模拟集成电路设计前景精选(九篇)

第1篇：模拟集成电路设计前景范文

通过光敏三极管将光的强弱转换成光强的电信号，该信号送入放大器经放大处理，同时送入两路比较器，其中一路是上限比较器，一路是下限比较器.通过光电转换模块对光强的转换，当输出电压达到0.4~0.45V时，放大器输出信号小于下限比较电平，下限比较器翻转，信号送入反相器，通过显示模块进行显示，随着光强的增强，当输出电压达到0.55V，放大器输出信号小于上限比较电平，上限比较器输出发生翻转，信号送入反相器。

2照明灯电压闭环控制

光敏三极管接收的光强信号经处理送入压控开关电源的控制端，对输出电压进行控制，使加在灯丝两端的电压随光强的变化而改变，从而实现照明灯电压的自动调节。通过设计的硬件电路，可以实现设备所需的标准背景电平，调节出口处光强的强与弱，都可以根据信号的变化，自动将输出灯压调到合适范围内，实现照明灯的闭环控制。

3设计方法

3.1电源模块

本电源是两个独立电源的组合体，其中主控电源是一个可靠、大电流压控电源，其输出电压随其控制端外加的直流电压的改变而变化。输出电压为交流220V+20%,50Hz。输出电压精度及负载能力、电路保护功能都有输出短路保护。图4为电源控制特性曲线，可清晰的看出电源模块输出电压随控制电压的关系。

3.2运算放大器

运算放大器[4-5]具有两个输入端和一个输出端，如图5所示，其中标有“+”号的输入端为“同相输入端”而不能叫做正端)，另一只标有“一”号的输入端为“反相输入端”同样也不能叫做负端，如果先后分别从这两个输入端输入同样的信号，则在输出端会得到电压相同但极性相反的输出信号：输出端输出的信号与同相输人端的信号同相，而与反相输入端的信号反相。本文设计应用LM型运算放大器，通过电路设计来完成合理控制电压输出。

3.3ProtelDXP

ProtelDXP2004[6]是一个32位的电子设计系统，它是一套构建在板级设计与实现特性基础上的EDA设计软件，其主要功能包括电路原理图设计、印刷电路板设计、改进型拓扑自动布线、模拟/数字混合信号仿真、布局前/后信号完整性分析、PLD2004可编程逻辑系统，以及完整的计算机辅助（CAM）输出和编辑性能等。原理图设计系统是ProtelDXP2004的主要功能模块之一，提供了强大的电路原理图绘制功能：1)功能完善的多功能编辑器；2)层次化、多通道的原理图编辑环境；3)交互式全局编辑功能；4)强大的电路设计自动化功能。本文通过此软件设计背景电路模块，实现背景目标的模拟，也为工程实践打下基础。图6为背景目标电路的主要设计部分，可实现背景照明等的电压调控，再根据电压控制电路调节获得检测仪所需要的背景电平信号，从而达到标准。

3.4Multisim

Multisim[7]是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。仿真的内容：1）器件建模及仿真；2）电路的构建及仿真；3）系统的组成及仿真；4）仪表仪器原理及制造仿真。

4研究结果与分析

4.1电路仿真图

如图7为模拟背景电路电压输出仿真，根据仿真图可以得出电路反应时间以及输出电压值，根据设计，得到电压值为0.424V，基本上符合研究计划的0.4~0.55V标准，可以为此检测仪进行设备的性能参数检测提供均匀的符合标准的光源。通过主控计算机输出的控制指令，使输出的背景在0.4~0.45V区间，进行设备的各性能参数测试。

4.2背景目标实现

应用ProtelDXP2004软件进行PCB板设计连接，以此进行实装电路构造，并组合此检测系统，验证此设计的正确性。图8为本文设计电路所生成的目标背景信号源，根据主控计算机的输出命令，调节输出电压，应用设备对背景目标进行信号采集观测，可观测到图8中的亮斑即为目标源。为下一步进行目标跟踪、数据处理打下基础。

5结论

第2篇：模拟集成电路设计前景范文

【关键词】模拟电路;理论教学;实践教学;现状;对策

一、模拟电路课程发展现状及问题分析

模拟电路是为电信工程专业学生开设的一门专业基础课，这门课程覆盖面非常广，它是电类专业的基础课程，其他非电类工科专业也会开设相应的课程。像在机械学院电类基础课程中也会涉及到模拟电路的教学。模拟电路课程除了包含了模拟电子技术课程之外，还包含了射频、电路等课程，有的学校从大二开始一直开到大四的选修课。随着电子信息科技的高速发展，对相关人才的需求也会不断增多，为此该课程的学习也十分必要，这门专业基础课程还是有着很好的发展前景。

但是目前在课程教学过程中还是存在着不少的问题：

首先，我们的教材内容和实际应用差距比较大，按照现在半导体工业的发展，现在很多器件的内容已经不再是原先我们讲的集成的了，相对于实际发展而言我国现有的教材显得有点落后;

第二，各个学校为了压缩学时，很多课程都尽量采用少学时，模拟电路合理的教学课时应该保持在72个学时，但是由于其他课程的挤压，课时数一降再降，这给老师教学带来了很多的压力，学生的学习效果也会大打折扣;

第三，思想上的怠慢，有人会觉得模拟电路这门课程已经过时了，现在很多系统都是数字的，手机也是模拟系统的，电视也是纯数字系统，也许没有必要把模拟的课程讲下去，其实数字电路和模拟电路还是有区别的，学习模拟电路还是必须的;还有就是理论跟实践之间有一些脱节，教师在教学时着重将理论，不太关注硬件、实践教学，这就会使得学生跟不上技术发展的潮流，很少能够接触到新器件。

二、模拟电路课程与教学探索

（一）课程发展宏观上的把握

1.改进教材

相对于实际发展而言我国现有的教材显得有点落后，按照现在半导体工业的发展，现在很多器件的内容已经不再是原先我们讲的集成的了，为此我们必须改进教材。国内教材的修订速度较慢，目前有几本国外的教材相当不错，我们可以引用。

