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【关键词】集成电路;测试管理系统;开发;利用
伴随着科学技术的不断发展,半导体集成电路也出现了日新月异的变化,结构复杂、大规模、速度快、功能多的电路逐渐得到有效开发,半导体制造工艺技术逐渐完善,其中尤为特别的是数字电路变化。基于此种形势下,对集成电路测试提出了更高的要求。在以往测试软件编制中,程序主要以测试流程为导向,坚持自上至下原则进行排列,将程控指令、测试参数、测试结果等都纳入文本测试软件中,这种编程面向过程,语法规则特定。但工程师必须要具有一定的编程技能,由于编程过程复杂,自动化测试不具高效性、快速性和同步性。目前,伴随着半导体技术的不断进步,图形化编程语言编程为工程师提供一个有效的可编程平台。笔者主要综合自身多年来在半导体企业从事集成电路测试工作实践和管理经验,深入探究集成电路测试系统管理及其开发应用,旨在实现集成电路测试精细化管理的要求和行业可持续发展。
1.集成电路测试设备及配件概述
1.1 集成电路测试设备功能分析
针对集成电路测试设备及功能而言,主要体现在四个方面:
(1)测试机。测试机主要参考因素包括硬件架构端子数、操作系统环境、时钟速度、程序开发工具、应用程序等,早期测试机多以C、Pascal等程序语言为开发工具,目前VB应用广泛,各种辅助应用程序为测试工程师提供了发展时机;
(2)晶圆针测机。目前,四寸至十二寸晶圆均经针测机在晶舟与测试机间进行存取,此种设备对机械自动化、结构精密度、运转稳定度要求较高;
(3)器件分类机。分类机主要执行测试机与集成电路成品间的电性接触,按照测试程序中定义结果进行分类;
(4)预烧炉。早期预烧炉主要提供预烧条件中所需电流、偏压、波形电路机制,目前主要以封装类型为依据来进行设计,对被测器件具有承载作用。
1.2 集成电路测试机原理
测试机多由高性能量测仪器构成,而测试系统属于测试仪器与计算机控制的综合体。计算机控制主要是经由测试程序执行指令集对测试硬件进行控制,最终由测试系统提供测试结果。为保证测试结果的一致性,必须要对测试系统进行定期校正处理,一般应用校正芯片对测量仪器精准性进行验证。目前,多数测试系统可测试具有特定类别特征的集成电路,通用器件种类包括数字、内存、混合信号、模拟。一般而言,测试系统包括来源内存、捕捉内存、测试样本或扫描向量内存、端子电路,而测试方法主要采用施加与测量模式,通过设置测量范围、测量极限、设备性能参数而完成测试作业。
2.集成电路测试数据分析
为了开发集成电路测试管理系统,必须要详细分析现有的产品管理过程与测试流程,从而优化系统功能与框架设计。首先,要对现有产品测试数据进行统计分析。一般而言,集成电路测试生产线上具有4个左右的测试平台,每个测试平台对不同产品、测试参数所提供的测试数据、时间不尽相同。通常状况下,测试结果属于生产过程总体情况的直接反映指标,优化测试参数,能获取产品良率信息。在现阶段,由于测试参数较多,且各个参数间能产生不同程度的交互效应,最终影响统计性质。目前,就测试统计工具分析方法而言,主要包括两种:一是比较分析,二是相关性分析。譬如在不同条件下,可对每片晶片测试参数进行比较分析,观察测试参数之间的差异性。同时,可将测试参数与WS数据、测试数据、iEMS数据进行相关性分析,寻找相关性诱因。以上两种分析方法均在明确现有历史数据对产品设备、生产状况的影响下进行。应用现有数据预测产品特征,考虑到测试问题具有复杂性,工程师往往无法对测试结果的准确性进行优化判断。
在实际分析过程中,可综合多种统计手段来进行分类效果预测。具体而言,必须要注意四个问题:
(1)明确好坏组。基于掌握历史测试数据的基础上确定好坏组分组规则;
(2)对测试参数进行删选。择取与另一平台测试数据具有相关性的测试参数,并进行集合,在此基础上择取好坏组间差异显著的测试参数;
(3)对主成分进行综合分析。针对具有差异性的测试参数而言,必须要作正交化处理,将测试参数间的交互作用及时消除;
(4)判别分析。对待预测晶圆至好坏两组距离进行计算,应用具有统计学意义的Mahalanobis距离将常用远近距离进行替代,并将其归纳到距离近的那组,实现分类目标。此流程可优化最终结果,同时在研究过程中还可运用判别分析、分析流程等筛选方法。
3.集成电路测试管理系统设计
3.1 集成电路测试系统数据库概念与逻辑设计
针对集成电路测试系统数据库概念设计而言,主要包括四类方法:一是自顶向下,二是自底向上,三是逐步扩张,四是混合策略。就测试管理开发而言,主要应用自底向上方法,即首先勾画局部概念结构,并将各个局部进行集合,最终获取全局概念结构。于构建概念模型前,必须要深入分析需求分析中形成的数据,把握数据实体属性,构建实体间关系。在数据库开发时期,开发环境择取Web应用框架(Django),按照系统情况,于数据流图中择取适当数据流图,每部分均与一个局部应用相对应,联系各个局部数据流程图,检查概念模型图设计的精准性。
概念结构属于数据模型的基础,为了达到测试管理系统要求,要将概念结构转化为数据模型。在数据库管理系统中,通常只支持网状、关系、层次三种模型中的某一具体数据模型,导致各个数据库管理系统硬件具有局限性。因此,在逻辑结构设计中,首先要对概念结构进行转化,促使其常用网状、层次模型,并基于特定数据库系统辅助下,促使转化为数据模型。同时,数据库择取MySQL,降低总体拥有成本。
3.2 集成电路测试系统数据库物理设计
就集成电路测试系统数据库物理设计而言,首先要明确数据库物理结构,再对其进行综合评价,其内容主要包括三个方面:
(1)数据储存结构。在对数据存储结构进行评价时,要将维护代价、存取时间、空间利用率作为考虑因素。一般而言,将冗余数据消除,能有效节约存储空间,但易增大查询代价,故要权衡利益,择取折中方案。MySQL属于关系型数据库,聚簇功能强大,为了保证查询速度,可将属性上存在相同值的元组进行集中,存入物理块中;
(2)数据存储位置。在开展数据库物理设计时,可将MySQL数据库中的用户表空间与系统文件相对应的数据存入磁盘驱动器中,以达索引与数据库软件、表分类存放目的。针对MySQL数据库而言,可将不同用户建立的表进行分类存放,可最大限度地优化数据库;
(3)数据存取路径。在关系数据库中,要明确存取路径,寻找索引构建方法。索引作为一种数据库结构,主要包括三种形式:一是簇索引,二是表索引,三是位映射索引。在MySQL数据库中,利用索引可提高聚集中数据与表检索速度。科学应用索引,能降低磁盘I/O操作次数。
4.集成电路测试管理系统的实现与开发利用
4.1 集成电路测试数据输入
在测试生产线上,由于每天都会出现大量的晶圆测试作业,故针对产品测试管理系统来讲,必须要将晶圆信息输入到相应数据库中,便于后续功能操作的实现。在现有测试生产线上,一部分产品信息可实现自动输入,譬如每片晶圆均存在自身产品批次与编号,于晶圆制造中可将此类信息标记在晶圆表面上,经由晶圆针测机自动识别装置进行读取。待读取完毕后输入到相关的测试结果中。而就其它无法自动输入信息而言,譬如测试接口、针测卡、测试设备等信息,必须要进行手动输入。
基于把控生产线实际状况的基础上,每名录入员均需进行班组个人生产日报的录入,工作量相对较大,同时考虑到系统实际需要,于每2小时需要进行一次数据录入,故必须要重视录入速度。当数据被录入子菜单时,其每页面设计必须要采用Django的第三方控件,利用其强大功能以达无鼠标操作目标。从本质上来讲,输入员将该子页面打开后,仅有键盘可进行输入操作,方便较为快捷,与用户实际需求吻合。
4.2 集成电路测试结构文件上传
针对集成电路测试管理系统而言,必须要将测试设备工作站所定义的测试结果文件输入数据库,最终才能构成数据分析报表。待晶圆测试完毕后,测试设备将构成晶圆测试结果的文件转变成一个传送信号,上传到数据库服务器,而服务器会依据文件发送信头,最终接纳测试结果文件。
针对测试管理系统为而言,为了确保其传送速度,本文研究中实现了三个方面的优化处理:
(1)针对测试结果文件传送而言,主要应用实时传送原则,即传送时机择取为测试结果文件组成后,对以往分批次传送方式进行了优化补充。从整体上来讲,有助于预防文件过大而促使传送速度滞后,对服务器正常运行具有一定的辅助作用;
(2)文件上传后并未直接植入数据库中,而是暂时存入原始数据暂存器中,有助于防止某些无效格式测试结果文件被上传。譬如在测试中存在了人为中断现象,而诱导某些测试数据最终转变为冗余数据。经由原始数据暂存器剔除此类无效格式文件,能最大限度地确保数据库文件的精准性。此外,经由原始数据暂存器对测试结果文件权限进行整合配置。譬如在存储过程中可允许访问统计结果,不允许访问某些重要数据。从某种角度上来讲,极大地提高了数据库的安全性;
(3)针对测试管理系统开发而言,主要采用存储过程进行统计,包括生产盘存月报、生产日报、周报、月报、季报、年报、设备异常报警率、生产良率表等。基于应用程序界面上,分开统计功能与查询功能,应用统计功能对存储过程进行调用,基于服务器端作用下对信息开展各类汇总作业,并录入历史存表中。而利用查询功能自历史表中对已计算数据进行调用,完善了系统性能,增强了查询效率。
4.3 集成电路测试在线预警、测试数据查询与分析
就集成电路测试在线预警功能模块而言,主要因测试生产线工程师少,在测试过程中,无法及时发现出现的误测或不良测试,为测试工程师及早发现问题提供了有力的帮助。而针对集成电路测试数据查询而言,该模块主要考虑到用户对生产线实时数据具有查询需求,涵盖产品负责人、芯片产品、测试日期、测试站点等信息。同时,数据查询模块还可查询各类良率分析报表,其中查询功能与统计功能单独使用,有助于用户自主选择,其查询内容涵盖测试平台比较报表、良率分析年报、季报、月报、日报等。
5.结束语
综上所述,本文主要以集成、高效、全方位、先进企业管理要求为出发点,进行集成电路测试管理系统开发设计,旨在提升集成电路企业管理水平,增强市场核心竞争力,对半导体测试行业中的企业生产管理系统具有至关重要的作用。在实际开发过程中,由于对现有测试生产线上出现的测试数据无法全面管理,故无法深入分析影响集成电路测试生产效率提高的因素,因此在前期做了大量设备与测试方法研究。在测试管理系统数据库设计完成时,以前台开发工具(Django)、后台数据库(MySQL)为导向,开发了与用户操作需求的吻合的集成电路测试管理系统。在整体开发过程中,立足于数据库并发控制、查询优化等技术难题角度,确保了高效查询速度与数据操作的完整性,最终集成电路测试管理系统实现了五个功能,包括测试数据录入、测试结果文件上传、产品测试在线预警、数据查询与分析和测试运行相关报表生成,与企业信息化、自动化、精益化管理需求相一致,具有较大的应用前景。
参考文献
[1]杨荣.面向模拟IC测试的高精度数字化仪的设计与实现[D].电子科技大学,2013.
[2]朱龙飞.混合集成电路测试系统上位机软件设计[D].电子科技大学,2013.
[3]汪天伟.混合集成电路测试硬件电路测试板的设计[D].电子科技大学,2013.
[4]杨建军.基于嵌入式技术的集成电路测试系统软件设计[D].电子科技大学,2013.
[5]刘军.漏电保护专用集成电路测试系统的设计与实现[D].电子科技大学,2013.
[6]窦艳杰.数字集成电路测试矢量输入方法研究和软件实现[D].电子科技大学,2012.
[7]周厚平.集成电路测试系统微小微电子参量校准技术研究[D].中国舰船研究院,2012.
[8]尹超平.基于VIIS-EM平台的虚拟数字集成电路测试仪的研制[D].吉林大学,2013.
[9]盛谐辉.国家科技重大专项年度总结在京召开 于燮康获得了“个人突出贡献奖”长电科技、通富微电获得了“应用工程优秀团队奖”[J].半导体.光伏行业,2011(01):56-57.
[10]蔡瑞青.基于Ultra-FLEX测试系统的集成电路测试开发[J].电子与封装,2013(08):20-21.
