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關鍵詞：顯示驅動芯片；上電復位；電源檢測
1概述
顯示驅動芯片是一款規模大、電源系統復雜、數模混合的SoC芯片。在驅動芯片中，數字電路起著很重要的作用，芯片各模塊的上下電及工作時序均由其控制。而邏輯電路在上電過程中很容易出現錯誤狀態，需要在電源電壓達到電路的正常工作電平后，利用復位電路對邏輯電路進行初始化，以保證數字邏輯的正確性。
驅動芯片的外接電源有兩個，分別是鋰電池電源VDDA和10電源VDDI，芯片所需的其他電源均在片內通過LDO或電荷泵產生。在芯片的啟動過程中，各電源需要按照一定的先后順序陸續上電。在外接電源VDDA和VDDI上好電后，提供數字電源DVDD的LDO就需要啟動，并在上電完成后給數字電路提供一個復位信號，對觸發器、寄存器及鎖存器等單元電路進行復位，保證電路在上電過程中能正常啟動。其他電源及電路模塊則在數字電路正常工作后，在其控制下按照一定的時序分別啟動。因此，上電控制電路對顯示驅動芯片正常上電啟動起著重要的作用。
2芯片上電控制電路
2.1上電檢測電路
只有當驅動芯片的兩個外接電源VDDA和VD-DI都上電之后，芯片才能啟動。在芯片設計中，采用了電源上電檢測電路，對VDDA和VDDI進行檢測，當上電檢測完成后，才啟動后續電路。上電檢測電路的電路結構如圖1所示，分為三個部分，分別是VDDI檢測電路，VDDA檢測電路以及VDDA延遲檢測電路，其中VDDA延遲檢測電路采用的就是常見的RC結構。在VDDA上電結束，檢測電路會輸出低電平信號VDDA_ON，經過一段時間延遲，輸出信號VDDA OELAY翻轉為高電平；VDDI上電結束，檢測電路會輸出低電平VDDI_ON，作為后續電路的使能信號。
由于芯片電源VDDA和VDDI上電沒有先后順序，分兩種情況考慮上電檢測電路：一種VDDA先上電，另一種是VDDI先上電，上電檢測波形如圖2所示。由上電檢測波形可以看出電源上電結束后，上電檢測信號會發生相應的變化。從上電檢測波形可以看出，VDDA ON與VDDI 0N都輸出低電平時，VDDA與VDDI兩電源完成上電。
2.2系統上電控制電路
外部電源（VDDI、VDDA）上電完成以后，即可進行內部數字電路上電及芯片復位操作，具體可通過圖3電路實現。在電路中，VDDA OELAY和VDDl 0N為上電檢測電路的輸出信號，其中VDDA DELAY在VDDA上電之后經t1時間延時后由低變高，而VDDI_ON則在VDDI上電結束輸出低電平。VDDI_ON為電平轉換電路的使能信號，電平轉換電路結構如圖4所示。在VDDI未上電時，VDDI_ON為高電平，電平轉換電路的輸出為低電平，不受輸入信號影響。在VDDI上電之后，電平轉換電路才能正常進行電壓轉換。
DVDD_EN為DVDD_LDO的使能信號，高電平有效。當該信號為高時，DVDD LDO⒖始工作，產生數字供電電源DVDD。圖5所示DVDD延遲檢測電路對DVDD電壓進行檢測，在DVDD上好電后經t2時間延時，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信號為主機配置的復位信號，通過10接口到該電路，經過兩個電平轉換電路從VDDI電壓域分別轉換至VDDA和DVDD電壓域，其中VDDA電壓域的RESX信號用于控制帶隙基準（BGR）的使能，并與VDDA_DELAY信號相與之后作為觸發器的清零信號。DVDD電壓域的RESX信號則與DVDD_DE-LAY信號相與之后作為硬復位信號hw給數字電路，在數字電路中與軟復位信號sw相與之后作為整個系統的復位信號。觸發器的D端和觸發端信號由數字控制，在芯片接收到深睡眠指令時，觸發端產生一個上升沿，將Q端信號變為高電平。
下面從以下六種情況考慮芯片復位。
（a） VDDA與VDDI上電啟動
VDDI上電后，檢測信號VDDI_ON立即輸出低電平。VD-DA上電后，經過時間t1延時后，檢測信號VDDA_DELAY輸出高電平。在時間t1內，DVDD使能信號直接有效，DVDD開始建立并穩定，數字電路上電；同時VDDA DELAY的低電平對D觸發器清零。
在以上過程進行的同時，主機配置復位信號RESX為低脈沖，數字電路開始復位。RESX變高的時刻，帶隙基準開始正常工作。但是數字電路的復位信號由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有當數字電路上電t2時間后，DVDD_DELAY才會翻轉為高電平，此時RESX和DVDD_DELAY同時為高，數字電路復位完成。
在數字電路復位期間，D觸發器的觸發信號一直維持低電平，且復位結束，觸發信號輸出默認值低電平，這樣即可保證DVDD一直有效，即數字電路持續供電。
（b）RESX硬復位
若RESX為低電平，即硬復位信號有效，則數字電路復位，帶隙基準電路重啟。注意的是，RESX硬復位并沒有使數字電路掉電。
（c）軟復位
當數字電路接收到軟復位命令時，反映到電路上sw端為低電平，則Reset信號直接對數字電路復位。
（d）VDDI掉電，再啟動
若VDDI掉電，VDDA不掉電，這時檢測信號VDDA_DE-LAY保持高電平，但是VDDI_ON由低電平翻轉為高電平，導致DVDD LDO關閉，即數字電路掉電。一旦數字電路掉電，芯片不能自啟動，必須在VDDI重新上電后，配置RESX一個低電平脈沖，才能使DVDD LDO重新啟動，即數字電路重新上電。同（a）一樣，本電路會重啟帶隙基準，并完成數字電路復位。
（e）VDDA掉電，再啟動
若VDDA掉電，VDDI不掉電，這時檢測信號VDDI_ON保持低電平，VDDA_DELAY翻轉為低電平，并且VDDA是DVDDLDO的電源，VDDA的掉電使得數字電路無電。值得注意的是：處于此種狀態的芯片不能自啟動。只有VDDA重新上電，才能讓數字電路上電；接著通過配置RESX為低電平脈沖，使帶隙基準重啟、數字電路復位。
（f）芯片深睡眠及喚醒
當芯片接收到深睡眠模式的指令時，一方面反映在圖3中D觸發器輸人為高電平，觸發信號由低到高電平翻轉，將D端的高電平輸出至Q端，導致DVDD_EN變為低電平，DVDD LDO關閉，數字電路掉電，同時，觸發器的輸出信號還控制SRAM的電源開關，當其變為高電平時，SRAM的電源將斷開，節省系統功耗；另一方面，芯片內部DC-DC電路、振蕩器、驅動電路及MPU接口與寄存器均不工作，芯片進入深睡眠模式。
這種模式下，芯片同樣不能自啟動。主機必須通過配置RESX，才能使數字電路重新上電與復位、帶隙基準重啟。深睡眠狀態失效，即芯片深睡眠模式被喚醒。
3電路仿真
該電路采用umcl62ehv工藝設計，并利用Cadence Spectre對其進行仿真。
圖6為VDDA和VDDI上電以及VDDI掉電仿真，從圖中可以看到，在VDDA上電后，DVDD_EN為高電平，DVDD LDO開始工作，DVDD電壓上電。VDDA_DELAY經過約130us延時后，跳為高電平，DVDD_DELAY在DVDD上電后，經大約240us延時后跳為高電平。VDDI_ON在VDDI上電后即變為低電平。在VDDI掉電時，VDDI_ON變為高電平，同時DVDD_EN變為低電平，DVDD LDO關閉，DVDD開始掉電。
圖7則是對芯片深睡眠及喚醒情況進行仿真。可以看到當觸發器觸發信號CLK第一個上升沿到來時，由于系統剛上電，VDDA_DELAY還是低電平，DVDD_EN不受其影響，繼續保持高電平，DVDD正常上電。這可以保證系統在上電期間，不會因為邏輯電路的錯誤信號而導致DVDD LDO誤關閉，使其不能上電。當CLK的第二個上升沿到來時，意味著芯片接收到深睡眠模式指令，將D端的高電平傳輸到觸發器Q端，DVDD_EN變為低電平，DVDD LDO關閉，芯片進入深睡眠狀態。直到主機給RESX配置低脈沖，DVDD_EN才重新變為高電平，芯片推出深睡眠模式，被成功喚醒。
關鍵詞：AT89C52單片機；路燈；控制系統
1 概述