2.学习思想要端正，充分认识到模拟电路的发展前景

由于其他课程的挤压，课时数一降再降，这给老师教学带来了很多的压力，学生的学习效果也会大打折扣。因此我们必须立足现实情况，力求在现有课时的基础上真正把模拟电路精髓的东西传输给学生。还要从思想上纠正学生的错误观念，虽然目前数字化电路应用非常广泛，这并不意味着模拟电话将会消失，其实数字电路和模拟电路还是有区别的，学习模拟电路还是必须的。

3.调整课程体系，增加学生动手实践的机会

针对理论与实际脱节的状况，目前我们要做的就是，有效调整课程体系，增加实践教学的机会，还要为同学们创设一个良好的发展前景。根本上的改变，关键还是要在体制上、在体系结构上做一些大的调整。

4.学校要加强同业界的联系，清楚现在社会对该专业发展的要求

目前高校老师在做计划的时候还是偏重于高校的体系，不太关注现实的需求。其实企业需要怎样的人才，哪方面需要加强等这些信息对学校课程发展、人才培养来说还是非常重要的。搭建好校企之间的平台，有利于制定出更好的人才培养计划，促进人才自身发展。

（二）模拟电路实际教学上的探索

1.注重基础知识的教学

模拟电路是在大二为电信工程专业学生开设的一门专业基础课，相对于其他基础课程而言，这门课具有一定的难度。为此必须加强基础知识的学习，打好基础之后，才能更好地指导实践工作。学习该课程的时候首先不能受到习惯思维的影响，要能够彻底理解本课程的工程性特点，善于抓住基本点，忽略某些次要因素，有效解决实际电路工作中出现的问题;其次为了加强该课程同其他相关专业课程的紧密衔接，必须在讲述基本概念的基础之上加大复习力度，加强基础巩固;另外概念清楚、基础理论扎实，也是灵活应用集成电路的关键，但是集成电路发展非常迅速，为此必须把握重点，主要讲解常用的芯片和这些芯片相对应的电路，那么就可以通过查阅资料的方法对其他芯片和电路进行触类旁通。

2.讲授课程的主要内容时要多举例 ，有效吸引学生的兴趣

兴趣是学生学习的先决条件，没有兴趣的学习是走不远的。特别是针对这门学起来有点困难的模拟电路课程，老师在教学之前必须吸引学生的兴趣，这样才能取得良好的教学效果。在上课之前，老师可以进行问题导入，比如说比较通俗语言讲解“功率放大电路”的原理方框图时，就不能单纯的讲解，就需要先提出一个问题，吸引学生的注意力，然后再解决问题的过程中有效地进行知识衔接，在这样的主问题教学过程中，就能够以线穿珠，在讲解基本原理的基础上一个一个攻克各类问题。

3.变换实践方法，培养学生的创新和设计能力

教学过程中主问题设计能够很好地把握住重点，做到以线穿珠。除了课堂理论教学之外，实践教学也是很重要的一部分。但是传统的实践操作不外乎自己制作产品、实习实践，这一点针对于在校生来说，无论是在资金还是技术层面都存在一定的困难，所以我们必须变换实践的方法。可以要求学生学会使用仿真软件，模拟电路中有一款较好的软件就是EWB仿真软件;利用课余时间义务进行电子产品维修，一方面方便了同学，还能提高自己的专业实践水平;还可以参加各类电子设计竞赛，在竞赛活动中，不断提升学生的动手能力和自主创新能力。

4.在实践过程中，加强计算机的应用

模拟电路课程除了包含了模拟电子技术课程之外，还包含了射频、电路等课程，它的覆及面很广，除了理论教学之外，还包括个同层次的实践训练。所以必须充分利用现代化的教学辅助手段，不断激发学生学习的兴趣。

参考文献

[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2005.

第3篇：模拟集成电路设计前景范文

【关键词】虚拟现实;虚拟仪器;电子教学

2010年的年初，詹姆斯.卡梅隆的3D电影《阿凡达》席卷了全世界，这部电影完全颠覆了人们心目中传统电影的概念，艺术表现技术发生了质的飞跃，为全世界展现出了宏伟壮观的视觉效果，特别利用了三维立体的电影技术，现在的电影艺术里已经把这项技术作为重要的卖点。电影不仅让观众深深体验到前所未有的三维的视觉和心灵的冲击，同时3D技术也成为了人们关注的焦点。近年来，随着科学技术的成熟，3D技术应用于越来越多的领域，除了全国人民都比较熟悉的3D电影技术，电视与游戏的3D技术也正在兴起，同时虚拟社区的3D商店和虚拟现实技术也逐渐走进了高校的电子教学中。虚拟现实技术在电子测量领域的应用非常广泛，其中也包括电子设计和虚拟实验等。虚拟系统中的编程语言LabVIEW等课程是高校理工科学生和必修课程。目前国内的大学都配有虚拟电子实验室，其中大量应用虚拟现实技术的电子实验教学软件。为了方便教学，学校专门建立虚拟电子实验图像的交互式的教学平台，由电子计算机辅助教学，并且还可以对电路和虚拟实验的非损耗设备进行定期检测，教学设备的类型多样，实验成本低且效率高。

一、虚拟现实技术概述

一般来说，只要是通过三维模型实现人机交互的操作就都可以被称为虚拟现实的技术。虚拟现实的定义还可以用更为严格概念表述：就是指通过虚拟仪器的操作，然后应用到相应的实际场景中，并赋予这个场景一定的功能显示。例如3D汽车模型，当车辆的三维模型制作出来后，可以允许用户选择这个三维模型所处的背景，可以是运行在城市或乡村的路上，它允许用户编写动作脚本为这个虚拟模型进行定义，满足各个要素后得到的才是最完整的“虚拟现实”。

虚拟现实还应该具有以下的特点：

多感知性：这个特点是指虚拟现实不仅能够表现出来计算机技术赋予的特点，通常它还具有听觉、触觉、运动甚至包括味觉、嗅觉的感知功能。

浸没感：又称临场感知，这个特点是指模拟环境的仿真度达到理想的状态，使身临其境的用户难以分辨真假，用户全身心投入到计算机创建的三维虚拟环境中，所有的环境是真实的，就像在现实世界中一样。

