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電路設計思想范文第1篇

關鍵詞：鄉(xiāng)村；公路建設；思考

“要想富，先修路”，這是已被農(nóng)村發(fā)展實踐所證明的真理。鄉(xiāng)村公路作為國道、省道的延伸和補充，它在社會經(jīng)濟建設中發(fā)揮著不可低估的作用。但由于種種原因鄉(xiāng)村公路的建設和發(fā)展與國道、省道無法相提并論，尤其是貧困山區(qū)縣市的鄉(xiāng)村公路建設發(fā)展滯后，阻礙了貧困山區(qū)與外部整個的溝通，制約了山區(qū)群眾觀念更新和對外部環(huán)境的了解，使外界的工藝品輸不入，農(nóng)民的山貨、鮮貨等特產(chǎn)品運不出，運輸成本高，貨主收效低，成為山區(qū)人民脫貧致富的“瓶頸”和“攔路虎”。

我們盤縣是六盤水市的經(jīng)濟、文化中心，120余萬人口，境內(nèi)有320國道、212省道、滬昆高速公路貫穿于盤縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，水盤高速正在如火如荼的建設，盤興高速即將啟動建設。盡管如此，鄉(xiāng)村公路建設與發(fā)達地區(qū)相比，仍相差甚遠。就其主要原因有：

一、 配套資金短缺，地方投入不足

在目前分稅制財政體制下，山區(qū)財政收入雖然每年增長幅度可觀，而可用財力十分拮據(jù)，因而不可能拿出較多的財力用于鄉(xiāng)村公路建設。盡管如此，盤縣在“吃飯”都難以為繼的困境下，每年從財政預算中擠出資金，支持鄉(xiāng)村公路建設，但由于山區(qū)自然條件惡劣，山高路險，修路成本費用過大，有的甚至要打遂洞架橋梁，地方財政投入的資金無疑顯得杯水車薪。如果出現(xiàn)意外，財政短收，原已預算安排的公路建設?？詈茈y保證到位。

二、管護投入不到位，形成了鄉(xiāng)村公路只建不養(yǎng)的局面

常言道：“一年建好兩年修，三年不養(yǎng)就要丟”。目前，國家對公路養(yǎng)護、管護投入主要傾斜于國道和省道，對公路管護人員的經(jīng)費實行以路養(yǎng)路，有效的資金集中在國道、省道的維修養(yǎng)護和擴建上，而鄉(xiāng)村公路的管護、養(yǎng)護投入得不到保障，尤其是山區(qū)地勢險要，線路長，路況差，鄉(xiāng)村公路養(yǎng)護成了無娘的 “孤兒”無照應，再加上在修路、修橋都無能為力的情況下，拿出資金保證鄉(xiāng)村公路養(yǎng)護更顯得蒼白無力。雖然有的村通了路，但彎急、路陡，路況差，有的通路不通車，而這些公路又都不是國家養(yǎng)護的對象，鄉(xiāng)村苦于財力，人力的拮據(jù)，無力對此進行有效的管護，更由于缺乏相應的約束機制和監(jiān)督機制，管理人員松散，敷衍了事，有的只求管護報酬到手，不管路況養(yǎng)護好壞和暢通，一遇陰雨洪水，路垮道阻，過路群眾苦不堪言，過路司機怨聲載道，鄉(xiāng)村公路的質(zhì)量和運輸效益很難得到保障，并且存在嚴重的安全隱患。

三、農(nóng)村公路管理滯后，監(jiān)管不力，管理體制、機制不健全

長期以來，由于種種原因，農(nóng)村公路沒有被擺在與城市交通的重要位置，農(nóng)村公路建設質(zhì)量很難升級達標，管理滯后，更由于農(nóng)村山大人稀，線長面廣，僅靠縣級路政管理部門“鞭長莫及”。農(nóng)村公路的管理形成“真空”，農(nóng)村公路被損壞現(xiàn)象時有發(fā)生，再加上近幾年來，隨著新農(nóng)村的建設，農(nóng)村公路作為新農(nóng)村建設的重要組成部分，交通部將農(nóng)村公路列入重要議事日程，啟動了大規(guī)模農(nóng)村公路建設。農(nóng)村公路由“通達”上升為“通暢”，產(chǎn)生了由量變到質(zhì)變的一個飛躍，農(nóng)村公路建設的數(shù)量和質(zhì)量突飛猛進，全國新改建農(nóng)村公路130萬公里。村通油路達80%以上，全市鄉(xiāng)級公路管養(yǎng)人員分布不均，有的地方人多路少，有的地方路多人少，甚至有個別鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒有管養(yǎng)單位，且養(yǎng)護資金渠道不暢，體制、機制不健全。

四、公路建設缺乏穩(wěn)定規(guī)劃

“上有千條線，下只有一根針”，鄉(xiāng)鎮(zhèn)苦于人最少，事最多，應酬多；在加上連你吃飯、保穩(wěn)定都很難的鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府，要求他們拿出修建鄉(xiāng)村公路建設規(guī)劃并付諸于實施，確實是心有余而力不足，有的即使納入計劃，終因財力有限，不能付諸實施，使計劃常常難以實施甚至不能顧及。