隨著我國城市化進程的不斷加快，城市發展規模越來越大，路燈作為城市基礎設施的重要組成部分，在城市的照明和美化中發揮著舉足輕重的作用。目前大多數城市的路燈控制主要依靠人力，經濟成本高，能耗大，與當前綠色、環保的現代社會生活理念不符。一款使用成本低、節能性好的路燈控制系統，已成為現代城市路燈控制的必需。文章基于單片機設計的節電型路燈控制系統，經過測試，能滿足城市路燈管理需求。
2 控制系統硬件設計
本設計采用AT89C52單片機作為控制器，通過總線與各個模塊相連。利用按鍵設定時間，在LCD上顯示實時時間、路燈狀態。用光敏電阻檢測環境亮暗程度，通過模數轉換芯片轉換后傳輸給單片機。單片機對時間和環境光線信號進行判斷并處理，并通過繼電器等相關的執行元件來控制路燈。路燈的開關模式為：0時至次日6時為節能時間段，路燈在半電壓下工作；19時至0時，路燈在全電壓下工作，其它時間段根據環境光線明暗程度來控制路燈的亮暗。系統總體結構如圖1所示。
2.1 單片機最小系統
單片機最小系統主要包括復位電路、時鐘電路和電源電路組成。硬件電路圖如圖2所示。
2.2 實時時鐘模塊
本設計采用DS1302實時時鐘芯片，利用時鐘模塊電路產生時鐘及定時等功能，實現路燈開關定時控制。電路如圖3所示。BT1是電壓為3V的紐扣電池，作為DS1302的備用電源。Y2是頻率為32.768 KHz晶振。DS1302的5、6、7引腳分別同單片機的P2.1、P2.2、P2.3的引腳相連。
2.3 環境光線檢測模塊
本設計使用光敏電阻和ADC0832模數轉換器結合的方式檢測，工作原理是當照射在光敏電阻上的光線亮度發生變化時，光敏電阻的阻值也隨之相應的發生變化，其變化是光線變強阻值減小，反之亦是，此時ADC0832的通道0得到的電壓值隨光線的變強而減小，ADC0832將電壓信號轉換成數字信號，送給單片機，使得單片機能對環境明暗程度信號分析和處理。
2.4 路燈控制單元
本設計采用LM317穩壓器，輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V-37V，CD1、CD2起到濾波的作用。穩壓電路圖如圖4所示。
路燈控制電路如圖5所示，Q1為PNP性三極管；RL1、RL2為繼電器；D5為續流二極管；D1、D2、D3、D4為發光二極管。當L1為低電平，則RL1閉合，燈是全電壓工作；當L1為高電平、L2為低電平，則RL2閉合，燈是半電壓工作；當L1、L2、L3都為高電平，則燈全部不亮。
3 軟件設計
根據控制需要，系統軟件主要分為五部分，分別是：（1）主程序，以一定的邏輯及方式調用功能模塊，配置硬件資源。（2）LCD顯示程序，對時間信息和狀態信息的顯示。（3）ADC0832光線采集程序，對環境光線信號的采集，將光信號轉換成電信號再轉成數字信號，便于單片機分析處理。（4）DS1302操作程序，處理時間信息，負責路燈開關定時控制。（5）定時中斷程序。
軟件流程圖如圖6所示。
4結束語
文章基于AT89C52單片機設計了一種路燈控制系統，實現了路燈按時間和光線雙重控制，經實驗檢測，該系統工作穩定、性能可靠、便于擴展，自動化、智能化程度高，有助于大幅度節省電力資源，降低管理成本，契合當前城市發展需求，具有較高的應用價值和良好的商業前景。
參考文獻
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（東莞市常平中學，廣東東莞523570）
在這個知識爆炸的時代，課本知識的局限性和滯后性更加明顯，高中地理教學已進入多媒體教學時代，地理教師重視多媒體教學資源已經形成共識，尤其是由聲音、影像、畫面和文字等元素組成的地理視頻資源能真切地展現自然風光、人文環境等各類地理現象，給人一種身臨其境的感覺。將“有趣、有用、生活化”的地理視頻信息融入地理教學中，使學生感覺到地理就在身邊，地理是鮮活、有趣的，這不僅符合新課改的要求，同時也符合傳播理論、多元智能理論和建構主義理論。紀錄片《舌尖上的中國》跨越中國天南海北的地域觀，具體描述神州大地的美食文化，并彰顯美食文化背后的海洋、山岳、森林、平原、荒漠等自然風光，揭示美食文化中滲透的各形各色的生產生活習慣、民俗風情、民族文化和古老的農耕文化等中國文化及其演化歷程，同時，又是能幫助學生豐富地理學科知識、拓展地理視野，從而激發學生學習熱情、培養地理素養、樹立正確人地觀的良好素材。本文將結合具體的教學實例，從區域與區域差異、農業生產活動、自然環境的整體性和差異性、可持續發展等角度探析《舌尖上的中國》在高中地理教學中的應用前景和教學參考價值。
一、豐富學生的地理知識、拓展地理視野、激發學習熱情
隨著影視傳播技術的發展，視頻資源對身心處在巨變時期的青少年所產生的影響越發明顯，僅僅依靠現有的教材資源、教師語言或者少量圖片的地理課堂往往難以激發學生的學習興趣。充實課堂資源，豐富教學內容，提升或喚醒學生學習地理的“興趣”，提升學生的學業水平和地理素養已迫在眉睫。
在中圖版必修三第一章的第一節“區域與區域差異”中，主要的教學重點是比較中國三大自然區自然環境特征及對人類生產、生活的影響。教材中只提供了有關三大自然區的文字資料和幾張圖片，要求學生完成三大自然區地理特征表。因為本節內容沒有難點，大多數教師往往采用的是閱讀教材，引導學生完成填表，致使教學枯燥無味，無法拓展學生的視野，更無法激發學習熱情。這種重結論、輕過程的教學排斥了學生的思考，淹沒了學生的個性，把教學過程庸俗化到無需智慧努力只需聽講和記憶就能掌握知識的那種程度，這實際是對學生思維的扼殺和個性的摧殘。
《舌尖上的中國》展示了一幅幅炫麗多彩的畫面：層層梯田、片片竹林、一池荷花一湖蓮藕的江南景色；翻滾的麥浪、火紅的高梁、金黃的玉米地所展現的北國風光；一馬平川大草原回蕩著悠揚的馬頭琴聲，充滿滄桑的塔克拉瑪干沙漠中亭亭玉立的綠洲少女的西域之光……在欣賞風光的同時，主持人帶領你“品嘗”南方的各色米粉、米糕；北方的刀削面、蘭州拉面、馕，還有民族風隋濃郁的手抓飯和烤全羊等。將這些優美的視頻內容整合滲透到課堂教學中，學生不僅能感悟到祖國廣袤的地域環境與區域差異，而且還能感悟到各色環境下的生產、生活等人類文明。在畫面、聲音和文字的多重沖擊下，學生體會到的中國三大自然區就不再是單調、粗糙、乏味的課本教料，而是直觀、靈動、富有生命的動態畫卷和多媒體文化大餐。
隨著城市化的發展和不斷推進，學生的生活也越來越城市化，即使是生活在農村的學生，接觸農業生產活動的機會也越來越少。單一的文字和圖片材料已經不能讓學生真正意義上理解農業生產的特色，而活靈活現的視頻能給我們親臨的感受，能夠更加有效地輔助學生理解深奧的農業文化。在“農業的地域類型”一課中，水稻種植業是東亞、南亞、東南亞等地區的主要農業地區類型。影響水稻種植業的一個重要的社會經濟因素是亞洲這些地區人口稠密，勞動力豐富。亞洲的水稻種植業也是我國南方的水稻種植業具有“一大一小一高三低”的特點。即：小農經營、水利工程量大、單產高但商品率低、機械化水平低、科技水平低。一般情況下，學生很難理解為什么水稻種植區要勞動力豐富？為什么我國南方的水稻種植機械化水平低、水利工程量大？如果能導入《舌尖上的中國》中視頻內容“春種的季節，江西上堡鄉的農民正在層層的梯田里犁田，插秧”，“盛夏，由于雨帶一路向北移，長江地區出現罕見的持續40多天的伏旱天氣，缺水讓稻子停止灌漿，只留下干癟的谷殼，農民為了挽救自己的稻田，用盡各種辦法給農田澆水、引水灌溉”， “秋天是水稻豐收的季節，黑龍江五常龍鳳山鎮的黑土地上，大型機器正在忙碌著收割，而江西上堡鄉的農民們卻是在梯田里割稻，打稻，肩挑稻谷回家”，這些畫面能讓學生理解到水稻種植業是一項勞動力密集型的農業，需要大量的勞動力精耕細作；我國季風氣候的特點，雨帶的推移與夏季風進退息息相關，而夏季風進退異常往往容易給我國東部季風氣候區帶來旱澇災害，水利工程量大就無可厚非了；南方受到地形和技術的限制，導致南方的水稻田難以實施機械化作業。這樣的滲入不僅能擴充學生對農業的了解，豐富學生的生活閱歷，同時能有效輔助學生理解相關知識點的來龍去脈，避免出現過多的死記硬背。
二、養成以地理視角分析問題的能力，提高地理科學素養
地理視角作為地理科學素養的重要組成部分，是地理學中觀察、認識事物的切入點和分析、解決問題的思維方式，從地理課程標準和基礎地理教育的實際看，區域的視角、綜合的視角、動態的視角和生態的視角是地理視角培養的重點。
