电子技术的发展与应用综述

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1、2.1 模拟电子技术2.1.1 模拟电子技术特征与工艺总体上说， 模拟电子技术就是研究对仿真进行处理的模拟电路。 模拟电子技术是整个电 子技术的基础，在信号放大、功率放大、整流稳压、模拟量反馈、混频、调制解调电路领域 具有无法替代的作用。例如高保真 (Hi-Fi) 的音箱系统、移动通讯领域的高频发射机等。模拟集成电路最重要的指标是电压和功率。 例如， 过去的模拟集成电路实际上采用的是 基于数字集成电路的混合集成电路5V CMO工艺，现在已经越来越多的器件要求采用高压的BCD工艺。如何提高耐压，加大功率，降低导通电阻，对于模拟集成电路是一个挑战。2.1.2 模拟电子技术的应用模拟技术主要应用于和

2、各种模拟量接口的场合。 进入二十一世纪以来， 模拟技术有了飞 速的发展。 这主要得益于消费类电子产品的飞速发展， 不仅是和娱乐密切相关的音视频产品 的快速发展，而且还有游戏类，保健类等产品的快速发展。音视频的输入输出都是模拟量， 必须采用模拟的接入，经过数字处理，再变回模拟量以供人耳及人眼接收。除了人的听觉、 视觉、触觉等都是接收模拟量以外，其他自然界的物理量也都是模拟量，过去像这些温度、 压力等等各种物理量主要是用在工业测量和控制中， 而现在也开始广泛地应用到各种个人消 费类产品中。 例如电子体温计、 电子血压计。 最新的人机互动的游戏机 Wii 以及用于保健的 Wii Fit ，就是采用了

3、最新的加速度测量芯片。此外，因为大多数消费类产品都是便携式的， 大多数都是电池供电， 因而以电池为初级电源的各种电源功率器件也得到飞速发展。例如充电管理器、线性低压降稳压器、各种直流变换器等。2.2 数字电子技术2.2.1 数字电子技术概述与模拟电路相比， 数字电路具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、 程序软件控制等一系 列优点。从目前的的发展趋势来看， 除一些特殊领域外， 以前一些模拟电路的应用场合，大 有逐步被数字电路所取代的趋势，如数字滤波器等。数字电子技术目前也在向两个截然相反的方向发展，一是基于通用处理器的软件开发技术，比如单片机、 DSP PLC等技术，其特点是在一个通用处理器 (

4、CPU)的基础上结合少量 的硬件电路设计来完成系统的硬件电路， 而将主要精力集中在算法、 数据处理等软件层次上 的系统方法。另一个方向是基于 CPLD/FPGA的可编程逻辑器件的系统开发，其特点是将算法、数据加工等工作全部融入系统的硬件设计当中，在“线与线的互联”当中完成对数据的加工。2.2.2 数字电子技术的应用数字电子技术一直是电子科学与技术领域中的一个重要分支。近年来，随着微电子和 计算机网络等基础技术的飞速发展， 数字电子技术已渗透到了科研、 生产和人们日常生活的 各个领域。数字系统的实现方法在经历了由分立元件、SSI 、MSI、 LSI 到 VLSI 的系列演变之后，数字器件也经历了

5、由通用集成电路到专业集成电路（ASIC）的演化。目前，随着数字集成技术和EDA SOC等技术的迅速发展，数字系统设计的理论和方法也在相应的变化和发 展。3. 电子技术在自动化领域的应用3.1 电子设计自动化电子设计自动化 （EDAElectronic Design Automation） 技术是以计算机技术和微电 子技术发展为先导， 汇集了计算机图形学、 拓扑逻辑学、 微电子工艺与结构学和计算机数学 等多种计算机应用学科最新成果的先进技术， 它是在先进的计算机工作平台上开发出来的一 整套电子系统设计的软件工具。EDA技术是从计算机辅助设计 （CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（

6、CAT）和计 算机辅助工程（CAE）等技术发展来的。利用EDAT具，电子设计师可以从概念、算法、协议等 开始设计电子系统， 大量工作可以通过计算机完成， 并可以将电子产品从电路设计、 性能分 析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在汁算机上自动处理完成。设计者的工作仅限于利 用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的， 这既有利于早期发现结构设计上的错误， 避免设 计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次性成功率。在EDA技术使用ASIC芯片，它可以很容易地转由掩模 ASIC实现，因此开发风险也大