鑒于以上情況，我認為：鄉(xiāng)村公路的建設，尤其像我們盤縣這樣的邊遠地區(qū)，應納入國家基本建設，小城鎮(zhèn)序列，實行多元化的投入機制，管養(yǎng)應以地方及農(nóng)民為主，有條件的地方成立公路養(yǎng)護協(xié)會，明確鄉(xiāng)村公路養(yǎng)護職責，建立完善對鄉(xiāng)村公路建設管護監(jiān)督機制。

五、建立多元化的投入機制，設立農(nóng)村公路養(yǎng)護資金專戶

鄉(xiāng)村公路雖然是國家的公路的一個重要組成部分，但由于我國幅源遼闊，鄉(xiāng)村公路完全依靠國家投入已不能成為現(xiàn)實，必須建立多元化的投入機制，一是要建立層層配套機制。國家每年要從農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)資金，扶貧資金，以工代賑資金，車購稅、原民工建勤中央轉(zhuǎn)移支付資金，國家征收的公路養(yǎng)路費中要安排一定比例的公路建設發(fā)展基金。鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府要從當年小城鎮(zhèn)建設資金中安排10%-20%，，從當年財政收入中拿出1%，村委會從每年村級積累中拿出10%，從村組企業(yè)利潤提出5%，用于鄉(xiāng)村公路建設；三是建立滾動發(fā)展機制，本著“取之于民，用之于民”的原則，通過合格的審批程序，對各過往車輛采取有償使用的辦法或通過“一事一議”，農(nóng)民自籌資金，本著誰受益，誰負擔，誰投資，分級負責，縣路縣管，鄉(xiāng)路鄉(xiāng)管，村組公路村民自養(yǎng)。對某些重點路段，重點橋涵實行產(chǎn)權買斷，由買斷方收益，賣斷資金由地方財政集中管理，用于鄉(xiāng)村公路的建設和養(yǎng)護。

六、建立科學的管養(yǎng)機制，實行管、養(yǎng)分離，完善鄉(xiāng)村公路監(jiān)督體系

建是基礎，管是關鍵。地方政府要把鄉(xiāng)村公路的養(yǎng)護納入當?shù)厝罕娒撠氈赂唬瑢崿F(xiàn)經(jīng)濟騰飛重要議事日程。在公路養(yǎng)護形式上，可采取屬地管護，屬段管護，在誰的地盤就劃歸誰管護，有條件的可把某一段劃歸某一個單位，有關責任人簽訂目標責任，最終要實行年終考核兌現(xiàn)，并定期對公路的管護及公路兩旁的綠化進行檢查和督辦、通報，強化公路服務中心的服務職能，加強對公路養(yǎng)護資金的監(jiān)管力度，把養(yǎng)護資金與工程進度掛鉤，按工程進度及完成質(zhì)量考核驗收，把監(jiān)督管理始終貫穿于養(yǎng)護工作的全過程，注重事前、事中、事后的監(jiān)督，確保養(yǎng)護資金的使用效益。同時，鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府要組織服務中心積極介入鄉(xiāng)村公路建設的監(jiān)督管理，監(jiān)督工程規(guī)劃的編制和落實，參與公路建設中的工程預決算，積極推行公路建設專用物資政府采購制，工程建設招標制，堵塞鄉(xiāng)村公路建設和維護中管理的漏洞。定期或不定期對公路建設和公路養(yǎng)護目標責任制落實兌現(xiàn)的監(jiān)督檢查，防止責任不明、措施不力現(xiàn)象的發(fā)生。保證?？顚Ｓ?，降低修建維護公路的成本，不斷提高鄉(xiāng)村公路在經(jīng)濟建設中的重要作用。

七、加強鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路服務中心監(jiān)管力量，提高服務中心人員的業(yè)務素質(zhì)

當前，正是新農(nóng)村建設的關鍵時期，鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的公路監(jiān)督機構只能加強、不能剝?nèi)?，市級主管部門應加大對基層公路服務人員的業(yè)務技術培訓，提高服務人員的本領。按照公路里程、鄉(xiāng)鎮(zhèn)國土面積，因地制宜，在全市范圍內(nèi)平衡管理人員及養(yǎng)護資金，充分發(fā)揮基層公路建設養(yǎng)護服務中心的作用，有效解決市級管理部門“鞭長莫及”的現(xiàn)象，充分調(diào)動基層管理人員的積極性和主動性，加強對現(xiàn)有通暢工程的日常維護和管理，搞好村級公路的“限載治超”，鞏固通暢工程的建設成果，只有這樣才能保證農(nóng)村公路的質(zhì)量，更好的發(fā)揮公路基礎設施在新農(nóng)村建設中的重要作用。