1．養成以區域的視角分析問題的能力
《舌尖上的中國》紀錄片以我國不同地區的地域文化為背景，講述了我國青藏高原、西北、東北、華南、中原等區域的特色美食，畫面中同時還展示了中國最富戲劇性的自然景觀，熱帶（季）雨林，南方竹林、北國冰雪、內蒙古大草原、塔克拉瑪干沙漠及綠洲……這些畫面的自然特征基本涵蓋了我國不同區域，是培養學生區域地理視角的良好素材。
在“地理環境的整體性和差異性”一課中，引用《舌尖上的中國》視頻中“東北一內蒙古一新疆”一線植被類型由森林向草原、草原向荒漠過渡、“自南向北”植被的差異和自然環境的遞變，不僅能直觀的表達出經度地帶性和緯度地帶性地域分異規律，還能調動學生自主學習的積極性。結合視頻，請學生分析相關問題：①東北一內蒙古一新疆一線的植被出現了怎樣的變化？這些變化主要是什么因素影響而形成的？②我國由南向北分別出現了哪些地帶性植被？這些植被的遞變是受什么因素影響形成的？引導學生分析出水分、熱量分別是經度地帶性和緯度地帶性地域分異規律的主因。如果進一步播放視頻“陽光直射赤道，已是春分時節，但這里（東北），寒冷還未遠離，到處還覆蓋著厚厚的積雪。3月的夜晚，零下15攝氏度，制作凍豆腐最適宜的溫度。而向南2000多公里，同樣的春分時節，冷暖空氣激烈對峙。天目山，春雷喚醒土壤中的生命，江西上堡鄉已經進入播種、等待萌芽的季節”這直觀的地理景觀感受可以幫助學生進一步加強理解同一時間不同緯度的自然地理環境也存在差異性，從不同的角度體現緯度地帶性地域分異規律。在多角度、直觀且接近現實生活的教學中不斷滲透區域地理環境的學習，使學生不斷養成以區域的視角分析地理問題的能力。
《舌尖上的中國》中還有很多畫面、視頻例子可以作為區域分析良好素材。如視頻中提到的“中國最好的大米在東北，因為水稻在東北需要經歷138天的漫長生長期，而南方的水稻生長期遠遠短于東北地區”，水稻生長期的區域差異可以作為分析區域地理環境由于緯度差異引起的熱量差對農業的不同影響。又如“西藏林芝從峽谷到雪峰有7000多米的高差，集中了西藏80%的森林，也是我國物種最豐富的地區之一”可以用來分析地形對區域地理環境的影響及分析區域物種豐富的原因。
2．養成以綜合的視角分析問題的能力
“地理環境的整體性”一課中要求學生學會用整體性的原則理解地理環境中五要素：氣候、地貌、水文、植被、土壤之間相互作用、演變的關系。“這是地球上最遠離海洋的沙漠，中國的干極——塔克拉瑪干，沙漠中的綠洲——亞曼拜克村離沙漠最近的村莊。塔克拉瑪干南緣年平均降雨量只有15.6毫米，極為典型的大陸荒漠氣候。小麥比任何一種禾本植物，更能適應生態環境，就像這里的沙漠居民，總能在極端條件下，獲取生存能量。流沙對村莊和土地的侵蝕從未停止，但頑強的西北民族世代堅守。吐魯番，極度干旱，是中國最炎熱的地區，貧瘠的礫石戈壁并未滅絕生機，天山冰川融水帶來生命的奇跡。這里，是中國最甜蜜的所在。吐魯番，常年少有云層遮擋，充足的日照，活躍的光合作用，讓葡萄積累豐富的糖分。夜晚熱量消散，呼吸作用微弱，糖分得到很好的保存。中國最甜葡萄的秘密，就隱藏在這巨大的晝夜溫差之間。”《舌尖上的中國》中的關于我國西北地區各自然環境的一幅幅畫卷，是引導學生運用綜合的視角分析地理問題的良好素材，借此可引導學生分析以下幾個問題：①本區域最明顯的特征是什么？②請結合視頻展現的主要氣候特征，描述本區域所具有的地貌、水文、植被和土壤特征？③如果新疆過度發展灌溉農業，該區域的自然環境特征會產生怎樣的變化？使學生初步形成以綜合的地理視角分析問題的能力。接著，還可進一步延伸教學內容，引導學生開展小組討論：運用整體性的原則，說明珠三角地區的自然環境特征及全球氣候變暖對該地區自然環境有哪些影響。這一教學過程，不僅能積極調動學生的學習熱情，激發學生的思維，也能讓學生不斷養成綜合分析地理問題的能力。
同樣， “寧夏平原人口的快速增長，人們為了滿足需求，在寧夏山地間過度放牧，羊的數量遠超植被的再生能力，植被無法恢復，地表陜速沙化，荒漠化使得寧夏的環境變得無比脆弱”，這段視頻材料也可以用來培養學生綜合分析問題的能力。觀看視頻后要求學生從整體性的原則出發，運用“牽一發而動全身”的理論分析過度放牧對寧夏地區自然環境的影響。
3．養成以動態的視角分析問題的能力
地理事象是不斷發展和變化的，這就需要學生要以發展的眼光、動態的視角分析地理問題。在“農業的區位選擇”一課中，要求學生學會分析影響農業生產的主要區位因素、主導因素、限制性因素，并分析出變化中的農業區位。影響農業的區位因素包括自然條件和社會經濟條件，這些因素隨著經濟技術進步不斷變化。自然因素相對穩定，而社會經濟因素發展變化較陜，在現代農業發展中社會經濟因素的影響往往占主導地位，這就要求學生具備發展的眼光，以動態的視角分析問題。在“不斷變化的農業區位”這部分內容的教學中，可融入《舌尖上的中國》中“以前人們不喜歡吃松茸，原來只要幾毛錢一斤。現在松茸的身價飛升，廠商以最陜的速度對松茸進行精致的加工，這樣的一只松茸在產地的收購價是80元，6個小時之后它就會以700元的價格出現在東京的超級市場中”， “產自內蒙古錫林郭勒草原的口蘑和產自距此2000公里的江南的冬筍相逢，江南冬筍邂逅塞北口蘑， ‘燴南北’不僅造就一種美味，更帶來無限的空間想象”， “麥客，中國古老的職業割麥人，他們踩著麥子成熟的節奏，用雙手挑戰機械。在效率面前，麥客已經不屬于這個時代，馬萬全一行也許就是中國最后的職業割麥人。古老的職業和悠久的傳說，正被收割機一茬茬收割殆盡”這些內容。引導學生根據視頻材料．分析問題：材料中的事例有沒有體現出農業區位因素的變化？如果有，請分析出主要是哪些農業區位因素發生了變化？通過對視頻有關材料和事例的分析，能培養學生以動態的視角看待問題的能力，彰顯與時俱進的新人類特征，尤其是能更深刻地理解現代社會中不斷變化的市場、交通、技術等農業區位因素，同時也可以為“工業區位的變化”的學習奠定動態視角的基礎。
三、理性思考人地關系，樹立“天人合一”的可持續發展觀
高中必修二中的“人類與地理環境的協調發展”和必修三中的“區域的可持續發展”等章節中的課文內容，都在探討人地關系演變和如何走可持續發展的道路。自然環境決定了人類的生產生活方式，同時人類的生產生活也會反作用于自然。人地關系是貫穿整個地理課程的主線，理性思考人地關系，樹立富有中國文化內涵的“天人合一”的可持續發展觀是地理學科永恒的主題。因此，樹立正確的人地關系是學生必備的地理素養之一。
在“人地關系思想的歷史演變和通向可持續發展的道路”一課中，課文內容只是一些枯燥的文字敘述，文縐縐的向學生表述人地關系的歷史階段、可持續發展的含義、內容、原則及謀求可持續發展道路，很容易讓學生對學習產生厭倦之情，容易讓學生對科學發展觀嗤之以鼻，這樣就達不到培養正確的人地觀的教學效果。盡管本節課的知識點沒有難點，完全可以讓學生自主閱讀課文完成可持續發展“大道理”的學習。但是，空洞的大道理并不容易讓人深刻的理解并運用，因此，在閱讀課文后，教師可以引入《舌尖上的中國》的視頻內容，如：在香格里拉的深山里，藏民們為了延續自然的饋贈，松茸出土后，會立刻用地上的松針把菌坑掩蓋好，只有這樣，菌絲才可以不被破壞；吉林查干湖的冬捕，漁民們有一個世世代代嚴格的相傳—一獵殺不絕，冬捕只用稀疏的網眼，小魚成為漏網之魚回歸自然，每年的春天漁民還將50萬魚苗投回湖里；內蒙古達里諾爾，為了保持湖魚的種群數量，漁民們規定每年冬捕不會超過30萬公斤，春天華子魚洄游產卵，華子魚伸手可得，但漁民不會在這個時節捕撈，還鋪設2000米的草把作為華子魚的產房，追尋著人與魚的平衡之道；美食依賴于環境的支持，人的需求曾讓寧夏山地間羊的數量遠超植被的再生能力，快速沙化的地表變得無比脆弱，荒漠化讓人在美食之間尋找新的平衡；有科學家預言，50年內海里的魚會被全部吃光。而浙江漁民楊世櫓認為，靠海吃海的日子，只能再維持10年。借此可以請學生對比分析：①視頻中的例子哪些體現了可持續發展，哪些違背了可持續發展？②請學生根據課本內容和視頻的材料總結出應該如何謀求可持續發展道路。《舌尖上的中國》呈現人與自然環境和諧相處的人文景觀的同時，也向我們展現了中國脆弱的生態環境，審視了應如何維持人與自然的平衡之道。在學生感性的觀看視頻的同時，還可以引導學生談談家鄉可持續發展面臨的問題及實現可持續發展的措施等，變感性觀看為理性分析，進一步加深對人地關系的認識，樹立正確的人地觀。
