國目前幾乎所有汽車電子單元全是由芯片廠商提供設計，而我們只是二次開發。微電子行業基礎核心技術的薄弱是決定我國汽車電子產業在總體上受制于國際跨國公司的根本原因，必須徹底改變。

3汽車電子技術發展趨勢

1）總線化和中央電子控制單元向汽車電子的整體化、系統化邁出了革新的一步。各電子控制單元通過總線進行通信，傳輸當前狀態的信息，接受中央控制單元的指令并執行特定的功能，使車輛行駛功能控制達到最佳水平。總線化還使汽車制造核心技術由硬件逐漸向軟件過渡，由諳熟全程制造技術和掌握汽車各系統、各零部件原理功能的龍頭企業執掌制定切實可用通信協議的主動權。這就導致技術實力弱勢的中小企業只得依附強勢的大公司，促使行業兼并。

2）模塊化。電子技術和多領域高新技術進行系統集成化汽車零部件產品的構成，便于國際化采購和整車廠組裝。模塊化就是根據需求定制，完成所需的功能，以標準模塊的規格作大集成化的封裝，提高功效和可靠性，也簡化配套和整車制造工藝，有利于產品質量得到有效控制。結果將會使現在處于領先地位的行業寡頭逐漸成為系統集成商，電子零部件企業承擔的產品工作量越來越大，汽車零部件產業在汽車工業中的作用和地位更顯重要。

3）智能化。微控制器大量進入汽車電子各系統，帶來控制技術智能水平提高，性能更優越，控制成本更低。

4）規范化和高配普及化。新的汽車電子技術不斷涌現、不斷進步，但有些電子控制技術在汽車上實施還需歷經一段時間，才能在標準配置上被確認。例如，輪胎智能壓力監測系統（TPMS）與ABS、安全氣囊并稱為汽車3大安全系統。但目前，僅在奧迪A8、寶馬7系/5系、奔馳S/E系列等高端車型中作為標準配置。在高度重視汽車安全性的當下，輪胎壓力監測系統必然很快會成為所有汽車的標準配置。就如同ABS從出現到普及一樣，需要一個過程。

5）重視傳感器的研發。汽車電子技術的應用中無處不在的傳感器，在控制技術環節里作用至關重要，應受到充分的重視。我國在傳感器技術的演進發展和實踐中雖已有一定基礎性的成果，但因投入的研發資源遠遠不足，也顯得十分薄弱。必須與汽車電子的研發齊頭并進才能相得益彰。期望在“十二五”計劃期間，我國傳感器技術及產業迎頭趕上。

6）“云控制”技術。計算機技術和信息融合技術已經發展到了云時代?！霸瓶刂啤奔夹g由以往的局部信息處理到信息共享到現代的信息融合，已經完全突破了汽車“傳感器-避開障礙-目標-方向盤”的傳統固有模式，使實現“目標-方向盤”的自動駕駛成為可能?！霸岂{駛”將大大提高識別道路行駛目標的效能，同時降低燃油耗費，將使駕駛由低事故向高可靠轉變。

4結束語

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我國的電子信息技術起步于二十世紀中期，近年來隨著科學技術的不斷發展，電子信息技術日新月異，我國在電子信息技術方面也有了明顯進步，應用范圍明顯增加，在國際范圍內具有了一定的影響力。我國電子信息技術產業主要經過了四次階段性的轉型，樹立了強大的產業動力，產品結構方面發生了較大的變化，技術與開發水平有了明顯提高，產品出口額有了明顯增加，基本上實現在滿足我國部分電子信息市場需求的基礎上，走出國門的愿景。但隨著應用的日漸廣泛，使得我國在電子信息技術的發展過程中，也出現了一些問題，例如企業研發能力弱、電子信息技術方面知識產權缺乏、信息化程度低等等，這些問題嚴重限制了我國電子信息技術的長遠發展，拉大了我國與世界信息技術發達國家之間的差距，目前而言我國電子信息技術發展中存在的問題主要有以下三個方面：

1.1環境資源匱乏環境資源匱乏是限制我國電子信息技術發展的一個重要問題，目前而言我國電子信息產業混亂，假冒偽劣、知識侵權現象猖獗，盜版產品走私販賣以及企業間的不良競爭的現象屢見不鮮，這些均嚴重危害了我國信息產業的發展，使得我國電子信息技術研發緩慢，這在很大程度上降低了我國電子信息技術在國際市場的競爭力，遏制了我國電子信息技術的發展潛力。除了產業內部環境存在很大問題，我國法律對電子信息技術的保護力量薄弱也是很大原因造成盜版猖獗的一個原因，因為缺乏保護使得電子信息技術的科研成果很容易被不法分子竊取，科研工作者嘔心瀝血研究而得新技術在隨后的盜版中被大量侵占，很大程度上降低了科研工作者的信心，再加上國內市場電子產品的走私、販賣現象猖獗，導致國內電子信息技術開發企業缺乏競爭優勢。所以缺乏有效嚴格的法律環境也是我國致使我國電子信息技術問題頻發的又一原因。

1.2電子信息技術產業結構不合理我國電子信息技術產業起步于20世紀80年代的“863”計劃，經過30多年的發展，產業規模迅速擴大，但也因為產業界限模糊，使得產業結構問題凸顯，技術創新體系并不明顯，使得我國的電子產品不能與國外頂尖電子產品相提并論。產業結構不合理，投入產出差距明顯，使得我國電子信息技術產業創新力薄弱，所以只有改變傳統產業結構，重構科學合理的產業結構，才能改變目前我國進步緩慢的電子信息產業的現狀。

1.3科研能力不足、從業人員素質不高作為以技術為首要驅動力的電子信息產業，科研能力的強弱決定了技術進步快慢，而產業內從業人員的素質又在很大程度上決定了技術創新能力的強弱。隨著我國教育普及程度的增加，不可否認的是，我國信息技術方面的人才不少，可以說還在不斷增加中，各方面的技術人員也很完備，但是很多人才都是單一型，他們或許是某一方面可以登峰造極，但是卻缺乏其他方面的知識儲備，甚至可以說毫無了解?，F在社會越來越需要復合型人才，而我國電子信息產業方面更需要這方面的復合型人才，也正是因為人才的缺乏，也嚴重的制約了電子信息技術的創新，目前我國仍有許多技術需要購買國外的先進專利，這種強依賴性，也是因為復合型人才的嚴重欠缺。

2我國電子信息技術的發展趨勢

人類進步永無止境，技術發展更需分秒必爭，每天有無數的新型技術誕生，所以我國的電子信息技術更不能滿足現狀，更應正確分析局勢，不斷優化和升級產業結構，逐步完善我國的電子信息技術。憑借高技術含量、高市場附加值、強大競爭力與明朗的市場前景，電子信息產業具有其他產業都無法比擬的優勢，所以電子信息產業是世界各國都大力爭奪的技術產業，目前很多西方國家已經將注意力集中與電子信息技術產業，大量投入人力、物力、財力，旨在通過電子信息產業的迅速發展帶動國家經濟發展?？傮w來說，我國的電子信息產業的發展的總體態勢是：產業總體發展的速度比較快，產業內總體的經濟效益比較好以及產業的發展后勁還是比較強的。綜上所訴，我國應努力追趕世界潮流，加大對電子信息產業的投入，不斷完善電子信息產業，未來我國電子信息技術將呈現出如下三方面的發展趨勢：

