集成電路設計方案精選(九篇)

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第1篇：集成電路設計方案范文

關鍵詞：公路機電工程綜合網管

1 概述

近年來我國公路路網的骨架基本建成，相應的各路段收費、監控、通信等機電系統建設取得了階段性的成果。但公路機電系統的運行維護管理存在如下缺陷：

1、現有的公路機電系統設計主要是針對自身系統管理的需求設計，沒有全面考慮整個路網機電系統的管理需求。

2、現有的系統在應用層面相互獨立，各系統都集成了相應的平臺，并且包括了不同廠家、公司的設備、軟件等，這使得網絡故障的出現更加頻繁、排除更加困難。

3、每個系統都配備獨立的管理人員，但是這也帶來了各系統信息交互時間延遲、漏報和誤報的弊端，并且導致系統維護成本直線上升。由于以上的具體狀況，新的公路機電設備綜合網管系統建設需求由此產生。

2 需求分析

在進行公路機電工程綜合網管系統應用研究時，需針對路網內現有公路機電系統信息平臺的組成、功能進行深入的分析和現場調研，結合現有交通機電工程軟硬件設施和管理模式對公路機電工程綜合網管系統的業務流程和內容進行分析，提出詳細的功能需求。具體包括：1、公路網基礎資料的收集與分析，如：已建公路名稱、所屬區域、里程、車流量、管理單位的體制與營運狀況等資料。2、公路機電工程網管系統基礎資料的收集與分析，如：系統的體系結構、功能、設備現狀和布設位置以及通信系統的傳輸與擴展能力等。

3 體系結構設計

在管理需求和業務需求分析的基礎上，提出公路機電工程綜合網管系統的體系結構。根據公路建設的現狀和發展趨勢，結合公路智能交通控制與管理需求，分析公路機電工程綜合網管系統功能和系統用戶功能以及公路管理維護的業務流程，提出適合公路需求的、智能控制與智能管理的、一體化分層次的體系結構。

管理層次上分為四個層次，即路段中心、通信網絡、各機電系統（收費、監控、通信、電力監控系統）和機電設備。體系結構上也分為四個層次：被管設備層、網元管理層、網絡管理層、系統管理層。

位于最低層是被管設備層，它由多個網管和被管設備組成，網管負責收集被管設備的信息和響應網元管理者發過來的輪詢信息，同時還要在被管設備出現故障時產生Trap信息，向網元管理者發出告警。網絡管理協議包括支持TCP/IP的簡單網絡管理協議SNMP、命令行接口協議CLI和基于OSI的通用網絡管理協議CMIP。

網元管理層由多個網元管理系統（NEM）組成。一個NEM可以管理一個單一機電系統網絡，提供基本網絡功能，如進行拓撲發現、MIB瀏覽和MIB修改等。

網絡管理層由一個或多個綜合管理系統（INM）以及資源庫和策略庫組成。一個INM管理一個大型異構網絡，跨多個管理域，支持多種網管協議。INM能提供豐富的基于WEB的網絡管理功能，并提供INMAPI和資源服務，為應用系統管理提供支持。

系統管理層由多個應用系統管理（SMA）組成。每個應用系統對應一個SMA。系統管理層還包含一個應用依賴性分析（ADA）。

4 功能設計

公路的機電設備、機電系統、通信網絡、路段中心為公路機電設備綜合網管系統發揮作用提供了一個硬件支撐環境。然而，如何直接對網絡實施管理效能，抑制異常情況的出現，減少故障的發生，制定控制優化方案，下傳控制指令，實現對網絡的監控管理，形成綜合網管系統方案是本項目研究的重要環節。

1、故障信息的采集與分析

當設備上出現故障時，系統通過算法確定故障成因并迅速定位故障，通過多種途徑通知管理者，并嘗試修復。故障主要分為設備故障、網絡故障和系統故障。

系統負責總體協調異構域信息，提供統一的網絡狀態視圖。通過對象請求獲得來自網絡設施的事件請求。

2、機電設備配置

高速公路機電設備綜合網管系統允許用戶通過網絡和軟件平臺對設備執行一系列操作。被賦予權限的用戶可以使用配置模塊對監控系統設備、通信系統設備、收費系統設備和電力監控系統設備進行配置。

如：實時電壓、電流、 頻率、有功功率、發電機輸出電壓、電流、頻率、水溫、啟動電池電壓、油機、告警、事故緊急停車等。

3、機電設備報警

通過通信線路與設備的通信采用輪詢方法，監測設備故障狀況，并通過人機界面向操作員發出聲光報警，通過基于Web和GIS技術的可視化界面以閃爍的方式彈出設備故障信息。提醒系統管理人員查看并處理。

當某個設備或信號出現故障報警時，這個故障有可能是它本身的問題，也有可能是由前面的設備或信號導致的。舉個例子，某個設備報警其信號故障，僅從此報警并不能判斷是信號的問題還是設備的問題；而如果前面的（若干）設備同樣也報此故障，那么很大的可能性就是信號本身出了問題；換個角度，如果該節點前面的設備沒有報錯，那第一種可能性是前一個設備的故障導致，其次是這兩個設備間的連線斷了。因此，對故障的定位需要將故障節點向前相關聯的各節點狀態進行統一分析才能確定，或是按照不同概率提供的故障判斷。提供智能報警后，系統就忽略不必要的重復報警，從而幫助值班人員迅速解決問題。這種邏輯判斷通常需要主動式信息查詢方式輔助實現。

向前可以進行故障智能定位，向后同樣需要邏輯分析。由于故障點的出現，必然導致節點后面相關聯的設備和信號發出報警。這種情況下系統利用關聯機制主動顯示故障影響區域，屏蔽后面的關聯報警（已經沒有必要了）。根據故障影響評估，監控系統應該提供相應的提示，以提醒值班人員及時處理，實現最快的排險。

在上述智能報警的基礎上，智能化應急就成為了可能。也就是在已判定的故障點和影響面的情況下，提供相應的應急解決方案，如跳過故障點、切換備用通道等。應急方案主要是提供故障的規避，而不是故障的處理，因為在線對故障的處理最快速的方法通常是避開，而不是排除。應急方式按照具體情況設置，沒有固定模式參考，不過可以提供多級應急操作供選擇。這種機制就是建立在設備可控性基礎上的。當然，應急方案最終是以人為最高控制權的，因此需要提供自動和手動模式。

4、地理空間數據管理

地理信息系統（Geographic Information System）GIS是集現代計算機科學、地理學、信息科學、管理科學和測繪科學為一體的一門新興學科。在交通領域，GIS與傳統的交通信息分析和處理技術緊密結合，延伸出了交通地理信息系統（Geographic Information System for Transportation），簡稱GIS-T。

GIS-T應用模塊的主要功能包括：地圖顯示、屬性查詢和統計、空間查詢、專題圖等功能。

地圖顯示：

地圖瀏覽工具：基本的放大、縮小、全圖顯示、漫游、移動、距離測量、歷史視圖、基本信息查詢。

地圖顯示和控制：根據需要，顯示背景地圖和各個圖層，并可以設定要顯示的地圖圖層，打開、關閉圖層，設置圖層顯示風格（顏色、線性、字體等）。

地圖打印和保存：根據業務需要，打印各類路網圖、專題圖、統計圖等，并能保存為特定格式的圖形文件，以便插入到Word等文件中。

屬性查詢和統計

查詢：直接訪問高速公路機電系統的基礎信息。

統計：各類匯總統計高速公路機電系統的基礎信息。

空間查詢

在地圖上選擇地圖元素，可以顯示相應的地圖信息和關聯的屬性信息。如選中地圖中某條路線段，彈出屬性顯示對話框，各個Tab分頁中分別列出路線概況、主要構造物、沿線設施等信息。

專題圖

在專題圖上可以顯示：機電設備分布、高速公路沿線設施分布、工程分布等。

5、安全管理

針對高速公路機電工程綜合網管系統的特點和要求，以及結合信息安全系統工程（ISSE）的方法和研究，其整體安全體系結構如下所示：

該安全體系架構是一個三維坐標，表示安全體系架構中關注的幾個方面：保護內容、被保護系統和保護措施。

5 系統數據傳輸協議研究

由于各條公路中各系統所采用的結構不盡相同，所選用的設備各有特點，采用的通信協議也各不相同，要使得綜合網管系統能夠及時有效的獲取各系統的信息，就需要制定相關的通信協議實現綜合網管系統與不同系統組成單元之間的互操作性和共享性。這些數據傳輸協議，是需要開展研究的重要內容。

1、SNMP技術

SNMP是英文“Simple Network Management Protocol”的縮寫，中文意思是“簡單網絡管理協議”。SNMP首先是由Internet工程任務組織（Internet Engineering Task Force)（IETF）的研究小組為了解決Internet上的路由器管理問題而提出的。