关键词:EDA技术 电子工程 应用EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,是从CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)和CAE(计算机辅助工程)的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具,集数据库、图形学、图论与拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多学科最新理论于一体,是计算机信息技术、微电子技术、电路理论、信息分析与信号处理的结晶。
一、EDA技术的发展过程
1.初级阶段:早期阶段即是CAD(Computer Assist Design)阶段,大致在20世纪70年代,当时中小规模集成电路已经出现,传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法效率低、花费大、制造周期长。人们开始借助于计算机完成印制电路板一PCB设计,将产品设计过程中高重复性的繁杂劳动如布图布线工作用二维平面图形编辑与分析的CAD工具代替,主要功能是交互图形编辑,设计规则检查,解决晶体管级版图设计、PCB布局布线、门级电路模拟和测试。
2.发展阶段:20世纪80年代是EDA技术的发展和完善阶段,即进入到CAE(Computer Assist Engineering Design)阶段。由于集成电路规模的逐步扩大和电子系统的日趋复杂,人们进一步开发设计软件,将各个CAD工具集成为系统,从而加强了电路功能设计和结构设计,该时期的EDA技术已经延伸到半导体芯片的设计,生产出可编程半导体芯片。
3.成熟阶段:20世纪90年代以后微电子技术突飞猛进,一个芯片上可以集成几百万、几千万乃至上亿个晶体管,这给EDA技术提出了更高的要求,也促进了EDA技术的大发展。各公司相继开发出了大规模的EDA软件系统,这时出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术。
二、EDA技术的特点
EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是采用高级语言描述,即硬件描述语言HDL(Hardware Description Language),就是可以描述硬件电路的功能。信号连接关系及定时关系的语言。它比电原理图更有效地表示硬件电路的特性,同时具有系统仿真和综合能力,具体归纳为以下几点:
1.现代化EDA技术大多采用“自顶向下(Top-Down)”的设计程序,从而确保设计方案整体的合理和优化,避免“自底向上(Bottom-up)”设计过程使局部优化,整体结构较差的缺陷。
2.HDL给设计带来很多优点:①语言公开可利用;②语言描述范围宽广;③使设计与工艺无关;④可以系统编程和现场编程,使设计便于交流、保存、修改和重复使用,能够实现在线升级。
3.自动化程度高,设计过程中随时可以进行各级的仿真、纠错和调试,使设计者能早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,同时设计人员可以抛开一些具体细节问题,从而把主要精力集中在系统的开发上,保证设计的高效率、低成本,且产品开发周期短、循环快。
4.可以并行操作,现代EDA技术建立了并行工程框架结构的工作环境。从而保证和支持多人同时并行地进行电子系统的设计和开发。
三、EDA技术的作用
1.验证电路设计方案的正确性。设计方案确定之后,首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证设计方案的可行性,这只要确定系统各个环节的传递函数(数学模型)便可实现。这种系统仿真技术可推广应用于非电专业的系统设计,或某种新理论、新构思的设计方案。仿真之后对构成系统的各电路结构进行模拟分析,以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。
2.电路特性的优化设计。元器件的容差和工作环境温度将对电路的稳定性产生影响。传统的设计方法很难对这种影响进行全面的分析,也就很难实现整体的优化设计。EDA技术中的温度分析和统计分析功能可以分析各种温度条件下的电路特性,便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度,真正做到优化设计。
3.实现电路特性的模拟测试。电子电路设计过程中,大量的工作是数据测试和特性分析。但是受测试手段和仪器精度所限,测试问题很多。采用EDA技术后,可以方便地实现全功能测试。
四、EDA技术的软件
1.EWB(Electronics Workbench)软件。EWB是基于PC平台的电子设计软件,由加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司研制开发,该软件具有以下特点:①集成化工具:一体化设计环境可将原理图编辑、SPICE仿真和波形分析、仿真电路的在线修改、选用虚拟仪器、借助14种分析工具输出结果等操作在一个集成系统中完成。②仿真器:交互式32位SPICE强化支持自然方式的模拟、数字和数、模混合元件。自动插入信号转换界面,支持多级层次化元件的嵌套,对电路的大小和复杂没有限制。只有提供原理图网络表和输入信号,打开仿真开关就会在一定的时间内将仿真结果输出。③原理图输入:鼠标点击一拖动界面,点一点自动连线。分层的工作环境,手工调整元器件时自动重排线路,自动分配元器件的参考编号,对元器件尺寸大小没有限制。④分析:虚拟测试设备能提供快捷、简单的分析。主要包括直流工作点、瞬态、交流频率扫描、付立叶、噪声、失真度、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵敏度、最差情况、蒙特卡洛法等14种分析工具,可以在线显示图形并具有很大的灵活性。⑤设计文件夹:同时储存所有的设计电路信息,包括电路结构、SHCE参数、所有使用模型的设置和拷贝。全部存放在一个设计文件中,便于设计数据共享以及丢失或损坏的数据恢复。⑥接口:标准的SPICE网表,既可以输入其他CAD生成的SHCE网络连接表并行成原理图供EWB使用,也可以将原理图输出到其他PCS工具中直接制作线路板。
【关键词】电子设备;高速铁路;技术
目前,将功率电子设备和控制电子设备应用于铁路机车车辆上主要有两个基本目的:一是用电子器件代替机电部件,以改善机电部件容易损耗的缺点,从而提高机车车辆的经济性;二是电子装置能够实现复杂的控制功能,可以使机车获得更加复杂可靠的运行特性。
变流器可以实现功率传输的动态调节和多种电流制的转换,从而最优化工作任务的功率匹配。对于铁路的机车来说,这就意味着其牵引技术指标的大幅度提高。
对于控制电子设备和功率电子设备来讲,在任意极限运动的情况下稳定地调节大牵引力。因此机车在最大负载的情况下,也能够实现牵引。为了使近郊机车无冲击,可采用较高的起动加速度和制动减速度,并且机车运行时间短而舒适。电流变换时损耗较小可以实现节能优化,同样地当采用具有能量反馈的再生制动系统时候,也可以轻松的实现节能优化。对于近郊机车,为了实现电流变换,一般采用直流电流调节器和交流传动。与机电部件相比较,电子装置静止和无磨损的工作方式可大大减少维修费用,没必要进行磨损部件的预防维修,并且提高工作效率。
一、电子设备的可靠性
电子器件可靠性高,这就意味着其故障率很低。故障率即为工作每小时的故障数。例如晶体管的基本故障率为5×10-8次/小时,其倒数为故障间隔的平均时间(MTBF),约为4000年。单个电子器件的可靠性非常高,而电位器和继电器由于有机械运动件存在,所以其可靠性低。与采用单个工作电路可靠性相比,采用集成电路(IC)可靠性得到了提高。由大量元件和连线组成的大规模的电路可以由一块集成电路代替。而在集成电路中,数字集成电路的可靠性更好。随着集成电路功能不断的强化,其故障率也仅略为增加。因此,在机车中采用集成化电路可以大大提高其工作可靠性,降低故障率。
每种元器件都有其固定的故障率及MTBF时间。由于负载、壁垒层温度和工作方法及使用的环境条件等对元器件可靠性影响很大,所以这些数值的变化范围很广。一个系统的故障率,不能按其组成部件的故障率简单地相加或相乘而求得。在实际工作中,采用冗余技术可显著提高机车工作可靠性,这是因为机车同时发生很多故障的情况极少,这样系统的功能可以全部或部分得到保持而不受到破坏。因此,冗余电子系统大的实用价值很高,所以在机车车辆上运用十分普遍。
考察机车故障率可以得知,改善机车车辆运行的不利环境条件和减少元器件数量是研制机车车辆电子设备的两种大趋势。
二、变流器功率器件
采用大功率半导体元件是变流器功率器件的发展趋势,并且尽量减少可控硅元件的数量。对于近郊机车,这个目标已基本达到。机车每个功能仅采用一个元件来控制实现。在功率范围为1000千瓦以下时,没有必要串联或并联可控硅元件。对于地铁和动车,是通过交流传动的,各有一个可控硅元件和二极管安置在相序逆变器的臂上,所以总共有六个二极管和六个可控硅元件。
对于大功率机车,必须增加半导体元件数。当大功率机车功率超过1000千瓦时,必须将可控硅元件和二级管串联或并联,或者在某些情况下,必须在一台机车上设置多个变流器系统,从而提高大功率机车元件的使用率,并将半导体元件的数目控制在较小的范围内,采用相应的结构,组成对环境影响不敏感和无需维护的变流器。在空气冷却方面,将冷却空气导入仅放置有散热器的风筒内皆可以实现上述目标。可控硅元件安装于散热器之间冷却气流之外,目的是为了防止灰尘积聚附加有塑料环。采用这种结构的变流器不需要维护,适当的配制散热器和通风设备,可以使半导体元件具有良好的散热效率。
采用油冷却可以使变流器结构紧凑,从而更好地将集中在可控硅元件内部的热量排出。因此,每个半导体元件的功率都可以单独增大。为了排除热量,必需采用一个没有中冷器的循环油路。
机车的蒸发冷却可以利用流体的汽化热,流体蒸发时吸热,冷却时又将放热。正因为这样,热量可由半导体元件的散热器传送至中冷器而不存在温度梯度。机车上半导体元壁垒层至环境空气的温度路可用于传送少许热量;而热阻减小又使得从可控硅元件排出的热里增加。因此,即使是大功率可控硅元件,其散热效率也很高,每个半导体元件都能传送最大的功率。
三、控制装置
随着机车车辆上变流器功能的多样化,其负荷效率已接近容许负荷的极限。因此,要求其具有更完善的监控和控制功能。此外,从实际使用情况出发,对机车控制装置的信息传递和处理也提出了更高的要求。虽然模拟调节装置的集成运算放大器和数字控制装置的集成电路的功能范围均较宽,但依然令整个电子集成装置的体积达到了极限。电流型三相逆变装置的传动调节部分仅有两层,并装有LUB电网侧整流器和相序逆变器。根据机车和变流器的调节和控制功能来专门研制印刷电路板,可减少其相应的投资。这样,机车电子装置就满足了技术经济指标的高要求。
通过采用微型计算机,控制装置可以得到进一步的发展。它可以进行简单的逻辑和算术运算,几乎可以满足所有必需的调节、控制功能的计算需要。
专门应用于机车上的微型计算机系统已由某电气制造商研制成功。它将具有数据处理功能的计算机、数据和程序的储存器以及将计算机与机车相连接的模拟量与数字量的接口集成为一个整体。它可以在计算机系统上依次实现所有的控制功能,并且具有处理速度快、功能多等优点。因此可利用其基本部件,实现减小复杂控制装置电子设备的目的,处理大量的控制信号,如交流传动机车的控制装置。
通过提高微型计算机部件的可靠性,或者减少部件的数量,可以改善微型计算机控制系统的使用可靠性。由于设置有足够多的监控以及故障检测系统,使得发生故障情况时的中断时间很短。甚至可以用其检测瞬时故障,帮助分析和查找偶然故障出现的原因。
大量的控制功能可以集成到电子装置上。因此,需要有功能强大的信息传输装置将这些电子装置相联接。微型计算机的总线系统和串行数据处理过程可采用多路数据传输装置。此方法与集中式机车可逆控制装置相集成(接于机车的UIC电缆上),已应用于鲁尔市内的铁路上。由于机车和动车上的功率电子装置和控制电子装置的电缆线紧密排列,会产生互相干扰的现象。且由于光导纤维可传输大量信息而没有电位,也不存在电磁兼容性的问题。若在机车上采用光导纤维可提高装置的可靠性。
四、电磁屏蔽技术
电磁干扰现象在机车上是普遍存在的,其可以造成受干扰设备的功能降低甚至丧失,甚至造成设备的部件或软件不可恢复性的损坏。因此,应根据电磁兼容的原理,在进行电子装置的结构设计时,采用有效的屏蔽方法来避免电子设备由于电磁干扰造成的部件损坏或数据丢失。
电磁干扰是以“场”的方式沿空间进行传播的。因此,可以通过提高电子装置机箱对周围电磁场的反射损耗,降低吸收损耗,来减弱或消除电磁干扰对系统内设备的干扰。为了实现电磁兼容,采取的屏蔽措施按照屏蔽级别的不同进行分级,包括有PCB板屏蔽、插箱/子架屏蔽、机柜屏蔽、元器件屏蔽、模块屏蔽等。下面对模块屏蔽、插箱/子架屏蔽和机柜屏蔽进行简要的说明。
模块屏蔽是指将某些辐射大或抗干扰能力差的模块或单板,在屏蔽盒中单独安装。通常情况下,电抗器、变压器等可通过在绕组线圈和铁芯环路外包一层或多层金属短路来减少漏磁通量;电源板、IGBT等功率模块可用金属网罩进行屏蔽。
机柜屏蔽是通过金属壳体将整个系统屏蔽起来,利用金属外壳对电磁场干扰的吸收和反射损耗,来切断机箱内干扰信号的传播。
相对于机柜屏蔽,插箱/子架屏蔽方法的最大优点是可以在出线的接插件上面采取屏蔽措施,如SS7E型机车的逆变电源采用插箱把逆变、整流部分和控制部分隔离开来,通过屏蔽转接插座控制部分、电磁兼容连接器、电缆与功率模块之间的信号传输,从而避免相互干扰。插箱/子架屏蔽与模块屏蔽类似,只是屏蔽体为插箱/子架。
五、结论
随着电子器件的发展,不断将功率电子设备和控制电子设备应用到铁路机车上,使其电气设备达到了很高的水平。由于机车车辆的特殊性,实现这种可能性及经济性的前提是工业与运输部门在设计、试验过程中的不断努力。
参考文献:
[1]冯晓芳.中国高速铁路的发展与展望[J].科技资讯,2009(1):129-130.