2.1階梯化、多元化發展任何事情的發展都不是一蹴而就，而是一個不斷發展的過程，所以在未來我國電子信息技術的發展也必然呈現處階梯化、多元化的多元發展。目前，我國的電子信息技術遠不如西方發達國家，他們憑借其雄厚的資金、技術以及品牌優勢，進行有目標地系統的研究、管理和銷售工作。前文已提到，我國電子信息產業結構混亂，從業人員素質不高，所以我國電子信息產業未來還有很長一段路要走，必須遵循階梯化網絡化的發展道路，首先需加大資金投入，加強立法保護，不僅僅是急于復制他國的先進產品，而是培養先進技術人才，在學習西方先進技術的基礎上，師夷長技以制夷，一步步穩扎穩打，才能逐步加快電子信息技術的發展。目前，電子信息技術已滲入生活的各個領域，正逐步實現著與機械、能源、交通、建筑等其他技術的有機結合，所以電子信息技術必然不能獨善其身，片面發展，只有將電子信息技術多元化發展，更多的應用于實際生活，才能真正使電子信息產業做到為人類服務。

2.2個性化、規模化發展眾所周知，每個產品都具有顯著得到規模效應，電子產品當然也不能例外。電子信息技術產業很多是精密技術產業，所以其生產規模才能得以生存和發展，否則很難在激烈的市場競爭中立足，很快就會被淘汰出局。我國電子信息技術產品的生產規模越來越大，很多大型跨國公司憑借其大規模的產量和嚴格的質量控制，有效的利用了規模經濟，取得了很大的經濟收益，所以規?；l展必然是未來電子信息技術的發展趨勢。隨著人們生活水平的提高，消費眼光越來越獨到，消費者逐漸成為市場主導，個性化消費已經成為必然趨勢，再加上電子信息市場更新換代速度驚人，人們對電子信息技術產品的需求日益呈現出多元化發展，所以如何在浩如煙海的電子信息市場獨占鰲頭，個性化必不可少。

2.3國際化、全球化發展電子信息技術的發展不是一國閉門造車的過程，而是國際性的發展過程，其采購、生產、加工、銷售都具有全球化的特征，很多技術不是僅靠一國之力便可完成，再加上我國電子信息技術起步晚，所以必須加強國際化交流，學習世界先進技術，才能遵循全球化發展。隨著經濟全球化的發展和信息網絡化的發展過程中，我國電子信息技術產業的發展必然要遵循國際化的發展趨勢。目前我國已經有不少電子信息技術產品已經開始走出國門，海爾、華為在世界已經有了很大的知名度，但是依舊有很多電子產品走山寨、翻版的低端路線，所以加快電子信息技術國際化發展必然是未來發展趨勢。

3結語

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集中化設計理念由于電氣工程處理多采用相同處理器進行集中處理，其工作任務相對較為繁重，且處理效率低，而隨著處理對象的增多，電纜數量也需進行不斷增加，這樣不但加大了主機的處理任務，降低了電力系統運行穩定性，增加了故障發生率，同時，還大幅度提高了投資成本，而為了改變這一現狀，在電氣工程中融合電氣自動化設計中，充分將集中化監控技術應用其中，有效的解決了以上問題，給電氣工程運行提供了更可靠的保證，現場總線式設計理念現場總線式設計主要是結合電力生產現場具體情況，對不同的間隔，選擇不同的功能，更具有針對性，同時，還使設備間隔、模擬量、端子柜進行更合理的分配，避免了不必要的浪費，大大降低了投資成為，為電力工程發展提供了更好的經濟方案。遠程化設計理念遠程化設計在保證電氣工程運行穩定及安全的情況下，有效減少電纜的使用量，大大的降低了投資成本，但遠程設計在具有優勢的同時，也有著許多的缺點，電氣通訊量增加就是其中之一，因而，遠程化設計只能用于小規模電氣工程中。

二、電氣自動化在電氣工程中的融合

1.電氣自動化在電氣工程繼電保護裝置中的應用繼電保護裝置相當于電氣工程中的報警裝置，當電氣系統在運行過程中出現突發狀況時，繼電保護裝置會在第一時間發出報警信號，并將線路進行切斷。而在繼電裝置中融入電氣自動化技術，可對電氣工程中的線路運行情況進行實時監控，并予以遠程控制，以便及時對電氣工程中的各個參數進行調節，有效解決繼電裝置中反應不及時或誤跳情況。另外，繼電自動裝置保護還能對電氣工程中的所有線路及設備進行異常檢測，如檢測到異常情況，繼電自動裝置會根據異常情況自動啟動保護措施，有效的減少故障發生概率，提高了電氣工程運行穩定性。電氣自動化在電氣工程變電站中的應用變電站綜合自動化系統充分運用當前先進的科學技術，將計算機技術、電子技術及通信技術進行緊密融合，并通過依靠計算機進行綜合系統監控，并根據電氣工程實際運行情況，將自動化裝置、機電保護裝置、信號管理系統及測量設計進行優化重組，以便對電氣工程運行進行監控、測量、通信、及控制。由于變電站綜合自動化系統操作簡便、維護方便、且具有智能化及集成化特點，因而，它給電氣工程發展運行，創造了更多的優勢。

2.電氣自動化在電氣工程中發電廠分散控制中的應用發電廠分散控制主要有工作站、太網、控制單元及通訊網四大部分組成，在發電生產過程中，采用分層結構方式，結合直接應用控制單元，從而現實電氣設備之間的信號及數據傳遞，并對電氣工程中的設備運行情況進行監控、控制，從而實現電力生產監測、控制、保護。電氣自動化在電氣工程中電網調度中的應用電網調度主要是通過調度服務器及電氣自動化系統來實現，而電氣自動化在電網調度中應用主要有以下幾個優勢：實現電網經濟調度，充分確保電網運行的安全性及穩定性。為電網故障檢測提供準確、可靠的相關數據，充分提高電網故障查詢速度，以便及時對電網故障點進行排除。為電網電力負荷檢測顯示、提供有效的生產過程數據，從而實現電力系統負荷預測。

三、結束語

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論文摘要：光電子器件和部件廣泛應用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯、光信息處理、激光加工、激光醫療和軍事武器裝備，預期還會在未來的光計算中發揮重要作用。本文將介紹國內外光電子技術及光電子產業的發展。

如果說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的作用。美國商務部指出：“90年代，全世界的光子產業以比微電子產業高得多的速度發展，誰在光電子產業方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論：“21世紀具有代表意義的主導產業，第一是光電子產業，第二是信息通信產業，第三是健康和福利產業……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。