SNMP是目前最常用的環境管理協議。SNMP被設計成與協議無關，所以它可以在IP、IPX、AppleTalk、OSI以及其他用到的傳輸協議上被使用。SNMP是一系列協議組和規范，它們提供了一種從網絡上的設備中收集網絡管理信息的方法。SNMP也為設備向網絡管理工作站報告問題和錯誤提供了一種方法。

2、RMON技術

RMON是Remote Monitor的縮寫，RMON規范是一套MIB的定義，其作用是定義標準的網絡監視功能和接口，使基于SNMP的管理終端和遠程監視器之間能夠通信，監視器在子網中執行RMON定義的監視功能。

RMON MIB是對SNMP框架的重要補充，它定義了一系列對支持遠程監視功能有用的被管理對象。另外，RMON MIB規范為遠程監視定義了一系列的功能。RMON的強大之處在于它完全與SNMP框架兼容。

3、CORBA技術

CORBA（Common Object Request Broker Architecture）是OMG組織分布對象處理與集成框架。其基本目的在于開發分布式對象技術及其對象管理規范，建立應用系統的通用集成框架，在分布異構的環境下實現基于對象軟件的可重用、可移植和互操作。由于CORBA具有簡單對象模型、與實現語言無關以及分布式透明性的特點，并能與SNMP按照既定的標準進行完全的轉換，因此CORBA非常適合于計算機網絡管理，為計算機網管的分布式發展提供了良好的途徑。

4、研究思路

由于CORBA分布式的特點，基于它的網管系統可視被管網絡的分布情況分為若干個子域管理者，每一子域管理者管理一子域，并統一由主域管理者調配、控制。主域管理者采用CORBA實現，而子域管理者和者都可用CORBA或SNMP實現。

6 綜合網管系統信息平臺構建技術研究

公路機電工程綜合網管系統信息平臺構建在通信服務和應用服務功能上。通信服務以高速公路通信網絡為基礎，構建基于計算機的IP網絡，形成數據傳輸通道。應用服務是公路機電工程綜合網管系統信息平臺各業務和功能的運行環境，是數據和信息的存儲、加工、處理平臺。通過此平臺，形成基于WEB、J2EE和GIS-T技術的可視化界面，訪問符合公路機電工程綜合網管系統需求的，具有可擴展的，統一表達的管理數據集。

1、基于WEB的網管平臺

傳統的網絡管理系統多數采用基于網絡管理命令驅動，必須由專業網絡管理人員操作、使用和維護。隨著網絡規模擴大，網絡管理功能越來越復雜，傳統網絡管理界面的友好程度顯得愈來愈差。為了減輕網絡管理的復雜性，降低網絡管理費用，需要一種跨平臺的、方便實用的網絡管理模式，基于WEB的網絡管理模式便應運而生。這種新的網絡管理模式融合了WEB技術和網絡管理技術，它允許網絡管理人員通過WEB瀏覽器去監測、管理網絡系統，管理人員在網絡的任何結點上都可以方便配置、控制及訪問網絡。基于WEB的網絡管理提供比傳統網管界面更直接、更易于使用的界面，從而降低了對網絡管理操作和維護人員的要求。同時這種新型網絡管理模式還可以解決異構平臺產生的互操作問題。

2、J2EE技術

為了降低投入成本，并加快企業應用程序的設計和開發，Sun公司的J2EE平臺提供了一個基于組件的方法，來設計、開發、裝配及部署企業應用程序。J2EE 平臺提供了多層的分布式的應用模型、組件再用、一致化的安全模型以及靈活的事務控制。平立的、基于組件的J2EE解決方案不會被束縛在任何一個廠商的產品和API上。

J2EE規范定義了以下種類的組件：

應用程序客戶端組件（Application client components ）；

EJB 組件（Enterprise JavaBeans組件）；

Servlets及JavaServer Pages（JSP頁面）組件（也被稱作Web組件）；

Applets（Java小程序）。

一個多層的分布式的應用模型意味著應用邏輯被根據功能而劃分成組件，并且可以在同一個服務器或不同的服務器上安裝組成J2EE應用的這些不同的組件。一個應用組件應被安裝在什么地方，取決于該應用組件屬于該多層的J2EE環境中的哪一層。這些層是客戶層、Web層、業務層及數據庫層。

3、平臺結構

其中，客戶端主要負責系統的表現邏輯。它同客戶交互，為客戶提供相應的網管信息，同時將客戶的網管請求提交給WEB服務器和其他應用服務器，如故障管理服務器，性能管理服務器等。客戶的實現方式表現有三種，一種是純瀏覽器客戶，這種客戶通過HTTP協議同服務器交互，服務器端往往使用動態網頁技術如Java Serlet、JSP等。另一種是基于Applet的客戶，瀏覽器和Applet一起工作，完成瘦客戶的各項工作。這種客戶使用HTTP和RMI、CORBA等技術同服務器通信。最后一種方式是采用單獨的網管客戶程序的方式，這種方式下的客戶可能是Java的Application，它獨立地運行，不依賴于瀏覽器環境，這種方式中客戶使用RMI、CORBA等技術同服務器通信。

7 結束語

本文根據公路機電工程綜合網管系統的特點與需求，介紹了公路機電工程綜合網管系統的設計研究方案。給出了綜合網管的體系結構、系統功能、傳輸協議、平臺構建的設計原則及框架。由于綜合網管受先前機電工程實施的影響較大，在實際工程設計中，應結合實際情況，依照本文給出的設計原則充分考慮上述因素影響進行設計。

參考文獻：

[1] 蘇洋，李增智，孟靜，《基于CORBA的網管系統的設計與實現》，西安交通大學計算機系統結構與網絡研究所，2002.1

[2] 孔軼群，楊家瑋，《地域通信網網管評估系統的設計與實現》西安電子科技大學信息科學研究所，2004.10。

[3] 黃國言，《WEB方式下基于SNMP的網絡管理軟件的設計和實現》，燕山大學信息科學與工程系。

[4] 方杰，袁修貴，《基于J2EE規范的電信綜合網管架構設計》，中南大學數學科學與計算技術學院，2005.10。

[5] 張登先，王鵬，何希瓊，《利用JMX改進網絡管理系統中指標實時監控》，中國科學院成都計算機應用研究所，2004。

作者簡介：

高曉楓，男，漢族，1977年7月4日出生于蘇州常熟，1993年9月至1996年7月，畢業于江蘇省蘇州中學；1996年9月至2000年7月，畢業于南京大學信息管理系，大學本科；2000年8月進入江蘇省蘇州市公路管理處工作，現任路網調度辦公室副主任。

第2篇：集成電路設計方案范文

關鍵詞：35kV新建變電站；輸電線路；工程施工；組織設計方案；建議

引言：35kV新建變電站和輸電線路工程施工組織設計是一項比較復雜的工作，在施工的過程中，會受到多方面因素的影響。設計人員在設計的過程中，要保證設計的合理性，科學正確的設計方案，對于保證整個工程的施工質量和進度尤為重要。

1 35kV新建變電站施工組織設計方案

1.1 變電站站址選擇

選擇變電站站址時要盡可能的靠近主要用戶，接近負荷中心，按照技術經濟合理的原則，合理總布置，盡量不占用耕地，最大程度提高土地的利用率，查明站址地質構造、水文地質條件等情況，以確保站址基礎的穩定性，給電纜進線、電纜出線提供足夠的進出線走廊，站區布置要安全、經濟、合理，確保電網設備安全穩定運行。

1.2 變電站選型及設計

變電站選型時，要對占用土地面積及土建造價進行比較，要對建設施工周期、運行可靠性、擴展性、移動性進行分析，合理選擇變電站類型。

1.3 電站安裝地理條件確定

確定變電站安裝地理條件時，要對海拔、環境溫度、最大風速、覆冰厚度、最大相對濕度、日照強度、污穢等級、耐震能力做好分析，保證地理條件能符合變電站的安裝要求，確保后期能正常施工。

2 輸電線路工程施工組織設計方案

2.1 布線位置的選擇

對35kv輸電線路經過的區域進行全面考察在進行布線勘察時，既要考慮到線路所經地區可能會遭遇的氣溫、大風和雷電等氣候環境的影響也要考慮走線會不會破壞周圍建筑物的穩定性或者建筑物周圍敷設的各種管線。

2.2 輸電線路定位樁位置選擇

在選擇定位樁位置時，一定要考察地形環境選擇地勢相對平坦、地質條件好的地區。同時要在與通訊線之間的距離超過20米，與公路邊的距離超過15米與周圍建筑物的距離超過10米的位置安置定位樁。只有這樣才能從各方面保證輸電線路的安全性。

2.3 導線和避雷線的防雷設計塔桿的選擇

考察線路經過地區雷電的活動情況，活動較為頻繁和不經常出現的地區避雷線的數量是不同的，根據雷電活動的基本情況，進一步確定避雷線保護角的大小以及檔距中央導線與其距離。一般情況下，建議采用接地避雷線，保護角則建議越小越好最少要