7、为降低。硬件描述语言（HDL）是EDA技术的重要组成部分，是用文本的形式来描述数字电路的内部 结构和信号连接的一类语言， 类似于一般的计算机高级语言形式和结构形式。 超高速集成电 路硬件描述语言 （VHDL-VHSIC Hardware Description Langnage）具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，用VHDL影响功能的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。采用硬件描述语言作为设计输入和库（Libraly）的引人，由设计者定义器件的内部逻辑和管脚，将原来由电路板设计完成的大部分工作故在芯片的设计中进行。由于管脚定义的灵活

8、性，大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度，有效增强了设计的灵活性，提高了工作效率。并且可减少芯片的数量，缩小系统体积，降低能源消耗，提高了系统的功能和可靠性。EDA术发展趋势和研究方向：把逻辑综合和布图工艺结合起来进行高层次的综合。布图研究向纵深发展，时延约束、性能优化、时钟偏差以及噪声串扰等成为布图算法的必须考虑因素。在深亚微米工艺下互连线的延迟已超过了门的延迟，在对芯片进行电气性能模拟时必须考虑传输线。传输线的延迟模型、关键路径的延迟估算和时延分析是该领域研究的重点。传输线本身也推动了模拟技术的发展，其中AWE（Asymptotic Waveform Evaluatio n）方法

9、及其改进是针对互连线模拟的有效方法。此外，低功耗设计技术、模拟电路的EDAE具的发展和软硬件IP核也是EDA技术未来的发展方向。随着电子技术和计算机技术的深入发展以及ED股计技术的不断进步与完善，在单个芯片上集成CPU DS存储器和其他控制功能的片上系统正处于高述发展中。未来的电子技术开发方式必然是高度层次化、综合化和自动化的，新器件的涌现和新的开发方式的进步是相互依存、相互促进的，它们会随着科学的发展不断的更新和完善。3.2炉温控制系统炉温控制系统是自动控制系统一个典型的实际应用例子。加热炉温度自动控制系统常用于工业生产中，控制的任务是保持颅内温度T在某个期望温度上。被控制对象是加热炉，被控

10、量是炉内温度T。当实际炉温恰好等于给定炉温时，热电偶（测温元件）测量的实际炉温，经放大器（放大元件）转化为电压UT等于给定电位器（给定元件）的输出电压ur （相当于期望炉温），比较电路（比较元件）的输出电压，u = ur-uT，电动机连同调节阀门（执行元件）静止不动，煤气流量一定，实际炉温保持恒定。如果改变工件的数量，使加热炉的符合改变，而煤气流量一定时未改变，则实际炉温就要发生变化，于是 Ur -UT =0，经放大后的电压加在电动机两端，电动机旋转即带动调节阀门的开度二2变化，从而使煤气供给量发生变化，使实际炉温改变，最终回到期望温度。其中工件 数量、环境温度及煤气压力的变化都是影响实际炉温

11、的干扰因素。其中，炉温自动控制系统的模拟图及原理结构图分别如下所示：图1加热炉温度自动控制系统图2炉温自动控制系统的原理结构图3.3变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统是将变电站二次设备包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等1经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术，实现对全变电站主要设备和输、配电线路的自动监控、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。该系统利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统、常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变了常

12、规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。通过利用现代化计算机技术、通信技术等，提供先进的技术设备，可改变传统的二次设备模式，实现信息交换，数据共享，简化系统，减少电缆，减少占地面积，是提高变电站安全稳定运行水平、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施,图1加热炉温度自动控制系统图2炉温自动控制系统的原理结构图3.3变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统是将变电站二次设备包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等1经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术，实现对全变电站主要设备和输、配电线路的自动监控、测量、自动控制和微机保护

13、，以及与调度通信等综合性的自动化功能。该系统利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统、常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变了常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。通过利用现代化计算机技术、通信技术等，提供先进的技术设备，可改变传统的二次设备模式，实现信息交换，数据共享，简化系统，减少电缆，减少占地面积，是提高变电站安全稳定运行水平、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施,图1加热炉温度自动控制系统图2炉温自动控制系统的原理结构图3.3变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统是将变电站二次设备包括测量仪表、信号

14、系统、继电保护、自动装置和远动装置等1经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术，实现对全变电站主要设备和输、配电线路的自动监控、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。该系统利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统、常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变了常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。通过利用现代化计算机技术、通信技术等，提供先进的技术设备，可改变传统的二次设备模式，实现信息交换，数据共享，简化系统，减少电缆，减少占地面积，是提高变电站安全稳定运行水平、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施,