1世界光電子技術和產業的發展

光纖通信技術的發展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現在世界上大約有60%的通信業務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現在DWDM系統和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統上首次使用，給全球的通信業帶來蓬勃生機。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業，對國民經濟的發展起著越來越大的作用。美國光電子產業振興協會估計，到2003年，光電子產業的總產值將達2000億美元。

Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發展波分復用技術，增加光纖內通光的路數（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰略公司的報告指出：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據，但仍有創新性公司進入的可能。

2我國的光電子技術和產業

近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。

國內光電子有關產業基地在光電子器件、部件和子系統（如激光器、探測器、光收發模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。

摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統必需的關鍵部件，國內企業產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰勝了國外器件，占領了100%的國內市場。

但是，我們應當認識到在我國光電子技術發展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業的關鍵部分，但在整個系統和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業所需的規?；?、產業化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統的要求，導致國外器件占據國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。

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關鍵詞： 《電力電子技術》 教學改革 慕課 翻轉課堂

1.引言

電力電子作為一項新興技術，因為其變換和傳輸電能的功能，在生產生活的各個領域受到越來越多的關注。全球性的能源危機使人們的目光開始轉向環保型能源，如太陽能、風能，不同形式的能量之間的轉換必須依賴電力電子技術。以上海為核心的長江三角地區經濟的快速發展，必然會帶動電力電子技術的大力發展與應用，同時電力電子技術的發展也相應推動長三角地區經濟的迅速發展。

目前國內外高等教育部門均已認識到加強電力電子技術專業教育的重要性。通觀全球的電力電子技術教育現狀，“改革”的觀念滲透到從課堂教育、仿真、實驗到專業論文的方方面面。近十年，當高職完成規模建設的過程后，必然實現走內涵發展的道路，實現人才培養目標。我院人才培養目標定位：立足不斷探索創新人才培養模式，培養高素質的技術技能型人才。因此，無論從該課程對國計民生的重要性還是從教學務實的角度講，對于該課程的建設和教學改革都具有重要的實際意義。

2.教學現狀

（1）學生方面。對于高職學生，本門課程一般在大二開設，已有電學的基礎知識，但是本門課程涉及的電學知識，被遺忘和不扎實現象特別嚴重，在講授過程中因為沒有掌握基礎知識，所以學習這門課程很吃力，以致厭學。

（2）教學方面。近十年來電力電子技術得到飛速發展，新器件和新的控制方法不斷出現，《電力電子技術》教學內容必須隨自身技術的發展及時更新，但實際授課教材大綱往往內容滯后，與電力電子技術的發展不協調，造成課堂教學與工程實踐相脫節；基本沿用傳統的以課堂教學為主、驗證性實驗為輔的教學模式，與先進的現代教學方法和教學手段不相適應，不利于學生對本課程的深入理解；目前課時越來越少，給高職學生的學習和教師教學帶來難度。

3.教學方法改革

利用新的教學方法提高學生對電力電子課程的興趣，被視為電力電子教學改革的重要手段。迅速發展的信息技術和網絡技術不僅被應用于實驗室建設，而且被廣泛作為課程教學的新方法。國內外許多大學都已開發出電力電子的網上授課內容，并以多媒體的形式呈現，其中以瑞士的iPES最著名。

通觀國內外高校電力電子教學現狀，有很多值得我們學習和借鑒的新方式、新方法，在我國電力電子教學改革中，以下幾方面值得注意。

（1）建立系統的觀念。在教材編寫與課程內容組織的過程中，從電力電子系統的觀點出發，將相關知識有機融合，避免將各種電力電子器件、各種結構功能的電路作孤立講解，因為電力電子電路通常都是幾種電路組合在一起構成一個系統實現一定的功能的，僅僅孤立地講解其中的一個意義不大。

（2）注重電力電子電路的設計，培養學生的電路設計思想和能力。從電路設計的角度出發組織電力電子技術的教學內容，是一種很好的教學方式。哪怕是最簡單的電力電子電路的設計，也是一個很好的開端。

（3）課堂教學、仿真、實驗并重。在課堂教學中引入各種先進的教學手段，在實驗室中引入先進的仿真軟件，如MATLAB、PSPICE等，同時下大力氣建立電力電子技術實驗室。通過各種實驗電路搭建完整的電力電子系統，應是實驗室的基本功能，而不僅僅是對各種功能電路的驗證。

（4）在教學中，為了跟上電力電子技術快速發展的步伐，僅僅講授教材中的內容是不夠的，還應采取調研、討論、講座、專題報告等各種形式，使學生對電力電子技術的前沿技術有所把握，為學生未來的科研與工作打好基礎。

（5）積極開展電力電子及相關課程的網上教學，用動畫、多媒體等先進手段展示電力電子的課程內容，提高學生的學習興趣。通過交互式網頁設計使學生主動參與學習，增強教學效果，如“慕課”（MOOC，大規模在線開放課程）。

4.MOOC+翻轉課堂

近年興起的“慕課”已在全球高等教育界引發熱潮，我國北大、清華、復旦等高校相繼加入“慕課”平臺。同時，國內高校認識到，應借勢“慕課”沖擊，努力提高教學質量，還能用較低的成本進一步均衡國內高等教育優質資源。建設“中國式慕課”很快由理念變為行動。

翻轉課堂是指重新調整課堂內外的時間，教師不再占用課堂的時間講授信息，這些信息需要學生通過看視頻講座、聽播客、網絡閱讀等形式課后自行學習。教師更多地利用課堂時間對學生進行一對一的互動和指導。

把基于MOOC的翻轉課堂法融入《電力電子技術》的教學實踐活動中，使師生共同走進課程，體驗、思考，成為課程的創造者和主體，這種教學改革在全國范圍的課程改革中尚屬前沿。

參考文獻：

[1]陶生桂，胡兵.長三角地區電力電子技術發展及應用[J].變流技術與電力牽引，2007，1：38.

[2]關曉菡，趙徐森，張衛平，劉元超.電力電子技術實驗教學改革探討[J].第四屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集，2005：543.