互动性：用户在虚拟环境中的可操作程度以及反馈程度，具体的说就是用户可以通过直接接触的方式来控制虚拟环境中的对象，并能感觉到物体的重量等具体信息，用户也可以直接操控视觉对象。

构想性：它是指虚拟现实技术可以创造出一个广泛的空间，可以通过想象扩大用户的认知范围，可以不受真实环境限制而随意的想象，哪怕是现实环境中不可能发生的。

二、在电子教学中应用虚拟现实技术

现在我们所说的虚拟现实技术的本质主要是指人与计算机之间信息交流的技术，针对虚拟现实技术的特点，我们可以把这一技术应用于电子教学过程中，提高教学质量。

1.虚拟教学与虚拟实验

虚拟现实技术能够为为学习者提供丰富的学习资源和学习材料，借助于虚拟现实技术，教师和学生可以在虚拟环境中观察到一些关键问题，让学生在亲身体验中获得实践经验，大大提高了他们对抽象知识的理解能力和对所学内容的控制能力。虚拟实验主要是利用虚拟现实技术建立各种虚拟实验室，根据教学的需要可以在任何时间内，并以任何形式虚拟各种各样的教学设备，教学内容可以不断更新，使教学训练能够与科技的发展速度同步，为学生提供生动逼真的学习环境。

2.虚拟仿真校园

以虚拟现实技术为基础建立远程教育平台，为学生提供移动学习空间，因为高校扩招，目前学校的学生人数已经达到了一定的规模，相比而言学校的教学资源出现了紧张的现象，远程教育通过课程目录和网站程序的交互式远程教学，为每个远程终端开放继续教育，可以提供更多的学习机会和专业技术培训，也能为社会创造更多的经济效益。

三、虚拟仪器在电子教学中的优势

在教学过程中，完整的测试仪器会由许多不同的仪器组成， 这些虚拟仪器和计算机网络互连，网络模块可以建立通信系统与远程应用工具交流信息，通过互联网电子邮件系统的功能为远程实验教学创造了有利条件。

虚拟仪器拥有强大的数据处理功能，它以计算机技术为核心技术，使用虚拟仪器可以很容易地测量变量，并且清晰的显示测量分析的过程。而传统仪器的测量存在一定误差，虚拟仪器的测量速度快、精度高，优势比较明显。

虚拟实验的设计和测试是各种电子电路等电路虚拟实验的反馈，教师可以设计计算机“虚拟组件”和“虚拟测试仪”工作平台，学生通过远程网络学习后访问学校的虚拟实验室系统，执行应用程序即可进行虚拟实验，测试的结果和模拟分析过程都会存储在磁盘上，有且于学生对于学习结果的巩固。

虚拟电子实验室为学生创建了一个理想的测试环境，构建新的教学模式，促进学生的创新能力，教学结果的验证实验方案也可以选择解决具体生活中的问题，如数字电路课程结束后，学生可以把虚拟实验室中的操作用于声控灯、报警电路、控制电路和控制电子交通灯的电路设计，不仅可以提高学生学习的积极性，还有助于提高教学质量和学生的动手操作能力。教师还可以利用虚拟电子实验室设计一些高难度的综合设计，例如数字钟里的计数、译码和分频电路对于钟表数字显示的控制，集成的组合逻辑电路和时序逻辑电路等，进一步培养学生的能力。

参考文献

[1]胡长涛，徐淑娟，朱翠兰.虚拟校园漫游系统的研究与实现[J].机电产品开发与创新，2011（02）

[2]陈路，吴成明.基于VRML的虚拟场景构建的优化[J].电脑学习，2008（06）.

[3]李欣.虚拟数字校园场景建模研究[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2005（04）.

[4]朱岩，鲍泓，张姝，孙悦，马楠. 场景三维仿真漫游系统设计与实现[J].北京联合大学学报（自然科学版），2010（04）.

[5]张伟.Web3D技术在网络课程建设中的应用[J].电脑学习，2009（06）.

第4篇：模拟集成电路设计前景范文

关键词：VRGIS　虚拟现实　GIS　三维地质建模　向家坝水电站

1.前言

当今社会已步入信息化时代，计算机信息管理的水平，已成为衡量大型工程现代化施工管理水平的重要标志之一。在大型工程的建设过程中，勘测资料、设计资料、施工资料、验收资料等数据量浩如烟海，这就给收集、汇总、查找工作带来了极大不便，而且，资料的管理不善还会延误工期，造成不必要的国民经济损失，这是业主和施工管理者面临的一大难题。因此，对重大工程来说，建立一个适合自身需要的信息管理系统势在必行[1，2]。

向家坝水电站位于金沙江下游，是金沙江流域水电开发中的重要控制性工程。其设计正常蓄水位380.00m，最大坝高161m，总装机容量6000MW。该工程地质构造复杂，勘测数据庞大，地质工作者很难对其在工程岩土体中的分布规律有一个整体和直观的把握，为了适应这一当代巨型水电工程建设的需要，提高地质工作者的工作效率，促进可变更设计与信息化施工等新技术的推广和应用，利用三维建模技术[3，4]与虚拟现实技术，建立一个VRGIS系统是极为必要的。

领域

用途

科学视觉化

数学、物理、化学、生物、考古、地质演化、灾害模拟、行星表面重建，虚拟风洞试验，分子结构分析

医学

外科手术，远程遥控手术，身体复建，虚拟超音波影像，药物合成

教育

虚拟天文馆，远程教学，虚拟实习

艺术

虚拟博物馆，音乐

商业

电传会议，电话网路管理，空中交通管制

景观模拟

建筑设计，室内设计，工业设计，地形地图

军事

飞行模拟，军事演习，武器操控

太空

太空训练，太空载具驾驶模拟

机械人

机械人辅助设计，机械人操作模拟，远程操控

工业

电脑辅助设计

娱乐

电脑游戏

2. VR与VRGIS

2.1 VR技术

虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)是一种在计算机图形学、计算机仿真、传感技术、显示技术等多种学科交叉融合的基础上发展起来的计算机技术，最早可以追溯到美国学者Ivan Sutherland于1965年所发表的论文“终极显示”（Ultimate Display）[5]。经历了20余年的发展，该技术已经广泛地应用于许多行业中，如表1所示。它具有以下三个基本特征：