在大數據的信息時代，教材中的案例已遠不能滿足教學的需求。而《舌尖上的中國》在各種美食的背后還有自然風光、人文風情和地域文化等地理元素，為地理教學提供了一場饕餮大宴。地理教師可以從中吸取大量的“營養”用于充實地理教學，豐富地理素材，這不僅能激發學生的學習興趣，還能培養學生的以區域的視角、綜合的視角、動態的視角和生態的視角分析地理問題的能力，同時還能提升學生的地理情操、樹立“天人合一”的可持續發展觀。
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關鍵詞：低溫；低噪聲放大器；穩定性；噪聲系數
中圖分類號：TN722文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2014）12-00-02
0引言
隨著現代無線通信、微波測量、電子對抗等技術的高速發展，一些工作特定環境下的接收機需要更高的性能要求。高溫超導接收機（Hightemperaturesuperconductingreceiver，HTSreceiver）前端則以其高靈敏度、高選擇性、極低噪聲等特點應運而生，高溫超導接收機前端由高溫超導濾波器和低溫低噪聲放大器（CryogenicLowNoiseAmplifier，CLNA）組成。CLNA作為接收機第一級有源器件，其噪聲性能直接決定了接收機的靈敏度。文獻[1]顯示，在常用通訊頻段中，60K低溫下的放大器噪聲系數（NoiseFigure，NF）較之常溫下的噪聲系數下降約0.4dB，這可極大提高通信的傳輸效率和質量。目前，HTSreceiver在雷達、通信、射電天文接收機中得到廣泛的應用。
近年來，通過低溫冷卻LNA中的高電子遷移率晶體管（HighElectronMobilityTransistor，HEMT）使得低噪聲放大器快速發展并大幅提高了其性能。但HEMT管難以在幾百兆赫茲頻率范圍工作的的同時達到較小噪聲，文獻[1，2]亦是工作在800MHz及以上頻率范圍。本文根據設計要求，在500～700MHz頻率范圍內設計出能優異的CLNA，這必須權衡低NF、高增益，無條件穩定等因素，無疑增加了設計難度。本文最終實現77K液氮低溫環境下：噪聲系數小于0.5dB，增益大于30dB，反射系數小于-15dB。
1低溫低噪聲放大器的設計與仿真
1.1器件選擇
由于器件在低溫下的工作特性與常溫環境下不同，通過常規手段設計的常溫低噪聲放大器直接應用于低溫環境中通常不能滿足設計要求。對于低溫低噪聲放大器的網絡參數直接在低溫下調整還難以實現，文獻[2]給出了一種低溫低噪聲放大器的預修正設計方案，綜合利用仿真軟件和實測結果來獲取晶體管的低溫參數，進而進行設計。但是，本次我們并沒有提取低溫參數，而是通過選取熟悉的器件，參考常溫特性及低溫環境測試結果，預修正與驗證設計。本次設計選用安捷倫公司的增強型PHEMT器件ATF-54143，它不僅具有極低的噪聲與較高的增益，同時可以消除HEMT器件在低溫下的深電子陷阱效應。
1.2放大器穩定型設計
在理想放大器中S12為零，放大器會無條件穩定。但微波晶體管存在內部反饋，晶體管的S12即表示內部反饋量，可能導致放大器穩定性變差甚至自激，過高的增益亦會造成反饋功率變大，導致不穩定[3]。因此設計放大器必須保證放大器在工作頻段內絕對穩定。放大器的絕對穩定條件是：
（1）
（2）
式中：Sij為晶體管的S參數，K稱為穩定性判別系數，同時滿足上述兩個條件才能保證放大器是絕對穩定的。通過ADS仿真可以看出來ATF-54143在工作頻段內并不是絕對穩定的。對于潛在不穩定管子，常見的改善穩定性方法有：源級負反饋，一般使用無耗感抗負反饋，實際電路中，常使用微帶線LS來構成；輸入、輸出端口串并聯電阻，用來抵消自激震蕩引來的負阻抗部分，但同時會導致噪聲系數惡化。綜合考慮管子特性及設計要求，最終使用源級負反饋和阻性元件并聯反饋結構，反饋結構引入阻性元件Rf可以減少增益紋波、降低寬帶匹配難度，其引入的的噪聲會隨著溫度減低得到顯著下降。本設計采用兩級級聯達到設計所需增益要求，通過PI型阻性衰減器來提高級間隔離度。其電路結構如圖1所示。
圖1低噪聲放大器電路結構圖
1.3放大器電路設計
放大器電路設計包括直流偏置設計，直流隔離設計，匹配電路設計，版圖聯合仿真優化。
直流偏置設計包括了PHEMT管的靜態工作點及工作狀態的選取和偏置電路設計，本次設計選取3V、60mA工作點。首要滿足最小噪聲的同時，依靠兩級放大來提高增益。在保證將偏置電壓正確送入到PHEMT管腳的同時需要做到與交流電路部分達到良好的隔離。在LNA電路設計中，使用隔直電容C3、C4來抑制直流偏置電壓對前后級器件的影響。
匹配電路設計：低噪聲放大器的噪聲系數和放大電路的匹配網絡有著緊密的聯系，二端口放大器噪聲系數表達式為
（3）
式中：Fmin表示晶體管噪聲系數的最小值，rn為晶體管的等效噪聲電阻，Γopt為最佳源反射系數，ΓS為源反射系數。由此可見，當Γopt=ΓS時，可實現最佳噪聲匹配。因此放大器的第一級按照最小噪聲設計同時適當兼顧駐波特性，輸入端反射系數ΓS選Γopt附近，放大器第二級設計兼顧噪聲和增益。根據ADS軟件進行設計優化，添加微帶與焊盤，聯合仿真最后達到仿真結果如圖4所示。
根據ADS仿真設計的版圖制成PCB電路，使用村田0603封裝元件焊接。為了保證良好的接地，PCB使用大量過孔安裝到屏蔽盒地板上，屏蔽盒采用黃銅材料，最終制作的LNA實物如圖2所示。
2電路調整及實測結果
將放大器置于77K溫度的液氮環境中，初次測試結果與設計有不小偏差，這一方面是由于分立元件的離散性和焊接引起的各種寄生參數影響，另一重要原因是晶體管在低溫環境下性能參數的顯著變化。在低溫環境中，晶體管的V～I特性會發生變化，首先我們需要增加柵極電壓來維持晶體管的漏極電流[4]，保證放大器工所需的偏置條件，測試顯示惡化嚴重的輸入駐波得到了改善。在保證低噪聲的情況下，我們根據實測低溫S11與NF情況，結合靈敏度分析，發現圖1中反饋電阻Rf的值直接關系輸入駐波和噪聲。液氮環境中，增大Rf可以減小噪聲，但會惡化輸入駐波，減小Rf改善了駐波但會惡化噪聲，權衡整個設計，我們選擇了一個最優的Rf值，最后使得噪聲與駐波均達到了設計要求。最終實現的放大器測試結果如圖3～圖6所示，由圖3可見放大器在低溫下的噪聲系數下降約0.5dB，極大地提高了放大器的性能。
參考其仿真結果，我們發現由分立元件焊接的放大器性能易出現惡化，增益減小駐波變差等，這說明在仿真時候添加冗余量的重要性。由常溫和低溫測試結果圖發現，按照最小噪聲兼顧輸入駐波匹配的電路在低溫環境下，其器件特性的變化使得之前的匹配并不是在最優點，這就造成了S11的部分惡化，我們需要根據模擬結果，結合常溫、低溫調試來修正電路模型，最終實現電路設計。
關鍵詞：上電復位；帶隙基準；溫度系數；運算跨導放大器；激光調整
中圖分類號：TP368.1文獻標識碼：B
文章編號：1004 373X(2009)02 012 04
Design of Power－on Reset Chip with High Reliability
WANG Hanxiang,LI Fuhua,XIE Weiguo
(Electronics and Information Engineering,Soochow University,Suzhou,215021,China)