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關鍵詞：機械技術，傳感檢測技術，智能化，系統化

 

不斷發展的現代科學技術推動了不同學科的交叉與滲透；推動了工程領域的技術改造與革命；推動了機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生巨大變化；推動了工業生產由“機械電氣化”邁入以“機電一體化”為特征的發展階段。機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

一、機電一體化的核心技術

機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、計算機技術與信息技術、系統技術、自動控制技術、傳感檢測技術及伺服傳動技術，根據系統功能目標要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。

1、機械技術：是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。

2、計算機與信息技術：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

3、系統技術：即以整體概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。

4、自動控制技術：其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

5、傳感檢測技術：傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。

6、伺服傳動技術：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

二、機電一體化的發展過程

機電一體化的發展過程大體可以分為三個階段

1、初級階段

20世紀60年代以前為第一階段，也稱為初級階段。論文大全。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起到了積極的作用。那時，研制和開發從總體上看還處于自發狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。

2、高速發展階段

20世紀70—80年代為第二階段，也稱為高速發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是:mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界范圍內得到比較廣泛的承認；機電一體化技術和產品得到了極大發展；各國均開始對機電一體化技術和產品給予很大的關注和支持。

3、智能化階段

20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通信技術等進入機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，使機電一體化進一步建立了堅實的基礎，并且逐漸形成完整的學科體系。

三、機電一體化的發展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴并促進相關技術的發展。機電一體化的主要發展方向大致有以下幾個方面。

1、智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。

2、網絡化

20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

3、微型化

興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產品，并向微米、納米級發展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術。微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

4、綠色化

工業的發達給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環境資源，回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有很好的發展前景。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。論文大全。論文大全。

5、系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大加強。一般除RS232外，還有RS485等智能化通信接口。

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求和產物。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展與應用也將更加廣闊。

【參考文獻】

[1]王靜 淺析機電一體化技術的現狀和發展趨勢 同煤科技 2006、(4)

[2]石美峰 機電一體化技術的發展與思考 山西焦煤科技 2007、(3)

[3]李建勇 機電一體化技術北京科學出版社 2004、

[4]李運華 機電控制北京航空航天大學出版社 2003、

篇7

關鍵詞：電力電子技術；教學改革；應用型人才培養

作者簡介：侯麗華（1966-），女，滿族，吉林伊通人，長春工程學院教師發展中心主任兼教務處副處長，教授；杜波（1976-），女，吉林長春人，長春工程學院電氣與信息工程學院，副教授。（吉林 長春 130012）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0072-02

“電力電子技術”課程是自動化專業重要的專業基礎課，是一門工程應用性很強的課程。該課程具有教學內容多、課時少、更新快的特點。如何在有限學時內使學生較好地掌握課程知識，提高工程實踐能力和創新能力，增強學習興趣，是教學改革要解決的主要問題。長春工程學院（以下簡稱“我?！保半娏﹄娮蛹夹g”課程組根據學校辦學定位和人才培養目標，在明確了自動化專業面向基礎工業基層一線應用型人才培養目標、基本規格、專業核心能力以及知識體系等方面基礎上，緊密結合工業企業現場實際和電力電子技術發展現狀，以先進的教育思想為指導，以應用能力和工程素質培養為核心，不斷整合教學內容，完善實驗教學條件，開發綜合性和設計性實驗項目，增加實踐環節，改進教學方法與手段，改革考試方式，在教學實踐中取得了較好的效果。

一、優化教學內容，構建以應用能力培養為核心的課程體系

1.課程建設與改革思路

教學內容和教學體系的改革是“電力電子技術”課程改革中最重要的環節，直接關系到教學質量的提高，關系到應用型人才培養的要求。我校按照電力電子器件―電力電子變換電路―電力電子電路的微機控制技術―電力電子技術應用的思路，以電力電子器件為電路服務，電路為電力電子系統服務，系統為電力電子應用服務的理念作為教學內容設置的主導思想，以應用能力和工程素質培養為核心，精選理論內容，強化技術應用，及時而恰當地引入電力電子技術的新知識、新技術、新工藝。

2.調整教學內容

在教學設計上理論與實踐相結合，知識傳授與應用能力培養相結合，課內與課外相結合，講授與研討相結合。將電力電子器件、變換電路作為傳統內容，將電力電子技術應用作為實用內容，將最先進的自動控制生產線作為新技術，對典型電力電子及電氣傳動系統分析作為討論內容，將科研課題引入課堂作為啟發內容，通過典型案例分析，將理論與實際結合，培養學生解決實際問題的能力，并通過滲透行業規范、安全操作規程、文明生產等知識培養學生的工程素質。課程的講授以電力電子器件的工作原理、特性、參數、選擇、驅動與保護電路為基礎，以AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC變換電路結構、工作原理、波形分析和參數計算及電路設計為核心，以微機控制的脈寬調制技術（PWM）和各種軟開關技術作為新的控制方法和新技術，把電力電子學科的發展方向引入課堂。以電力電子器件的應用電路為教學的重點，解決實際工程問題，使學生能充分認識現代電力電子技術對交、直流電路的控制和變換能力，并掌握各種變換原理和方法，為后續課程“運動控制系統”深入學習及畢業設計打下堅實的基礎。

二、強化實踐教學，提高學生實踐能力和創新能力

1.完善實踐教學條件

“電力電子技術”課程具有很強的工程性和實用性，而實驗是培養學生理論聯系實際、動手能力、嚴謹的態度和科學研究方法的重要手段。因此，以營造真實的、先進的工程環境為目標，緊密結合工程實際應用，投入100多萬元建設和完善了電力電子技術實驗室?，F實驗室擁有實驗設備24臺套，開發了電力電子技術仿真研究平臺，構建了電力電子技術實踐教學體系（包括課內實驗、課外實驗、課程設計、生產實習和畢業設計等），編制相關的教學文件。實驗室向學生全面開放，學生以團隊的形式開展自主性實驗和學科競賽培訓，并為學生提供實際工程技術資料、仿真實訓教學軟件，培養工程實踐應用能力。

2.精心設計實驗內容

課程組精心設計了實驗教學項目和內容，引導學生從問題出發，逐步由基礎實驗走向設計性和綜合性實驗，再過渡到創新性實驗。開設了晶閘管整流、逆變的驗證性實驗，使學生對本課程的應用有初步認識；對直流斬波、交交變換以及PWM控制技術部分的實驗，則由教師給出電路參數要求，由學生自行設計主電路、驅動電路等，完成設計性實驗，培養學生分析問題，解決問題的能力；軟開關技術的實現等具有較高實用價值的實驗項目，密切聯系著當今電力電子技術發展的最前沿技術，并且在國民經濟發展中起著重要作用。通過實驗學生了解了電力電子新技術的發展動態，同時對本課程的應用領域、可以解決的問題有了更直觀感性的認識。實驗項目與科研、工程、社會應用實踐密切聯系，形成良性互動，實現基礎與前沿、經典與現代的有機結合，有利于學生創新能力的培養和自主訓練。

3.增設課程設計與調試環節

開設了1周“電力電子技術”課程設計與調試實踐環節，以完整的電力電子系統為載體，將電力電子器件選擇以及電力電子主電路、驅動電路、保護電路、檢測電路、控制電路等內容有機地結合起來，使學生通過設計、組裝、實驗和調試“四位一體”的訓練，培養學生的實踐能力和創新能力。同時，在教學中使用計算機仿真軟件Matlab/Simulink搭建各種常用電力電子電路，且可方便地調整電路的參數進行仿真，培養學生應用計算機處理復雜電力電子電路的能力，也為日后從事工程設計和科學研究打下良好的基礎。