（1）沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像．使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，达到身临其境的感觉。

（2）交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

（3）多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

2.2 VRGIS

VRGIS(Virtual Reality Geography Information System) [6]是地理信息系统与虚拟现实技术相结合的产物，是目前地理信息系统和虚拟现实技术研究的热点和前沿方向之一。尽管GIS和VR技术的发展可追溯到20世纪60—70年代，但是，第一个较为成功的VRGIS却出现在90年代初期，是美国侨治亚州教育学院的校园环境信息系统。从那以后，出现了大量的关于VR和GIS相结合的应用和理论研究，VRGIS日益引人注目。

简单地说，VRGIS可看作一个特殊的“传统型”GIS，它具有传统GIS系统所具有的空间数据的存储、处理、查询和分析等功能，只是将VR技术作为主要的用户界面和交互方法。根据Faust在1993年提出的VRGIS概念，一个理想的VRGIS应具有以下几个方面的特征：（1）空间数据的真实表现；（2）用户可从任意角度进行观察、浸入、实时交互，可在所选择的地理范围内外自由移动；（3）具有基于三维空间数据库的基本GIS功能；（4）可视化部分作为用户接口是一个自然而完整的部分。

4.VRGIS在向家坝水电站工程应用

4.1系统功能需求

向家坝水电站地处松潘甘孜褶皱与扬子地台的交接部位，地质历史时期经历了复杂的构造演化过程，地层出露齐全、地质造构复杂。大量工程实践证明，重大工程的前期工程地质勘测起着举足轻重的作用，地质构造不查清，重要不良地质现象被忽视，往往是工程事故的隐患。对于工程设计与勘测部门来说，不仅要搞清工程区的地层分布情况、岩土物理力学参数，更要清楚工程区的岩体结构与不良地质情况对工程设施的影响，并据此提出相应的工程处理措施。

为了满足向家坝水电站可行性研究阶段勘测设计的需要，作者利用虚拟现实技术（VR）与三维建模技术，建立了向家坝VII坝址虚拟漫游信息系统（VRGIS），这对辅助工程决策、坝址地质分析和预测，有着十分积极的意义。

4.2系统开发步骤简介

首先，作者对已有的钻孔数据进行整理，建立一个庞大的钻孔数据库。接下来，定义属性模板，从而在三维空间中定义钻孔位置属性。与此同时，针对一些平面图、剖面图数据，在AutoCAD环境下进行预处理及配准工作，从而在三维空间中定义地层、断层位置属性。

然后，是系统开发的关键步骤，建立坝址区的地址模型。通过选取合适的数据，建立各个地层面和断层面、风化面、水位面、基岩与覆盖层分界面，进而通过地层面建立各个地层的实体模型，用地形表面和覆盖层裁剪模型，得到向家坝VII坝址的三维地质模型[4]，如图2所示。

最后，也是本系统开发最核心步骤，采用三维虚拟现实系统（VRMap）建立三维虚拟场景。VRMap是一种功能较强的由北京灵图公司开发的桌面虚拟现实系统，它的主要功能是提供三维场景虚拟与三维物体管理与查询的功能，并且提供二次开发类型库，使用户能方便灵活地建立满足特定要求的三维管理信息系统。采用该系统导入地址模型后，定义场景中的物体（地层、断层）信息属性，建立相关的属性数据库，最终实现信息查询、图层管理、虚拟现实操作、场景操作等功能。

4.3虚拟漫游信息系统（VRGIS）主要功能

虚拟漫游信息系统是一个集虚拟现实和信息管理为一体的软件平台。它能为工程信息管理提供具有三维真实感的实时浏览和查询环境，使工程与工程地质信息管理的水平跃上一个新台阶。并且可以根据用户需要比较容易地装载不同的工程场景和工程地质模型，开发满足不同专业需求的信息系统。

本信息系统可以与数据库连接，实现信息查询和信息管理，使用户在浏览过程中可以随时查询各个实体的信息，如地层信息、断层信息等。本信息系统还具有完善的图层管理功能，用于复杂工程与地质结构的观察、分析和信息分类管理。本信息系统操作简便，可以利用键盘，完全由用户手动控制在三维场景中的飞行浏览路线。也可以采用自动控制功能，自定义浏览路线并在需要的时候自动回放。

4.3.1虚拟漫游

虚拟漫游有两种方式，一种是手动方式，用户可以使用键盘上的四个方向键控制漫游的前进、后退、左转和右转，使用Home、End、Page Up和Page Down键控制漫游视点的升高、降低、俯视和仰视；另一种是自动方式，即用户可以预先定义一条漫游路径，在需要漫游时直接播放即可。

4.3.2信息查询功能

本系统可以与Access等数据库连接，在给虚拟场景中的物体（地层、断层）定义信息属性后，在浏览的各个阶段都可以随时查询各个物体（地层、断层）的相关信息。

4.3.3图层管理功能

虚拟场景中的各个物体都可以根据其性质分别放置在不同的层中，在漫游时可以根据需要打开或关闭某个或多个图层，是用户对信息的把握更加集中。

4.3.4虚拟操作功能

场景中的各个物体的位置、方向和比例都可以随时根据需要进行调整，对于场景较大范围的调整也可以采用工具条上的缩放、旋转、平移等工具进行更加快捷的调整。

转贴于 5. VRGIS功能应用

具有以上功能的VRGIS已在向家坝水水电站的设计单位中南勘测设计研究院内使用，受到好评。其主要成功应用表现为如下几个方面：

5.1提供了更先进、直观、易用的勘探资料管理环境，提高勘探研究成果的技术含量；

5.2可直观地重新评价原始勘探资料解译的合理性与正确性，提高勘探成果的水平；

5.3 对已有勘探成果进行很好的展示，为各种汇报提供高度浓缩和有影响力的素材；

5.4 有利于领导、经营、设计、地质与科研人员进行充分交流与共同合理决策；

5.5 有助于确定更合理、更经济的地质工作补充与加深的勘探方案；

5.6 更利于进行合理的地质分析、推测与预测；

5.7 为工程地质分析评价、岩体稳定分析、设计与施工等工作提供很好的基础。

6. 结语

虚拟现实与信息系统有机结合的VRGIS，是解决大型工程资料管理的一种有效途径，它可以在工程规划阶段，满足动态规划和布局的需要，能充分利用工程前期勘探资料，并为合理布置正式勘探工作，节约工程勘探投资和设计施工成本提供帮助。另外该系统可以根据需要灵活装载其它地质模型，其应用前景十分广阔，并且已在机场建设，公路设计及其它水电工程中获得了成功应用。