关键词:适度敏感器件;非气密性表面贴装器件;层
1 引言
随着集成电路封装小型化以及表面贴装技术的发展,非气密性表面贴装器件(SMD)的发展非常迅速,但由于吸湿的缘故,在贴装过程中可能会导致失效。
2 湿度敏感器件(MSD)
根据相关标准,MSD主要指非气密性表面贴装器件(SMD),包括塑料封装、其他透水性聚合物封装(环氧、有机硅树脂等),一般集成电路、芯片、电解电容、发光二极管等都属于非气密性SMD器件。
3 失效分析
(1)分层产生的机理
由于MSD器件的封装材料与其他材料之间的界面属于粘合结构(即界面的两种材料通过分子之间的作用力结合在一起),而不是两种材料互溶、互扩散、形成化合物的结构。那么在其暴露于大气中的过程中,大气中的水分会通过扩散渗透到器件的封装材料内部。当器件经过贴片贴装到PCB上以后,要流到回流焊炉内进行回流焊接。在回流区,整个器件要在183℃以上30~90s左右,最高温度可能在210~235℃(SnPb共晶),无铅焊接的峰值会更高,在245℃左右。在回流区的高温作用下,器件内部的水汽会快速膨胀,器件的不同材料之间的配合会失去调节,各种连接则会产生不良变化,从而导致器件剥离分层(如图一、图二所示)或者爆裂,于是器件的电器性能受到影响或者破坏。
然而像ESD破坏一样,大多数情况下,肉眼是看不出来这些变化的,而且在测试过程中,也不会表现为完全失效。
图1 水分膨胀导致分层过程
图2 分层在塑封集成电路中存在的四种形态
分层产生的原因
1.MSD器件的包装及存储环境未达到要求
MSD的湿敏等级按J-STD-020D《Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices》国际标准的相关要求,可分为6大类,其中湿敏等级属于2~6级的器件必须采用防潮包装。而且,一旦把器件从防潮包装中拿出来,就必须在规定的时间内组装上板,否则就有可能失效或产生可靠性问题。
因此,若MSD器件供货时已无防潮包装,入库时又不进行烘干处理并抽真空包装,在南方这种湿度较大的存储环境下,势必会造成大量MSD器件吸湿受潮。
2.受潮的MSD器件上板前未进行预处理
目前在大多数企业使用的MSD器件的湿敏等级多为3级,对于此类器件而言,打开防潮包装后,必须在168小时内进行组装上板,若超过此期限,则使用前必须重新烘干。对于BGA封装器件,则无论是否超过规定期限,使用前都必须重新烘干,然后根据湿度敏感警示标志上的说明在规定的时间内进行回流焊接。
若上板前已超过标准规定的时间期限,而且上板前也没有经过烘干的工序,怎会造成MSD器件吸湿受潮。
3.MSD涉及的制造工艺发生变化
无铅合金的回流峰值温度相较于SnPb共晶更高,可能使MSD的湿度敏感性至少下降1或2个等级。
(2)典型器件失效分析
以ADSP-TS101SAB2器件为例,具体分析如下:
1.封装形式
图3 BGA封装示意图
2.原因分析
由于ADSP-TS101SAB2器件属于BGA封装,其引脚在焊接时具有不可见性,故不能像常规方法对引脚加热焊接,只能采用间接加热的方法。即热量从芯片上部先对芯片加热,然后热量通过芯片再传导到锡球上,锡球融化后就把芯片与PCB上的焊盘链接上。其热量传递过程如下图所示:
图4 加热中热量传递过程分析
由于锡球呈一定距离分布在芯片下,热量通过锡球传递到PCB上时传递路径很窄,热通道受阻,将导致热量大量在芯片上堆积,此时器件如果在潮湿环境中吸附了水汽,则会由于汽化膨胀造成芯片与基板之间发生大面积分离,造成器件失效。但也有可能当温度恢复到常温时,芯片又会接触到基板形成临时性的电连接,但这种电连接是不稳定的,任何热的或机械应力都可能造成这种连接再次分离或接触。
3.超声波扫描照片
4 质量控制方法
分层是塑封芯片的一种严重失效模式,可引起器件性能下降、甚至失效。如:分层发生在塑料与芯片的界面,一方面,可引起芯片的键合引线由于机械拉伸,键合引线(包括内、外键合点)产生机械损伤而导致连接电阻增大或开路;另方面,可引起芯片表面钝化层损伤,导致芯片漏电增加、击穿电压下降、金属化条断裂等;再者,塑料与芯片界面的分层,导致水汽更容易进入到芯片表面,使芯片性能下降。所以,必须加以重视。
(1)MSD的标识和跟踪
要控制MSD,首先要知道哪些器件属于MSD器件。即应要求供应商确保供应的器件是被正确包装的,且包装上应标明器件的MSL,以便于我们了解器件的湿度敏感性信息,采取相应措施。其次,应建立公司所用MSD的数据库,由专人负责定期将MSD列表给相关部门。再者,应根据MSD列表,对入库的器件进行分类标识,如MSD用黄色标签纸标识,其他器件用白色标签纸标识,此标识应保持到器件贴装上板。最后,应对所有相关人员不断培训和考核,至少保证其知道MSD是怎么一回事。
(2)MSD的规范操作
要控制MSD,除了要知道那些器件属于MSD器件以外,还要掌握这类器件的存储、包装、使用方法,为此应拟制MSD操作规范,并对所有相关操作人员进行培训和考核,以确保MSD相关操作的规范性。
1.MSD的采购
应与采购合同(协议)中明确对于MSD分层的接收判据。
要求供应商确保供应的器件是被正确包装的,且包装上应标明器件的MSL。
2.MSD的检验
应拟制MSD器件的通用验收规范,内容包括:
1)适用范围
集成电路、电解电容、发光二极管等非气密性SMD器件。
2)检验步骤
A.有超声波扫描设备
外观检验判定性能检验判定应力筛选超声波检验判定烘干
B.无超声波扫描设备
可以进行电性能检测的器件。
外观检验判定性能检验判定应力筛选性能检验判定烘干
无法进行电性能检测的器件。
外观检验判定应力筛选抽样送检(超声波扫描)判定烘干
3)检验项目及合格判据
对于此类器件的检验除了常规的外观和性能检验外,还应增加超声波扫描检验。根据JEDEC的有关规定芯片表面/封装树脂间分层、引线框内引脚表面与封装树脂间分层应小于50%;引线框载片底层与封装树脂间分层以及芯片表面与导电胶之间不允许有分层。
4)应力筛选方法
具体筛选条件可根据元器件的存储温度范围(筛选时不施加电应力)或工作温度范围(筛选时施加电应力),参照JESD22-A104《Temperature Cycling》表1、表2、表3的有关内容选择筛选温度和循环周期。
5)干燥方法
通常情况下,采用的干燥方法是在一定温度下对器件进行一定时间的恒温烘干处理。
根据器件的MSL、大小和周围环境湿度状况,不同的MSD的烘干过程也各不相同。通常情况下烘干温度不应高于该器件的最高存储温度,具体温度和时间可参照IPC/JEDEC J-STD-033B《Handling,Packing,Shipping and use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices》表4-1的有关要求执行。
6)注意事项
由于超声波扫描过程中必须将器件浸入水中,所以扫描结束后应将器件进行烘干处理后再进行下一步处理。
烘烤时需注意ESD保护,尤其烘干后,环境特别干燥,最容易产生静电。
检验时需注意佩戴静电手环、手指套等防静电用具。
需确定MSD的MSL,并以黄色标签纸标注。
如需送专业检测机构进行超声波扫描,则若检测结果为不合格,则应由供应商承担检测费用,此项可列入相关采购合同(协议)中。
3.MSD的包装和存储
对于经检验合格的MSD和没有用完的MSD应重新包装,主要包装材料有防潮包装袋、干燥剂、湿度测试纸等。不同等级的MSD打包的要求并不一样,在密封以前,对于MSL为2a~5a的器件必须进行干燥(除湿)处理。由于盛放器件的料盘和器件一起密封时,会影响器件的MSL,因此作为补偿,这些料盘也要进行干燥处理。
重新打包后的MSD应以黄色标签标识后储存。
对于贮存期超过1年或湿度测试纸已变色(贮存期可能尚在1年内)的器件需全数进行超声波扫描筛选(或抽样送专门检测机构测试),剔除失效器件后,重新打包存放。(对具备电性能检测手段的器件,还应进行电性能检测。)
4.MSD的使用
1)发料
为了确保物料在规定的车间寿命内完成贴装,物料配送数量在保证生产的同时,还应遵循上线物料数目最小的原则。例如MSL等于4的MSD,其车间寿命为72小时,则如果贴装无法在72小时内完成,就应该分批发料,以确保在器件失效以前完成生产。
2)涉及的制造工艺
①MSD可暴露于空气中存放的时间
应注意元器件包装被打开后用于安装和焊接的过程中可以暴露于空气中存放的时间,以防止因元器件吸湿受潮而导致的回流焊焊接质量下降或电气性能改变。IPC/JEDEC J-STD-033B《Handling,Packing,Shipping and use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices》表5-1规定了在装配过程中,一旦密封防潮包装被打开,元器件必须被用于安装、焊接的相应时间。绝大多数集成电路器件的湿度敏感等级为3级,其车间寿命,即从将其取出防湿袋到干燥储存或烘干再到回流焊所允许的时间段为168小时;而BGA封装器件的湿度敏感等级一般来说为5级以上,车间寿命在48小时以内。
②上板前预处理
由于在装配过程中,元器件包装被打开后有可能无法在相应时间内使用完毕,使得其暴露于空气中的时间超过了上表规定的时间,那么对这些元器件应在回流焊前进行烘烤。烘烤的温度不应高于该器件的存储温度上限,同时不能超过125℃,因为过高的温度会造成器件内部损伤,但若烘烤的温度过低,则无法起到除湿的作用。具体温度和时间可参照IPC/JEDEC J-STD-033B《Handling,Packing,Shipping and use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices》表4-1的有关要求执行。
如果条件允许,建议在装配前烘烤元器件,这样做,一方面有利于消除其内部湿气,另一方面有利于提高其耐热性,减少元器件进入回流焊受到的热冲击对器件的影响。元器件在烘烤后取出,自然冷却半小时才能进行装配作业。
③焊接温度
焊接温度应满足IPC/JEDEC J-STD-020D《Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices》表4-1、表4-2的有关要求,原则上SMD器件不允许手工焊接。
④X-RAY检测
由于BGA封装器件经无铅回流焊,其焊球内易产生气泡,而这种缺陷(见下图中的白色亮点)可以通过X-Ray检测出来,故要求外协厂商增加X-Ray对BGA封装的检查这一工序,并在外协协议中规定对于气泡的可接受标准。
图6 失效器件X-RAY检测结果
3)返修
如果要拆掉印制板上的MSD器件,最好采用局部加热,器件的表面温度控制在200℃以内,以减小湿度造成的损坏。如果有些器件的温度要超过200℃,而且超过了规定的车间寿命,在返工前要对印制板组件进行烘烤,在车间寿命以内,器件所能经受的温度和回流焊接所能承受的温度一样。
(3)库存MSD器件的处理方法
对于库存MSD器件的处理方法,也可以分为两种情况。若有超声波扫描设备,则应全数进行扫描筛选。若无超声波扫描设备(或设备尚在采购中),可按如下步骤操作。
1.分类
1)按封装形式
筛选出表贴式MSD器件和需经回流焊的直插式MSD器件。
2)按入库时间
根据MSD的MSL等级,在1(按封装形式)的筛选结果中进一步筛选出入库时间超过车间寿命的器件。
3)按元器件价格
在2(按入库时间)的筛选结果中进一步筛选出价格≥10元/个的元器件(据了解,专业机构检测费用为750元/小时,一般来说1小时可以检测6个批次左右的器件(每一批次器件厚度需一致,根据器件的体积在20~30个左右),复杂器件除外)。
2.复验
1)具备电性能检测手段的MSD器件,应全数进行电性能复测和温度循环应力筛选,复测合格后抽真空保存。
2)不具备电性能检测手段的MSD器件且经过之前方法筛选出来的器件,应抽样送专门的检测机构进行超声波扫描。
3)根据复验结果确定库存器件是否还可以使用。
(4)贴装MSD器件的印制电路板组件
1.MSD器件的使用参照3.2.5,对于BGA器件,上板前应进行干燥处理(元器件在烘烤后取出,自然冷却半小时才能进行装配作业),相关要求应列入外协技术协议中。
2.要求外协厂对回流焊后的BGA器件进行X-RAY扫描,发现失效应及时更换,并提供合格产品的扫描照片。