三、改進教學方法與手段，調動學生學習主動性和積極性

在實際教學實踐中，筆者始終堅持以學生為主體、教師為主導、能力為主線的教育理念，根據課程內容合理采用不同的教學方法組織課堂教學，將“理論+實踐+應用能力”的教學模式貫穿在整個教學活動中，由傳統的教師滿堂灌唱獨角戲變成了教師學生共同參與的互動學習，教與學融為一體。教師有所教，學生有所學，極大地調動了學生的學習積極性，加深了學生的理解，加快了學習步伐。通過啟發教學法、案例教學法、任務驅動教學方法等，增強學生主觀能動性，活躍課堂氣氛，挖掘學生潛力，增強專業素養，逐漸讓學生由“學會”變成“會學”，由被動變主動汲取知識。

為了分析電力電子器件和電路的工作狀態，使學生弄清電路中能量的變換和傳遞，筆者制作了本課程比較完善的多媒體教學課件。利用多媒體技術將實際應用中的電路和電力電子裝置做成影音資料帶到課堂上，結合典型工程實例，并把電力電子前沿的研究狀況、最新的研究成果以圖表、圖片等方式充實到教學課件中，提高學生的感性認識，激發學生學習的興趣，不斷提高教學效果及教學質量。同時，建設了本課程的教學網站，網站資料豐富，包括教學資料和典型工程實例等，學生可以在網上學習，教師可以在網上進行答疑，激發了學生學習的興趣，提高了教學效果。

四、改革考核方式，提高學生對知識的綜合運用能力

1.考試過程全程化

教師根據“電力電子技術”課程性質和不同階段的教學要求，通過課堂提問、討論、平時作業、單元測驗、實際操作、撰寫報告或論文等方式加強形成性考試評價，并安排階段性考試以強化學生平時對課程教學內容的學習和掌握，弱化期末終結性考核。

2.考核內容能力化

考核內容圍繞應用能力和工程素質培養為核心這個目標設置，結合新的“電力電子技術”教學內容體系，加大電力電子器件特性分析、實際電路分析、應用案例分析、實踐技能的比例，側重考查學生對知識的綜合運用、解決問題的能力。

3.考核方式多元化

根據不同階段的教學要求，考核采取口試、筆試（開卷、閉卷）、開發設計相結合的形式，變單一形式的考核為多種形式的考核。

五、組織課外科技創新活動，探索課內與課外培養的有效機制

按照課內培養與課外培養相結合的原則，把培養學生實踐創新能力固化在教學任務中，成立了課外科技活動小組，注意引導和鼓勵學生積極參加各種科技競賽活動。依托電力電子實驗室的硬件設施，積極組織學生參加全國大學生電子設計大賽和“挑戰杯”競賽，以培養和提高學生的自學能力、實踐能力和創新意識。在運行中，加強課外實踐活動的組織和管理，制訂《大學生課外科技創新實踐活動運行管理辦法》和《實驗室開放運行管理辦法》，對大學生第二課堂教育的條件保障、激勵政策、管理辦法、評價辦法等做了明確規定，形成了有效的大學生科技創新實踐活動保障體系。

六、加強青年教師培養，提高課程組教師整體水平

師資隊伍建設是課程建設的關鍵，課程組教師的理論教學水平、工程實踐能力、科研水平直接關乎“電力電子技術”課程建設水平。按照校內培養與校外培養相結合、教學培養和科研培養相結合的原則，通過建立青年教師“導師制”、定期開展教學研討和教學觀摩、實行青年教師實驗室坐班制、深入工業企業生產實際、選派教師參加新技術培訓等措施，不斷提高青年教師教學水平、學術水平和實踐能力。

七、結語

電力電子技術隨著社會科學技術的發展而不斷地更新，其應用范圍越來越廣泛，不僅用于一般工業，也廣泛用于交通運輸、電力、通信、計算機、新能源系統等?！半娏﹄娮蛹夹g”課程教學應緊跟時代變化的步伐，不斷更新和充實教學內容，改進教學方法與手段，完善實踐教學條件建設，創新實驗內容，將電力電子技術理論知識與實踐緊密聯系，培養學生的工程意識，提高實踐能力和創新能力。

參考文獻：

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[論文摘要]本論文討論計算機網絡數據交換技術的發展歷程，闡述數據交換每個發展階段的技術特點。著重對分組交換技術進行分析論述。

交換設備是人類信息交互中的重要實施，在相互通信中起著立交橋的作用。交換技術的發展總是依賴于人類的信息需求、傳送信息的格式和技術，以及控制技術的發展而螺旋型發展。從電話交換一直到當今數據交換、綜合業務數字交換，交換技術經歷了人工交換到自動交換的過程。人們對可視電話、可視圖文、圖象通信和多媒體等寬帶業務的需求，也將大大地推動異步傳輸技術（ATM）和同步數字系列技術（SDH）及寬帶用戶接入網技術的不斷進步和廣泛應用。

從交換技術的發展歷史看，數據交換經歷了電路交換、報文交換、分組交換和綜合業務數字交換的發展過程。

一、電路交換

自1876年美國貝爾發明電話以來，隨著社會需求的增長和通信技術水平的不斷發展，電路交換技術從最初的人工接續方式，經歷了機電與電子式自動交換、存儲程序控制的模擬和數字交換、第三方可編程交換等技術的變革，當前正在發展中的融合多媒體格式相互通信的軟交換技術。

隨著電子技術，尤其是半導體技術的迅速發展，人們在交換機內引入電子技術，這類交換機稱作電子交換機。最初是在交換機的控制部分引入電子技術，話路部分仍采用機械接點，出現了“半電子交換機”、“準電子交換機”。只有在微電子技術和數字技術的進一步發展以后，才開始了全電子交換機的迅速發展。

1 9 4 6年第一臺電子計算機的誕生，對交換技術的發展起了巨大的影響。在20世紀60年代后期，脈沖編碼調制(PCM)技術成功地應用在通信傳輸系統中，對通話質量和節約線路設備成本都產生了很大好處。隨著數字通信與P C M技術的迅速發展和廣泛應用，于是產生了將P C M信息直接交換的思想，各國開始研制程控數字交換機。1970年法國首先在拉尼翁(Lanion)成功地開通了世界上第一臺程控數字交換系統，標志著交換技術從傳統的模擬交換進入到了數字交換時代。程控數字交換技術采用PCM數字傳輸和數字交換，非常適合信息數字化應用，除應用于普通電話通信以外，并且為開通用戶電報、數據傳送等非話業務提供了有利條件。目前在電信網中使用的電路交換機全部為程控數字交換機，可向用戶提供電路方式的固定電話業務、移動電話業務和窄帶ISDN業務。

二、報文交換

報文交換方式的數據傳輸單位是報文，報文就是站點一次性要發送的數據塊，其長度不限且可變。當一個站要發送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，網絡節點根據報文上的目的地址信息，把報文發送到下一個節點，一直逐個節點地轉送到目的節點。