参考文献：

1. 刘大安，杨志法，柯天河等，2000年，综合地质信息系统及其应用研究，岩土工程学报，22（2）：182～185

2. 刘大安，刘小佳，1997，地质工程监测信息系统开发，工程地质学报.，5(4)：351～356

3. Liu Da’an， Zhang Juming and Wang Sijing， 2002， Constrained fitting of faulted bedding planes for three-dimensional geological modeling， Advances in Engineering Software， 33， 817-824.

4. 潘炜，刘大安，钟辉亚等，2004年，三维地质建模以及在边坡工程中的应用，岩石力学与工程学报，34(4)：597～602

第5篇：模拟集成电路设计前景范文

近年来电子技术发展迅速，基于数字和模拟混合信号的电路应用广泛。尤其是片上系统混合电路的发展，对模拟和混合电路的测试分析及故障诊断提出了新的要求。本文就模拟和混合信号电路的测试及故障诊断的应用现状及存在问题进行了深入的探讨：首先介绍了其研究现状，而后详述了基于小波变换的混合信号电路电流测试方法、探讨了SoC中混合信号测试测试与诊断方法、基于模糊神经网络的模拟电路故障分析诊断等方法。

【关键词】混合信号电路测试 故障诊断 模拟电路

模拟电子电路故障诊断自二十世纪七十年代以来，取得了卓越的成效，形成了系统的理论，成为网络理论的一大分支。此外，模拟电子电路和数字/模拟混合信号电路的广泛应用对模拟和混合系统诊断和测试提出更高的要求。

目前，集成电路将模拟、数字和混合信号电路集中于同一沉底的IC上，从而促进了系统芯片（SoC）的产生。这种设计方法与以前的每个芯片不同的功能不同，只需一片芯片就可以实现多项功能。目前，模拟电路的测试成本占电路制造成本的30%以上，模拟测试已成为系统成本的主要部分。

模拟电路测试与数字电路测试相比具有复杂性。首先，模拟电路规模没有界限，电路输出激励与输入响应、元件的参数都具有连续性，很难做出量化。从而从理论上讲，一个模拟软件有无穷故障，不可能明确所有故障。其次，模拟电路中的元件参数具有容差，即轻微的故障，容易导致故障的模糊性，无法确定故障的实际位置。第三，模拟电路不存在广泛可接受的故障模型。第四，模拟电路的测试总线比较难以实现，测试时，重新配置模拟电路容易改变模拟电路转移功能。

1 模拟和混合信号电路测试与故障诊断的研究背景

近年来，模拟和混合信号电路诊断及测试方法受到科研工作者的广泛关注。1962 年，R.S.Berkowits 就模拟电路故障诊断方面的研究工作展开报导，虽然该报导关于模拟和混合电路中还有很多不成熟的观点，但是其奠定了模拟电路故障诊断及检测发展的理论基础。1979 年，Navid和 Willson通过实验及理论证实了线性电阻电路元件值可解的充分条件，促进了模拟电路故障与诊断的发展。随后，各种新的理论和方法不断涌现。目前，国内外模拟和混合信号的故障诊断方法有传统模拟电路故障诊断方法：故障字典法、故障验证法、元件参数辨识法等；现代模拟电路故障诊断方法：基于智能计算的诊断方法。

故障字典法是收集故障中的故障响应，将故障响应经处理后转化为对应的故障特征，再经过编撰成为与其相对应的故障字典。利用故障字典进行电路诊断时，根据响应的特征，在故障字典中查的与此相对应的故障。当发生故障时，在故障字典中查得与此故障特征相对应的特征，执行合理的诊断方法。但是当模拟电路中的故障参数是一个连续的模拟量，测量响应不可避免地引入误差。故障验证法首先预测电路中的故障所在，而后验证猜测的正确性。元件参数辨识是根据网络结构估计或求解每个元件参数，超出容差确定范围的元件认定为故障元件。

此外，智能计算诊断方法也取得了长足进步。二十世纪七十年代，模糊技术已经应用于模拟电子系统故障诊断；九十年代，神经网络在模拟电路故障检测与诊断方法上广泛应用。人们依次提出了RBF网络应用于模拟电路元件级和子系统级的软故障测试分析及诊断，以 RBF 和 BP网络为基础实现具有容差的模拟电路故障诊断，通过 BP 网络实现 CMOS 运算放大器的故障诊断等。

2 模拟和混合信号电路测试与诊断方法

2.1 基于小波变换的混合信号电路电流测试方法

目前，模拟电路广泛应用于通信、消费电子领域，其所占地位日益增重，致使 SoC对混合信号功能的需求不断上升，人们对混合信号电路的测要求日益严格。电流测试时一种已在数字电路测试中已证实的有效方法，通过电流测试检测到的电流信号检测模拟电路中的故障。由于小波变换在频域和时域所展现的优越性，具有的高分辨率，适用于检测正常信号中夹带瞬态反常现象，同时能够展示其成分。

迄今为止，集成电路的稳态电流测试方法在工业界已成为一种被广泛认可并应用的技术，为 IC 测试做出了重要贡献。此外，小波变换的混合信号具有高的分辨率，对点刘波采样后经傅氏变换后与正常电路参数数据对比，发现故障，进行检测。瞬态电流测试是稳态电流测试一种补充，用小波变换分析瞬态电流，分析动态电流的小波系数，采集数据，发现缺陷。在电流测试中，选用合适的分析方法对电流信号分析非常重要。