Abstract：Based on problem of the conditional Power－on Reset(PoR) is easy to fail when powering on again,a comparator structure is proposed,which is implemented by bandgap reference,resistance network and logic block.Reset timeout delay block is added to make it much more reliable.The function simulation by Hspice using 0.6 μmCdouble poly－N well CMOS process shows that when the circuit working under the supply voltage of 3.3 V,the threshold of supply voltage is 3.08 V and the reset timeout delay is set to 100 ms.The results demonstrate that the design can supply a stable and reliable PoR signal and be used to monitor power supplies in computers,microprocessors and portable equipment.
Keywords：power－on reset;bandgap;temperature coefficient;OTA;laser trimming
0 引 言
現代科技領域對電子產品性能的要求越來越高，微處理器系統的穩定性和抗干擾能力是電子工程師面臨的一大難題，電源監控技術就是解決這一難題的有效手段之一。上電時上電復位（Pow－on Reset,PoR）電路對數字電路中移位寄存器、D觸發器和計數器、模擬電路中的振蕩器、比較器等單元電路進行復位，保證電路在上電過程能正確啟動［1,2］。上電復位信號在電源電壓上升過程中一直保持低電平（有效復位電平），直到電源電壓穩定達到系統規定的正常工作電壓后轉變為高電平。
傳統上電復位電路是利用電容上的電壓不能突變，通過RC充電來實現。盡管 “充電箝位”電路可以改善上電沒有器件限制電容C充電的問題，但這種結構在二次上電時仍有可能出現失效［3］。在此基于比較器型復位電路［3］，設計了高精度的帶隙基準、比較器、用于門限設置及檢測的內部電阻網絡和復位延時電路，有效解決二次上電失效，具有高可靠性。
1 電路設計與分析
1.1 上電復位電路的結構和原理
為了解決傳統上電復位電路的二次上電可能出現錯誤的問題，這里基于比較器結構設計了精準的帶隙基準作為比較基準，其中電阻網絡用于設置和檢測電壓，采用延時電路減小電壓紋波的影響，提高了復位信號的可靠性，結構如圖1所示。在上電過程中，reset一直保持低電平，當電源電壓達到預設的閾值電壓后，采樣電壓高于基準電壓Vref，比較器輸出狀態改變，邏輯電路控制時鐘電路產生延時，100 ms后reset變為高電平，完成復位。
圖1 POR的系統框圖
1.2 偏置電路
精確的偏置電流是整個電路準確運行的基礎，因此設計一種與電源電壓無關的偏置電流I ［4］，如圖2所示，其中：
ИW1L1=KW2L2,W4L4=W3L3
VGS2－VGS1=IR1
I=12?μCOXW1L1(VGS1－Vth1)2
I=12?μCOXW2L2(VGS2－Vth2)2И
忽略體效應，聯解上式得：
ИI=2μCOXW2/L2?1R21(1－1K)2И
由上式可知偏置電流與電源電壓無關，但電阻具有溫度系數，為了減小偏置電路的溫度系數,電阻由正負溫度系數的電阻按比例串聯組成。poly2電阻為負溫度系數，而N阱電阻為正溫度系數，兩者結合可以實現零溫度系數。
圖2 偏置電路
圖2中M5~M7組成啟動電路，克服自偏置電路的零偏置點。NB，PB為偏置電流的鏡像電流，為帶隙基準、比較器電路和時鐘電路提供偏置。
1.3 帶隙基準電路
作為比較器的比較基準，其高穩定性是比較結果準確性的關鍵，因此設計了一種低溫度系數與電源電壓無關的帶隙基準［5－9］。帶隙基準由電源電壓產生穩定精確的Vref，能克服電源電壓的波動、溫度的變化以及工藝誤差等影響，輸出穩定的參考電壓。利用Veb和VT的溫度特性來進行溫度補償，實現零溫度系數。
圖3為帶隙基準電路結構圖，A，B點為運放的兩個輸入端，運放閉環，A，B兩點等電位。
ИI2=ΔVeb/R1
Vref=Veb2+I2(R1+R2)
ΔVeb=VTln(mn)
Vref=Veb2+VTln(mn)(R1+R2)/R1И
式中，m為R2與R3的比值；n為Q2 與Q1 的比值；Veb為負溫度系數；VT為正溫度系數。所以選擇合適的電阻比值和晶體管的面積比值，可以使輸出參考電壓獲得最小的溫度系數，當然電阻本身同樣具有溫度系數，但電阻以比值出現，可以忽略其影響。M1~M10構成運算跨導放大器［10］,C1為運放的相位補償，保證60°的相位裕度。
圖3 帶隙基準
1.4 比較器電路
比較器電路用于監測電源電壓變化，能比較的電平越低越好，即具有較高的靈敏度。因此采用經典的二級比較器［11］，它具有很高的開環增益，高于60 dB。合理設置差分輸入管M1，M2和電流鏡負載M3，M4的尺寸，保證了比較器低的失調電壓。選擇合適的尾電流大小，能提高壓擺率，優化比較器的響應速度。其高增益、低失調、快速度特性保證了比較器準確對電源電壓的監控。圖4中M1~M5為第一級；M6，M7為第二級；I1，I2為2個緩沖級。
圖4 比較器
1.5 時鐘電路
為了增加復位信號的可靠性，這里增加了復位延時。其主要由振蕩器和分頻器組成，如圖5所示。M1~M7和C1構成振蕩器，EN為使能信號。EN為低電平時，振蕩器開始工作，M5導通，M3，M4組成的電流源通過M5對電容C1充電；當電容上的電壓上升到施密特觸發器的V+時，施密特觸發器反相，M6導通，電容通過M1，M2構成的電流沉放電；當電容上的電壓下降到施密特觸發器的V_時，密特觸發器反相，M5導通，這樣周而復始，產生時鐘信號。
圖5 時鐘電路
t淶紿=C1(V+－V－)/I淶紿，
t諾紿=C1(V+－V－)/I諾紿，T=t淶紿+t諾紿
分頻器的作用是產生一定的延時來觸發復位信號，增加復位信號的可靠性。其主要由一串D觸發器構成的二分頻電路構成，NЪ抖分頻構成的延時為：
Иt┭郵豹=2N2T=2N-1TИ
1.6 采樣電路
采樣電路由電阻網絡實現，主要用于采集電源的變化。圖1中的R1和R2構成采樣電路，VCC_th為電源電壓的門限電壓，則：
ИVCC_det=VCCR2/(R1+R2)И
臨界點為：
ИVCC=VCC_th,VCC_det=VrefИ
因此：
ИR2/R1=Vref/(VCC_th－Vref)И
靜態電流為：
ИIq=VCCR1+R2И
考慮到靜態電流，要求采樣電阻阻值較大，一般2個采樣電阻（即R1，R2）需大于100 kΩ。用較小的等阻值的電阻串聯來提高精度，所以在版圖中設計一些被短接的預留電阻，并通過激光調整的方法或修改頂層金屬連線來調節電阻。電阻的高精度和良好的匹
配性保證了被采集電源信號的準確性。
2 電路仿真
利用0.6 μm的CMOS工藝模型和HSpice仿真器，對設計的PoR進行仿真和優化。以下為仿真的主要結果。
帶隙基準的正常啟動和精確性對PoR的準確工作至關重要。圖6是對帶隙基準啟動過程的仿真，圖中可見當電源上電過程中，帶隙基準電路正常啟動；圖7是Vref隨電源電壓VCC的變化特性，由圖可知，在電源電壓VCC變化范圍內(2.0~3.3 V),Vref僅有2.5 mV的變化。
圖6 帶隙基準的啟動
圖7 Vref隨電源電壓VCC的變化特性
圖8是對上電復位電路的上電、掉電和二次上電的仿真，圖中可以看出電源緩慢上電， reset一直保持低電平，當超過3.08 V后振蕩器開始工作，經過8個振蕩周期reset變為高電平。
圖8 POR上電、掉電、二次上電的仿真
電源電壓掉電低于3.08 V，reset變為低電平，再次上升達到電源閾值電壓8個振蕩周期后reset又變為高電平。仿真結果表明PoR具有高可靠性。為了減少仿真時間，本圖仿真采用的是16分頻器，而不是實際的100 ms延時。
3 版圖設計
作為設計與制造的紐帶，版圖的地位至關重要，模擬集成電路的性能很大程度受版圖因素的影響［12］。以下為版圖設計中的一些注意點：
（1） 該帶隙基準PNP管的面積比是8∶1，做成3∶3∶3的結構，將面積為1的管子置于中心，保證匹配性；