電路設計思想范文第2篇

【關鍵詞】 DX600 發(fā)射機 電容 壽命

HARRIS公司生產(chǎn)的DX系列發(fā)射機末級采用MOSFET射頻放大單元，采用低電壓、大電流的主電源。以DX600的單個PB為例，其主電源輸出250VDC、900A（載波狀態(tài)），這樣的電源輸出電流大必然要求等效內(nèi)阻很小，為得到良好的濾波效果，必須使用很多濾波電容，該電源的濾波電路共采用了55支5100μF/350V電解電容，同時，驅(qū)動部分和二進制模塊125VDC電源濾波分別采用 2支5500μF/200V電容并聯(lián)和1支18000μF/200V，以上電容均為鋁質(zhì)大型電解電容。

我臺兩部DX600發(fā)射機，隨著使用年限的加長，發(fā)射機內(nèi)電解電容陸續(xù)出現(xiàn)低效或失效現(xiàn)象，那么，這些電解電容出現(xiàn)低效和失效是正常壽命終了還是另有原因呢？

一方面電解電容本身的設計制造、選用材料和制造工藝決定了其使用壽命。另一方面電容器的使用環(huán)境也影響電解電容的使用壽命。由于發(fā)射機所用電容器均為原廠正品，故設計因素，這里不作探究，主要針對使用環(huán)境和狀態(tài)進行分析。

一.電解電容正常使用壽命

電解電容使用非固態(tài)電解液，其壽命取決于電解液的蒸發(fā)速度，電解液缺失到一定程度致使電容器電氣性能降低，導致電容器低效直至失效，關于電解電容的壽命計算有專題研究得出的公式，

L：實際使用平均壽命；

Lb：最大溫度下的基本壽命；

Tmax：最大工作溫度；

Ta：實際環(huán)境溫度：

Tjo：加上最大額定紋波電流后，電容器的內(nèi)部溫升；

Tj：加上實際紋波電流后，電容內(nèi)部溫升；

其中電容器內(nèi)部溫升Tj跟紋波電流（IRMS）和電容器的等效串聯(lián)電阻值（ESR）有關。

由公式，影響電解電容壽命的幾個直接因素是：環(huán)境溫度（Ta）、紋波電流（IRMS）、等效串聯(lián)電阻值（ESR）。對于給定成品電容器等效串聯(lián)電阻值（ESR）是恒定的，實際使用中，影響因素就是環(huán)境溫度（Ta）和紋波電流（IRMS），在維護過程中，可以從這兩個因素著手。

把以上兩個因素分割來分析，存在一種有意義的假設：如果電容器工作電源紋波電流近似于額定紋波電流，紋波電流的影響部分為1，那么電容器工作溫度每升高10度，使用壽命將下降一倍，反過來，電容器工作溫度每下降10度，使用壽命將提高一倍。在實際使用中?？梢钥吹诫娊怆娙萜鞯膶嶋H壽命遠比標稱值高，這就是使用溫度低于最高額定溫度的原因。我臺一部DX600已使用12年多，電容出現(xiàn)低效和失效現(xiàn)象，從整體上是正常的，只是在維護工作中，盡可能降低環(huán)境溫度和保持良好的電源紋波系數(shù)，以最大可能延長電解電容器的使用壽命。

二.電解電容非正常失效的可能原因

1.環(huán)境、焊接以及電路中紋波電流異常而造成電容工作溫度異常升高

環(huán)境溫度以及焊接過程的高溫，可導致電容器失效不難理解。電路中紋波電流的存在也同樣導致電容器內(nèi)部升溫而最終使電容器失效，當紋波電流流過電解電容器時，由于電容器存在一個等效串聯(lián)電阻（ESR），會導致電容內(nèi)部溫度上升，從而導致使用壽命降低。對于普通電解電容器而言，高頻紋波電流將比工頻紋波電流的熱效應大，因此，在開關電源的輸出濾波或負載具有很高的高頻紋波電流時，應用普通電解電容器會感到明顯發(fā)熱，電容器的壽命明顯下降。

2.工作電壓超過電容器設計最高電壓

電容器在過壓狀態(tài)下容易被擊穿，而實際應用中的浪涌電壓和瞬時高電壓是經(jīng)常出現(xiàn)的。尤其我國幅員遼闊，各地電網(wǎng)復雜，經(jīng)常會出現(xiàn)超出正常電壓的30%。經(jīng)測試表明，常用的450V/470uF 105℃的進口普通2000小時電解電容，在額定電壓的1.34倍電壓下，2小時后電容會出現(xiàn)漏液冒氣，頂部沖開。根據(jù)統(tǒng)計和分析，與電網(wǎng)接近的開關電源PFC輸出電解電容的失效，主要是由于電網(wǎng)浪涌和高壓損壞。電解電容的電壓選擇一般進行二級降額，降到額定值的80%使用較為合理。

3.反極性電壓造成電容器異常失效

鋁電解電容器由如下幾部分組成：陰極鋁箔、電解紙、電解液，陽極鋁箔以及形成于陽極鋁箔表面作為電介質(zhì)的氧化鋁層。形成于陽極表面極薄的一層氧化鋁在電解電容中扮演電介質(zhì)的角色。它具有優(yōu)越的介電常數(shù)以及單向特性（rectifying properties）。就是這個單向性使電解電容有極性，可以通過交流是電容的充放電特性形成的，實際電荷并沒有通過電容器，電解電容反向擊穿電壓很低，所以電解電容器不能用于交流電，只能用于直流電且不允許反極性饋電。如果極性接反了，電容器的漏電流急劇增大，內(nèi)部電極嚴重發(fā)熱，導致電容器失效，嚴重時會燃燒爆炸，損害線路板上的其它器件。