2.2 SoC中混合信号测试测试与诊断方法

随着电子信息技术的发展，半导体产业逐渐实现亚微米级的加工制造，单一集成电路芯片上就具有很大容量，建立一个复杂的电子系统。随着集成电路（IC）向集成系统（IS）转变，系统级芯片（SoC）慢慢诞生。SOC系统包含诸多子模块，例如：模拟、储存器子系统、数字逻辑等。这些具有不同测试要求的模块之间相互连接，能够满足SoC中混合信号电路的要求。如何对混合信号电路进行测试已成为模拟电路进步的关键技术，嵌入式的混合信号可通过内自建测试、边界扫描设计以及混合信号等方法诊断。目前，内嵌自测试、边界扫描设计和混合信号测试等混合信号测试的方法在理论上已得到论证，逐渐应用于实际应用中。

2.3 基于模糊神经网络的模拟电路故障诊断

神经网络在故障检测时通过输入层收集故障信息，在中间层得出针对性解决方法处理故障，在输出层经复杂的权值调整得到故障处理的方法。模糊神经网络的模拟电路故障测试与诊断方法融合了遗传算法，具有自学习、自组织性等特点，对外界的信息识别能力强，模拟人的思维模式，解决电路中出现的故障。随着模糊神经网络的不断发展与应用，其在模拟电路故障检测中的优势越来越明显。

参考文献

[1]魏淑华，侯明金.SoC中混合信号测试与可测性设计研究[J].计算机研究与发展，2010.

[2]孙永奎，陈光福，李辉.基于可测性分析和支持向量机的模拟电路故障诊断[J].仪器仪表学报，2008.

[3]朱彦卿.模拟和混合信号电路测试及故障诊断方法研究[J].优秀博士生论文，2008.

[4]孙秀斌.混合信号电路故障诊断的内建自测试（BIST）方法研究[J].优秀博士生论文，2004.

[5]邢秀琴，姚竹亭.基于人工神经网络的数字电路板故障诊断[J].机械管理开发，2006.

[6]吴进华，沈剑，段育红.数模混合电路故障诊断的方法研究[J]海军航空工程学院学报，2008.

[7]李春明，王勇.基于小波神经网络的模拟电路故障诊断[J].微计算机信息，2007.

第6篇：模拟集成电路设计前景范文

关键词：3ds max；虚拟校园；三维建模

中图分类号：TP391.41

随着计算机技术的迅速发展，校园信息化建设也迅猛发展。虚拟校园是校园信息化建设的重要组成部分，简单的二维平面图和静态网页功能已不能满足学校校园信息化管理的多元化需求，而三维数字虚拟校园的创建则利用了最新的虚拟现实技术，是一种革命性和创新性的数字化校园解决方案，对学校的形象宣传、招生宣传、信息化管理将产生重要的作用。

1 3ds max软件简介

3ds Max软件是Discreet公司开发的三维动画制作软件，广泛应用于影视设计、建筑装潢、三维动画、游戏开发等领域。在虚拟校园系统的设计中，3ds max起着重要的作用，主要涉及三维场景建模、材质设计、摄影机视角搭建、三维立体图渲染和动画漫游等。

2 虚拟校园制作流程

虚拟校园的基础是三维景观的建立，可以先用基础数据进行CAD成图，导入3ds max中进行建模，然后利用PhotoShop对照片纹理进行处理，以供贴图时使用，再通过灯光和摄影机进行环境设置，最后进行静态图像和动态图像的渲染输出。

3 信息采集与整理

为了使最终的三维场景完全模拟现实中的校园全貌，虚拟场景的构建必须获得相关必要的数据。构建虚拟校园主要包括三维空间数据信息和图像信息两部分。因此必须进行以下数据的采集和整理：（1）利用学校建设平面图和实际测量获得平面信息和建筑物高度信息等各项数据；（2）通过AutoCAD软件进行二维平面图绘制，最终导入到3ds Max软件当中；（3）利用数码相机进行现场拍照，收集学校景观纹理，用以获取真实的纹理贴图；（4）汇总材质和纹理，利用专业素材库收集整理各项贴图材质，借以完善图像数据的收集。

4 校园场景建模

校园场景中的模型可以分为两类：一是实体模型的构建，这里主要是指对校园内的建筑物进行建模。这种模型对精度的要求较高，制作较为复杂，如果想要达到逼真的效果，需要相当复杂的制作过程。第二类就是地形和环境的构建，主要是对校园道路、草地、树木等进行建模。这些模型相对于建筑模型来说较为简单，只要达到基本的要求即可，模型的效果主要依靠材质和灯光来表现。下面我们分别探讨这两类模型的创建方法。

4.1 建筑物的构建

建筑是最能表现校园真实场景的物体，建筑效果的表现将直接影响整个虚拟校园的效果。因此在建模过程中应按实际比例进行构建，尽量符合现实。

在这里，我们先将校园工程图纸在AutoCAD软件中进行矢量化，然后将绘制好的CAD图纸导入到3dx Max场景中，利用节点捕捉工具生成二维模型。

在后期的三维立体化处理时，我们可使用3ds Max软件内的AEC建模工具来完成。在3ds Max中，这些建筑构件都有完整的参数，可以精确地调整各部分的尺寸，非常适合建筑设计领域使用。例如，建筑物的墙、窗、门、楼梯等部件，都可使用AEC工具直接创建。当然，三维模型建立以后还需要进一步的修改，对于较为复杂的建筑，3ds Max软件还提供了很多修改器，例如倒角、放样、三维布尔运算、曲面变形等，而对于简单的建筑，可采用多边形网格建模法，通过点、线、面进行修改与创作。

为了解决数据量的问题，建模要在不影响整个虚拟校园质量的前提下尽可能简单，要将所有不可见的面都删除，禁止模型出现两面重叠的现象。另外，在模型创建过程中还要尽量减少三维布尔运算，以免在后期进行的材质贴图时遇到不必要的麻烦。

4.2 地形和环境的构建

地形的构建主要是对校园内所有的地表面进行建模。创建主干道的方法主要采取三维基础建模，可在二维平面图的基础上运用挤出命令转化成三维模型，然后再进入修改面板进行细化调整，必要时可以添加一些控制点。