2.4 塔桿的選擇

塔桿的選擇要根據輸電線路的不同來確定，農村地區發展水平較低，且范圍較大，混凝土桿的低造價和標準自立塔的防腐蝕性能非常適合此區域，城市地區的人口密度大，用電量集中，且建筑物較高，因此在規劃時應充分考慮節省空間和減少對交通或高層筑的影響，一般選用多拔梢單桿，要因地制宜，選擇合理的塔桿搭配方式，滿足各地區的需要。

3 35kV新建變電站和輸電線路工程施工組織設計方案建議

3.1 做好主要設備選型

主變壓器，變壓器的臺數和容量的選擇應根據地區供電方案、電網規劃、電壓情況、預增負荷、現有用電容量等綜合考慮確定。變壓器臺數的選擇：為保證供電的可靠性、連續性，避免發生對重要機關單位、重要企業的停電，避免過負荷運行，變電站應裝設兩臺主變壓器。遠期為滿足電網發展需要，可裝設三臺主變壓器；變壓器容量的選擇：三相變壓器，考慮 5―20 年的負荷發展變化，變壓器容量可滿足預期負荷要求。兩臺變壓器單獨運行時，每臺變壓器均能帶起最大負荷的 80%，一臺變壓器出現問題無法供電時，單獨一臺變壓器能否保障重要客戶、重要單位、政府機關的供電。

3.2 做好繼電保護配置

裝置應具備足夠操作的主變各側斷路器及分段斷路器，裝置內保護回路與控制回路的電源應分開，保護范圍內發生任何故障時，保護裝置應能正確動作。保護范圍外部發生任何故障時，保護裝置不應誤動，護裝置在電壓互感器次級斷線時不應誤動作，這時應閉鎖有電壓輸入的保護，并發出告警信號，保護裝置在電流互感器二次繞組一相或兩相開路時，不應誤保護動作，保護裝置應發電流互感器斷線告警信號，滿足變電站內綜合自動化系統通信接口所提要求。

3.3 優化設計方案

在設計的過程中，為了方便進出線的架設，變電站 35kV進出線要和架空線路終端引線配合好，要對變電站防雷保護范圍和架空線的防雷保護范圍進行連接，設計人員要到現場進行放線測量，要把理論和實際有機的結合起來，根據地形地貌的實際情況，選擇桿型。要詳細的了解輸電線路的水文情況、地貌情況和地質情況，合理的選擇卡盤、電桿埋深、底盤的規格，做好電桿底部的防腐和防堿處理。T 接的輸電線路，要將該接點使用桿型設計出來，并將連接的方法說明，要標明鋼芯鋁絞線的截面大小，輸電線路的路徑要符合邏輯性，簡明準確，簡單易懂。

3.4 嚴格審查設計方案

組織技術人員對設計方案進行全面審核，對設計方案上的設計進行復議，對設計方案中不合理的地方進行調整和修改，提高設計方案的可行性與經濟性。施工單位應該組織相關的工作人員對施工設計方案進行培訓，以提高他們的綜合素質和專業技能，完全按照要求進行方案的設計。

3.5 加強技術應用

計算機技術的發展，變電站的控制、輸電線路工程逐漸走向智能化方向，通過智能化的信息監控和采集運行參數，并進行一系列的處理，最終把整合的信息反饋給相關人員，相關人員根據其提供的信息結合實際經驗對變電站設備進行調控，降低維護人員的工作量，提高工作效率和供電可靠性。

結語

在35kv新建變電站和輸電線路施工組織設計方案的設計過程中，將理論知識與實際經驗相結合，做好變電站中的站址選擇、變電站選型及設計、變電站安裝地理條件確定，做好輸電線路工程的布線位置的選擇、定位樁位置、導線和避雷線的防雷設計、塔桿的選擇，不斷優化設計方案，保證后期能正常、高效施工，確保變電站以及輸電線路的安全和安穩運行。

參考文獻：

[1]郭海濤.淺談35kV輸電線路的設計及施工方案[J].中國新技術新產品，2015，（16）：54.

第3篇：集成電路設計方案范文

關鍵詞：鐵路電氣化 低凈空 絕緣距離

中圖分類號：U227 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0038-02

濱洲鐵路位于位于黑龍江省西部和東部。線路自哈爾濱市向西北經黑龍江省肇東市、大慶市、齊齊哈爾市，海拉爾市至終點滿洲里市，沿途經讓湖路、富拉爾基、碾子山、扎蘭屯、博克圖、牙克石、扎賚諾爾等城鎮，既有線路全長933.738 km。哈爾濱至齊齊哈爾段及海拉爾至滿洲里段最高行車速度為160 km/h，其余區段為120 km/h。

既有鐵路電氣化接觸網設計中不可避免的遇到各種各樣凈空較低的低凈空（包括上跨的鐵路橋、公路橋、下承式鋼桁梁橋、天橋、高架候車室等），低凈空下的接觸網系統是薄弱點，處理方案始終是電氣化改造項目的重難點之一，濱洲線上跨建筑物全線大約150余處，其中凈空高度不滿足6.55 m的低凈空約占10%左右，如果處理措施不得當將會對工程質量產生影響，并會有安全隱患。低凈空處的接觸網方案根據低凈空高度及結構的不同而不同。濱洲線低凈空凈空高度分布（見圖1）。接觸網在跨線橋下布置示意圖（見圖2）。

圖2中s表示絕緣距離。設計中在動態條件下如果絕緣距離不能滿足最小空氣絕緣間隙的要求，首先應考慮降低結構高度，同時應考慮適當調整跨距，使得最短吊弦長度滿足要求。

1 接觸網通過低凈空的控制因素

根據《鐵路電力牽引設計規范》（TB 10009-2005），接觸網通過低凈空的控制因素見表1。

2 低凈空下的接觸懸掛通過方式

本線線路長度近1000 km，按照通行超限貨物列車設計，最高運營速度160 km/h，全線共計低凈空約150座，其中低凈空最低僅為5.83 m，以下介紹幾種典型的低凈空下接觸網特殊設計方案。

2.1 降低結構高度通過

當跨線橋凈空高度較高，但在保持正常結構高度時又無法保證絕緣距離的情況下，可采用此種方案（見圖3）。該方案的特點是降低結構高度，同時保持正常的腕臂結構，適應較高的行車速度。需要根據結構高度調整后的設計值，減小上下腕臂底座間距或在斜腕臂的相應位置上安裝一根輔助管，并將承力索固定在輔助管上。濱洲鐵路電氣工程哈爾濱市繞城高速等上跨濱洲鐵路等低凈空采用了此種設計方案，低凈空凈高為7.36 m，寬度為27 m，此區段鐵路設計時速160 km/h。此處接觸網導線高度選取6.0 m，結構高度0.9 m，低凈空兩側支柱間距離為50 m，最低導線高度滿足5.7 m。

2.2 承力索絕緣通過，接觸線帶電通過

該方式通過降低建筑物兩側接觸懸掛點的結構高度及接觸線懸掛高度，在保證接觸線最低點高度、承力索與接觸線間必要的空氣絕緣間隙情況下，承力索在建筑物兩側用絕緣子斷開，鏈形懸掛的承力索在建筑物下無電，接觸線帶電通過低凈空。要求兩絕緣子之間不得安裝吊弦且不得設置橫向電連接。承力索與建筑物之間的間隙僅要求在規定的行車速度通過時，承力索不碰撞建筑物即可。絕緣子靠近建筑物端與建筑物邊緣的距離應考慮在隨溫度變化承力索的竄動，該值的大小根據建筑物所在的半個錨段的長度，計算出由正常溫度至最高或最低溫度時的偏移量，即為絕緣子端距建筑物邊緣的距離。因此該方式與鏈形懸掛帶電直接通過相比，要求的建筑物凈空稍低，為滿足較高的行車速度，一般情況下采用此種方式要求低凈空順線路方向的寬度較小，一般不大于8 m，如圖4所示。濱洲鐵路電氣工程滿洲里站天橋上跨濱洲鐵路采用了此種設計方案，低凈空凈高為6.7 m，寬度為5 m，此區段鐵路設計時速120 m/h。此處接觸網導線高度選取 5.9 m，低凈空兩側支柱間距離為40 m，最低導線高度滿足5.7 m要求。

3 低凈空的防護要求

低凈空下應采取以下防護措施：

（1）低凈空下應采取加設同材質線索或鋼芯鋁絞線作為備線，以防止冬季橋下結冰對承力索放電造成斷線塌網事故。

（2）低凈空下電化線路上方及兩側5 m范圍內的橋欄桿設防護網并接地。防護網的高度和寬度以及網格的空隙大小必須滿足人員無法通過桿形或其它具有一定長度的物體接觸到帶電部分。防護網、金屬橋欄桿等均應互相連接并接入不大于10 Ω的接地極。

（3）為避免行人將低凈空兩側的接觸網上瓷絕緣子擊碎，采用合成絕緣子替代瓷絕緣子設計，一般按照左右各三跨考慮。

（4）承力索在低凈空下應加裝貫通的絕緣套管，范圍應向外延長5 m。

（5）當承力索不帶電貫通時，應增設電纜將斷開的承力索連通，以保證系統載流能力。

（6）當遇到低凈空排水孔正對接觸網上方時，應采取封堵措施。

（7）當上跨建筑物本身有漏水等情況時，如無法封堵時，應采取絕緣板對低凈空進行防護。

4 結論

本文提出了既有低凈空下接觸網特殊設計原則方案，以及幾種在濱洲鐵路電氣化改造工程中的典型案例。對全線150多座既有低凈空采用不同處理方案，解決了低凈空接觸網通過問題，不但節約了工程投資，而且簡化了施工程序。實踐證明上述方案切實可行。

電氣化改造工程是一項系統工程，在工程設計中，一定要深入現場調查需要接觸網特殊設計的低凈空，結合現場具體情況，因地制宜。不但要遵循設計規范，而且要有利于工程實施。一般應采用多方案比選，以確定最經濟、可靠的設計方案。

參考文獻

[1] 鐵道部令第29號.鐵路技術管理規程[S].