三.DX600發(fā)射機電容失效故障現(xiàn)象及維護思路

我臺兩部DX600發(fā)射機內(nèi)部電容陸續(xù)出現(xiàn)部分電容低效和失效，其中一部發(fā)射機一次發(fā)現(xiàn)近二十支低效和失效電容，出現(xiàn)較多電容失效后，發(fā)射機狀態(tài)異常：一是發(fā)射機保險板上的35A大保險無規(guī)律熔斷；二是開機后功率模塊保險熔斷的概率也變高；三是發(fā)射機整機信噪比、失真指標均有下降。以上，前兩個燒保險異常原因是濾波電容失效后沖擊電流大導致部分保險燒；而發(fā)射機信噪比和失真指標下降，是由于電源紋波系數(shù)變大引起，更換新電容后狀態(tài)恢復。

通過以上電解電容使用壽命影響因素的理論分析，結合我臺DX600發(fā)射機出現(xiàn)的故障，對照出現(xiàn)電容故障發(fā)射機的實際運行情況，發(fā)射機上電容陸續(xù)低效或失效，其主要原因是發(fā)射機投入使用年限較長、南方夏季氣溫高發(fā)射機房環(huán)境溫度相應偏高、加上當?shù)赝怆娋€路供電波動大、異常干擾脈沖成分高，諸多原因造成。

為使發(fā)射機保持良好運行狀態(tài)，可從以下4個方面加強檢修維護：

1.及時排查并更換失效的電容。從電解電容失效機理可知，當發(fā)射機電源濾波電容出現(xiàn)部分失效后，使整機電源紋波系數(shù)變大。所以，無論是正常壽命已到還是異常失效，均應該盡早測量出低效或失效電容，并更換新品，否則由于存在部分失效電容，使發(fā)射機電源濾波電容受損失效進入惡性循環(huán)。

2.采用原廠優(yōu)質(zhì)或更高參數(shù)的電容器。在實際維護中，為了節(jié)省維護經(jīng)費，我臺采取向國內(nèi)一級電容生產(chǎn)廠商定制相同規(guī)格電容，同時，在最高溫度和額定使用壽命等參數(shù)上要求達到更高等級，希望能在同等使用條件下，使用壽命更長。

3.排查發(fā)射機冷卻系統(tǒng)是否符合規(guī)定要求。隨著使用年限的加長，我臺一部DX600發(fā)射機的冷卻水流量慢慢減小，總流量由裝機時的46GPM下降到35GPM，三個PB的冷卻水流量從16GPM分別下降到12.5GPM、12.5GPM和11.5GPM。水流量減少勢必會影響發(fā)射機的散熱效果，造成機箱內(nèi)溫度上升。經(jīng)仔細排查，發(fā)現(xiàn)水路系統(tǒng)連接整流柜管道接頭和可控硅接頭兩端的軟管均有不同程度的堵塞。造成冷卻水流量變小的原因是：整流柜內(nèi)水冷管道與電源距離非常近，長期受電流和電壓的影響，冷卻系統(tǒng)管道內(nèi)污物雜質(zhì)在電蝕的作用下，聚集在金屬和軟管交接的附近，使管口有效內(nèi)徑變小，從而導致水流量減小。解決的辦法是：拆開PB整流柜可控硅與銅管上下連接部的橡膠軟管，進行清除處理后，PB水流量都上升至15GPM，總水流量由35GPM上升至45GPM。

4.改善發(fā)射機房通風制冷條件，降低發(fā)射機環(huán)境溫度。發(fā)射機產(chǎn)生的熱量通過輻射、熱交換等方式與外界氣溫達到一個熱交換平衡，如果機房通風或制冷條件較好，則這個平衡溫度就較低，反之，機房通風制冷效果不好，則熱量聚集在機房中，當發(fā)射機與機房溫度平衡時，發(fā)射機內(nèi)部和機房內(nèi)溫度均較高。

電路設計思想范文第3篇

老撾位于中南半島北部的內(nèi)陸國家，北鄰中國，南接柬埔寨，東界越南，西北達緬甸，西南毗連泰國。湄公河流經(jīng)西部1900公里。屬熱帶、亞熱帶季風氣候。5―10月為雨季，11月至次年4月為旱季。年平均氣溫約26℃，年降水量1250―3750毫米。

老撾水能資源是老撾的最大資源，全境有20余條流程200公里以上的河流，其中最長的湄公河在老撾境內(nèi)全長1846.8公里，約占湄公河全長的44.4%，落差484米，湄公河60%以上的水力資源蘊藏在老撾，全國有60多個水源較好的地方可以興建水電站。原蘇聯(lián)和越南的專家測算老撾水能理論儲量為2500-3500萬千瓦，可開發(fā)裝機容量為2000-3000萬千瓦。