将加工好的印制电路板组件抽样进行超声波扫描(若需送往专门检测机构进行检测,则测试不合格应由外协厂承担检测费用,由于电路板组件的测试费用非常昂贵,所以必须写入技术协议中),测试结果合格方能进入下一步工序。
参考文献
[1]《塑封集成电路分层研究》 吴建忠,陆志芳
[2]JESD22-A104《Temperature Cycling》
[3]IPC/JEDEC J-STD-033B《Handling,Packing,Shipping and use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices》
[4]IPC/JEDEC J-STD-020D《Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices》
概述
IC卡是Integrated Circuit card(集成电路卡)的简称,有些国家和地区称其为智能卡,它是将一个或多个集成电路镶嵌在塑料基片中,封装成卡的形式。IC卡具有写入数据和存储数据的能力,其存储器中的内容根据需要可以有条件地供外部读取,或供内部信息处理和判断之用。
根据卡中所镶嵌的集成电路的不同,IC卡可分为:
(a)存储器卡:卡中的集成电路为电擦除可编程只读存储器EEPROM;
(b)逻辑加密卡:卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM;
(c)CPU卡:卡中的集成电路包括中央处理器CPU、EEPROM、随机存储器RAM以及固化在只读存储器ROM中的卡片操作系统COS。
严格地讲,只有CPU卡才是真正的智能卡。存储器卡是以EEPROM为核心的,能多次重复使用的IC卡。由于它本身只是一种数据存储介质,不具备硬件逻辑加密功能,但可以对卡内数据本身进行加密处理,因此没有或仅有很少的安全控制功能。
逻辑加密卡是在存储器卡的基础上,再增加一部分密码控制逻辑单元。由于采用密码控制逻辑来控制对EEPROM存储器的访问和改写,因此它不像存储器卡那样可以被任意的复制和改写。
逻辑加密卡的内部存储空间,根据不同的应用需要,通常可分为以下四个功能区域:
(a)制造商代码区,此区域存储不可更改的芯片制造商、IC卡制造商及IC卡发行商等代码数据,该数据用于识别、跟踪有关制造商信息及有关用户的应用情况,为在管理上增强安全性提供了可能;
(b)个人化区,这是与应用相关的区域,该区域中的相关数据控制着对该卡片的个人化过程,并对个人化操作提供安全保证,如使用次数限制、重复使用限制等;
(c)安全区,用以存放不可读取的有关安全数据,如个人密码等;
(d)应用区,用以存储有关应用数据信息。
存储器中的应用区域还有两种不同的实现方法,一种是将相关应用区域做成计数器形式,如公用电话预付费卡、停车计费卡等;另一种是存储器形式,主要用于对数据信息的存/取操作,如病历卡、校园卡等。面向计数形式的存储器主要是位操作,而存储器形式主要是字节操作。
CPU卡芯片内部集成有CPU、ROM、RAM、EEPROM、安全逻辑、密码运算协处理器等一系列功能部件,可分为以下三种类型:
(a)普通智能IC芯片:内部设置通用标准部件如CPU、ROM、RAM、EEPROM、简单的安全逻辑等,并且每一部件的功能也较为简单。此种IC芯片的安全性适中,价格相对便宜,应用开发也较为简单,比较适合于中等安全要求的智能IC卡应用。
(b)增强智能IC芯片:内部除设置通用标准部件外,还设置密码运算协处理器(CAU)及增强功能的安全逻辑等,其余部件的功能也有相应增强,其中CAU多支持如DES对称密码算法。另外,此种芯片在制造上也采取一些硬件安全保护措施,安全性较高,价格也相对较高,应用开发较为复杂,比较适合于安全性要求较高的智能IC卡应用。
(c)高级智能IC芯片:内部设置高性能的CAU及安全逻辑等,多支持如RSA非对称密码算法。另外,此种芯片在制造上采取较高的硬件安全保护措施,即使很小缺陷的芯片也必须进行登记、销毁处理。可以认为,这种芯片在软(管理等)硬(设计、制造)两方面条件的保证下,具有十分高的安全性、可靠性等技术性能,适用于高安全性的应用领域。
按卡与外界数据传送的方式分,IC卡可分为
(a)带触点的IC卡(接触式IC卡):卡上的集成电路通过有形的电极触点与外部接口设备直接接触连接,进行数据交换;
(b)无触点的IC卡(非接触式IC卡):它不向外引出触点,而是通过射频感应的方式与外部接口设备通信。
无触点IC卡是由IC芯片和接收天线组成,并完全密封在一个标准PVC卡片或其他媒介中,无外露部分。它通过天线接收到读写设备发来的射频(RF)信号后,瞬间可产生一个能量来供给芯片工作,帮助芯片完成数据的读取、修改和存储等,并返回信号给读写设备。当无触点IC卡的读写设备对卡片进行读写操作时,读写设备发出的信号由两部分叠加组成,其一是特定频率的高频无线电磁波信号,即RF载波信号,是传输电能的物理媒体和传输数字讯号的信息载体。如图3所示,无触点IC卡内有一个L/C谐振电路,其固有谐振频率与读写设备发射的频率相同,这样,卡片在电磁波的激励下,L/C回路产生共振,从而使谐振电容Co内有了感生电荷。在该电容的两端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷及时送到另一个电容C内存储起来。当所累积的电荷量达到2V或以上时,其内部电子开关导通,将电容内所积累的电荷作为电源,为芯片和其他电路提供工作电压。其二是经过调制后的各种数据信号,在智能处理程序指挥控制下,回传到天线ANT和Co组成的L/C谐振回路,使芯片完成数据的修改、存储、认证传送等操作任务,并以同一频率的已调制无线电载波返回给读写设备,如图4所示。
(c)双界面IC卡:具有符合GB/T 16649接触式接口和ISO/IEC 14443非接触式接口的IC卡。
按应用范围,IC卡可以划分为:
(a)支付工具(payment tools)
如:信用卡、贷记卡、储值支付、访问金融帐户、金融帐户之间的资金往来等。
(b)访问控制工具
包括:网络和主机的安全逻辑访问认证标记及物理访问大楼、办公室、停车场或其他重要场所的控制工具两种形式。
(c)信息存储和管理工具
(d)提高安全访问能力的工具
我们可以根据不同的应用需要选用不同类型的IC卡。
数字化建筑及居住区中的IC卡应用就是以IC卡技术为核心,以计算机和通信技术为手段,将建筑或居住区内的各项设施连接成为一个有机的整体。用户通过IC卡便可完成通常的资金结算和某些控制操作,如用IC卡开启房门,用IC卡支付电费、水费、煤气费、物业管理费、停车费、电话费、网络信息服务费等,用IC卡购物、停车, 甚至通过Internet来进行网上交费等等;物业管理人员可以通过IC卡完成门禁系统管理、IC卡发卡系统管理、餐饮娱乐管理、物业消费资金结算、信息服务管理、停车场管理、保安监控等等。
近几年来,IC卡在我国的应用有了很大的提高,与IC卡有关的技术设备已经很成熟,建筑及居住区采用IC卡管理技术上是完全可行的,关键是如何满足用户的需求,设计出安全、可靠的IC卡应用系统。GB/T 20299.1-2006的本章规定了建筑及居住区IC卡应用系统的基本要求。
1. 系统组成
GB/T 20299.1-2006的本章规定的数字化建筑及居住区中的IC卡系统主要由IC卡、终端设备、密钥管理与发卡系统、充值系统、应用及管理系统及安全策略等组成。
2. 应用领域
IC卡系统适用于GB/T 20299.1-2006所涉及IC卡应用的各种场合,如:门禁、巡更、停车、三表付费、物业管理等。
3. 一卡多用
(1)概述
随着信息技术的发展和广泛应用,对信息载体的要求趋于便利和安全,在这种技术进步和社会需求的推动下,IC卡以其存储量大、数据保密性好、抗干扰能力强、存储可靠、读写设备简单、操作速度快、脱机工作能力强等优点成为继磁卡之后的又一科技新宠,生产和应用的发展非常迅猛。我国有4亿多手机用户,都在使用IC 卡进行身份识别;第二代居民身份证采用了非接触式IC卡,具备信息储存、防伪等多重功能;各地正在推广的“交通一卡通”工程,均采用了IC卡;此外,在医保、 社保、税务、公安、公用事业、门禁、组织机构代码管理等许多领域,IC卡也得到广泛应用。
随着IC卡应用领域的不断扩展,如何将多种应用集成在一张卡上,做到一卡多用,方便持卡人或实现多功能卡便成为了人们新的目标。
在建设事业IC卡的管理上,相关部门也提出了认真贯彻国务院和国家金卡工程协调领导小组关于加强我国IC卡应用和管理的总体部署,立足建设事业IC卡应用的实际,着眼未来技术和应用的发展前景,坚持各地在实施IC卡应用项目时要统筹规划、国家主导、统一标准、统一发卡、一卡多用、加强管理的方针。
因此标准也提出:鉴于IC卡的应用领域不断扩展,建议在建筑及居住区IC卡系统建设中应充分考虑“一卡多用”的原则,为未来应用的扩展保留充分的空间以及必要的系统接口。
(2)多应用IC卡系统举例
IC卡系统结构如图-6所示。
多应用IC卡系统由发卡商支持系统、服务提供商支持系统、登录认证机构支持系统、IC卡、发卡业务支持系统、终端、卡读写器、IC卡服务提供系统、服务终端等组成。
(a)发卡商支持系统:执行向持卡人发卡等管理工作。
(b)服务提供商支持系统:针对持卡人的IC卡,进行下载及删除应用软件等管理工作。
(c)登录认证机构支持系统:在IC卡系统中,提供由PKI来进行管理的登录认证服务。作为IC卡系统的构成要素,可以使用基于公开密钥加密方式的电子签名来进行认证。
(d)IC卡:由发卡业务支持系统发行的IC卡。拥有由服务提供商支持系统提供的应用程序。根据服务提供商支持系统、及持卡人的指示,可进行应用程序的搭载及删除。IC卡服务提供系统可根据IC卡内搭载的应用程序向持卡人提供服务。
(e)发卡业务支持系统:发卡业务的支持系统。
(f)终端:提供用于操作发卡商支持系统及服务提供商支持系统的画面与功能。
(g)卡读写器:提供实现一卡多用的IC卡及IC卡系统间的接口。
(h)IC卡服务提供系统:根据IC卡中搭载的应用程序,向持卡人提供服务的各种系统。
(i)服务终端:具有画面等功能,面向持卡人提供IC卡服务的各种终端。
(3)对安全的考虑
IC卡的多应用程序环境及向已发卡内下载AP的操作等,都会给IC卡应用系统带来安全方面的威胁。这种威胁包括以下几项,见图7。
(a)非法的卡发行商、服务提供商对卡的访问。
(b)非法下载AP,或在下载途中篡改AP。
(c)在下载途中泄漏卡信息及AP信息。
(d)向伪造卡内下载AP。
(e)通过卡内的AP,访问、攻击(破坏、篡改)IC卡资源,及泄漏信息。
(f)冒充卡用户。
(g)不能使用卡资源。
多应用IC卡系统可以通过以下对策来确保安全,防止上述威胁。其中,一部分对策为必需项,一部分对策为可选项。是否选用可选项,可由IC卡应用系统的运营管理商来决定。
(a)通过登录管理,对卡发行商及服务提供商进行登录,明确其身份,并由卡发行商、服务提供商对访问卡的行为进行认证。
(b)保证应用程序与服务提供商的关系,通过卡发行商发行的应用程序搭载许可证,防止下载非法应用程序。以及,在下载时通过检查应用程序的登录内容来防止篡改应用程序。
(c)通过在进行下载时对应用程序文件或者信息通道加密来防止泄漏信息。
(d)通过对卡提供商进行认定,防止伪造卡的散布,以及,通过以公开密钥方式,对卡进行认证,查出伪造卡。
(e)通过硬件或者卡OS及中间件,隔离(应用程序防火墙)卡内应用程序,以及控制对卡资源的访问。
(f)通过使用PIN防止冒名顶替行为。
(g)在下载应用程序时,通过卡对下载者(IC卡运营系统)进行认证,以及通过发行下载收据,防止对访问事实否认的行为。
(4)多应用IC卡系统交易结算示例
结算管理中心是“一卡通”系统建设的核心,一个独立于应用的结算管理中心的建立可以避免各个应用系统自主建立中心所带来的重复建设问题,防止国家财产的闲置和浪费。
4.安全策略要求
IC卡安全策略应符合国家有关信息安全法律、法规的规定和要求,标准建议使用安全性较强的带有CPU的IC卡(以下简称智能IC卡)。
5. IC卡标准