[2] TB10009-2005.鐵路電力牽引供電設計規范[S].

第4篇：集成電路設計方案范文

關鍵詞：EDA；數字電路課程設計；多功能數字鐘

1.EDA技術[1]

EDA技術即電子設計自動化技術，英文全稱Electronic Design Automation，它是以功能強大的計算機為工具，在EDA軟件平臺上，對以硬件描述語言HDL為系統邏輯描述手段完成的設計文件，自動完成邏輯編譯、簡化、分割、綜合、布局布線及邏輯優化、仿真測試的電子產品自動化設計過程。

利用EDA技術進行電子系統的設計，具有以下幾個特點：

（1）用軟件的方式設計硬件，且用軟件的方式設計的系統到硬件系統的轉換是由相關的開發軟件自動完成的；

（2）設計過程可用相關軟件進行各種仿真；

（3）系統可現場編程，在線升級；

（4）整個系統可以集成在一個芯片上，具有體積小、功耗低及可靠性高的特點。

2.用EDA技術改進數字電路課程設計的必要性

數字電路課程設計是建立在數字電子技術基礎上的一門綜合實踐性課程[2]，有利于培養學生的系統綜合能力和創新能力，對提高辦學檔次，滿足社會對高素質人才的需求，培養學生對未來社會的適應能力都是受益匪淺的。通過這一課程的學習，學生能夠熟練地利用EDA技術掌握較復雜數字系統的設計方法，進一步增強學生分析問題、解決問題的能力，充分挖崛和激發學生的創新潛能。

目前在數字電路實踐教學中，大部分學校仍然采用中小規模的集成電路來實現設計功能，當設計的系統比較復雜，需要多個集成芯片和大量連線時，就增加了設計電路板的難度和故障調試難度，延長了設計周期，降低了學生的學習興趣；同時，常用中小規模集成芯片的大量重復使用也大大增加了設計成本；因此，在數字電路課程設計中引入EDA技術，采用當前國際先進的設計方法和理念，改革傳統的課程設計方法，已經成為一種趨勢[3]。用中小規模集成電路設計的數字系統存在以上諸多缺點，而運用EDA技術、可編程邏輯器件設計數字系統就成為行之有效的方法。這種設計方法從系統總體要求出發，自上而下地將設計細化，將功能具體化、模塊化；直到最低層的模塊適合用硬件描述語言或原理圖描述為止，最后形成數字系統的頂層文件；再經EDA軟件的自動處理而完成設計。

QuartusII是Altera公司的第四代EDA開發軟件，此軟件提供了一種與結構無關的全集成化環境，將設計、綜合、布局和布線、系統的驗證都整合到一個無縫的環境中，使設計者能方便地對Altera公司的PLD系列產品進行設計輸入、快速處理和器件編程。是應用廣泛的EDA開發軟件之一。CPLD/FPGA通稱為可編程邏輯器件，其中FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程邏輯器件的基礎上進一步發展的產物。目前，QuartusII開發軟件和CPLD/FPGA器件作為EDA開發工具被越來越廣泛的應用到大型數字系統的設計中。

3. EDA技術在數字電路課程設計中的應用

多功能數字電子鐘的設計是數字電路設計中的一個典型應用，用中小規模集成電路實現時，用到的器件較多，連線比較復雜，可靠性差。下面就以基于ALTERA公司的FPGA器件CycloneII240C8芯片和QuartusII9.0EDA開發系統進行多功能數字鐘的設計為例來介紹數字電路系統的一般設計方法。運用此種方法進行課程設計時，需要先掌握QuartusII軟件開發環境的使用和硬件描述語言VHDL語言的編程，掌握相關CPLD/FPGA實驗開發系統的使用。

（一）數字鐘的設計要求

（1）具有時，分，秒計數顯示功能，以24小時循環計時，由6個7段共陰極數碼管顯示；

（2）能夠通過手動按鍵實現清零和調節小時、分鐘功能；

（3）具有整點報時功能，當時鐘計數為59’51”、59’53”、59’55”、59’57”時，揚聲器發出頻率為1024Hz的聲音，在59’59”即到整點時，揚聲器發出最后一聲整點報時，頻率為4096Hz。

（4）用VHDL語言來完成上述電路功能的軟件設計和軟件仿真，仿真結果正確后，在實驗系統上進行由硬件電路的下載和調試。

（二）數字鐘的設計方案

多功能數字鐘電路的系統結構框圖如圖1所示，由系統時鐘、控制電路、秒計數器、分計數器、小時計數器、譯碼器、顯示器和揚聲器組成；控制電路負責控制計數器計時、校時和揚聲器報時，譯碼器將各計數器輸出的BCD碼計數值轉換成七段碼送到顯示器，顯示器顯示時、分、秒計時結果。

介于所使用的實驗系統中有現成的譯碼器和顯示器部分硬件電路，故只對圖1所示控制電路和時、分、秒計數器模塊進行軟件設計，由VHDL語言編寫源代碼來實現。

（三）數字鐘的實現

在設計過程中采用層次化設計方法進行設計，編寫源程序，為了簡化設計把控制計時和調時部分功能放到計數模塊中，報時部分專門用一個模塊，故將數字鐘的實現分成秒、分、時三個計數模塊和一個報時模塊構成，報時模塊同時完成對報時輸入信號的分頻。

通過系統分析論證后，在QuartusII9.0環境下，用VHDL硬件編程語言編寫數字鐘的報時模塊、秒計數模塊、分計數模塊和時計數模塊源代碼，即分別對應alert.vhd、second.vhd、minute.vhd、hour.vhd文本文件，對這四個模塊分別進行編譯、綜合和仿真測試無誤后，生成這四個模塊的符號圖，最后通過原理圖連接的方式把以上各模塊生成的圖形符號連在一起形成頂層的原理圖，實現多功能的數字鐘。下面給出通過原理圖的形式所設計的頂層原理圖如圖2所示，頂層設計文件為clock.bdf，頂層實體圖如圖3所示，當然也可以通過元件例化語句來生成頂層實體。

（四）功能仿真與下載

以上各個模塊設計好以后，都可以利用軟件進行仿真，得到正確的功能仿真結果后，在頂層的設計中調用各功能模塊，完成頂層原理圖或實體的設計，最后針對頂層的實體再進行功能仿真，仿真結果如圖4所示，從仿真結果的部分截圖中可以得到該數字鐘能夠實現正常計時的功能。

仿真正確后，選定好所選用的實驗系統的配置芯片，鎖定引腳，完成引腳配置，重新進行編譯綜合后，即可生成下載文件clock.sof，將此文件下載到選定的目標芯片，接上器件，完成整個系統的設計。經過在杭州康芯電子有限公司生產的GW48EDA/SOPC實驗開發系統下載驗證，該設計完全符合數字鐘的功能要求。

4.結束語

通過將EDA技術應用于數字電路課程設計提升了學生對數字電路的認識，在設計過程中可以預先進行仿真，仿真有誤可以修改設計，在這個過程中不必搭接電路，做到有錯就隨時修改，不用擔心設計實驗失敗的風險。通過EDA技術不僅可以很好地鍛煉學生的綜合設計開發能力和動手能力，從而激發他們的學習興趣，還可以大大節約數字電路課程設計實驗的成本，提高設計效率，培養了他們解決問題的綜合能力，因此，使用EDA技術必將是數字電路實踐課程改革的新動向。

參考文獻

[1] 潘松，黃繼業. EDA技術實用教程.北京：科學出版社，2010.