老撾目前國內(nèi)電力消費水平不是很高，2000年總電力消耗僅648.6GWH，只有36%的人用上了電，但1995年到2000年平均電力消耗增長15.1%，增長速度較快。按老撾國家電力發(fā)展規(guī)劃的預測，未來十年年均電力消耗增長為11.75%，到2010年，老撾國內(nèi)電力新增需求為1314GWH，幾乎是2000年度國內(nèi)總電力消耗數(shù)的兩倍。

老撾和鄰近的東南亞各國的電力均很緊缺，據(jù)了解，老撾電力出口的主要市場是泰國，其水電進口量約占其用電量的60%，而進口水電的很大一部分是從老撾進口的(老撾電力的70%出口到泰國)。今后隨著這一地區(qū)大規(guī)模建設的開展和經(jīng)濟的進一步好轉(zhuǎn)，電力市場潛力很大，因此，老撾的水能開發(fā)，無論現(xiàn)在還是將來，無論在國內(nèi)還是在鄰國的經(jīng)濟發(fā)展中都占有極其重要的地位。

此次簽訂的南俄5水電站位于距老撾首都萬象北部150公里的南汀，裝機2×50MW，水庫庫容318MCM，工程主要包括：兩座大壩，其中主壩為混凝土拱壩，最大壩高97米；450米長內(nèi)徑6.2米的導流隧洞；設計泄流量為1250立方米/秒的無閘雙曲式溢洪道；引水隧洞（內(nèi)徑5.1米，長6200米）和壓力水管（內(nèi)徑2.9米，長860米）；地面廠房；2×50MW的水輪發(fā)電機組以及77公里長的115kv輸變電線路和變電站；另外還有32公里長的進場公路。項目直接總投資在1億美元（不含融資和保險費用）以上，屬于經(jīng)濟社會效益較好的水電項目之一。

電路設計思想范文第4篇

關鍵詞：數(shù)字電路；教學體系；重構；設計

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0165-02

一、概述

數(shù)字技術是近幾十年發(fā)展最快的技術，其發(fā)展對人類社會產(chǎn)生著深遠的影響。作為數(shù)字技術硬件基礎的數(shù)字電路遵循摩爾定律，在幾十年中經(jīng)歷了從分立電路到集成電路的設計歷程，到現(xiàn)在已進入片上網(wǎng)絡（Network on Chip，NoC）的階段。從數(shù)字電路的晶體管電路時代，歷經(jīng)中小規(guī)模集成電路設計時代，到現(xiàn)在廣泛采用EDA工具進行ASIC設計以及基于FPGA進行設計的時代，電路設計的每一步發(fā)展過程都產(chǎn)生過很多重要的設計思想及設計方法。這些設計思想及方法的累積構成了現(xiàn)在的數(shù)字電路教學體系。然而，由于新舊體系高速更迭，使得目前的數(shù)字電路教學體系呈現(xiàn)一種拼接的模式，整體內(nèi)容缺少因果鏈接，電路的邏輯設計、功能設計和性能設計三方面脫節(jié)。這種現(xiàn)狀與當前數(shù)字技術領域?qū)θ瞬诺囊髽O不適應。要對現(xiàn)狀有所改革，首先需要對數(shù)字電路各部分內(nèi)容有所了解，從中提取適應發(fā)展的部分，重新構成一個自洽的課程內(nèi)容體系。本文希望通過對現(xiàn)有課程中不同部分內(nèi)容進行分析，在此方面進行一些嘗試。

二、基于晶體管的設計

目前，數(shù)字集成電路采用的主要工藝是CMOS工藝，在這種工藝條件下，電路邏輯結構由MOS晶體管擔任開關作用來實現(xiàn)。MOS晶體管分為PMOS和NMOS兩種形式，分別用于傳導高電平（1）和低電平（0），如圖1所示。邏輯輸入控制晶體管的柵極，連通的晶體管支路由電源或地為邏輯輸出提供標準輸出電平，如圖2所示。在晶體管的相互連接中，NMOS的串聯(lián)可以實現(xiàn)AND運算，并聯(lián)實現(xiàn)OR運算，由此可以形成各種基本的邏輯單元，如圖3所示，這些邏輯單元的進一步連接可以形成各種功能電路。

在目前國內(nèi)外教材的分析中，對此類電子電路的評價主要集中于晶體管數(shù)量。如何在設計中減少晶體管的使用量成為設計的主要目標?；谶@一考慮，在基本單元層次，發(fā)展了AOI電路結構，將“與-或”二級結構形成一個整體，晶體管數(shù)量只與初級與門輸入的數(shù)量相關。在功能設計的層次，引入卡諾圖對邏輯方程進行最小化，其目標也是通過減少初級門輸入端的數(shù)量來實現(xiàn)晶體管數(shù)量的減少。上述設計方法能夠非常準確地表達數(shù)字電路的邏輯體系實現(xiàn)，并能建立組合邏輯的卡諾圖分析設計方法和時序邏輯的轉(zhuǎn)移輸出表的分析設計方法，為數(shù)字電路的規(guī)范化設計體系奠定了很好的基礎，也構成了目前數(shù)字電路設計的理論基礎。但在目前的教學體系中，這種設計方法只是將晶體管作為標準開關器件使用。由于缺少有效的評價體系，目前邏輯分析僅停留在簡單電路的分析設計，在中規(guī)模功能電路的分析設計中，幾乎沒有采用這一體系。在VLSI的設計時代，對電路性能的評價主要表現(xiàn)為集成度（占用芯片面積、成本）、速度（最長延遲時間、最高時鐘頻率）和功耗（最大功耗、平均功耗）等指標上。要實現(xiàn)同樣的功能，利用邏輯定理可以設計出很多不同結構的電路，最優(yōu)化成為設計中的中心環(huán)節(jié)。而要實現(xiàn)這一目標，在基本邏輯結構形成的階段就需要補充對于相關性能的描述模型。