环境的构建主要是对树木、天空、草地等的创建。在这里我们重点探讨植物景观场景模型的制作，主要分为两种情况：一种是近景植物的制作，这种植物主要是在校园主干道附近和建筑物附近的植物，需创建精细的花草树木模型。我们可利用3ds Max软件的[AEC扩展]中的[植物]模型直接创建。对于相同的植物模型，可以通过修改细节参数、添加辅助设施来完成。第二种是远景植物的构建，远景植物在校园虚拟场景中起到氛围烘托的作用，为了节省系统资源，我们可以运用单面交叉和平铺透明贴图的形式来创建，以减少植物的多边形数量。

5 材质及贴图纹理

所谓材质，就是指物体表面最基础的材料，如木质、金属或玻璃等。编辑或生成材质就是让物体表面展现出其本质，在具体制作时，可利用基本材质和VRay渲染器来实现。但仅仅靠基本材质的编辑并不能完全体现物体其本身的特点。因此我们还需要对纹理进行细节处理。那什么是纹理呢？纹理就是附着在材质之上的，比如磨光的大理石、凹凸不平的水泥路面。纹理不但要有丰富的视觉感受，还要对材质的破损和图案进行再加工，使材质编辑更丰富。为了获得逼真的效果，建筑物纹理可使用数码相机拍取，然后运用Photoshop软件对照片进行亮度、色彩、变形等基本处理。纹理照片的尺寸一般应为2的n次方以正方形排列，否则会使纹理变形。在 3DS Max 中制作纹理贴图时，应使纹理清晰可见，可以运用UVW 贴图坐标进行贴图，使纹理贴图与建筑模型充分匹配。

6 灯光的设置

自然界中物体的颜色和质地都要靠光来表现，在动画场景中，材质和灯光密不可分，它们之间合理的搭配可以产生恰到好处的色彩和明暗对比，从而使场景更加真实。在制作日景效果时，主光源应选择目标平行光，辅助光源可根据场景需要进行添加，主要用于改善因主光源产生的阴暗面部分。

7 渲染及漫游

灯光设置完成后就可进行渲染输出，3ds Max软件本身在场景展示及漫游方面制作比较繁琐。一般做法是利用 3ds Max 自带的渲染及动画功能进行制作，具体步骤是：（1）为摄影机创建一条样条线路径，通过编辑样条线调整顶点，使路径尽量平滑。（2）使用路径约束，架设一部自由摄影机，然后将设定好的路径赋给摄影机。

对于静态图的渲染则相对简单，输出后的效果图可以在Photoshop里进行后期处理，添加一些人物来增强虚拟校园的真实感。

8 结束语

虚拟校园是虚拟现实技术在教育和学习方面的应用。目前，国内许多高校在虚拟现实技术方面已经进行了开发和研究，并且积累了一定的理论及实践经验。吸取这些先进的技术及经验并积极进行探索研究，结合其他软件添加交互功能，使虚拟漫游系统的功能进一步得到完善和增强，使真正意义上的数字化校园走进我们的生活。

参考文献：

[1]周锦.举一反三――3ds max三维动画制作实战训练[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[2]华艳.基于3DS Max的虚拟校园三维模型建模研究[J].电脑编程技巧与维护，2012（22）：75-76.

[3]冯丽丽，武卫玲.基于3dsMax的虚拟校园三维模型的创建[J].林业科技情报，2009（01）：10-11.

第7篇：模拟集成电路设计前景范文

（1）职业性：知识和内容符合课程标准要求，满足机电一体化专业电气设备维护工作的要求，符合学员的认知规律和知识水平。（2）实践性：虚拟训练系统内容应贴近实践，有效辅助实践技能的形成。（3）情景性：设置的训练场景仿真实际生产过程，营造情景化训练氛围，学员能真实体验训练过程。（4）过程性：训练的设置要注意知识的产生发展规律，注重训练的过程的科学合理性，注重阶段性检查，注重层层推进性。（5）趣味性：表现形式形象生动，包含趣味，从而有效提高学员学习训练的积极性。

2所采用关键技术与实现途径

2.13D建模与Web3D技术

目前三维建模技术已经非常成熟，利用3D建模技术构建电动机、常用低压电器三维模型，采用层次建模方法，利用树状结构表示电动机、常用低压电器的各个组成部分。该系统是基于网络实施虚拟教学的，网络传输受带宽的限制，所以3D模型不能设计过于精细，建模完成后需要二次优化处理，在保证不失真的情况下，尽量减少面数以缩小模型文件大小，然后通过插件导出Web3D软件所支持的文件格式，在本系统中三维模型采用SolidWorks2012进行设计，通过3DMAX2012进行渲染，再利用Cult3D进行3D模型交互设计，利用Flash面向对象编程技术实现控制线路安装、调试与故障排除虚拟操作，然后通过IE浏览器。

2．2人机交互技术

根据电气设备零部件操作的关系，利用Cult3D和FlashActionScript技术，在模型中添加各种交互功能，建立Web3D和Flash对象，实现虚拟训练。

2.3网络集成技术

本系统采用B/S模式，综合应用Web3D、Asp、Jscript、HTML及网络数据库等技术，构建一个基于Web浏览器和虚拟现实技术的电气设备虚拟训练系统。其中，Asp技术负责界面显示，MySQL数据库技术负责数据的存储，Web3D和Flash技术建立交互式电气设备模型，共同实现电气设备的三维可视化展示和（二维、三维）虚拟训练系统。

3推广应用前景和效益分析

第8篇：模拟集成电路设计前景范文

【关键词】新专业 市场 可行性 分析 需求

【中图分类号】U472 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）04-0117-01

一、开设新专业的指导思想

在职业院校开设新的专业，应以市场为导向，以社会需求为准则，充分发挥地方资源优势和人才培养优势。积极地探寻市场、发现市场，把供需链条紧紧连在一起。在北京市同层次院校的专业中，做到人无我有，人有我强，人强我特，形成品牌，形成特色。专业设置逐步从“条件驱动”型向“发展需求驱动”型转变，即根据社会经济发展需求确定专业设置。从强调我能做什么，能培养什么样的人才，转变为强调需要我做什么，需要培养什么样的人才。本着以上指导思想，现提出开设微电子技术与器件专业的一些方案设想。