第5篇：集成電路設計方案范文

【關鍵詞】水污染遠程監測 無線傳感器網絡 PH值傳感器

在水資源的生態環境監控方面，國外已有把無線傳感器網絡技術應用于水污染監測系統中的例子，美國Helios—ware公司的CS0net系統[1]是由CSOnet logieeover（節點）和CSOnet網關（接入點）組成，用戶可以通過WiFi、WiMax、手機、以太網等方式訪問網關數據，達到了面向分布式無線傳感網絡控制監測的目的。2008年澳大利亞CSIR的Fleck系統[2]是采用Atmega128L嵌入式處理器作為控制單元，通信裝置采用Nordic nRF903，以adhoc的方式來組成智能傳感器網絡，完成傳感器網絡監測系統的數據采集和實時發送。國內也有相應的水污染監測研究，杭州電子科技大學信息與控制研究所對于水環境監測的無線傳感器網絡網關提出了結合視頻監測的設計方案[3—5]，網絡通信采用Zigbee與CDMA結合的方式，TCP/IP協議采用內嵌協議棧；2010年，寧波中科集成電路設計中心推出了一套面向行業應用的工業級無線傳感器網絡GMesh[6—7]，采用集成高精度傳感器來實現對現場數據的采集，將現場數據接入到GMesh構建的無線傳感器網絡，實現可靠傳輸。本文針對傳統方式所存在的問題，著眼于建立一種面向無線傳感器的水污染監測網絡節點，探索如何能夠實現實時、遠程、無線、低功耗的水污染監測系統。

1 水污染檢測原理

水環境中需要檢測的參數有：PH、電導率、COD、溫度、硝酸根離子、氯離子、氧離子、鉀離子等。其中PH是水溶液最重要的物理化學參數之一，凡涉及到水溶液的自然現象、化學變化以及生產過程都與PH有關，在生產、科研、人類生活的各方面都需要測量PH值，所以在該水污染監測系統中，重點描述對環境水質PH值傳感器節點的研究與設計。

1.1 PH值傳感器選型

目前有以下幾種PH傳感器[8—9]：光化學PH傳感器、離子敏PH傳感器、玻璃電極傳感器、銻電極傳感器、酶PH傳感器等。與其他傳感器相比，玻璃電極傳感器具有測量范圍寬、重復性好、穩定性高、精度高等特點，因此獲得了廣泛的應用。

上海雷磁公司生產的E—201—C型PH復合電極是玻璃電極和參比電極組合在一起的塑殼可充式復合電極，是PH值測量元件，用來測量水溶液的PH值（氫離子活度），適合用于嚴酷外部環境，具有極好的線性和較弱的滯后效應，能夠及時的測量PH值，輸出mV信號，提供溫度與電壓自動補償。應用于環境監測、醫藥工業、染料工業中需要檢測水溶液PH值的場合。PH玻璃電極結構如圖1所示。

1.2 PH值傳感器測量原理

由于玻璃電極的特殊性，檢測PH值時通常使用電位法測量。

將玻璃電極作為指示電極，銀—氯化銀電極作為參比電極，將電極插人待測溶液，復合玻璃電極和待測溶液組成原電池，復合玻璃電極的兩條輸出引線分別為原電池的正極和負極。依據奈恩斯特方程，原電池輸出電動勢、被測溶液絕對溫度及被測溶液PH值之間滿足如下關系：

2 網絡節點硬件設計

2.1 PH值無線傳感器網絡節點組成

PH值無線傳感器網絡節點由PH復合玻璃電極、PH信號調理電路、控制器C8051F930和Si4432收發芯片組成。主要是負責對水質參數進行采樣，經過PH信號調理電路對其采集到的電壓信號或者電流信號進行放大處理，然后送到控制器C8051F930進行A/D轉換，即把模擬量轉換為數字量，通過串口將數據發送給Si4432收發芯片進行通信。節點組成如圖2所示：

2.2 信號采集與調理電路設計

PH傳感器測量原理是利用敏感電極與參比電極的電勢差進行測量，輸出的是mV信號。PH值的輸出電壓與被測液體的PH值呈線性關系，靈敏度為54.2mV/PH，輸出信號呈雙極性變化，在溫度25℃、PH=0時，輸出為0mV。只需對PH傳感器的輸出電壓進行處理和測量，就可得到相應的PH值。設計中采用PH復合玻璃電極，由于PH測量電極內阻大，要求前置放大器有較高的輸入阻抗，選用運放LMC系列的放大器，它具有輸入阻抗高、低偏置電流、低噪聲、高增益等特點，主要用來完成阻抗匹配、降低測量噪聲，提高系統穩定性等作用。PH值信號采集與調理電路設計如圖3所示：

2.3 控制器電路設計

控制器電路主要是完成對PH值進行A/D轉換以及和收發芯片的的數據傳輸。節點采用的是Silicon Labs的低功耗混合信號ISPFLASH微控制器C8051F930。它集成了10位的SAR A/D轉換器，具有多種啟動模式和自動低功耗突發模式，可以自動使能ADC0，采集和累加樣本，然后再將ADC0置于低功耗斷電狀態，所有這些操作都不需要CPU干預。ADC0還有一個16位的累加器，可以自動過采樣和對ADC結果求均值；以上滿足了系統對控制器的低功耗、高集成度、高性能、低成本的要求。控制器電路設計如圖4所示：

第6篇：集成電路設計方案范文

關鍵詞：I2C總線 VHDL IP核 CPLD/FPGA

一、系統設計的背景與意義

在現代通訊類產品、儀器儀表、工業測控系統中，逐漸形成了以一個或多個微處理器組成的智能系統，并且對電路之間主要是實現控制功能，因而I2C總線對應用系統的開發帶來很多好處：一方面，二線制的I2C串行總線使得各電路單元之間只需最簡單的連接，而且可實現電路系統的模塊化、標準化設計；另一方面，標準的I2C總線模塊的組合方式大大地縮短了新產品的開發周期，并且I2C總線系統構成具有最大的靈活性和極好的可維護性。

目前，在絕大多數單片機應用系統中仍保持著單主結構（其中包括一些雙主系統中，主節點之間不能進行直接通信的情況）。在單主系統中，I2C總線只存在著主方式，I2C總線的數據傳輸狀態比較簡單，主要是實現單片機（或MCU）對I2C總線簡單的讀/寫操作。因此，利用VHDL硬件語言實現I2C總線接口功能，并通過下載到CPLD/FPGA實現與其他節點的數據傳輸，使這些器件不受系統單片機必須帶有I2C總線接口的限制。這也大大地擴展了I2C總線器件的適用范圍，使I2C總線在應用系統設計中有著更為廣泛的應用。

二、系統設計方案

目前，許多IC器件廣泛采用I2C接口來讀/寫數據，但是多數的8位微處理器都沒有專用的I2C接口，因此一般只有通過GPIO口利用軟件編程來實現I2C總線的數據傳送。這將大量占用CPU的工作時間，如果利用 CPLD/FPGA來實現I2C總線的控制，則可以使CPU對I2C器件的訪問成為簡單的讀/寫操作，其系統框圖如圖1所示。基于可編程邏輯器件平臺上IP核的設計，如圖2所示。

圖1 系統框圖

圖2 I2C總線的IP核

CPLD/FPGA的設計流程。基于MAX+PLUS II軟件環境的開發，其開發流程是設計輸入、綜合、適配、時序仿真和功能仿真、編程下載、硬件測試，其中設計輸入包括HDL文本輸入和原理圖輸入，并且通過HDL綜合器獲得門級電路甚至更底層的電路描述網表文件，將網表文件針對具體的目標器件進行邏輯映射操作，適配產生的仿真文件進行時序仿真，在編程下載前對結果進行模擬測試。

三、系統器件的結構設計

該系統主要由輸入寄存器、輸出寄存器、計數器、控制器、SCL產生器及其他總線組成，如圖3所示。

圖3 I2C核接口結構

1.count_reg：IP核的工作寄存器

當DR=0時，微處理器可以將控制字節寫入其中，控制字節最高位為讀/寫，低7位為發送或接受數據的字節數，每完成一個字節的操作后減1，當其為0時，停止工作。

Input_reg：IP核的輸入寄存器，將并行輸入的字節串行輸出。當DR=0時，即微處理器向器件進行寫操作，將要傳送的一個字節放入Input_reg，此時控制器發送系統忙信號BUSY=1，使微處理器處于等待狀態；控制信號en_inreg=1產生后，將并行數據逐位移到SDA上，并配合SCL時序傳給I2C器件；當傳送完一個字節后，由控制器產生一個

使能信號en=1給字節計數器，并在系統時鐘下做減1操作，再將BUSY=0，以接受主控器的下一個字節；當第一個字節放入Input_reg后，控制器啟動I2C總線，最后一個字節從Input_reg中輸出后，控制器將關閉I2C總線。

2.Output_reg：IP核的輸出寄存器

微處理器可以在Output_reg中讀取數據。首先，將控制字節寫入count_reg中，當DR=1時，可以知道微處理器要進行讀數據操作，則啟動I2C總線的讀操作。控制器首先要使系統忙信號BUSY=1，然后啟動I2C總線，將I2C器件傳來的數據，輸入output_reg，當使能控制信號en_outreg=1，在output_reg中，配合系統時鐘逐位輸出，實現串行信號到并行信號的轉換；當一個字節完全輸入到output_reg后，將BUSY=0，使微處理器將數據讀出，并使字節計數器減1。