三、基于中小規(guī)模集成塊的設計

在上世紀70～80年代，為了應對數(shù)字技術的廣泛采用，發(fā)展了以74系列為代表的各種中小規(guī)模集成塊。不同領域的用戶可以選用盡可能少的通用集成塊連接形成電路，滿足自己的特殊系統(tǒng)需求。為了使用上的方便，中小規(guī)模集成塊在外型和I/O端口性能方面都進行了統(tǒng)一標準設計，其輸入/輸出特性由Data sheet詳細規(guī)定，用戶在使用時可以不忽略其內(nèi)部電路工藝及邏輯形成方式，只根據(jù)設計要求選取對應功能塊，根據(jù)端口特性設計外部負載連接電路?？紤]到通用模塊可能需要對模擬器件進行驅(qū)動，此類電路通常都配備了強大的對外驅(qū)動電路，導致集成芯片中主要部分為I/O部件，邏輯功能部分只占據(jù)了集成芯片的次要部分。為了增加模塊的通用性，通常會在基本功能的基礎上添加許多額外的控制/狀態(tài)端口（與集成塊的總體成本相比，這些添加幾乎不增加成本，但能夠帶來市場上的好處）。由于電路的成本、速度、功耗主要由I/O部件及外殼決定，簡單邏輯與復雜功能的模塊在價格和速度上相差不大，用戶傾向于選用復雜功能模塊來構成電路（使用模塊的部分功能），而不是選用基本邏輯部件構成電路，電路設計的主要目標成為選擇最少邏輯塊及最少連線進行設計，與邏輯設計基本脫離關系。在目前的教學體系中，關于邏輯單元靜態(tài)與動態(tài)特性的討論基本采用這種方式講解；各種組合功能電路的設計和時序功能電路的設計（二進制計數(shù)器、移位寄存器等）都采用此類方式。由于目前的實驗條件，以及學生創(chuàng)新活動中自己設計小系統(tǒng)的需要，中小規(guī)模集成塊仍然具有重要的使用價值，相關內(nèi)容也就構成了數(shù)字電路課程教學中功能設計的主體部分。然而，中小規(guī)模集成塊作為一種集成度低下的分立設計，其高成本和低速度是其不可避免的缺陷。如何將相應內(nèi)容與低層邏輯設計合理地結合，將電路性能的評價帶入到對不同結構設計的選擇上，是解決這一問題的關鍵。在ASIC設計中，不會無謂地設計不需要用到的所謂多功能擴展，對功能模塊的教學改革應該首先著眼于基本功能的最佳實現(xiàn)方式，然后考慮在不同應用中的最佳擴展設計方式。目前基于多功能器件進行設計，利用其部分電路的設計方式對中小規(guī)模集成塊是優(yōu)化的方式，但對于片上設計就是一種浪費的設計了。