每個節點在收到整個報文并檢查無誤后，就暫存這個報文，然后利用路由信息找出下一個節點的地址，再把整個報文傳送給下一個節點。因此，端與端之間無需先通過呼叫建立連接。報文在每個節點的延遲時間，等于接收報文所需的時間加上向下一個節點轉發所需的排隊延遲時間之和。

三、分組交換

分組交換是交換技術發展的重要成果，代表著網絡未來演進的方向。分組交換方式兼有報文交換和線路交換的優點。分組交換技術使用統計復用，與電路交換相比大大提高了帶寬利用率。這要求在交換節點使用存儲轉發，從而導致掉隊現象的發生。因此，分組交換全引入不固定的延遲的概念。分組交換網絡主要有面向連接和無連接兩種方式．分組網絡包含3個功能面，分別是數據面、控制面和管理面。數據面負責分組轉發，因此需要高性能的實現。目前主要的分組交換網包括面向連接的X．25、幀中繼、ATM、MPLS以及無連接的以太網、CP／IP網絡。

分組交換網有兩種主要的形式：面向連接和無連接。對于分組交換技術來說，面向連接的網絡與電路交換類似，也需要通過連接建立過程在交換機中分配資源；但由于它采用統計復用，所分配的資源是用邏輯標號來表示的。自分組交換技術出現以來，已經有多種分組交換網投人運行。電信領域最早提出的是X．2 5網絡，但由于它協議復雜，速度有限，逐漸被性能更好的網絡如幀中繼代替。幀中繼網絡可以認為是X．2 5的改進版本，它簡化了協議以提高處理效率。

計算機領域的一個側重點是局域網，即小范圍、小規模的網絡，用于互連辦公室內的計算機。目前以太網已成為占統治地位的局域網技術。

在2 0世紀9 0年代中后期，因特網獲得較大發展，規模持續擴大，對核心路由器吞吐量的要求也越來越高。由于路由器對I P分組進行轉發時路由表的查找比較復雜，轉發速度受到很大限制。前面指出，面向連接網絡使用邏輯子信道標號進行轉發表查找，速度是很快的。人們結合ATM技術在這方面的優點，提出將核心網絡改為使用類似于A T M的交換機，而只在邊緣網絡使用路由器的I P交換技術，最終發展為多協議標記交換(MPlS)。然而，在隨后的幾年中，提出了多種實用的高速路由查找方法，使其不再成為瓶頸。此時，MPLS最大的優點就是流量工程(Tramc En小needng)能力，即人為控制分組流向。但是由于目前高速路由器還能夠很好地工作，MPLS技術并沒有被廣泛使用。

四、綜合業務數字交換

綜合業務數字網是集語音、數據、圖文傳真、可視電話等各種業務為一體的網絡，適用于不同的帶寬要求和多樣的業務要求。異步傳輸模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是用于寬帶綜合業務數字網的一種交換技術。A T M是在分組交換基礎上發展起來的。它使用固定長度分組，并使用空閑信元來填充信道，從而使信道被等長的時間小段。由于光纖通信提供了低誤碼率的傳輸通道，因而流量控制和差錯控制便可移到用戶終端，網絡只負責信息的交換和傳送，從而使傳輸時延減小。所以A T M適用于高速數據交換業務。

隨著通信技術和通信業務需求的發展，迫使電信網絡必須向寬帶綜合業務數字網(B—ISDN)方向發展。這要求通信網絡和交換設備既要容納非實時的數據業務，又要容納實時性的電話和電視信號業務，還要考慮到滿足突發性強、瞬時業務量大的要求，提高通信效率和經濟性。在這樣的通信業務條件下，傳統的電路交換和分組交換都不能夠勝任。電路交換的主要缺點是信道帶寬(速率)分配缺乏靈活性，以及在處理突發業務情況下效率低。而分組交換則由于處理操作帶來的時延而不適宜于實時通信。因此，在研究新的傳送模式時需要找出兩全的辦法，既能達到網絡資源的充分利用，又能使各種通信業務獲得高質量的傳送水平。這種新的傳送模式就是后來出現的“異步轉移模式”(ATM)。

A T M是在光纖大容量傳輸媒體的環境中分組交換技術的新發展。在大量使用光纜之前，數字通信網中的中繼線路是最緊張也是質量最差的資源，提高線路利用率和減少誤碼是最著重考慮的事情。光纜的大量使用不僅大大增加了通信能力，而且也大大提高了傳輸質量。這使得人們逐漸傾向于寧可犧牲部分線路利用率來減少節點的處理負擔。

與此同時，人類對于通信帶寬的需求日益增加。特別是傳送圖像信息和海量數據，已經使人們對于數據通信的速率由過去的幾千比特／秒增加到幾兆比特／秒。這樣，節點的處理能力成了數據通信網中的“瓶頸”。A T M對于節點處理能力的要求遠低于分組轉送方式，更能適應現代的這種環境。

A T M方式中，采用了分組交換中的虛電路形式，同時在呼叫建立過程中向網絡提出傳輸所希望使用的資源，網絡根據當前的狀態決定是否接受這個呼叫。可以說，A T M方式既兼顧了網絡運營效率，又能夠滿足接入網絡的連接進行快速數據傳送的需要。

五、計算機網絡數據交換技術發展的展望

近年來。以Internet為代表的新技術革命正在深刻地改變著傳統的電信觀念和體系架構，并且隨著信息社會的到來，人們的日常生活、學習工作已經離不開網絡，這導致了人類社會對網絡業務需求急劇增長，并且對網絡也提出了更高的要求，不僅要提供話音、數據、視頻業務，也要同時支持實時多媒體流的傳送，并且要求網絡具有更高的安全性、可靠性和高性能。下一代網絡應是—個能夠屏蔽底層通信基礎設施多樣性，并能提供一個統一開放的、可伸縮的、安全穩定和高性能的融合服務平臺，能夠支持快速靈活地開發、集成、定制和部署新的網絡業務。

下一代網絡將是—一個以軟交換為核心、光網絡為基礎、分組型傳送技術的開放式的融合網。軟交換的出現，可通過一個融合的網絡為用戶同時提供話音、數據和多媒體業務，實現國際電聯提出的“通過互聯互通的電信網、計算機網和電視網等網路資源的無縫融合，構成一個具有統一接入和應用界面的高效率網路，使人類能在任何時間和地點，以一種可以接受的費用和質量，安全的享受多種方式的信息應用”的目標。

參考文獻

[1]金惠文　陳建亞　紀　紅　馮春燕:現代交換原理.北京:電子工業出版社，2005

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關鍵詞微電子技術集成系統微機電系統DNA芯片

1引言

綜觀人類社會發展的文明史，一切生產方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發現和新技術的產生而引發的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發展。從50多年前晶體管的發明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發展歷史充分證明了“科學技術是第一生產力”。信息是客觀事物狀態和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數字化和網絡化作為特征。數字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數字化和網絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產業和行業，改變著人類的生產和生活方式，改變著經濟形態和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術。可以毫不夸張地說，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發展，微電子已經成為整個信息社會發展的基石。