3.Control_reg：IP核的控制器

Control_reg：IP核的控制器，嚴格控制整個系統的讀/寫操作過程。其中還包括SCL產生器。它的狀態時序如圖4所示。

圖4 控制器狀態流程圖

4.數據的通信格式

在主控器對從器件進行讀/寫操作時，必須遵從嚴格的數據傳輸格式。一般地，在主控器發出讀或寫操作時，啟動I2C總線首先傳送的是主器件需要訪問的從器件的設備地址以及讀/寫控制信號，信號通過串并轉換后首先送最高位，并配合時鐘信號逐位輸出，當主器件接受到從器件發出響應信號（ACK）后，接著傳輸下一個字節，直到字節計數器發出停止信號后，關閉I2C總線；該設計從IP核的復用性和一般性考慮，實現如圖5所示的傳輸格式的I2C總線的讀/寫操作。其中第一個字節DATE1中最低位是讀/寫控制信號。

圖5 數據傳輸格式

5.I2C核的VHDL實現和仿真

硬件描述語言VHDL（Very-high Speed IC Hard-ware Description Language）是一種用于電路設計的高層次描述語言，具有行為級、寄存器傳輸級和門級等多層次描述，并具有簡單、易讀、易修改和與工藝無關等優點。該設計采用MAX+plus Ⅱ 10.0 作為綜合工具，生成如圖2所示的I2C總線的IP核，對設計的VHDL程序進行調試和波形仿真。其中各個管角的意義如下：

DATE_BUS[7…0] 8位數據總線；

DR 讀/寫信號；

SYSCLK 系統時鐘信號；

RESET 復位信號；

SCL 串行時鐘線；

SDA 串行數據線；

BUSY 系統忙信號。

在仿真中，選擇EPF10K10LC84-3 作為下載芯片來實現模擬仿真。當向器件發送一個數據時，串行時鐘線和數據線得到圖6所示的仿真波形。

四、結論

該設計采用VHDL的自頂向下的層次結構設計方法，對系統按照其功能進行設計和分析說明， 并將IP核分為4個模塊：字節計數模塊、控制模塊、數據轉換模塊以及綜合模塊。

數據轉換器是實現串并轉換，用裝載寫入或讀出的數據，在控制模塊的控制下，把寫入的數據移位到SDA線上，或把從SDA讀出的串行數據變為并行數據，并配合SCL時鐘信號輸出或輸入。字節計數模塊主要實現對移位的數據字節進行計數的功能。控制模塊是基于以上三個模塊實現數據的單向傳輸，即將雙向的數據線分成兩根單向的數據線來傳輸數據。綜合模塊主要是實現將2根單向的數據線，通過控制模塊的一個選擇信號使它綜合成一根雙向的數據線SDA，實現了接口的串并轉換功能。

參考文獻：

[1]趙俊等.集成電路設計VHDL教程[M].北京：希望電子出版社，2002.

[2]何立明.I2C總線應用系統設計[M].北京：航空航天大學出版社，1995.

[3]David Y·Chan.I2總線的概念及其規范.上海飛利浦應用實驗室，1992.

[4]潘松，黃繼業.EDA實用技術教程[M].北京：科學出版社，2002.

第7篇：集成電路設計方案范文

關鍵詞：項目驅動；測控儀器設計；教學模式；實踐

0引言

測控儀器是利用測量和控制的理論，采用機械、電子、光學等各種計量測試原理及控制系統與計算機技術相結合的一種范圍廣泛的測量儀器。測控儀器設計課程是對機械設計、微機原理、單片機、傳感器、測控電路、信號分析、誤差理論等課程內容的深化和延伸，實踐性很高。學生通過該門課的學習，應該掌握測控儀器的開發、設計方面的專業知識，具有很強的動手能力。

1問題的引出

在實際教學中，這門課的現有教學模式存在如下弊端：一是仍然采用傳統的灌輸教育，使學生產生厭倦情緒，失去對課程的興趣。二是實踐教學不具有系統性，因實踐教學課時的限制，學生只能對測控儀器設計的少數環節進行實踐學習。三是缺乏對已學知識的綜合應用，對學生創造力的訓練有限[1]。基于此，改變測控儀器課程的教學模式，建立以項目為中心的教學模式，突出項目在課程教學中所扮演的角色，整個教學活動的主線是學生圍繞項目開展自主學習，教師主要起輔導、答疑的作用。

2項目驅動法

項目驅動法是一種建立在建構主義教學理論基礎上的教學方法。這種方法認為學生學習的動力來自生存環境的壓力———待解決的問題。項目驅動法是實施探究式教學方法的一種，以老師為引導、以學生為主體、以任務為驅動。主要目標是使學生置身于探索知識的情景之中，即在真實世界中應用相關的知識解決特定的項目問題，從而促使學生主動吸收、重組自己的知識結構。從根本上將傳統課堂中老師“滿堂灌”轉變為“學生為主體，教師為主導”的教學模式。這種教學的關鍵在于培養學生自我學習、認知能力和團隊協作能力，并使教學理念的實施更符合人的認知學習規律[2]。

3項目驅動教學法在測控儀器設計課程中的實施

教學中選擇的項目應盡可能覆蓋測控儀器設計課程的所有知識點，項目完成后學生能理解和掌握測控儀器設計課程所涉及的所有理論知識，掌握運用這些理論知識的技能。同時，項目要具有開放性，不同項目小組的學生可以采用不同的方案、選擇不同的元器件實現。此為，盡量選擇實際的工程項目，可以鍛煉學生從事工程項目開發能力，從而拓寬學生畢業就業渠道。因此，選擇DGB-5B型電感測微儀的數字化作為項目開展教學活動。電感測微儀作為本院實驗室的儀器，在精密測量領域應用廣泛。項目的研究內容包含在測控儀器設計課程的不同章節，由不同的理論知識進行指導。在總體設計這一章的課程上完后，項目小組可以根據設計需求，討論電感測微儀的數字化的總體方案（單片機還是PC機作為主控單元）。在電路和軟件設計這一章的課程上完后，學生可以完成調理電路的設計（模擬電路還是集成電路設計調理電路），AD采樣電路的設計（數據采集卡還是獨立的AD芯片完成模數轉換），軟件的開發（開發單片機程序還是PC機程序）。在儀器的精度理論這一章上完后，學生可以討論如何對數字化后的測微儀進行標定，提高儀器的測量精度。下面以其中一組學生實施的方案，簡要說明項目實施的過程。該組學生設計的總體方案如圖1[3]。線性位移傳感器的結構剖面圖如圖2。AD698信號調理電路連接及學生制作的實物圖如圖3。USB-6002數據采集卡外觀如圖4。程序采用LabVIEW開發，學生開發的程序界面如圖5，程序框圖（代碼）略。項目完成后，各項目小組將項目過程中形成的設計方案、圖紙、軟硬件整理后，結合項目的心得體會撰寫項目報告，其他小組成員可以對該組的項目展開討論，提出改進意見。

4結論

通過在測控儀器設計課程的教學中引入項目驅動教學法，學生對該課程產生更大的興趣，加強了與教師的交流，學生的理論知識和實踐技能得到了系統訓練，有助于學生嘗試創新設計和進行科研活動[4]，同時，更多的學生通過課程項目的訓練，參與到各類競賽中，增強了學生的專業自信。

參考文獻：

[1]戴金橋，俞阿龍，孫華軍.項目驅動法在智能儀器設計課程教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（16）：83-85.

[2]劉貴云.《傳感器與自動檢測技術》的項目驅動法研究[J].教育教學論壇，2014（36）：150-151.

[3]蔣彥，侯建偉，黃智，等.DGB-5B型電感測微儀的數字化設計初探[J].數字技術與應用，2014（8）：150.

第8篇：集成電路設計方案范文

關鍵詞： 雙電容振蕩器； 帶隙基準； 電壓比較器； 溫度補償

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0133?03

Design of oscillator with temperature compensation for RFID tags

SHI Le， YANG Fa?shun， LU An?jiang， LEI Tao

（Key Laboratory of Micro?Nano?Electronics and Software Technology of Guizhou Province， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： Based on TSMC′s 0.18 μm RF CMOS process， a desidn scheme of high?accuracy oscillator with temperature compensation is presented. A structure of the improved double?capacitor relaxation oscillator was chosen to meet the design requirements of the RFID tags. In order to guarantee the stability of the oscillator output frequency， the temperature compensation technology was adopted in the oscillator to minimize the effect of power surply on reference voltage and output current. The SPECTRE tool was used for circuit simulation. The result indicates that the maximum frequency deviation is less than ±0.75% at 1.92 MHz center frequency when the circuit works at 1.8 V and the temperature range is -25～100 ℃. It meets the application requirement. On the basis of the simulation， the layout diagram was accomplished.