四、基于HDL的設計

隨著計算機技術的廣泛采用，數(shù)字集成電路的設計也進入EDA時代。HDL使電路的設計描述和仿真驗證可以利用計算機工具進行，方便于層次化設計中信息的交流、保存、修改，有效提高了設計效率，降低了設計成本。同時，基于FPDA的設計也成為中間設計的主流方式。為了適應這種發(fā)展，現(xiàn)行數(shù)字電路課程中開始引入HDL語言的內(nèi)容，并對各種功能電路的描述編程進行了足夠詳細的介紹。同時也對FPGA的基本結構進行了介紹。利用這些內(nèi)容，學生能夠方便地使用計算機系統(tǒng)開展各類數(shù)字設計，擴大了數(shù)字電路的應用教學，通過對設計的仿真也能夠更好地理解電路性能與設計的關系，使學生對數(shù)字電路設計有更實際的理解，也便于開展課程設計和各種實驗活動。HDL是一種硬件電路的描述工具，主要幫助仿真過程的自動進行。而目前關于HDL的教學中，很少將電路邏輯與性能的關系反映到語言描述中，使語言的描述淪為對電路功能的描述，失去了EDA工具的使用本意。對電路性能描述中比較容易的是對延遲時間（或時鐘頻率限制）的描述。若要進行這方面的描述，HDL必須基于最基本的邏輯單元，設計者應對各種基本部件的時間延遲以及連線負載帶來的時間延遲有足夠的了解。而電路的功能設計描述則必須基于這種帶時間延遲的部件互連設計（結構設計的描述）。此點在目前的HDL的教學中應特別強調(diào)。同時需要注意到，這種仿真一定要在與綜合無關的工具上進行。對設計集成度的衡量取決于電路設計的綜合方式。目前，在EDA設計領域尚未建立一種統(tǒng)一的綜合方式，不同的綜合工具采用不同的算法結構，綜合效率各有不同。雖然綜合算法本質(zhì)上是基于基本邏輯優(yōu)化理論建立的，但其中涉及的各種數(shù)學理論很多，不是數(shù)字電路這門課程能夠解決的。因此，本課程無法涉足綜合領域，也難以將課程內(nèi)容與綜合工具得到的結果形成對應關系。如何將基本理論與綜合算法聯(lián)系起來，形成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，應該是數(shù)字電路課程未來一段時間的改革目標。目前，很多的免費EDA工具采用FPGA作為綜合的基礎，這種綜合工具的優(yōu)點是能夠方便地得到所設計電路的評價（占用單元數(shù)量、延遲時間、時鐘頻率）。然而，由于FPGA設計的基礎是4輸入查找表（等價于4輸入卡諾圖的最小項和設計），在基本邏輯層次上可以認為未進行任何化簡，集成度低、延遲時間長。同時綜合工具會根據(jù)4輸入查找表建立優(yōu)化算法進行綜合，由此將用戶進行的結構設計思想抹殺，不利于課程內(nèi)容的相互銜接。如果要理解其綜合結構，就必須首先建立FPGA基本單元和布線方式的電路參數(shù)模型，然后在此基礎上建立獨特的綜合算法。目前，本課程難以完成這一任務。

五、統(tǒng)一體系的思考

基于上述分析，可以看到目前數(shù)字電路面臨的困境，也展現(xiàn)了建立一個統(tǒng)一體系的需求。統(tǒng)一體系應該以電路性能參數(shù)（集成度、速度等）作為評價模型，著重考慮ASIC和VLSI設計中的需求。評價模型應該由底層基本器件（晶體管）開始分析建立，繼承現(xiàn)有體系中關于邏輯設計的思想，將性能評價延伸到邏輯模塊和功能模塊層次；邏輯層次的設計中，主要展現(xiàn)功能的不同結構實現(xiàn)方式，為電路設計提供靈活性；而在功能層次的設計中，則通過對不同結構的性能進行比較，確定電路的最佳形成方式。HDL的設計應該將速度的評價融入到電路結構的描述中，并通過仿真工具的應用使這一評價能夠推廣到大系統(tǒng)中，對同步時序設計提供支持。

參考文獻：

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[2]姜書艷，羅剛，呂小龍，金衛(wèi)，謝暄.90nm和65nm工藝下片上網(wǎng)絡互連串擾故障模型分析[J].電子測量與儀器學報，2012，26（3）：267-272.

[3]艾明晶.基于自動設計方法的數(shù)字邏輯課程改革研究與實踐[J].實驗技術與管理，2012，29（9）：151-155.

[4]張?zhí)O珍，王俊峰，仲濤.VHDL在數(shù)字邏輯電路設計中的應用方法[J].信息通信，2012，（5）：96-97.

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[6]曹維，徐東風，孫凌潔.基于CDIO理念的數(shù)字邏輯實踐教學探索[J].計算機教育，2012，（12）：75-77.

[7]Frank Vahid. Digital Design with RTL Design，VHDL，and Verilog，A John Wiley & Sons，Inc.，Publication.2011：41-48.

電路設計思想范文第5篇

【關鍵詞】集成電路；EDA；項目化

0 前言

21世紀是信息時代，信息社會的快速發(fā)展對集成電路設計人才的需求激增。我國高校開設集成電路設計課程的相關專業(yè)，每年畢業(yè)的人數(shù)遠遠滿足不了市場的需求，因此加大相關專業(yè)人才的培養(yǎng)力度是各大高校的當務之急。針對這種市場需求，我校電子信息工程專業(yè)電子方向致力于培養(yǎng)基礎知識扎實，工程實踐動手能力強的集成電路設計人才[1]。

針對集成電路設計課程體系，進行課程教學改革。教學改革的核心是教學課程體系的改革，包括理論教學內(nèi)容改革和實踐教學環(huán)節(jié)改革，旨在改進教學方法，提高教學質(zhì)量，現(xiàn)已做了大量的實際工作，取得了一定的教學成效。改革以集成電路設計流程為主線，通過對主流集成電路開發(fā)工具Tanner Pro EDA設計工具的學習和使用，讓學生掌握現(xiàn)代設計思想和方法，理論與實踐并重，熟悉從系統(tǒng)建模到芯片版圖設計的全過程，培養(yǎng)學生具備從簡單的電路設計到復雜電子系統(tǒng)設計的能力，具備進行集成電路設計的基本專業(yè)知識和技能。