IC卡系统中应用的IC卡,应符合GB/T 16649.1、GB/T 16649.2、GB/T 16649.3、CJ/T 166-2006、ISO/IEC 14443-1、ISO/IEC 14443-2、ISO/IEC 14443-3、ISO/IEC 10373-6等相关规范的要求。对于带有CPU的IC卡除上述标准外,还应符合GB/T 16649.5、ISO/IEC 7816-4、ISO/IEC 14443-4等规范要求。其他可供参考的规范包括:GB/T 16649.8、ISO/IEC 7816-9等。
GB/T 16649.1《识别卡集成电路卡 第1部分:带触点的卡-物理特性》,规定了带触点的IC卡的物理特性。适用于可能包含凸印和/或磁条的ID-1型识别卡。
GB/T 16649.2《识别卡集成电路卡 第2部分:带触点的卡-触点的尺寸和位置》,规定了ID-1型IC卡上每一个触点的尺寸、位置和分配。
GB/T 16649.3《识别卡集成电路卡 第3部分:带触点的卡-电信号和传输协议》,规定了电源、信号结构以及IC卡和接口设备(例如终端)之间的信息交换。此外还包括信号速率、电压电平、电流值、奇偶约定、操作规程、传输机制以及与卡的通信等。
CJ/T 166-2006《建设事业IC卡应用技术》,规定了建设事业应用IC卡的卡片技术要求、终端技术要求、应用技术要求、密钥系统和安全认证技术要求和相应的定义、符号等。适用于由建设行业发行或接受的IC卡及其相关产品。其使用对象主要是与建设事业IC卡应用相关的卡片和终端设计、制造、管理、发行以及应用系统的研制、开发、集成、维护和监理的部门(单位)。
ISO/IEC 14443-1《识别卡 无触点的集成电路卡 接近式卡第1部分:物理特性》,规定了接近式卡(PICC)的物理特性,该种卡的工作距离约在0-10cm。
ISO/IEC 14443-2《识别卡 无触点的集成电路卡 接近式卡第2部分:射频接口》,规定了在接近式耦合设备(PCD)和接近式卡(PICC)之间提供功率和双向通信的场的性质与特征。
ISO/IEC 14443-3《识别卡 无触点的集成电路卡 接近式卡第3部分:初始化和防冲突》,规定了:
(a)PICC进入PCD工作场的轮询;
(b)在PCD和PICC之间通信的初始阶段期间所使用的字节格式、帧和定时;
(c)初始REQ和ATQ命令内容;
(d)探测方法和与几个卡(防冲突)中的某一个通信的方法;
(e)初始化PICC和PCD之间的通信所需要的其他参数。
(f)容易和加速选择在应用准则基础上的几个卡中的一个(即,最需要处理的一个)的任选方法。
ISO/IEC 10373-6 《识别卡测试方法 第6部分:无触点的卡 接近式卡》,规定了接近式卡(PICC)的测试方法和接收要求。
GB/T 16649.5《识别卡集成电路卡 第5部分:应用提供者的注册》,定义了注册的应用提供者标识符(RID)的结构、以及它们的用法;规定了应用提供者的注册规程,并确定了各种机构和规程,以确保和优化相应注册的可靠性。
ISO/IEC 7816-4《识别卡集成电路卡 第4部分:用于交换的组件、安全和命令》,规定了
(a)在接口处交换的命令-响应对的内容;
(b)检索卡内数据元和数据对象的方法;
(c)用于描述卡的操作属性的历史字节的结构及内容;
(d)当处理命令时在接口处所看到的卡内应用和数据的结构;
(e)访问卡内文件和数据的方法;
(f)定义访问卡内文件和数据的权限的安全体系结构;
(g)卡内应用的识别及寻址的方法和机制;
(h)安全报文交换的方法;
(i)访问卡采用的算法的方法。
ISO/IEC 14443-4《识别卡 无触点的集成电路卡 接近式卡第4部分:传输协议》,规定了以无触点环境中的特殊需要为特色的半双工传输协议,并定义了协议的激活和停活序列。
GB/T 16649.8《识别卡集成电路卡第8部分:与安全相关的行业间命令》,规定了
(a)卡中使用的安全协议;
(b)安全报文交换扩展;
(c)卡的安全功能/服务上的安全机制的映射,包括卡内安全机制的描述;
(d)安全支持的数据元;
(e)在卡上实现的算法的使用;
(f)证书的使用;
(g)与安全相关的命令。
密码机制的选择和使用条件可能影响卡的输出。算法和协议的适宜性的评价在该标准的范围之外。并不强制卡支持该标准描述的所有命令或支持命令的所有选项。
ISO/IEC 7816-9《识别卡集成电路卡第9部分:用于卡管理的命令》,规定了用于卡管理和文件管理的行业间命令。这些命令覆盖卡的整个生命周期,因此有些命令在卡发行到持卡者手中之前就被使用,有些命令在卡终止后仍被使用。
关键词:单片机技术;电气转动;控制系统
单片机技术在通讯、交通等领域中受到广泛应用,电气转动控制系统技术人员在应用此技术的过程中,应该掌握其概念与结构信息,在总结技术应用经验的基础上,提高应用效率,为其发展奠定良好基础。
1 单片机技术总体描述
1.1 单片机技术概念
单片机技术,就是将各类部件集成在一个芯片上,所集成的部件分为:中央处理部件、读写部件、内存部件以及输入、输出部件等。由此可见,虽然其只有一个芯片,但是却具备了较多功能,能够利用微型计算机执行工作,因此,单片机技术可以应用到多个领域中[1]。
1.2 单片机结构
根据对单片机的组成与功能的研究,可以将其结构分为两类,一类是Princeton结构,在此结构系统中,数据与程序的存储活动是在同一空间运行的。另一类是Harvard结构,数据与程序的存储是在不同空间内储存的,主要因为其是以控制为主要功能,在一定程度上,可以有效提升存储结构的应用效率,进而组成一个结构形式,就是Harvard结构形式[2]。
1.3 单片机技术应用领域
在单片机技术得以开发之后,其功能较为强大,并且操简单,便于各个生产^程的使用,并且其引进成本较低,不仅能够提高经济效益,还能扩展应用领域。因此,无论是电气设备,还是职能控制、交通等领域中都能有效的应用单片机技术,并且得到了广泛应用,另外,与其他领域中的普通集成电路相互比较,可以有效发挥环境应用性的优势,不仅能够顺利完成普通集成电路不能完成的工作,还能创造出有效的控制条件,例如:煤矿领域的电气化工作、供暖电气控制中的各类工作等,在一定程度上,可以有效提升单击片技术的应用价值,为其发展奠定良好基础[3]。
2 电气转动控制技术
电气转动控制技术,就是利用电动机的动力对各类装置进行控制,保证能够提升电气控制生产中的技术自动化处理效率。在生产过程中,单击片技术是最重要的自动化控制技术之一。随着国家科技的发展,计算机技术也得以有效应用,多数新型控制结构不断推进电气转动控制系统的改革,无论是控制方式还是控制功能,都已经从传统的手动控制创新为自动化控制,并且能够更好的利用信息化技术对其进行处理,对电气转动控制系统的发展产生较为有利的作用。电气控制的原理就是利用微型处理器形成较为完善的自动化网络控制系统,结合了各类技术形成较为综合的应用系统,为其发展奠定良好基础[4]。
电气转动控制技术,其中的可编程系统控制器PLC就是核心微处理器,在一定程度上,可以利用软件形成控制功能,在与传统的控制器相比较,其具有较多优势,能够在使用或是操作过程中,形成便利的操作系统。在实施安装工作的过程中,其能够以自身体积小、维修简单的优势,提升安装的便利性。对于使用环境,可以在更多恶劣的环境中运行,因此,可以应用在冶金、石油等领域中[5]。
3 单击片技术在电气转动控制系统中的应用策略
在我国电气转动控制系统应用单击片技术的过程中,相关技术人员应该重视其应用策略,不断的改善技术应用情况,下文以INTEL180C196单击片技术为应用案例,对应用策略进行了研究,具体表现为以下几点:
3.1 控制系统
此类控制系统是由三个电路组成的,就是控制、接口等电路系统组成的,能够有效的显示出存储器数据,并且控制电路的组成部分为单击片系统电路等,但是接口电路却是对其他结构进行控制,也就是信号传递结构,控制系统中的整个电流线路与滤波线路都能有效组成一个模块。键盘与显示器之间,不仅可以与总线相互串联,还能将
数据相互交换,在一定程度上,可以使显示系统形成独立控制结构,也就是人们说的上机位。在对相关系统中的子系统进行控制的过程中,可以实施单独控制工作,以便于对电流控制结构的电流量进行增加,并且此工作的时间很短,因此,可以在多位地址数据中对其进行应用,这样,不仅能够提高系统的输入与输出能力,还能使两个存储器共同使用一个网络地址。
3.2 软件系统的应用
在电气转动控制系统中,技术人员要想更好的应用单片机技术,就要做好以下几点工作:首先,开发软件程序。技术人员应该重视各类编程的难点,尤其是汇编语言中的数据处理系统,其可有效提升计算效率,并且可以有效开发出繁琐的单片机技术,进而增强计算精确度。其次,改进计算方式。在计算电气转动控制系统中的转速以及电流环的过程中,部分计算不必利用浮点系统,因此,在应用单击片技术的过程中,可以有效对调节剂的转动速度进行变动,保证可以提升转速信号的传递速度,在一定程度上,可以有效提升运算速度,进而验证真实的数据。最后,应用系统头文件。就是在电气转动系统中,很多功能与寄存器都可以体现出系统头文件的物理地址,技术人员应该利用定制单击片系统的文件发挥技术的功能,以便于更好的优化技术应用效果。不同型号的单击片功能也是不同的,因袭,技术人员也要制定较多头文件,进而在型号发展转变的过程中,可以有效的定义出特殊功能的含义。
4 结语
在电气转动控制系统中,单击片技术的应用是较为重要的,相关技术人员应该重视各类子系统的应用,使其可以得到精确、可靠的线路控制系统,在具体技术应用过程中,可以对各类控制线路进行开发。
参考文献
[1]王丽艳,李黎,武兰江等.单片机技术在电气传动控制系统中的应用[J].中国高新技术企业(中旬刊),2015(9):46-47.
[2]王小婷,于天齐,赵宇鑫等.单片机技术在电气传动控制系统中的应用研究[J].科技经济导刊,2016(2):73.
[3]梁永春,刘建业.电气传动课程群开放式课程设计体系研究[J].中国电力教育,2011(21):167-168.
10月28-29日,中国国际物联网(传感网)大会在国家传感网示范中心――无锡市隆重举行。大会以“迎接智能时代”为主题,分设“物联网技术及商业应用高峰论坛”和“物联网投融资高峰论坛”两场论坛。
在物联网技术及商业应用高峰论坛上,物联网技术应用和城市智能化将成为全球物联网产业大玩家们关注的焦点。思科全球高级副总裁白高麟博士,蓝色巨人IBM公司大中华区董事长钱大群先生,全球芯片业的老大――英特尔公司中国区董事总经理陈伟博士,西门子中国研究院院长徐亚丁博士,全球最大的软件企业微软大中华区首席技术执行官张湘辉博士,本土著名安防企业博康集团总裁李璞先生,传感领域全球著名的企业村田公司中国区副总裁孙泉先生悉数到场,深度解析物联网产业发展方向、趋势和面临的挑战,探讨政府如何通过发展物联网产业推动产业升级物联网核心技术及发展方向、物联网技术商业化、企业如何通过应用物联网技术改造传统产业。
大会同期举行“2010中国物联网技术及产品展”,IBM、微软、中国移动、中国电信、中国联通、国家广电、华为、大唐、东软、用友等著名企业纷纷参展,展会围绕“采集、传输、处理、应用”四大核心领域,全面展示物联网产业链上各个关键环节的新技术、新产品、新装备、新工艺和新的解决方案,展示物联网在工业、电力、物流、交通、安防、环保、医疗、银行、广电、家居等领域的全新应用。
2010亚洲国际动力传动
与控制技术展览会上海召开
2010亚洲国际动力传动与控制技术展览会(简称PTCASIA)与2010亚洲国际物流技术与运输系统展览会(简称亚洲物流展)于10月25-28日在上海新国际博览中心隆重举行。
自1991年以来,亚洲国际动力传动与控制技术展览会已连续成功举办十四届,确立了其在该领域中的国际地位并成为目前同类展会中亚洲最大、世界第二大的国际知名品牌展览会。自创办以来,PTC AISA展出面积不断扩大,专业观众成倍增加,已成为全球基础零部件行业重要的展示交易平台。而中国市场的无限商机无疑将成为PTC ASIA取得更多辉煌的巨大动力和保障!2009年,在全球遭遇金融危机的袭击下,PTC ASIA逆势而上,以1,307家展商、71,000平方米的展出面积在茫茫商海中树起行业发展风向标!来自全球90多个国家和地区的47,330名专业观众更为展商带来了最切实的商业收益和最具价值的现场沟通!