Keywords： double?capacitor oscillator； band?gap reference； voltage comparator； temperature compensation

0 引 言

射頻識別（RFID）技術具有識讀距離遠、速度快等優點，已逐漸開始在供應鏈、物流、倉儲管理及物品跟蹤等領域得到廣泛應用[1]。因此，設計一個應用于射頻電子標簽中的高精度時鐘電路有著重要意義。

傳統的分立元件電路的時鐘參考是石英晶體振蕩器，它的性能非常穩定， 振蕩頻率幾乎不隨電源電壓、溫度和工藝的變化。但是它不能集成在芯片系統內部，導致整體成本也隨之增加，一款可集成于芯片內部、成本低廉的高性能時鐘參考電路的挑戰正在于此。常用的片上時鐘發生器有環形振蕩器和張弛振蕩器兩種振蕩結構。環形振蕩器是由奇數個CMOS反相器級聯而成的，每級反相器都帶一個負載電容，振蕩周期是電源到電容進行充電的上升過程和電容到地進行放電的下降過程共同決定[2]。張弛振蕩器較環形振蕩器雖然在穩定性上有所提升[3]，但是他們的傳統結構都對電源電壓有較大的依賴性，且受溫度影響嚴重，不利于實現高性能芯片的整體設計。

本文采用雙電容張弛振蕩結構[4]，較標準的張弛振蕩器有較大改進，對基準電壓和調整電流進行溫度補償，使電路的時鐘輸出頻率與工作電壓和偏置電流不相關，從而抑制了電源的波動和偏差。

1 電路設計與原理分析

1.1 振蕩器的基本原理

本文采用的振蕩器電路的主要結構如圖1所示。

在圖1的振蕩電路中，兩個比較器和SR鎖存器形成了整個電路的振蕩機制。基準電壓源不僅能為電容在充放電過程中的電壓比較提供一個高精度的參考[5]，同時通過一個電壓—電流轉換電路，還能夠為電容提供充放電電流。電路的大致工作過程如下：假設在初始狀態下， 鎖存器輸出端[Q]為高電平，[Q]為低電平。反相器B的NMOS導通，電容[C2]上的電荷很快完成放電，此時反相器A的PMOS管導通，流過PMOS管的電流對[C1]進行充電。當[V1>Vref]時，比較器A輸出高電平，通過反相器的緩沖作用，鎖存器[Q]端為低電平，[Q]端為高電平。接下來的[C1]和[C2]的過程剛好相反，直至回到起始狀態完成一次循環，即一個周期。則在理想情況下的周期表達式為[6]：

[fideal=I（2CVref）] （1）

式中：[I]為反相器對電容的充電電流。由式（1）可以看出，高精度的參考電壓和電容充電電流對振蕩器的輸出頻率至關重要。

圖1 振蕩器的電路結構

1.2 基準電壓源

與溫度關系很小的電壓和電流基準被證實在許多模擬電路中是必不可少的，也是本電路模塊中的重要組成部分，它的精度將直接影響最終的振蕩頻率。

在實際電路中，假設有相反溫度系數的兩個電壓[V1]和[V2，]把它們隨溫度的變化量以適當的權重相加，使得[α1?V1?T+α2?V2?T=0]，這樣就可以得到零溫度系數的基準電壓，[Vref=α1V1+α2V2，]從而得到如圖2所示的示意圖。

圖2 正負溫度系數加權的電壓

通過分析可知：

[Vref=IR×R+VBE] （2）

雙極型晶體管的BE結具有負的溫度系數，根據[IC=IS×exp（VBEVT），]其中[IS∝μkTn2i，][μ]為少數載流子的遷移率，[ni]為本征載流子濃度，這些參數與溫度的關系可以表示為[μ∝μ0Tm，][m≈-32，]且[ni2∝Τ3exp-Eg（kT），]可以得出[VBE]溫度系數的表達式：

[?VBE?T=VBE-（4+m）VT-EgqT] （3）

從上式可以看出，[?VBE?T]與[VBE]自身有關，當[VBE]≈750 mV時，[?VBE?T≈-1.5]mV/K。

要維持輸出電壓的恒定，需要產生一個PATA電流，使[R]分擔的電壓改變量彌補晶體管 BE結電壓的改變量。設計出完整的基準源電路圖，其中電阻使用的[P]電阻，如圖3所示， 可以得到輸出的參考電壓[Vref]的表達式，其中[n]為[Q2]與[Q1]發射結的面積比[7]。

[Vref=VBEQ3+R2R1VTln（n）] （4）

圖3 基準電壓源電路圖

1.3 比較器設計

由于本文設計的比較器是一個開環電壓比較系統，所以不必考慮其穩定性問題，但是要求其靈敏度高、反應速度快、擺率大[8]。如圖4所示。

圖4 比較器電路圖

其中反應速度和輸入信號差的絕對值有關，絕對值越大，反應速度越快，而且還與偏置電壓[Vb]有關，[Vb]較低時，差分對管流過的電流較小，后級輸出響應慢，比較器的反應速度也就很慢；反之，比較器的速度會有大幅提升，但是功耗也隨之增加，這里需要在速度和功耗之間進行折中。

2 仿真結果分析

2.1 基準源的仿真驗證

根據TSMC 0.18 μm工藝以及本電路的實際要求，設計輸出為1 V的參考電壓。室溫條件下時，實際的輸出電壓為1.013 7 V。由于在對本電路的分析中，并沒有考慮電阻受溫度的影響，在實際仿真過程中，采用的是rphpoly（P型高摻雜多晶硅）電阻[9]，加入了電阻對輸出電壓的補償，從而更進一步提高了參考電壓的精度。如圖5所示，從輸出結果上看，輸出參考電壓[Vref]在隨溫度變化（-25～100 ℃）的過程中，出現了一個波峰和一個波谷，峰峰值僅為0.3 mV，計算出的溫漂系數也僅為2.49 ppm，已經具備相當高的精度。

圖5 基準電壓的溫度特性曲線

2.2 振蕩器的仿真驗證

本文設計的振蕩器的充放電電流來源于基準電壓源，從而對溫度也不敏感，保證了振蕩頻率的穩定性。圖6的仿真結果為振蕩器輸出的波形，鋸齒波則為電容[C1]充放電的過程，可以看到鋸齒波之間有一段與鋸齒部分時間相等的低電平，這段時間則為電容[C2]充放電的過程。由于[C1]和[C2]的交替作用，所以得到的脈沖波占空比為50%，從圖上也可以看出方波的周期大概為0.5 μs，與設計的振蕩頻率為1.92 MHz也相吻合。

圖7為振蕩器輸出的振蕩頻率隨溫度變化的關系曲線，在較高和較低溫度時頻率較中心頻率略低，經計算，其頻率的最大偏差小于±0.75%，溫漂系數為119 ppm。并在此基礎上，完成整體電路圖的版圖，如圖8所示。

3 結 論

通過理論分析和最終的仿真結果表明，振蕩器頻率受溫度的影響占主導因素。在對電路進行多次溫度補償以后，明顯降低了溫漂系數。事實發現，通過反相器的交叉耦合作用，在不降低振蕩器頻率精度的情況下，可以簡化電路結構，同時由于不需要片外電容，從而便于集成。

圖6 振蕩器的輸出波形

圖7 振蕩頻率的溫度特性曲線

圖8 整體電路版圖

參考文獻

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第9篇：集成電路設計方案范文

關鍵字：火災監控智能建筑應用分析

1前言

為了創造安全舒適便利的生活工作環境，實現設備監控和節能[1]，智能建筑采用了大跨度框架式建筑結構，并以綜合布線系統為聯系紐帶，配置建筑設備自動化系統、辦公自動化系統、通信自動化系統。一般認為，火災監控系統是智能建筑中設備自動化系統的一個子系統，是智能建筑防火安全體系的核心與消防系統集成的關鍵。據此，本文分析探討當前火災監控系統的基本結構和應用形式，結合智能建筑特點及其防火安全要求，說明火災監控系統在智能建筑中的應用現狀和發展趨勢。

2火災監控系統的基本結構與性能特點

國家標準《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-1998）規定，火災監控系統一般由火災探測器、輸入輸出模塊、各類火災報警控制器和消防聯動控制設備等共同構成，其基本構成原理。

由于火災信息探測與數據處理方式、火災探測器與火災報警控制器之間的配合等，決定著火災監控系統的功能與結構形式，因此，火災監控系統根據火災探測器與控制器之間連接方式、火災報警控制器中火災信息處理方式和網絡通信能力、系統設計所基于的技術特征等，可分為下列幾種基本結構形式：

2.1多線制系統結構

多線制系統是基于工業生產過程點對點控制方式開發的傳統型系統，其結構特點是火災報警控制器采用直流信號巡檢各個火災探測器，火災探測器和火災報警控制器之間采用硬線對應連接關系，一般系統線制為an+b（n是探測器數；a=1，2；b=1，2，4）。隨著微電子技術發展，先進的多線制系統采用數字編碼技術，最少線制為n+1.多線制系統由于工程設計、施工布線和系統維護復雜，已逐步淘汰。