1 理論教學內(nèi)容的改革

集成電路設計課程的主要內(nèi)容包括半導體材料、半導體制造工藝、半導體器件原理、模擬電路設計、數(shù)字電路設計、版圖設計及Tanner EDA工具等內(nèi)容，涉及到集成電路從選材到制造的不同階段。傳統(tǒng)的理論課程教學方式，以教師講解為主，板書教學，但由于課程所具有的獨特性，在介紹半導體材料和半導體工藝時，主要靠教師的描述，不直觀形象，因此引進計算機輔助教學。計算機輔助教學是對傳統(tǒng)教學的補充和完善，以多媒體教學為主，結合板書教學，以圖片形式展現(xiàn)各種形態(tài)的半導體材料，以動畫的形式播放集成電路的制造工藝流程，每一種基本電路結構都給出其典型的版圖照片，使學生對集成電路建立直觀的感性認識，充分激發(fā)教師和學生在教學活動中的主動性和互動性，提高教學效率和教學質(zhì)量。

2 實踐教學內(nèi)容的改革

實踐教學的目的是依托主流的集成電路設計實驗平臺，讓學生初步掌握集成電路設計流程和基本的集成電路設計能力，為今后走上工作崗位打下堅實的基礎。傳統(tǒng)的教學方式是老師提前編好實驗指導書，學生按照實驗指導書的要求，一步步來完成實驗。傳統(tǒng)的實驗方式不能很好調(diào)動學生的積極性，再加上考核方式比較單一，學生對集成電路設計的概念和流程比較模糊，為了打破這種局面，實踐環(huán)節(jié)采用與企業(yè)密切相關的工程項目來完成。項目化實踐環(huán)節(jié)可以充分發(fā)揮學生的主動性，使學生能夠積極參與到教學當中，從而更好的完成教學目標，同時也能夠增強學生的工程意識和合作意識。

實踐環(huán)節(jié)選取CMOS帶隙基準電壓源作為本次實踐教學的項目。該項目來源于企業(yè)，是數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個重要的組成模塊。本項目從電路設計、電路仿真、版圖設計、版圖驗證等流程對學生做全面的訓練，使學生對集成電路設計流程有深刻的認識。學生要理解CMOS帶隙基準電壓源的原理，參與到整個設計過程中，對整個電路進行仿真測試，驗證其功能的正確性，然后進行各個元件的設計及布局布線，最后對版圖進行了規(guī)則檢查和一致性檢查，完成整個電路的版圖設計和版圖原理圖比對，生成GDS II文件用于后續(xù)流片[2]。

CMOS帶隙基準電壓源設計項目可分為四個部分啟動電路、提供偏置電路、運算放大器和帶隙基準的核心電路部分。電路設計可由以下步驟來完成：

1）子功能塊電路設計及仿真；

2）整體電路參數(shù)調(diào)整及優(yōu)化；

3）基本元器件NMOS/PMOS的版圖；

4）基本單元與電路的版圖；

5）子功能塊版圖設計和整體版圖設計；

6）電路設計與版圖設計比對。

在整個項目化教學過程，參照企業(yè)項目合作模式將學生分為4個項目小組，每個小組完成一部分電路設計及版圖設計，每個小組推選一名專業(yè)能力較強且具有一定組織能力的同學擔任組長對小組進行管理。這樣做可以在培養(yǎng)學生設計能力的同時，加強學生的團隊合作意識。在整個項目設計過程中，以學生探索和討論為主，教師起引導作用，給學生合理的建議，引導學生找出解決問題的方法。項目完成后，根據(jù)項目實施情況對學生進行考核，實現(xiàn)應用型人才培養(yǎng)的目標。

3 教學改革效果與創(chuàng)新

理論教學改革采用計算機輔助教學，以多媒體教學為主，結合板書教學，對集成電路材料和工藝有直觀感性的認識，學生的課堂效率明顯提高，課堂氣氛活躍，師生互動融洽。實踐環(huán)節(jié)改革通過項目化教學方式，學生對該課程的學習興趣明顯提高，設計目標明確，在設計過程中學會了查找文獻資料，學會與人交流，溝通的能力也得到提高。同時項目化教學方式使學生對集成電路的設計特點及設計流程有了整體的認識和把握，對元件的版圖設計流程有了一定的認識。學生已經(jīng)初步掌握了集成電路的設計方法，但要達到較高的設計水平，設計出性能良好的器件，還需要在以后的工作中不斷總結經(jīng)驗[3]。

4 存在問題及今后改進方向

集成電路設計課程改革雖然取得了一定的成果，但仍存在一些問題：由于微電子技術發(fā)展速度很快，最新的行業(yè)技術在課堂教學中體現(xiàn)較少；學生實踐能力不高，動手能力不強。

針對上述問題，我們提出如下解決方法：

1）在課堂教學中及時引進行業(yè)最新發(fā)展趨勢和（下轉(zhuǎn)第220頁）（上接第235頁）技術，使學生能夠及時接觸到行業(yè)前沿知識，增加與企業(yè)的合作；

2）加大實驗室開放力度，建立一個開放的實驗室供學生在課余時間自由使用，為學生提供實踐機會，并且鼓勵能力較強的學生參與到教師研項目當中。

【參考文獻】

[1]段吉海.“半導體集成電路”課程建設與教學實踐[J].電氣電子教學學報，2007，05（29）.