2010年,PTC ASIA以更多热点话题和创新服务给观众带来了超越想象的收获:超过1500家展商、来自德国、意大利、美国、英国、法国、西班牙、韩国和中国台湾等的国际展团、80,000平方米展出面积、60,000余名专业观众及专业买家参加了本次展会。
博通收购4G移动芯片公司Beceem
博通(Broadcom)已经宣布收购Beceem Communications,进军智能手机、电脑和消费电子产品无线连接市场。Beceem是一家第四代(4G)无线通信系统的半导体平台专业供应商。
博通预计将向这家位于美国加州的Beceem支付约3.16亿美元,这笔交易将使得博通的业务从3G/2G迅速延伸至新兴的4G市场。
Beceem生产的芯片用于LTE和WiMax网络,属于第四代无线半导体技术。博通已经开发了苹果iPad及手机、家庭网络和无线基础设施数据传输芯片,随着电子设备的旺盛需求,其收入一直在强劲增长。博通公司表示,收购Beceem将使公司有能力“加快向市场提供”集成的廉价4G设备。
MIPS科技加入台积电IP联盟
美普思科技公司近日宣布,已加入台积电(TSMC)软IP联盟计划(Soft IP Alliance Program),以加速客户的产品上市时间。通过软IP计划,台积电将提供特定的设计文件与技术信息,使MIPS和其它联盟伙伴可针对台积电工艺技术优化 IP 内核。这些公司还将根据台积电的技术路线图展开合作,互相交流IP开发与工艺技术,以加快IP的准备就绪。
深圳市惠贻华普电子有限公司
新推出RF60技术平台
深圳市惠贻华普电子有限公司近日推出RF60技术平台 ,该平台集成了RF收发器的超低功耗MCU系统级芯片(SoC)(国际领先技术),为基于微处理器 (MCU) 的应用提供业界最高性能的单芯片射频 (RF) 系列。使射频设计变得简单、小巧、功能丰富和节能,AES128位加密协议使产品获得最新的安全保障.
在目前市场中,还大量存在使用声表面、高频管和编码芯片设计的单发射系统。这些小型系统都面临分立器件批次生产质量稳定性、线路面积无法适应更美观小巧结构、功能单一且不能灵活、不能重复使用不同频点应用。RF60正是针对这些缺陷解决,能适用27MHz~960MHz任意频点,小型单片系统能降低成本、简化生产。同时,带有AES128位加密计算,能很好符合汽车安防行业需要。
士兰微电子推出6-60V输入
1A大功率LED驱动芯片SD42528
近日,杭州士兰微电子公司推出了一款6~60V输入,1A大功率LED驱动芯片SD42528。该芯片是降压、恒流型LED驱动电路,采用了士兰微电子专为绿色节能产品所开发的高性能BCD工艺技术,单芯片集成LDMOS功率开关管,内置PWM调光模块和多重保护功能,具有很高的转换效率,适合于LED路灯,LED日光灯,LED景观照明等多种LED照明领域。
SD42528可应用于直流输入和交流输入等典型应用领域。直流输入典型应用中,宽输入电压范围宽达6V~60V,可以输出最大1A电流。输入电压为48V时,可串接 12个 LED,系统元器件非常少,仅需要7个元器件,非常适合应用于36V或48V电源系统。
Exar同时推出单双通道
1A降压型稳压器
Exar公司(纳斯达克:EXAR)近日了两款新产品- XRP6658 和XRP6668,分别是单通道和双通道的降压型转换器,带来每通道高达1安培的输出电流。这两款芯片的意味着Exar 在已倍受市场肯定的低压降压型稳压器产品线上又添新军。
XRP6658 and XRP666在极小的封装内集成了一路和两路高效率高性能的调节器,只需极少的元器件即可稳定工作由于静态电流低至15μA和30μA,这两款芯片无疑是同类产品中首屈一指的。”
莱迪思推出第三代混合信号器件PLATFORM MANAGER
莱迪思半导体公司近日宣布推出其第三代混合信号器件,Platform Manager系列。通过整合可编程模拟电路和逻辑,以支持许多常见的功能,如电源管理、数字内部处理和粘合逻辑,可编程Platform Manager能够大大简化电路板管理的设计。通过整合这些支持的功能,与传统方法相比,Platform Manager器件不仅可以降低这些功能的成本,而且还可以提高系统的可靠性,并提供很高的设计灵活性,最大限度地减少了电路板返工的风险。
飞兆半导体FAN5365
动态电压调节降压稳压器
今日,飞兆半导体公司 (Fairchild Semiconductor) 一款6MHz、800mA/1A的数字可编程降压稳压器产品FAN5365,具有出色的动态性能、高效率和小占位面积,成为系统工程师设计PMIC的理想互补产品。
FAN5365采用1.27mm X 1.29mm 的 9-bump WLCSP封装,是目前最小的6MHz DVS降压稳压器,相比先前解决方案的体积减小多达40%,成为智能手机、超移动PC、平板电脑和无线宽带热点设备等单一锂离子电池供电设备的理想内核处理器供电器件。
FAN5365是飞兆半导体全面广泛的DVS降压转换器产品系列的成员,可让工程师集成功能性、提升性能并减少设备尺寸及总体组件数目,从而推动设计创新。
新唐科技推出首颗Cortex-M0核心的NuVoice语音处理ICN572
新唐科技引领业界推出第一颗以ARM Cortex-M0为核心架构,专为语音处理的IC-NuVoice N572.N572 包括ARM Cortex-M0,64KB flash,8KB SRAM,以及语音输出入所需之Pre-Amplifier,ADC,DAC,及功放.新唐高整合度NuVoice语音处理 IC- N572将可以降低成本并大幅简化系统设计。
NuVoice语音处理 IC N572 强大的运算能力可同时执行多个程序:如NuOne,NuSound 等高压缩比可用来储存长时间语音资料;语音变音增加趣味;watermark 可用来传递指令或讯息;语音识别增进互动…等等,这些算法可以组合以丰富您的产品,增进产品吸引力和竞争力。
Sonics拓展中国大陆和中国台湾业务,
并任命Mac Hale为亚洲运营副总裁
近日,智能型片上通信解决方案领先供应商美商芯网股份有限公司(Sonics, Inc.)宣布,公司计划拓展在中国大陆和中国台湾地区的业务,并任命James Mac Hale先生为亚洲运营副总裁。Sonics已经在台北设立了分区办事处,并在台北和上海这两个亚洲技术爆发能力最强的地区组建了本地团队,包括新招聘的技术销售支持员工以及销售代表,以帮助公司拓展现有的业务,并支持这两个地区不断扩大的客户群。
美光针对消费应用设备
推出V100微型投影引擎
美光科技 (Micron Technology Inc.) 宣布针对消费性视频与手机应用市场,推出首款兼具精巧体积与高画质效能的 V100 微型投影引擎 (V100 pico projector engine) 。V100采用美光创新的六边型像素相乘技术 (HPX) , 可达到视频输入讯号使用的最佳效率,满足微型显示所需,为微型投影仪与新的使用模式开启无限可能。
V100 微型投影仪引擎的FLCOS 微型显示面板涵盖了所有必须的图像处理,免去了增加额外处理器的需求,因而提供了能耗与成本优势。
LSI推出业界首款
6Gb/s SAS交换机SAS6160
近日,LSI 公司面向渠道客户推出业界首款 6Gb/s SAS交换机。该款 LSI SAS6160 交换机可将多个服务器连接到一个或多个独立的外部存储系统,从而显著扩展 SAS 在直连存储 (DAS) 环境中的功能。6Gb/s SAS 交换机为客户提供了高性能、低成本且简便易用的存储网络选择,支持云计算、数据中心以及托管主机应用环境中的机架式服务器和存储设备。
LSI SAS 交换机可实现多个服务器的资源共享,并通过 SAS 分区对资源进行高效管理,从而不但能够帮助客户优化存储资源利用率,减少存储孤岛的现象,而且还能显著简化存储管理、备份以及升级。
LinearRF至数字微型
模块接收器LTM9004和LTM9005
凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出两款突破性的 RF 至数字微型模块 (uModule) 接收器 LTM9004 和 LTM9005,这些器件集成了 3G 和 4G 基站接收器 (WCDMA、TD-SCDMA、LTE ... 等等) 以及智能天线 WiMAX 基站的关键组件。这些集成的微型模块接收器极大地减少了所占用的电路板空间,在一个便于使用的小型封装中集成了 RF 混频器 / 解调器、放大器、无源滤波以及 14 位、125Msps ADC。LTM9004 采用直接转换架构,具有 I/Q 解调器、低通滤波器和两个 ADC。而 LTM9005 采用 IF 采样架构,具有下变频混频器、SAW 滤波器和一个 ADC。这种高集成度实现了较小的电路板尺寸或通道数较高的系统,缓解了与信号的分离和路径选择有关的问题,并显著地缩短了设计和调试时间。这些接收器借助了多年的信号链路设计经验,并采用了易用型 22mm x 15mm μModule 封装。
Lantiq全球首款带有
内置光控电路的GPON系统级芯片
近日,领先的宽带接入和家庭网络技术供应商领特公司(Lantiq)宣布:推出世界首款带有内置光控电路的千兆位无源光网络(GPON)系统级芯片(SoC),该芯片应用于光网络单元(ONU)或光网络终端(ONT)。在该系列新型FALC ON器件上集成的特性使GPON ONU/ONT制造商们能够将光学元件的物料成本(BOM)降低达40%,同时还可降低系统功耗、提升光网络的整体鲁棒性以及缩小ONU/ONT网络设备的尺寸。 基于Lantiq GPON SoC的ONU/ONT设备的功耗比欧盟社会责任守则(European Code of Conduct)2011年目标所要求的还低65%,同时也低于当前拟议的2013年效率要求。凭借一个仅仅为17×17mm的芯片封装,该器件能够实现非常小尺寸的产品解决方案。
安捷伦46款
新型PXI和AXIe产品
安捷伦科技公司近日46款新型PXI和AXIe产品,将测试与测量系列产品扩展到模块化产品领域。新产品将安捷伦测量专业技术――包括先进的测量软件和高性能的硬件――引入到模块化产品中,同时提供之前在模拟、数字、微波、射频和光波测试技术方面不具备的新功能。
安捷伦推出的46款PXI和AXIe产品包括数字转换器、任意波形发生器、数字示波器、数字万用表(DMM)和一系列开关。模块包括IVI-C、IVI-COM和LabVIEW(G)软件驱动程序,以及增强型输入/输出(I/O)程序库。所有驱动程序均已针对需要高性能、高速度和高吞吐量的测试应用进行了优化。
扬智科技推出新升级版
M3701E机顶盒芯片组
2010 杭州ICTC展会上,扬智科技(ALi Corporation),携“M3701E第二代高清有线数字电视机顶盒解决方案”,与iPanel共同参展。做为扬智本次展出的主打产品M3701E,是一款同时具备高清、性能先进、灵活等诸多优势的机顶盒平台。具有双调谐器通道的M3701E支持有线数字电视多格式视频标准,支持将标清向上转换为高清视频HDMI播出;Ethernet接口可以对接“三网融合”的技术要求;PVR功能及丰富的接口扩展能力,为下一代广播电视网络(NGB)预留了足够的开发空间。
华虹NEC出席2010年中国通信集成
电路技术与应用研讨会
为进一步推进通信专用集成电路技术的发展与进步,2010(第八届)中国通信集成电路技术与应用研讨会于近日在武汉隆重召开,上海华虹NEC电子有限公司(“华虹NEC”)应邀出席了此次活动。
作为世界领先的晶圆代工企业,华虹NEC专注的嵌入式非挥发性存储以及射频等特色工艺被广泛应用于各类通信产品,公司市场副总裁高峰先生在会上发表了 “华虹NEC与中国通信集成电路产业共成长”的主题演讲,他介绍说,近年来中国通信产业快速发展,新的市场契机不断涌现,华虹NEC始终以市场需求为导向,紧跟热点应用及技术趋势,在通信产品代工领域取得不俗成绩。目前公司正在大力研发国际先进的0.13微米SiGe BiCMOS技术,今后将继续开发性价比更高的射频工艺技术平台,以期实现高端无线通信芯片的国产化。
此次会议促进了集成电路上下游企业在通信领域的沟通合作,华虹NEC将持续加强技术升级创新和业务开拓,以更先进的技术和更优质的服务,与客户共同迎接通信产业的新一轮发展!