（2） 該設計與電阻密切相關，電阻的失配會產生誤差，將電阻做成叉指相間的形式，盡量減小電阻的不匹配；
（3） 運放的差動輸入對的失配會產生失配影響電路性能，將差動對做成十字交叉形式，保證其對稱性；
（4） 偏置電流要相對對稱，減小失配引入的誤差；
（5） 參考電壓要遠離跳變電壓，總體布局時考慮到應力因素，將匹配性要求高的電路盡量置于應力較小處。
4 結 語
設計了一種由精確的帶隙基準比較器，用于門限設置和檢測的內部電阻網絡等組成的上電復位，具有復位延時，可以準確可靠提供復位信號，還具有良好的性能，可廣泛用于處電腦、微控制器以及各種便攜式電子產品中，實現對系統電壓、電源電壓和電池的監控。
參考文獻
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關鍵詞： 透射電子顯微鏡； 照相機； CCD； 驅動電路； CPLD
中圖分類號： TN16?34； TP212 ； ； ； ； ； ； ；文獻標識碼： A ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ；文章編號： 1004?373X（2014）23?0142?04
Design of array CCD driving circuit based on CPLD
SUN Mao?duo， DONG Quan?lin， ZHAO Wei?xia， DANG Yu?jie， YANG Ya?jiao
（School of Instrumentation Science and Optoelectronics Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China）
Abstract： In design of a TEM camera with CCD ICX285AL as the image sensor， an array CCD driving circuit based on CPLD was designed. Altera′s EPM570T100 is used as a time?sequence generator to generate CCD driving signal and CDS?control signal. A driver circuit and DC bias circuit were designed to provide voltage transformation， and to generate DC source and bias voltage. Verilog HDL is adopted to compile program under Quartus II 13.1 to implement logic circuits in CPLD. Simulations were conducted in the ModelSim 10.1. Experiment results indicate that the designed driving circuit can generate the driving pulse and bias voltage which meet the demands of CCD， and can steadily output CCD video signal.
Keywords： TEM； camera； CCD； driving circuit； CPLD
0 ；引 ；言
電荷耦合器件（CCD）是一種可應用于圖像傳感、信號處理、數字存儲的半導體光電傳感器，與傳統攝像器件相比，不僅具有靈敏度高、速度快、動態范圍寬、量子轉換效率高、輸出噪聲低、控制方便、實時傳輸等優點，而且還具有很高的空間分辨率[1]，因此廣泛應用于電子顯微鏡微光成像、遙感成像、衛星監測等領域[2]。
在透射電子顯微鏡（TEM）中，成像依賴于電子轟擊閃爍體發光，亮度較低，且光譜集中在500～600 nm之間[3]。針對TEM的成像特點，選擇ICX285AL作為圖像傳感器，設計了一款基于CPLD的面陣CCD驅動電路，以提供滿足ICX285AL工作要求的直流偏置電壓和驅動脈沖，在有限狀態機的控制下，以12.5 MHz的頻率不間斷輸出圖像信號，且曝光時間可調，滿足了實用要求，為TEM CCD相機的后續設計和改進奠定了基礎。
1 ；目標CCD特性
ICX285AL是SONY公司的一款行間轉移科學級單色面陣CCD圖像傳感器，像元尺寸為6.45 μm×6.45 μm，總像元數為1 434（H）×1 050（V），由于采用EXview HAD CCD技術，在500～600 nm之間的量子效率達到60%以上[4]，非常適合拍攝透射電子顯微鏡閃爍體的熒光圖像，因此選擇ICX285AL作為TEM CCD相機的圖像傳感器。
ICX285AL內部結構如圖1所示，包含感光單元、垂直移位寄存器、水平移位寄存器三個部分。在積分時間結束后，感光單元電荷轉移到相鄰的垂直移位寄存器中，在垂直轉移脈沖VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4共同作用下一行一行地轉移到水平移位寄存器，在水平轉移脈沖HФ1，HФ2和復位時鐘RG的共同作用下經放大器讀出。
2 ；CCD驅動電路設計
CCD驅動電路為ICX285AL提供了驅動脈沖和直流偏置電壓，其組成框圖如圖2所示，主要包括控制電路、偏壓電路、驅動器電路等（CCD的輸出信號通過相關雙采樣電路采集，這里只涉及采樣控制信號的產生方法）。下面分別介紹這幾個部分。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t1.tif>；
圖1 ICX285AL內部結構示意圖
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t2.tif>；
圖2 驅動電路系統示意圖
2.1 ；偏壓電路
偏置電壓電路向CCD以及驅動器電路提供直流偏置電壓，并為器件提供3.3 V電源。
ICX285AL所需垂直轉移信號的電壓為-7 V，0 V，15 V三個級次，水平移位信號和復位信號電壓為5 V，基底信號電壓為22 V，CPLD電源電壓為3.3 V，驅動器芯片電源電壓為5 V。
設計外接5 V直流穩壓電源，選用LT1129產生3.3 V電壓，選用LT1935產生15 V偏壓，選用LT1964產生-7 V偏壓。圖3中由下至上分別是LT1935和LT1964偏壓產生電路設計。
2.1.1 ；LT1935偏壓電路設計
LT1935是開關頻率1.2 MHz的升壓型開關穩壓電源[5]。輸出電壓值由[R7]和[R11]設定：
[VOUT=1.265?1+R7R11] ； ；（1）
式中：1.265 V是反饋引腳FB的參考電壓；取[R7，][R11]分別為110 kΩ，10.13 kΩ（10 kΩ與130 Ω串聯），預計輸出的電壓15 V。
2.1.2 ；LT1964偏壓電路設計
LT1964是低噪聲負壓線性穩壓電源[6]。它的-15 V直流輸入是通過反向電荷泵由LT1935的開關引腳（SW）得到的。輸出電壓由[R6]和[R10]設定：
[VOUT=-1.22?（1+R10R6）-IADJ?R2] （2）
式中：[VADJ]=-1.22 V，為調整端口ADJ的參考電壓；[IADJ]=-39 nA（25 ℃時），為ADJ端口的偏置電流。設計取[R10，][R6]分別為48.7 kΩ，10.27 kΩ（10 kΩ與270 Ω串聯），預計輸出的電壓為-7 V。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t3.tif>；
圖3 偏置電壓產生電路
2.1.3 ；電源濾波
在電源輸出端采用并聯電容、串聯磁珠的方式濾除高頻噪聲。設計采用低等效串聯阻抗X5R型陶瓷電容并聯在電源輸出端與地之間，采用大容值并聯小容值、大封裝并聯小封裝的方式，展寬了輸出端與地之間的低阻抗帶寬，更好地濾除高頻噪聲，同時提升了電源輸出瞬態響應性能[7]。