50多年來微電子技術的發展歷史，實際上就是不斷創新的過程，這里指的創新包括原始創新、技術創新和應用創新等。晶體管的發明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結果。1947年發明點接觸型晶體管、1948年發明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發存儲器等微電子領域的重大發明也都是一系列創新成果的體現。同時，每一項重大發明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產、生活方式產生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續發展幾十年。自1968年開始，與硅技術有關的學術論文數量已經超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發展的本質是創新，沒有創新，社會就只能被囚禁在“超穩態”陷阱之中。雖然創新作為經濟發展的改革動力往往會給社會帶來“創造性的破壞”，但經過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創新循環，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發展。

在微電子技術發展的前50年，創新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發展仍將依賴于一系列創新性成果的出現。我們認為：目前微電子技術已經發展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發展趨勢和主要的創新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統芯片（SystemOnAChip，SOC）為發展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNAChip等。

221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝

微電子技術發展的目標是不斷提高集成系統的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數目的晶體管，將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統的速度和可靠性也大大提高，價格大幅度下降。由于片內信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發明以來，為了提高電子系統的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發展基本上遵循了Intel公司創始人之一的GordonE．Moore1965年預言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預測這種發展趨勢將減緩，但是微電子產業三十多年來發展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據我們的預測，微電子技術的這種發展趨勢還將在21世紀繼續一段時期，這是其它任何產業都無法與之比擬的。

現在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產業的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產品將投入批量生產。

21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據科學技術的發展規律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發明晶體管1958年發明集成電路,到60年代末發展成為大產業也經歷了20多年的時間。另外，全世界數以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產業能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。產業能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內仍起重要作用，人們不會輕易放棄。

目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統結構等方面需要進一步的大力發展，這些技術的發展必將使微電子產業繼續高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產業將于2030年左右步入像汽車工業、航空工業這樣的比較成熟的朝陽工業領域。即使微電子產業步入汽車、航空等成熟工業領域，它仍將保持快速發展趨勢，就像汽車、航空工業已經發展了50多年仍極具發展潛力一樣。

隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會遇到器件結構、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發展初期所形成的經典或半經典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創新和重點發展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結構，高k柵介質材料和新型柵結構，電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。

3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域

在上節我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領域有二個方面：

(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對環境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極小（αF），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。

因此，目前可以認為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。

量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據電子占據量子點的狀態形成“0”和“1”狀態。它在本質上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現互連。其基本優勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當前科研熱點，從1991年發現以來，現在已有大量成果涌現，北京大學納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件，更難以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。

QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創出一個新的天地。

4系統芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發展的重點

在集成電路（IC）發展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了IC產業的發展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統才能發揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現整機系統的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統的性能受到了很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展，系統對電路的要求越來越高，傳統集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規模越來越大，復雜程度越來越高，已經可以將整個系統集成為一個芯片。目前已經可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發展到3T時代（即存儲容量由G位發展到T位、集成電路器件的速度由GHz發展到燈THz、數據傳輸速率由Gbps發展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數據位數）。

正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現了將整個系統集成在一個微電子芯片上的系統芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。

系統芯片（SOC）與集成電路（IC）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發展起來的集成電路技術。

SOC是從整個系統的角度出發，把處理機制、模型算法、芯片結構、各層次電路直至器件的設計緊密結合起來，在單個（或少數幾個）芯片上完成整個系統的功能，它的設計必須是從系統行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現更高性能的系統指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統芯片,在相同的系統復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現的同樣系統的性能；還有，與采用常規IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數目約可以降低l～2個數量級。

對于系統芯片（SOC）的發展，主要有三個關鍵的支持技術。

（1）軟、硬件的協同設計技術。面向不同系統的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統涉及諸多計算機系統、通訊系統、數據壓縮解壓縮和加密解密系統等等。

（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結構設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎，在速度與功耗上經過優化并有最大工藝容差的模塊最有價值?，F在,美國硅谷在80年代出現無生產線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現技術等。

微電子技術從IC向SOC轉變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發展的里程碑。通過以上三個支持技術的創新,它必將導致又一次以系統芯片為主的信息技術上的革命。目前，SOC技術已經嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發展的時期。

在新一代系統芯片領域，需要重點突破的創新點主要包括實現系統功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發展起到了非常重要的作用,目前神經網絡、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結構可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結構已經不是傳統意義上的CMOS結構，因此需要發展更靈巧的新型電路結構。另外，為了實現膠聯邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發展,在這一方面也需要做系統深入的研究。

5微電子與其他學科的結合誕生新的技術增長點

微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。這種技術一旦與其它學科相結合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經濟增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統）技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的，后者則是與生物工程技術結合的產物。

微電子機械系統不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現了微電子與機械融為一體的系統。MEMS將電子系統和外部世界聯系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉換成電子系統可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統控制這些信號，發出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統以及電源于一體的微型機電系統。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫學、材料科學、能源科學等〖3〗。

MEMS的發展開辟了一個全新的技術領域和產業。它們不僅可以降低機電系統的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統所不能完成的任務。正是由于MEMS器件和系統具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優異及功能強大等傳統傳感器無法比擬的優點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統（ABS）、穩定控制和玩具；微流量系統和微分析儀可用于微推進、傷員救護；信息MEMS系統將在射頻系統、全光通訊系統和高密度存儲器和顯示等方面發揮重大作用；同時MEMS系統還可以用于醫療、光譜分析、信息采集等等?，F在已經成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。

MEMS技術及其產品的增長速度非常之高，目前正處在技術發展時期，再過若干年將會迎來MEMS產業化高速發展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到1000億美元。

目前，MEMS系統與集成電路發展的初期情況極為相似。集成電路發展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新換代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發展。集成電路和計算機在發展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F階段的微機電系統專用性很強，單個系統的應用范圍非常有限,還沒有出現類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產品。隨著微機電系統的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產業，從而對人們的社會生產和生活方式產生重大影響。

當前MEMS系統能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統產業的發展。在MEMS發展中需要繼續解決的問題主要有：MEMS建模與設計方法學研究；三維微結構構造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；MEMS的表征與計量方法學；納結構與集成技術等。

微電子與生物技術緊密結合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結合進行加工生產，它是生命科學與技術科學相結合的產物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微電子加工技術，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內檢測或發現遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、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。

DNA芯片的基本思想是通過生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經利用微電子技術在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過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基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學中最重要的一種物質，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因學研究、生物醫學等，而且隨著DNA芯片的發展還將形成微電子生物信息系統，這樣該技術將廣泛應用到農業、工業、醫學和環境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。

目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構建的微分析單元和系統，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。

6結語

在微電子學發展歷程的前50年中，創新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現、新一代SOC的發展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創新成果的誕生。

回顧20世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創新，去勇敢地迎接這個挑戰，則有可能使我國微電子技術實現騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產權，促進我國微電子產業的發展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！