英飞凌向中国通信市场
推出新一代LDMOS晶体管
英飞凌最近宣布推出全新的PTFB系列LDMOS晶体管,可供设计宽频无线网络基站的高功率LDMOS晶体管系列产品,新型晶体管的单管输出功率高达300W,完全支持由3G发展为4G无线网络所需的高峰值对均值功率比(peak to average power ratio)以及高数据传输速率规格。PTFB系列系列产品所提供的高增益及高功率密度,主要应用在1.4-2.6GHz频带中。如此将可使用体积减少30%的器件,设计更小型且成本更低的功率放大器。高峰值功率非常有助于设计Doherty放大器,以及减少其它架构中的零件数量。
恩智浦推出EM773电能计量芯片
恩智浦半导体近日宣布正式推出EM773电能计量芯片,这是全球首款非计费式电能计量用32位ARM解决方案。近年来,电力企业和管理部门纷纷采用先进计量基础设施(AMI)和智能仪表来推行更为精确合理的计价模式和资费标准,鼓励用户相应调整其能源消耗方式。恩智浦的EM773电能计量芯片突破了传统的计费概念,使系统设计人员能够方便地将电能计量功能整合到几乎任何类型设备中,为终端用户提供更方便直观的用电信息。EM773芯片作为计量引擎,具有自动单相电能计量功能,其API指令可极大地简化非计费式计量应用的设计工作。恩智浦EM773采用了ARM Cortex-M0处理器。
德州仪器推出业界最快的
单内核浮点DSP
近日,德州仪器 (TI) 宣布在现有数字信号处理器 (DSP) + ARM? 产品的成功基础上推出 C6A816x IntegraTM DSP + ARM 系列处理器。C6A816x Integra DSP + ARM 处理器不但可提供高达 1.5 GHz 的业界最快单内核浮点与定点 DSP 性能,而且还集成性能高达 1.5 GHz 的业界最快单内核 ARM CortexTM-A8 内核。Integra DSP + ARM 的组合架构堪称理想架构,因为 DSP 可专门用于处理密集型信号处理需求、复杂的数学函数以及影像处理算法,而 ARM 则可用于实现图形用户界面 (GUI)、网络连接、系统控制以及多种操作系统下的应用处理。这些操作系统包括 Linux、Microsoft?Windows? Embedded Compact 7 以及 Android 等。
中兴新型高端以太网交换机
选用赛普拉斯72-Mbit SRAM
SRAM市场的领导者赛普拉斯半导体公司近日宣布,全球领先的通讯设备和网络解决方案供应商中兴公司在其新型ZXCME 9500系列以太网交换机中选用了赛普拉斯的QDRTMII+ (四倍速TM) SRAM器件。赛普拉斯的65-nm 72-Mbit QDRII+ SRAM能在目前市场上最快的550MHz的时钟频率下工作,且拥有市场上最宽泛的产品选择范围,并能提供业界最多的参考设计。
除了以太网交换机之外,72Mbit器件还是因特网核心和边缘路由器、3G基站、安全路由器的理想选择,还能提升医学成像和军事信号处理系统的性能。这一系列的器件与90纳米SRAM管脚兼容,因而网络应用客户能在不改变电路板设计的情况下提升性能并增加端口密度。
安凯AK98移动多媒体应用处理器
安凯微电子在日前召开的“IC China 2010”上了最新研发成果――AK98移动多媒体应用处理器,获得了现场的广泛关注。
AK98移动多媒体应用处理器基于ARM926EJ内核,集成度高、功耗低。采用了大容量的L2 Cache和支持32bit DDR2 SDRAM,整体性能显着提升。此芯片还集成了Ethernet的MAC模块,降低了硬件器件的BOM成本。在存储方面,支持最新的eMMC Nandflash,可以提供系统的稳定性,延长产品的使用寿命。据安凯微电子总经理万享博士介绍,AK98主要针对平板电脑、上网本(MID)、学习电脑、高端学习机、高清播放器、智能手机等市场领域,尤其满足物联网发展需要。
MIPS处理器内核助Sequans
开发下一代移动解决方案
美普思科技公司(MIPS Technologies, Inc.)日前宣布,4G芯片供应商Sequans Communications已选用MIPS32TM M14Kc可合成处理器内核开发下一代移动解决方案。M14K系列是首款采用microMIPS指令集架构(Instruction Set Architecture,ISA)的内核系列,可保持MIPS32架构98%的高性能,并至少缩小30%的代码尺寸,以显着降低芯片成本。
AMD首次在华展示APU芯片
明年推首款产品
AMD在买下显卡公司ATI之后就一直在寻求CPU和显卡处理芯片的融合,将CPU和GPU融合推出Fusion技术的APU芯片成为AMD的目标。AMD今日首次在华展示了APU芯片,并透露首款产品将在明年年初。
其中APU新品的代号将为针对超便携笔记本市场的“Ontario”产品,和针对入门级主流笔记本的“Zacate”。这两款APU芯片的CPU都将采用“Bobcat”架构。
融入GPU之后的APU产品最大的特点是高性能的图形处理能力,而目前已知的关于APU的信息是APU均支持DX11的显示技术。
祥硕科技自行研发之USB3.0 ASM1042 主控端芯片正式获得微软认证
祥硕科技(asmedia Technologies.)自行研发之USB3.0 主控端芯片ASM1042, 在获得微软(Microsoft)认证后,确保主控端驱动程序与微软Win7, Vista(32bit/64bit) 与WinXP的兼容性后,即将正式量交。
USB3.0主控端芯片在外商的垄断下,市场接受度一直未能普及。祥硕科技为国内USB3.0装置端产品第一个获USB-IF协会认证之厂商,并在装置端芯片组占有龙头地位,因此市场普遍看好其所推出之主控端芯片ASM1042在兼容性会比其它厂商有相对优势。
Sonics携手北京新岸线为其提供
片上网络IP解决方案和性能分析工具
日前,美商芯网股份有限公司(Sonics, Inc.)宣布,中国发展最快的创新型系统及硅提供商之一――北京新岸线公司(Nufront)已选择Sonics的片上网络IP解决方案和性能分析工具,来开发其全新的先进笔记本和平板电脑产品系列。新岸线公司面向移动计算机的高集成、低功耗SoC解决方案系列位列市场同类产品前茅,在性能和性价比方面属于行业最佳。新岸线将获得授权使用Sonics著名的SonicsMX低功耗片上网络以及高效的MemMax内存调度器。
Maxim推出用于HSPA和LTE的
LNA MAX2666/MAX2668
Maxim推出用于HSPA和LTE等高数据速率无线协议的低噪声放大器(LNA) MAX2666/MAX2668。每款LNA具有三种可编程增益状态,允许用户动态调节线性度和灵敏度,优化不同输入信号强度下的系统性能。当邻道信号的干扰很高时(这在移动设备中十分常见),可以调节增益以保持最佳的阻塞性能。MAX2666/MAX2668能够在各种输入信号条件下保证优异的系统性能,非常适合用于智能手机和平板电脑等基于HSPA/LTE的无线系统。
面向新兴市场的SoC与IP供给
新关系――SSIP 2010在沪召开
“SSIP 2010――IP重用技术国际研讨会”于近日在上海浦东东锦江索菲特大酒店召开。本次研讨会由上海硅知识产权交易中心(SSIPEX)以及上海市集成电路行业协会(SICA)主办,会议以“面向新兴市场的SoC与IP供给新关系”为主题,围绕“面对新兴市场下SoC设计对IP的需求”以及“IP设计验证新技术”等议题展开研讨。世界领先的IP核供应商,中国大陆以及台湾的重要IP供应商悉数参加本次峰会。ARM、Evatronix、Mentor、Cadence、SMIC、C*Core、IEEE、复旦大学等世界著名IP提供商、芯片制造商、设计公司的技术专家、业内的学者、政府官员及业内人士近200人参会,多家IP供应商、设计与设计服务就IP的技术交流与商务合作达成了初步的意向。
此次会议为国内外的IP供应商和IC设计企业之间提供了一个信息共享和商务沟通的平台,凭借此平台,双方共同畅谈中国IP市场的现状与需求,探讨IP/SoC的最新成果及其交换交易的商务模式,推动技术创新与商务合作,从而协助营造国内外的以IP为核心内容的合作创新环境的建立,以加速提升产业创新发展的能力,其成果必将为全国IC设计业乃至创意产业、先进制造业、现代服务业的又好又快发展注入创新要素和新的活力。
2010第二届集成电路设计企业
与市场分销商研讨会在苏州召开
近日,由中国半导体行业协会主办,苏州市集成电路行业协会、深圳华强电子网承办的“2010第二届集成电路设计企业与市场分销商研讨会”在苏州国际博览中心南部会议区隆重召开。本次分销商研讨会借助2010“第八届中国国际半导体博览会暨高峰论坛”(简称IC CHINA 2010)这个广阔的平台,是继“华强电子网,助力分销商”2009年第一届集成电路设计企业与分销商对接交流会在苏州成功举办后的又一次激情碰对。
在国民经济持续平稳发展和半导体产业触底回升的形式下,集成电路产业也呈现出整体发展良好的势头。近年来中国电子信息产业的快速成长,促成了中国本土集成电路(IC)设计企业的兴起,同时IC的销售模式也发生了变化,直销、销售以及与分销商紧密合作,分销商提供市场需求、定义产品,下产品订单和提供技术服务等多种模式并存。分销商在推广国产电子元器件方面的作用是极为显著的,与分销商合作能节省产品开发成本,缩短产品入市时间,也能借助分销商的渠道快速打开知名度,分销商的价值展现出的实力将带出电路设计企业、分销商、整机系统厂家更多的三赢局面。越来越多的IC设计企业已经认识到了分销商的价值,迫切地需要一个与分销商沟通合作的平台。集成电路设计企业与市场分销商研讨会正是这样一个为IC设计企业与分销商提供面对面交流、探讨、合作机会的服务平台,在2009年第一届成功召开后,许多IC设计企业与市场分销商已看到到了它的好处及行业引导作用。2010苏州分销商研讨会由华强电子网营销总监刘玉瑰主持,以设计企业与分销商代表演讲研讨、合作洽谈、企业形象及相关产品展示这三种形式进行,并采用圆桌式“一对一”的方式直接让设计企业与分销商、方案商直接、有针对性的进行合作交流。
目前,我国电子分销行业尚未形成规范化的局面,在分销渠道、账期、货款上存在着安全风险,且还要面临来自国际分销商的压力,这使得电子分销市场竞争愈来愈激烈,分销商利润越来越低。这些无疑对整个行业的发展是不利的,也是本土分销商面临的挑战,分销市场正处在整合变革的十字路口,分销变革势在必行。苏州分销商研讨会的及时召开应对了集成电路分销市场的变化需求,是电子产业迅速发展的重要产物。本次研讨会上,与会的设计企业和优秀的分销商、方案商将共同探讨未来集成电路设计与市场的分销状况及发展趋势,对未来分销行业的发展变革、定位进行指导,促进产业健康、有序发展。
第五届惠瑞捷年度
关于车载电子设备,一般概念是指不涉及车辆控制与行车安全(诸如行驶系电子控制系统、安全系电子控制系统、传动系电子控制系统等等)的电子设备,是在汽车环境下能够独立使用的电子装置,他和汽车本身的性能并无直接关系,因而其大致可分为两类,一类是包括汽车信息系统、导航系统、音响系统及电视娱乐系统等等,是属于一般性的车辆辅助设备,另一类则是为执行特殊任务及工程任务的专用设备。对于这类车载电子设备,一般则有两种供电方式:一种是直接取用车上12V或24V车载电瓶,另一种是通过采用逆变器将电瓶电源转换为220V的交流电源,间接获得电源。然而这些方式下的设备总功率必将受到一定的限制,因此电源的效率是设计的重点,尤其是大规模集成电路以及数字电路的设备上的广泛应用,需要5V、3.3V以下的电源。
2.电源效率
2.1 逆变电源
由于是车载环境,设备的总功率受到限制,因此,对于采用220V的交流电作电源的设备,为了获得220V的交流电,工频逆变器则是关键部件,大多数是直接采用专业的单相逆变器,可提供比较大的输出功率,稳定的电压,谐波干扰小,负载能力强,有较高的电源效率。高端逆变器是纯正弦波电压输出,国外名牌产品尤其是欧美产品,效率都很高,可达到90%以上,而欧洲的标准是97.2%,但价格也昂贵,而国内产品则大都在90%以下,稍次点的是准正弦波逆变器,电源效率也很高,但电源谐波干扰相对较大,对要求高精度的设备不利,而方波逆变器则因为三次谐波较强而引起电磁污染严重,而且负载能力差,仅是额定负载的40~60%。概括来说,纯正弦波逆变器通过高质量的交流电,可驱动任意负载,但其技术要求及成本很高。而准正弦波逆变器,可以满足大部分的设备需求,价格适中,也是目前市场的主流产品,方波逆变器则技术含量低,效率不高而逐渐没有了市场。