2.2 ；驅動器電路
常用的可編程邏輯器件的輸出電平多為1.8 V，2.5 V，3.3 V和5 V幾種規格，不符合CCD驅動脈沖的要求，除了3.3 V電平的復位信號RG信號可直接驅動CCD，其余8路時序信號必須經過電平變換以提高驅動能力。驅動器電路采用一片CXD3400N和一片74ACT04芯片進行電平轉換，電平轉換示意圖如圖4所示（圖中括號內的值為電壓范圍）。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t4.tif>；
圖4 電平轉換示意圖
CXD3400N是6通道CCD垂直驅動器，支持2.7～5.5 V的邏輯輸入，可提供4路三級電平垂直驅動、2路二級電平垂直驅動、1路二級電平基底時鐘驅動[8]，其輸出脈沖的高級和低級電平分別等于外接的正、負偏置電壓，中間級電平等于地平面[8]。一片CXD3400N即可提供全部垂直驅動信號以及基底時鐘。應當注意的是，兩路三級電平脈沖信號[Vφ2A，][Vφ2B]是由XSG1，XSG2和XV2轉換來的。
74ACT04是一款高速6通道反相器，可以將3.3 V信號轉換成5 V信號[9]，采用一片以提供水平驅動信號。
2.3 ；控制電路
2.3.1 ；電路實現
CPLD具有ASIC的大規模、高集成度、高可靠性的優勢，同時設計周期短且靈活性好，可通過JTAG實現在線編程[10]，是設計高速數字硬件的理想選擇。設計采用Altera公司MAX Ⅱ系列的EPM570T100作為時序產生器。
設計采用Verilog HDL語言實現時序邏輯電路。Verilog HDL作為一種硬件描述語言，其編程結構類似于計算機中的C語言，在描述復雜邏輯設計時非常簡潔，具有很強的邏輯描述和仿真能力，是當前系統硬件設計語言的主流[11]。在Quartus Ⅱ開發環境下，采用自頂向下的方式實現復雜邏輯的設計，并采用有限狀態機控制時序的產生過程。在其頂層模塊實例化各功能模塊，然后采用Verilog HDL語言對各功能模塊詳細描述[12]。
2.3.2 ；有限狀態機
根據ICX285AL的工作過程，借助Quartus Ⅱ中集成的狀態機生成向導（State Machine Wizard）設計三段式狀態機，將“次態邏輯”、“狀態寄存器”和“輸出邏輯”分別放在不同的always進程中描述，以消除出現競爭冒險現象的可能，去除信號毛刺[13]，狀態機轉換圖如圖5所示。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t5.tif>；
圖5 狀態轉換示意圖
為充分利用CCD的動態范圍[14]，對應不同的光照條件，狀態機包含了長積分和短積分兩種狀態轉移模式。
2.3.3 ；時序產生
設計使ICX285AL工作在逐行掃描模式，需要9路驅動脈沖，垂直轉移脈沖VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4，水平轉移脈沖HФ1，HФ2，復位時鐘RG以及控制曝光的基底時鐘ФSUB。
CCD一幀圖像的工作周期包括感光階段和轉移階段，轉移階段又分為幀轉移、垂直轉移、水平轉移。在感光階段，給基底提供低電平，CCD感光單元開始收集光電荷，存儲電荷的多少取決于光照強度和曝光時間。幀轉移階段，垂直轉移脈沖VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4輸出一組三級電平信號，此時感光結束，成像單元中的電荷以電荷包的形式轉移到相鄰的垂直移位寄存器中。在垂直轉移階段，包含1 050個循環，每一次循環VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4都會輸出一組二級電平信號，使電荷沿垂直移位寄存器移動一行，最后一行進入水平移位寄存器，然后在HФ1，HФ2和RG的作用下完成1 434個循環，每次循環讀出一個像素信息。RG用于將浮置擴散節點的電荷清除掉，以便能夠準確測量下一個電荷包。
通過計數器可以方便地規定時序信號的占空比和相位關系。設基礎時鐘周期[t，]設計CCD的像素讀出周期為[T=8t。]編寫邏輯cnt_clk和cnt_pixel對[t]和[T]分別計數，利用cnt_clk的值規定水平轉移、復位和采樣控制時序信號，利用cnt_pixel的值規定垂直轉移、基底時序信號，兩個計數器在狀態發生轉移時均被重置。
2.3.4 ；時序仿真
完成Verilog HDL語言的編譯、綜合后，在Quartus Ⅱ中編寫仿真腳本（Test Bench），在ModelSim 10.1中進行了仿真，仿真結果如圖6所示。圖6（a）顯示了垂直驅動時序信號。圖6（b）顯示了水平轉移、復位以及采樣信號。
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圖6 時序信號仿真圖
3 ；實驗結果
將Verilog HDL程序下載到CPLD中，利用示波器檢查偏置電壓和驅動波形無誤后，將CCD安裝在驅動電路上。
利用光源使CCD輸出信號飽和，用示波器測試CCD的輸出信號，結果如圖7所示。
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圖7 CCD輸出信號
測得像素讀出速率為12.5 MHz，與設計一致，輸出信號清晰顯示出了每個像素周期包括的復位電平、參考電平、信號電平三部分，其中參考電平和信號電平電位差約為1 V，實驗結果表明ICX285AL在驅動電路的驅動下正常工作。
4 ；結 ；語
設計并加工了一款用于TEM CCD相機的CCD驅動電路，采用CPLD作為時序發生器，通過狀態機實施過程控制，在不改變硬件的情況下，可以方便地更改曝光時間和相機工作模式，同時保證圖像的連續采集。使用CXD3400N和74ACT04作為驅動器，能夠輸出高質量的驅動脈沖。
通過實驗，驗證了ICX285AL在該驅動電路的驅動下能夠連續、穩定地輸出視頻信號，證明該設計滿足實用要求，為TEM CCD相機的后續研究奠定了基礎。
注：本文通訊作者為董全林。
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【關鍵詞】帶隙基準；曲率補償；高穩定性
1.引言
基準電路包括基準電壓源和基準電流源，在電路中提供電壓基準和電流基準，是模擬集成電路和混合集成電路中非常重要的模塊[1]。隨著集成電路規模的不斷增大，特別是芯片系統集成（SOC）技術[2]的提出，使基準電路被廣泛使用[3]的同時，也對其性能提出了更高的要求。
基準電壓源是指被用作電壓參考的高精確、高穩定度的電壓源，理想的基準電壓是一個與電源、溫度、負載變化無關的量[4]。基準電壓源是現代模擬電路極為重要的組成部分，它對高新模擬電子技術的應用與發展具有重要作用。在許多模擬電路中，如數模轉換器（DAC）、模數轉換器（ADC）、線性穩壓器和開關穩壓器中都需要高精度、高穩定度的電壓基準源。特別是在精密測量儀器儀表和現代數字通信系統中，經常把集成電壓基準源作為系統測量和校準的基準。鑒于此，國外許多模擬集成電路制造廠商相繼推出許多種類的高精度集成電壓基準產品。隨著電路系統結構的進一步復雜化，對模擬電路基本模塊提出了更高的精度和速度要求，這樣也就意味著系統對其中的基準電壓源模塊提出了更高的要求。
本論文在分析研究寬電壓源、高精度、低溫度系數集成電壓基準源的電路結構的基礎上，探索設計出一種輸出電壓為2.5V的最佳的電路結構，以實現電路寬電源電壓范圍（3V～36V）、低溫度漂移系數（≤10ppm/℃， -40℃～+85℃）、高精度的設計指標。
2.寬電源電壓集成電壓基準源設計
2.1 傳統的帶隙基準源[5][6]
基準電壓源經歷了電阻分壓式基準電壓源、PN結基準電壓源、擊穿二極管基準電壓源、自偏置電路電壓源的發展。以上各種基準電壓源中，電阻或有源器件直接分壓形成的基準不能獨立于電源，精度非常低。
1971年，Robert Widlar提出了一種帶隙參考電壓源技術。該技術可得到一種不依賴電源并幾乎與溫度無關的獨立基準，可在低電源電壓下工作，并與標準CMOS工藝兼容這些優點使其獲得了廣泛的研究和應用，也是本次設計采用的技術。圖1是帶隙基準電源的基本原理圖。