2.2總線制系統結構

總線制系統結構的核心是采用數字脈沖信號巡檢和數據壓縮傳輸，通過收發碼電路和微處理機實現火災探測器與火災報警控制器的協議通信和整個系統的監測控制。總線制系統的結構特點是系統線制為an+b（n是探測器數；但a=0；b=2，3，4等），一般是二總線或三總線制，體現了智能建筑中系統集成、綜合布線的技術特點；當火災探測器與火災報警控制器之間、各種功能模塊與火災報警控制器之間都采用總線連接時，稱為全總線制系統，其工程布線靈活，可通過模塊聯動或硬線聯動消防設備，系統抗干擾能力強，誤報率低，總功耗小。

2.3集中智能系統結構

集中智能系統結構一般采用總線制和大容量通用火災報警控制器，其特點是火災探測器主要完成火災參數的采集和傳輸，火災報警控制器采用計算機技術實現火災信號識別、數據集中處理儲存、系統巡檢、報警靈敏度調整、火災判定和消防設備聯動等功能，并配以區域顯示器完成分區聲光報警。顯然，建立在總線制基礎上的集中智能系統能滿足智能建筑中系統集成的基本要求。但是，系統中火災報警控制器要及時處理每個探測器送回的數據并完成一系列設定功能，當建筑規模龐大、探測器及消防設備較多時，單一主機可能出現系統應用軟件復雜龐大、火災探測器巡檢周期過長、系統可靠性降低和使用維護不便等不足。

2.4分布智能系統結構

分布智能系統結構是在集中智能系統優勢基礎上形成的，它將火災探測信息的基本處理、環境補償、探頭污染監測和故障判斷等功能由火災報警控制器返還給現場火災探測器，免去控制器大量的信號處理負擔，使之能從容實現火災模式識別、系統巡檢、設備監控、數據通信等功能，提高了系統巡檢速度、穩定性和可靠性。顯然，分布智能系統結構強調總線上有效數據傳輸，對火災探測器設計提出了及時性和可靠性方面的更高要求，通常是采用專用集成電路設計（ASIC）技術來降低分布智能系統中高性能探測器成本，提高性能價格比。顯然，分布智能系統結構符合智能建筑系統集成思想和綜合布線的性能要求。

2.5網絡通信系統結構

網絡通信系統結構可在集中智能或分布智能系統基礎上形成，特殊之處是將計算機數據通信技術應用于火災報警控制器，使控制器之間能夠通過Ethernet及TokenRing、TokenBus等通信協議，以及專用通信線或總線（RS232、422總線、485總線）交換數據信息，實現火災監控系統層次功能設定、遠程數據調用管理和網絡通信服務等功能。顯然，網絡通信系統結構既可專用通信網絡實現，也可基于開放式的現場總線技術實現，再配以分布智能數據處理方式，能適應高性能火災監控系統的發展需要，為城市消防數據信息網絡系統建設奠定基礎并滿足未來發展需要。

3火災監控系統的設計應用要求

國家標準《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-1998）中規定，火災監控系統有三種基本設計形式：區域報警系統、集中報警系統和控制中心報警系統。火災監控系統應根據被保護對象的特點和要求，綜合考慮建筑物的規模性質、火災載荷、火災危險性、疏散和撲救的難易程度、火災事故的可能后果等因素，確定相應的系統設計形式并完成設備配套。圍繞智能建筑，國家標準《智能建筑設計標準》（GB/T50314-2000）強調系統集成及其實現，要求按照智能建筑甲、乙、丙三級設計標準合理配置火災監控系統。因此，綜合考慮智能建筑特點和防火安全要求，其火災監控系統一般采用控制中心報警系統設計形式，并需具備下列性能要求[2]：

（1）具有模擬量或智能化火災信息探測處理方式，實現數據連續采集和有效傳輸；

（2）具有總線制系統結構，便于實現系統集成思想和增強系統工程適應性

（3）具有及時可靠的火災探測報警能力，系統誤報率低、穩定性和兼容性強；

（4）具有火災探測器環境補償、靈敏度分時自動調整和基本火災模式識別功能；

（5）具有數據共享、電源及設備監測、網絡化數據通信和消防設備優化管理功能；

（6）具有良好的人機界面和服務于系統的綜合管理軟件。

必須指出，智能建筑一般用于高可靠性、高安全性、舒適性強、反映要求靈敏的對象，或是能源消耗高且有很大節約潛力的對象。所以，智能建筑并不強調是否具有最先進的火災監控系統，而是強調在滿足智能建筑提出的火災信息探測處理、系統結構和火災識別三項基本要求前提下，火災監控系統能與智能建筑中各子系統有機地聯系在一起并發揮作用。

4智能建筑中火災監控系統的應用形式

根據智能建筑結構形式、保護等級、物業管理方式等的不同，火災監控系統作為智能建筑消防系統及設備的集成中心。

4.1中控機系統形式

中控機系統應用形式如圖2示，它由集中智能式火災報警通用控制器、樓層顯示器、類比式火災探測器及模塊連接的普通探測器構成，總線制，也可支狀布線，系統基本容量500編碼點左右并可擴展成系列。智能建筑要求這類系統中火災探測器能夠采集現場參數及特征，火災報警控制器存儲火災特征數據并可對采集數據集中進行多級類比判斷處理，能夠可靠識別并判定火災。中控機系統形式的典型產品有Simplex4100、NohmiR21Z等。此外，按分布智能系統結構也能構成圖2系統形式。

4.2主子機系統形式

主子機系統應用形式如圖3示，它是由集中火災報警控制器加區域控制器，或是由通用火災報警控制器加功能子機（完成樓層顯示和區域管理功能，或僅完成區域管理功能），并配以類比式或分布智能式火災探測器和模塊連接的普通探測器構成，總線制，一般采用多機大容量，適于大型工程。在智能建筑中，主子機系統形式一般采用小容量標準化火災報警控制器多網方案，火災信息處理采用集中智能或分布智能方式，數據通信要求高，系統組態靈活，適應性強，典型產品有NittanNF-3E、Simplex2120、FCI7200等。

4.3節點機系統形式

節點機系統應用形式亦如圖3所示，它可基于LonWorks技術實現并采用網絡通信及總線制系統結構，特點是火災探測器一般采用類比式或分布智能式數據處理，火災探測器中可采用Neuron芯片取代原有的CPU；通用火災報警控制器借助LonWorks技術的開放性而形成節點機，實現基本功能或基本配置相同，既可作上級管理主機（需擴展功能）也可作區域報警子機使用；通用控制器之間采用以太網（Ethernet）或專用傳輸網絡（如effeff公司GEMAG網絡，JohnsonControls公司METASYS網絡等）實現數據通信。一般，節點機系統形式中通用火災報警控制器之間采用支狀或環狀聯接，可與樓層顯示器配合分區；通用控制器基本容量多采用99報警地址＋99模塊地址的標準化設計方案，互聯數量可達32～62臺之間，消防設備或由消防中心聯動控制臺集中聯動或是由分散設置的控制器和模塊聯動。節點機系統形式典型產品有Sentrol8000（2～31網）、MerovaM80（2～27網）、EdwardsEST3（2～64網）等。

5智能建筑中火災監控系統應用現狀與發展趨勢

綜合考慮火災報警技術現狀和智能建筑實際需要，當前智能建筑中火災監控系統的結構與性能特點可歸納如下：

（1）火災探測器采用點狀超薄結構和總線制，具有火災參數連續采集、類比或分布智能數據處理、環境自適應等能力，多參數復合探測和采用ASIC技術是當前技術熱點；

（2）火災報警控制器采用微處理機或工控機結構和標準化功能接口，具有火災參數運算、火災模式識別和數據信息網絡通信能力，可基于微機開發技術或現場總線技術實現功能和容量合理配置，消防設備聯動靈活可靠，當前技術熱點是節點機形式配以視窗化專用應用軟件；

（3）系統整體設計采用總線制和多設備監控方案，多種系統結構形式并存，系統具有多種數據通信方式，系統管理、人員培訓、救災預案制作等軟件化，當前技術熱點是系統數據通信標準化和設備監控管理規范化，實現智能建筑火災監控系統的開放式結構。

不難看出，智能建筑火災監控系統技術發展涉及三個方面。在火災探測器技術方面，以二總線制超薄結構、分布智能和專用集成電路（ASIC）技術為基礎，實現探測器環境自適應、多參數探測處理、高可靠性和低誤報率。在控制器技術方面，以通用控制器實現集中智能或分布智能技術方案為核心，火災信息處理采用閾值、趨勢、濾波、相關分析和人工神經網絡等多種探測算法組合[3]，實現火災模式識別和數據通信聯網。在系統整體技術方面，以現場總線技術為基礎實現系統的開放性，重視數據監測分析、工程適應性設計、火災智能判斷、設備優化控制和系統網絡化數據通信，形成專用火警計算機系統及視窗化人機交互界面和應用軟件。

特別強調的是，火災報警控制器實現開放性設計和數據通信標準化是火災監控系統與智能建筑數據共享和有機聯系的基礎。智能建筑火警信息數據共享可改變火災監控系統自成封閉體系現狀，促進相應技術和產品發展，實現火災監控系統與建筑設備自動化系統等的系統集成。

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