2.2低压电源
低电压的直流稳压源,是大多数的电子装置及设备所必需的。就目前的技术,直流稳压电路中最常见的、应用最广的有线性稳压电源和开关稳压电源,它们各自都有一定的特点及适用范围。
2.2.1 线性稳压电源
直流线性稳压电源就其工作原理,简单地说,就是一个用等效的可变电阻器与负载串联或并联,通过控制可变电阻器发挥其分压或分流作用,使负载端电压保持恒定。
因此这类电源有一个共同的特点就是它的输出电压比输入电压低,其调整管工作在线性区,调整管与负载或串联或并联,通过改变调整管压降来稳定输出,属于降压型的稳压器。
此类电源优点是稳定性高,纹波小,可靠性高、元件最少、输出噪声最小、静态电流最小,价格也便宜。但是缺点也很突出,效率低,因调整管工作在放大状态,以致稳压器上的压降越大、负载电流越大,功耗就越大,效率更低。
2.2.2 开关型稳压电源
与线性电源相比,开关电源是运用“斩波”技术这一更为高效的工作方式。其核心是DC/DC变换电路,也称直流斩波电路。是一项能量(功率)控制技术,运用电感、电容的储能特性,通过可控开关的通断时程,间断地将输入的电能储存在电容(感)里,然后再释放给负载,从而提供合适的电能给负载。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。
DC/DC变换电路就是将输入的直流电压变换成固定的或可调的输出直流电压。主要控制方式为脉冲宽度调制(PWM)控制,DC/DC变换电路广泛应用于开关电源。
根据电路的拓补结构,常见的DC/DC变换电路主要有非隔离型电路、隔离型电路等。
*非隔离型电路(无变压器)
非隔离型电路即各种直流斩波电路,根据电路形式的不同可以分为降压型电路、升压型电路、升降压电路、库克式斩波电路和全桥式斩波电路。其中降压式和升压式斩波电路是基本形式,升降压式和库克式是它们的组合,而全桥式则属于降压式类型。下面重点介绍斩波电路的工作原理、升压及降压斩波电路。
*隔离型电路(有变压器)
在非隔离型电路中加入变压器,将输入输出电路电气分离就可构成隔离型电路。
正激电路与反激电路之分,其特性与运用场合各有不同。
反激式:适用于200W以下的小功率供电,而小功率电子产品,在日常应用较为普及。开关管截止时,向次级输送能量,电路简单、元件数量较少、成本相对较低、输出电路中虽然用到滤波电感,但要求却不高(一般采用定值取值,而不必进行计算)。
正激式:开关管导通时传输能量,适合于200W以上的供电电路。它的高频变压器传输效率高于反激式,可使变压器体积更小、输出纹波较反激式小,但要计算滤波电感的参数,正激式的缺点:开关损耗大于反激式、噪声大于反激式、元件数目比反激式多。200W以上的电子产品在日常使用较少,反激式适用于200W以下的小功率供电,而小功率电子产品,在日常应用较为普及,这也就是反激式用量多于正激式的原因
整体而言,开关电源的优点是功耗小、效率高(可以达到80~95%)、稳压范围宽、稳定可靠、因工作在相对高频,滤波的效率大为提高,使滤波电容的容量和体积大为减少;缺点相对于线性电源来说成本较高、纹波较大,还可能带来难以克服的EMI问题。
3.低压电源设计
车载设备的电源主要取自电瓶12V/24V电源,以及通过逆变器而间接获得的220V交流电,由于是车载环境,在电源的使用上有其特殊性与局限性,因而在电源的选择上,提高电源效率是永恒原则,开关型直流稳压电源可满足对电源效率和安装体积有要求的地方,对于电磁干扰和电源纯净性有较高要求的地方多选用线性直流稳压电源,这是不得已的折中办法,必须根据具体要求,环境情况灵活运用。
在选择或设计一个电源之前,应当先充分了解和掌握不同性质的电源的性能特点,同时还需要预先清楚此电源所服务的都是些什么系统及设备,详细了解其对电源的要求和限制,对这些问题的掌握和透切了解,可大大降低成本和减少开发时间。
1、线性直流稳压电源在设计上,主要的技术措施是降低调整管的功耗。
1)控制输入输出电压差,通过设计选择合适的220V交流降压变压器的输出电压;
电路中要求提供较低电压的电源,如果功率也比较小,可通过稳压二极管等构成二次电源;
2)控制稳压源满负荷状态的输出功率,以降低总输出电流,必要时可将按并联方式供电的电子设备分作几部分,以便为其独立供电;
常用的线性串联型稳压电源芯片有:
* 78XX系列(正电压型),79XX系列(负电压型),(实际产品中,XX用数字表示,XX是多少,输出电压就是多少。例如7805,输出电压为5V),属于固定输出电压型;
* LM117/LM217/LM317(可调正电压型),LM137/LM237/LM337(可调负电压型)三端可调稳压器集成电路。
关键词:ARM;LPC2210;嵌入式系统;脑血氧监测仪
引言
氧是人体新陈代谢的重要物质,脑组织新陈代谢率高,耗氧量占全身总量的20%左右。在心脑血管疾病及脑外伤病人的临床抢救与治疗中,如果缺乏对脑组织供氧的监护手段,就有可能造成脑组织神经功能的丧失或损害。因此,提供一种连续监测大脑供氧状况的临床设备,对提高心脑血管和脑外伤等多种疾病的诊断和治疗具有重大意义。在健康监护和临床诊断中,对脑组织血氧参数的监测是不可缺少的。
本文即应用ARM微处理器开发了一种带有网络通信功能的嵌入式脑组织血氧参数监测设备。
系统硬件设计
整个硬件系统由脑血氧检测探头脉冲驱动电路、滤波放大电路、LPC2210系统及接口电路组成。由LPC2210产生PWM脉宽调制信号,经探头脉冲驱动电路放大,用于驱动探头的光源发光,并产生周期性的光信号。探头中的光电传感器采集含有脑组织血氧信息的光信号,经光电转换产生电信号。滤波放大电路将得到的电信号进行低通滤波和信号放大。LPC2210对放大后的信号进行A/D转换,并进行数字处理,同时通过接口电路扩展键盘、LCM图形液晶显示、RS232串口和以太网接口,用于整个系统的控制、显示、与上位机(PC机)的通讯以及网络通信。其系统框图。
LPC2210系统及接口电路
LPC2210是飞利浦公司基于一个16/32位ARM7内核的微控制器。它具有极低的功耗,16KB片内SRAM,多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出以及多达9个外部中断,特别适合用于工业控制、医疗系统等。
系统电源电路如图2所示。220V市电输入后经过B1单相桥式整流,再由三端稳压器件U1和U2稳压,分别产生+5V和-5V电压,给探头集成电路和集成运放LM324供电。由于LPC2210微控制器要使用两组电源,I/O供电电源为3.3V,内核及片内外设供电电源为1.8V,因此在+5V后面再使用低压差电源芯片稳压输出3.3V和1.8V电压,低压差电源芯片U11、U12采用了SPXl117M3-1.8和SPXll17M3-3.3,其特点为输出电流大,输出电压精度高。
本系统的复位电路使用了SP708S,由于在进行JTAG调试时,nRST和nTRST可由JTAG仿真器控制复位,因此使用了三态缓冲门74HCl25进行驱动,如图3所示。系统时钟电路采用了外部11.0592MHz晶振,使串口波特率更精确,同时能够支持LPC2210片内PLL功能,用1M电阻R45并接到晶振两端,使系统容易起振。JTAG接口电路采用了ARM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口,其信号的定义与LPC2210的连接电路。根据LPC2210的应用手册说明,在RTCk引脚接一个4.7K的下拉电阻,使系统复位后,LPC22lO内部的JTAG接口使能,这样就可以直接进行JTAG仿真调试了。本系统扩展了4MbSRAMfIS 6IL25616AL)和16MbFLASH(SST39VFl60)。为了方便程序调试和固化,使用了BankO和Bankl的地址空间,可以通过跳线将LPC2210的CS0和Cs1分别分配给SRAM或者FLASH。程序调试时,分配SRAM为BankO地址;最终代码固化到FLASH时,分配FLASH为BankO地址。
由于系统是3.3V系统,所以使用了SP3232E进行RS232电平转换。SP3232E是3V工作电源的RS232转换芯片,接收端和发送端分别接到LPC2210的PO.0-TxDO和PO.1_RxDO口。本系统具有16个按键,用于菜单选择,输入病人的信息等功能。系统使用了I2C接口的键盘驱动芯片ZLG7290,ZLG7290是一款功能强大的键盘驱动芯片,最多可支持64个键盘。
本系统采用点阵图形液晶模块接口电路,可以直接与T6963C液晶驱动模块连接使用。系统采用8位总线方式,液晶模块没有地址总线,显示地址和显示数据地址均通过DB0-DB7实现。模块的工作电压是5V,而LPC2210的I/O电压为3.3V,所以在总线上串接470的保护电阻。让图形液晶模块的C/D与A1连接,使用A1控制模块处理数据命令,并且可以利用LPC2210的16位总线方式操作图形液晶模块(高8位数据被忽略)。模块片选信号CE由LPC2210的A22和外部存储器Bank3片选CS3相“或”后得到,当A22和nCS3同时为O时,模块被选中。LCM接口电路。
本系统设计了以RTL8019A5芯片为核心的以太网接口电路,其电路原理图如图5所示。由于LPC2210是开放式总线,所以电路设计为16位总线方式对RTL8019AS进行访问,数据总线DO-D15与芯片SDO-SD15连接。由于RTL8019AS的工作电压是5V,而LPC2210的I/O电压为3.3V,所以在总线上串接470Ω的保护电阻。RTL8019AS工作在跳线模式,基地址为0x300H,所以电路上SA6、SA7、SAl0-SAl9均接地,SA9接电源。SA8与地址总线A22相连,SA5与LPC2210的外部存储器Bank3片选CS3相连,当SA8为1,SA5为0时,选中RTL8019AS。其它引脚的连接方法可参考RTL8019AS的应用手册。
探头脉冲驱动电路
脑血氧探头部分的前置放大电路需要系统提供+5V和-5V电源,同时灯泡需要提供电压大约为9V、周期为4s、占空比为1/3的脉冲方波,以实现760nm和850nm两个光源轮流发光和检测到响应的背景噪声。脉冲方波可以由LPC2210的PWM实现,可是其输出电压为3.3V,不足以驱动探头灯泡发光,因此采用了开关模式电压转换器MAXl848,它产生最高至13V的输出电压,足以驱动小灯泡。通过灯泡的正向电流与加在CTRL引脚的电压成正比,将LPC2210的PO.9和P0.8定义成PWM状态,通过软件使其产生上述的脉冲方波,接在CTRL上。当加载在CTRL上的电压小于lOOmV时,MAXl848会进入关断模式,这样可以实现PWM调光功能。探头与系统电路之间采用了标准的9针接口,方便组装和拆卸。放大电路如图6所示。
滤波放大电路
脑电数据采集系统一般处于含有大量电器设备的环境,通过脑电检测装置导联线及人体自身的分布电容,电磁干扰尤其是50Hz工频干扰极易引入人体。低通滤波是一种常用除工频干扰的方法,这种处理方法使电路得到简化,滤波后的截止频率约为33Hz。集成运算放大器LM324将滤波后的信号进行放大,通过LPC2210的P0.27和P0.28进行A/D转换得到数字信号,如图6所示。再根据Lambert-Beer定律,利用软件进行相关运算,得到脑组织的血氧参数,通过显示屏输出,实现双探头检测双侧脑组织局部血氧参数的功能。
系统软件
系统软件应用ADSl_2集成开发环境编写和调试,它是ARM公司推出的ARM核微处理器集成开发工具。在μC/OS-II操作系统上,应用C语言编写源程序,使用ADSl.2中的CodeWarrior IDE进行操作系统移植、软件的编译、连接生成二进制代码。通过AXD调试器和JTAG进行调试,最后固化到系统的FLASH上。
结语
本文介绍了嵌入式脑血氧监护仪的系统电路设计,用于实现双路双侧脑组织血氧的参数监测,可通过串口通讯的方式将监测参数和病人的信息传输到PC机进行储存和管理,也可使用以太网接口将信息发送至远程终端便于进行远程监控和诊断。在家庭、野外或者战场监护中有比较广泛的实用前景。
参考文献