參考文獻

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[4]NicholasWadeWhereComputersandBiologyMeet:MakingaDNAChip.NewYorkTimes,April8,1997

篇10

關鍵詞：電力電子技術；教學改革；教學方法；實踐教學

“電力電子技術”是對電力進行變換和控制的一門技術，相對于電氣專業的其他學科來說，是一門比較活躍的學科。隨著科學技術的進步，電力電子技術也得到了迅猛的發展。電力電子技術中不斷涌現出許多新技術、新觀點，使得其內容越來越豐富。如何在有限的學時內，更好地完成教學任務，使學生能夠在今后的工作中應用到所學的知識，成了“電力電子技術”課程教師普遍面對的一個問題。因此對“電力電子技術”課程的教學內容、教學方法、教學手段和實驗實踐等進行全面的改革勢在必行。

一、“電力電子技術”課程定位

“電力電子技術”是電氣工程專業必修的專業基礎課，是電力技術、電子技術和控制技術三個領域的工程技術科學，是一門利用開關器件對電能進行高效變換和控制的技術。該課程具有電路圖多，波形圖多，工程性強等特點。上至神舟飛船，下至家用電器等均有電力電子技術，因此其應用十分廣泛。

二、“電力電子技術”教改理念

以現代教育思想為指導，以高素質師資團隊為基礎，以建設先進性、實用性的教材為前提，以適應工程實際需要為目標，以培養能力為主線，以交、直流傳動為平臺，以嚴格教學管理體制為保障，對教學內容、方法、手段和實驗實踐等進行改革的探討與實踐。

三、“電力電子技術”改革內容

1.課程內容改革

（1）大綱與教材。首先必須對教學大綱進行修訂。2005年以來，對“電力電子技術”課程教學大綱進行多次修改，以滿足社會對畢業生技術知識的需求。教材也是教學內容改革很重要的一環，從2007年開始選用《電力電子應用技術》教材至今已經使用6年，該教材雖好但也跟不上不斷增加的新器件、新電路、新技術（如PWM控制技術）等內容，故教研室于2009年編寫出版了《電力電子技術》教材。

（2）內容模塊化。以工程應用為目標，篩選內容，構成模塊化，即將課程劃分為器件、AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC、工程應用（整流、變頻等）和控制（相位與PWM）等7個模塊，如圖1所示；并且在器件模塊中由單一講授SCR而改為SCR、MOSFET、IGBT等三種器件，如圖2所示。不是把所有器件逐一講授，而以滿、直流傳動和整流電源需要為前提。

又如AC/DC模塊以工程應用較多的單相全控橋和三相全控橋及雙反星形大功率整流電路為重點，刪減其他整流電路等內容。DC/AC模塊以無源逆變（變頻）PWM控制為重點，刪減其他逆變電路等等。

（3）必修與選修內容。必修內容為整流與無源逆變，它是工程實踐必備的知識，是最基本的內容，是教材的精髓；選修內容為已具備的知識，能讀懂，通過自學就能學會的知識。如整流變參數計算，RC保護等知識，約占1/3時數。

2.方法改革

以教學效果為目標，以教學方法為手段，以工程實踐為主線，進行教學方法的改革。講授時以工程實際項目引入課題如格力變頻空調、神州飛船整流罩、百米飛人博爾特金項鏈用的黃金怎么煉出來的等等實例，引導學生學習SCR整流和無源逆變等內容。激發興趣，有時布置小問題，讓學生查閱資料，第2次課啟發學生回答，激發學生的學習興趣，產生學習動力，使學生從不愿學轉變為主動學。

在此基礎上，教師用精練的語言、思路的清晰講解新內容，居高臨下地運用教師知識庫中的“那一桶水”，把知識講活，豐滿知識“血肉”，展現在學生面前的不是一堆雜亂無章、分不清精髓的“死知識”，而是一個無比誘人的知識世界，把學生興味盎然地一步一步引入知識的勝境。有設疑，有激穎，有答穎等，千姿百態的教學方法牢牢地吸引學生。

3.手段改革

手段上變“死教”為“活教”，廢絕“滿堂灌”。新方法既不是“黑板+粉筆”，也不是一律“PPT”課件的教學手段，而是依內容恰當地靈活的采用上述手段或復合式手段（黑板+粉筆+PPT），有時畫龍點睛，有時融合知識、娓娓動聽地講故事，有時長于形象的比喻，有時運用直觀教具或CAI課件。教師一個神色，一個比喻，一個手勢，幾乎勝過千言萬語，各現異彩，使學生不知不覺中度過90分鐘，課后回味無窮。運用好啟發式，能更好地解決內容與時間的矛盾，知識數量和質量的矛盾。教學中教師不是背教材，不是說內容，不是解說員而是解惑、答疑傳授員，學生主體老師主導。教活知識，求規律，給方法，打開學生學知識的閘門，把疑解得開，把感悟釋放明白，用于實踐，變知識為能力。

4.實踐改革

實驗、實踐內容也有選修與必修之分。必修內容是必須學會的基本技能，動手能力，如三相橋整流與觸發器調試、無源逆變的變頻調速等內容。選修內容是綜合、設計、創新等內容，如雙反星形大功率整流柜安裝，變頻器安裝，大學生電子設計競賽中運動控制題目設計安裝調試及課程設計中的內容等。這不僅解決課時與內容多的矛盾，又培養了學生基本技能和創新實踐的能力。多實踐、多練是學生掌握知識、學會技能、變知識為能力的有效捷徑。

學校購買了新的“電力電子技術”實驗裝置，開放實驗室?！白詣踊芯克薄ⅰ凹质≈悄茈娏﹄娮庸こ萄芯恐行摹钡?，都有大量學生參與關于整流電源和變頻柜等工程實踐。實驗手段上增加了MATLAB電力電子仿真實驗。

四、改革效果

通過幾年改革實踐，取得效果如下：學生學習本課程興趣大增，考試平均成績從70.4分提高到72.6分；動手能力、基本技能提高，學生通過競爭考核才能參加“研究所”、“智能研究中心”的工程項目，并給學生一定報酬；參與老師科研項目的學生增多，近三年來獲得跑車運動控制項目東北地區一等獎3項，省級一等獎3項，其項目電源都是采用“電力電子技術”；三年來公開出版了《電力電子技術》教材一部，發表相關論文數篇，購買了新的實驗設備，先后建設了實驗室、自動化研究所、智能電力電子工程研究中心等3個實訓校內基地；就業率提高，凡參與上述工程實踐活動的學生百分之百就業，有的成為企業中維修整流電源的骨干力量。

五、結束語

隨著電力電子技術發展應用的廣泛和深入，“電力電子技術”課程的改革也一樣會不斷地向前推進，各種各樣的探討和方法也會不斷涌現。因此，圍繞學生，追尋電力電子技術發展前沿，鍛煉和培養學生的實際工作能力和激發其創新能力，是課程改革發展的方向。

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