利用熱電壓VT的正溫度系數與雙極型晶體管的基極-發射極電壓VBE的負溫度系數相互補償，以減小溫度漂移。其中VBE的溫度系數在室溫時大約-2mV/℃；而熱電壓VT=KT/q，其溫度系數在室溫下大約為+0.085mV/℃。將電壓VT乘以常數K以后與電壓VBE相加，便可得到輸出電壓VREF為：
即理論值K≈23.26，它使得帶隙基準電壓的溫度系數值在理論上為零。由于VT與電源電壓無關，而VBE受電源電壓變化的影響很小，故VREF受電源電壓的影響也很小。
帶隙基準電壓源經歷了從Widlar帶隙基準電壓源、Brokaw帶隙基準電壓源、傳統典型的帶隙基準電壓源及基于PTAT（proportional to absolute temperature）的帶隙基準電壓源、CMOS帶隙電壓基準源電路的發展，能夠輸出比較精確的電壓，但其電源電壓高，其基準輸出范圍及各項性能有限，故要得到高精度低漂移的寬電源電壓集成電壓基準源，就必須對以上電路在結構上進行改進和提高。
2.2 寬電源電壓集成電壓基準源的設計
圖2所示為帶隙基準電壓源電路基本結構框圖，它主要由五部分組成[7]：
1）帶隙電壓內部環路—主要功能是產生帶隙電壓。
2）運算放大器—使帶隙電壓內部環路中兩個需要具有相同電壓的點穩定在相同的電壓。
3）輸出級—用來產生最終的帶隙基準參考電壓和電流。
4）啟動電路—主要功能是確保電路在上電的時候能夠進入正常的工作狀態。
5）偏置電路—為運算放大器的工作提供偏置電流。
本文所涉電路采用6μm標準雙極型工藝實現，實現了一種基于曲率補償，具有高穩定性的帶隙基準電路。本文在分析比較各種基準電壓源性能的前提下，最終選擇了以基于PTAT（與絕對溫度成正比）改進的帶隙基準源電路作為設計的基礎，并對其原理進行了詳細的分析。為了進一步提高基準電壓源的性能，在深入研究溫度和電源電壓的變化對帶隙基準電路穩定性影響的基礎上，指出基極一發射極電壓與溫度的非線性關系是造成基準不穩定的主要原因，針對這種情況，采用了環路補償方法來進行高階溫度補償：利用環路補償電流（INL）的非線性特性去補償基射結電壓（VBE）的非線性。并且將補償電流（INL）和與絕對溫度成正比的電流（IPTAT）直接相加實現了很好的補償。不僅結構簡單還獲得了較好的溫度系數。另外，對所采用的運算放大器、啟動電路和溫度保護電路也進行了研究，并設計了優化合理的電路結構。分塊對帶隙基準核心電路、曲率補償電路、運算放大器電路、偏置電路、啟動電路進行設計并仿真。所設計的整體電路圖如圖3所示。
其中（a）為帶隙基準核心電路，（b）為運算放大器電路，（c）為曲率補償電路，（d）為偏置電路，（e）為啟動電路，（f）為輸出級。
3.仿真結果及分析
在Cadence設計平臺下的Spectre仿真器中基于6μm標準雙極型工藝模型對電路進行了仿真。得到電路的直流電壓特性曲線、溫度特性曲線、電源電壓抑制比曲線、負載調整率曲線、噪聲特性曲線、啟動時間曲線，如同4所示。
4.結論
本文通過對帶隙基準電壓源深入的理論研究，完成了全雙極性帶隙基準電壓源的設計，該基準電壓源基于雙極型工藝，通過Spectre驗證，溫度系數僅為6ppm/℃，并具有78?V/V的電源電壓調整率以及高達78dB的交流PSRR，高精度，低噪聲和驅動能力強等特性。其中各項設計指標完全達到預期要求，具有一定的優點和實用價值。
參考文獻
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關鍵詞： 帶通濾波器； EDA； FilterPro； Proteus； 仿真分析
中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0024?03
0 引 言
帶通濾波器是一種僅允許特定頻率通過，同時對其余頻率的信號進行有效抑制的電路。由于它對信號具有選擇性，故而被廣泛地應用現在電子設計中。但是，帶通濾波器的種類繁多，各個類型的設計差異也很大，這就導致了在傳統濾波器的設計方法中不可避免地要進行大量的理論計算與分析，不但損失了寶貴的時間，同時也提升了電路的設計門檻[1]。為了解決上述弊端，本文介紹了一種使用FilterPro和Proteus相結合的有源帶通濾波器的設計方案，隨著EDA技術的不斷發展，這種方法的優勢也將越來越明顯。
1 帶通濾波器設計工具簡介
1.1 濾波器設計軟件FilterPro
FilterPro是美國TI（德州儀器）公司推出的一款優秀的濾波器設計軟件，它支持低通、高通、帶通以及全通濾波器的設計，同時也支持常見的貝塞爾、巴特沃斯以及切比雪夫響應類型。設計人員只需要根據濾波器的設計向導按部就班地往下進行，就可以得到符合要求的濾波器電路，同時還可以得到與之相對應的響應曲線。但是有一點需要注意：這款軟件的計算結果是一個連續域的計算結果，只有當使用的運算放大器是絕對理想的運放時才能得到與所給響應曲線完全吻合的響應結果，但這并不影響我們使用它進行濾波器的設計。因此只需要使用其他基于Spice模型的EDA仿真軟件對電路進行仿真分析和調整，這就可以設計出性能穩定的濾波器電路[2]。
1.2 電路仿真軟件Proteus
Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司開發的一款功能強大的EDA軟件，它自身集成了豐富的元件庫，更具有其他軟件無法與之相媲美的單片機仿真功能，使得它被廣大單片機設計人員所熟知。其實Proteus在模擬電子的設計與仿真中做的同樣出色，只不過對它在這方面的介紹較少。
4 結 語
本文介紹的這種帶通濾波器的設計方法具有很強的通用性。實踐表明，該方法不但可以避免一些復雜的理論計算和分析，同時通過仿真還可以直觀的檢驗電路的輸入和輸出，進而使得濾波器的性能更加的穩定。另外，使用EDA軟件進行電路設計和仿真測試也可以有效地降低設計難度和設計成本，這種設計方法也為濾波器的設計提供了一種新的設計思路。
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（下轉第30頁）
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USB2.0(通用串行總線)已經成為PC外設接口標準。但USB2.0接口芯片技術只被Intel,Philips等少數國外大型半導體廠商占有,在國內還是空白。無論從市場需求,還是從促進我國芯片設計能力來說,開發具有我國完全自主知識產權的USB2.0接口芯片都是非常迫切的一個問題。
接口芯片中高速(480Mbps)及模擬電路部分是設計的難點所在,本論文首次引入基于數字的模擬化設計技術(DBA),并成功應用到發送器電路、數據恢復電路、時鐘發生電路(DLL)等關鍵模塊的設計之中。 DBA技術的核心在于:將數字電路設計的思想滲透到模擬、混合信號電路設計中,使用數字算法將盡可能多的電路設計放在數字一邊。由于采用了數字技術來實現模擬電路部分的功能,因此這種全新的設計方法可以避免模擬、混合信號電路中參數調整和工藝控制的難點,提高電路設計精度和穩定性,并降低噪音影響,是一個好的解決方案。
在發送器電路的設計中,論文在同一結構電路中兼容高速和全速兩種模式,不僅降低了芯片設計復雜度,而且減少了芯片引腳處的額外電容及芯片面積;在接收器電路的設計中,論文采用了經優化的新型拓撲結構,提高了數據采樣和接收精度;在數據恢復電路中,論文提出了新穎的基于5-倍DLL-過采樣的數字算法和查找表技術,可省去繁雜的時鐘恢復過程,同時提高了高速數據信號對相位偏移(skew)和抖動(jitter)的容忍度。
基于TSMC0.25um CMOS混合信號工藝,用于功能外設的USB2.0接口芯片采用自頂向下的設計方法。芯片的核心組成部分,即發送器、接收器電路以及能隙基準電壓源已經在上海集成電路產業化基地參加MPW流片,測試結果表明:在正確的基準電壓偏置下,芯片發送、接收功能參數指標符合USB2.0協議要求。 另外,Link層中新型數據處理電路、“PLL+DLL”結構的五相高精度等間距時鐘產生電路也在相應的后仿真結果中得到成功驗證