二、市场需求分析

微电子技术与器件专业，其就业导向涵盖了集成电路和半导体材料产业。根据首都“十一五”电子信息产业发展规划，集成电路、TFT?鄄LCD、计算机及网络设备、移动通信产业、数字电视产业、半导体照明材料产业和智能交通及汽车电子产业等7个产业是信息产业下一步发展的重点领域。其中集成电路排在了第一位，半导体照明材料排在了第六位。早在2000年，北京市委、市政府就首次向全球宣布：北京将建设中国北方微电子产业基地。从那时到现在，北京集成电路产业走过了蓬勃兴起的10年，初步建立起了集成电路设计、制造、封装测试以及装备材料互动协调发展的良好格局，确立了北京在全国集成电路产业中的重要地位。

以2010年为例，该年北京集成电路产业全产业链实现销售收入245亿元，比2009年增长了31%，产业规模是2000年的20倍左右，占全国的17%。在北京市，电子信息产业产品销售收入排名位居全市工业第一，占全市工业23%，而集成电路产业全产业链的销售就占了近四分之一。

目前，北京有各类集成电路设计企业约80多家，年总销售收入约90亿元，占全国的1/4。集成电路制造企业3-4（大型）家，实现总销售收入约60亿元，约占全国14%。集成电路封装测试企业2-3家（大型），实现总销售收入约90亿元，约占全国15%。集成电路装备制造企业3-4家（大型），实现销售20多亿元，多项装备在全国处于领先地位。另外，还建有生产集成电路关键原料的硅材料科研、生产基地。

当前，北京集成电路产业正迎来跨越式发展的新机遇。国务院2011年4号文为集成电路产业的发展提供优越的外部环境。相信要不了多久北京就会建成具有全球影响力的集成电路产业基地。

政府的大力支持，坚实的产业基础，广阔的发展前景，优惠的国家政策，可以说集成电路产业在北京具有得天独厚的条件。产业的发展必然伴随着人才的巨大需求，虽然集成电路产业是知识和资金密集型产业，但它同样需要大量应用型技术人才。比如集成电路设计，需要大量的程序录入和辅助支持技术人员；集成电路制造，需要大量的高科技设备仪器操作员、工艺技术员、质量检验员和设备维护技术人员；集成电路封装测试，同样需要大量的高科技设备仪器操作员、工艺技术员、质量检验员和设备维护技术人员。另外，半导体硅材料及单晶硅片的生产等，都需要大量的应用型技术人才。

三、可行性分析

在我院设置微电子技术与器件专业具有非常好的条件并且可行，其理由主要有以下几个方面：

1.我院在中专学校升高职院校之前，南校区就有这个专业。因此，在师资力量、教学资源、实训资源、招生分配等方面都有一定的基础和经验，设置微电子技术与器件专业可以说是驾轻就熟。

2.该专业的设置符合国家产业政策，契合北京“十一五”电子信息产业发展规划，因此，获得上级单位批准的几率大。

3.在北京“十一五”电子信息产业发展规划中，7个重点发展领域，集成电路产业排第一，半导体照明材料产业排第六，因此，设置该专业可获得国家和北京市资金的大力支持。

4.分配就业前景良好，正如市场需求分析中所提到的，集成电路产业在整个电子信息产业已经占到了四分之一左右，而且，今后将跨越式发展，必然需要大量的应用型技术人才，因此，该专业毕业学生的就业前景良好。

四、困难及解决途径

在我院设置微电子技术与器件专业也会遇到一些困难，仔细分析有以下几个方面：

1.生源问题。微电子技术与器件这一名称，属于比较新的科技名词，一般人在日常生活中很少接触，理解起来有一定困难，不知道这一专业到底学什么，毕业后干什么。因此，会出现专业招生困难，或招不到相对高素质的学生。

解决办法：一是改专业名称，起一个即通俗易懂，又能代表专业含义的名称，这有一定困难。二是加强宣传，在招生时，宣传材料、现场解说、视频资料等全方位进行，使考生了解北京市的产业政策和就业前景，提高对该专业的认知度。

2.实训问题。微电子技术与器件专业的实训环节比较困难，我们知道现在强调实训模拟真实场景，而集成电路产业链的工序非常多，每一道工序的设备仪器都非常昂贵，动则几百万，建立校内实训基地，场地和资金都是问题。

解决办法：一是计算机模拟，现在多媒体教学设备完善，各种模拟软件很多，通过购买和教师制作等方式来模拟实际工艺，替代昂贵的真实设备仪表。二是下厂实训，校企合作办学是学院发展的方向，我院有良好的基础和得天独厚的条件，北京分布着众多的集成电路设计、生产、测试企业可供我们选择实习参观，而且，我院已经和许多这方面的企业签有校外实训基地协议，如中国电子集团微电子所，北京飞宇微电子科技有限公司，中国科学院微电子所，燕东微电子有限公司等。我院应充分利用这一优势，解决微电子技术与器件专业的实训问题。

参考文献:

[1]尹建华，李志伟 半导体硅材料基础，北京.化学工业出版社，2012

第9篇：模拟集成电路设计前景范文

关键词： 多路选择开关； 程控放大器； A/D转换器； 信号采集

中图分类号： TN919.2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）13?0129?03

Abstract： Signal acquisition is an important link in test system. In industrial measurement and control system or laboratory， test system requires multi?channel signal acquisition device to realize analog signal acquisition. Since the acquisition device has the requirements of universality， miniaturization and high?precision， the data acquisition module with high precision and multi?channel was designed. The system adopts high precision A/D converter chip， and acquires 16?channel analog inputs of 16?bit. It suits for high precision industrial on?site data acquisition.

Keywords： multi?channel selecting switch； program?controlled amplifier； A/D converter； signal acquisition

0 引 言

在工业过程控制以及其他一些系统的信号检测中，需要采集大量传感器的测量值，大部分的温度、压力、位移、流量等传感器都是将物理信号转化为对应的电压信号，再进一步送入嵌入式计算机内部进行传感器的数据获取。嵌入式计算机为了完成传感器数据的获取，必须设计具有能够获取传感器信号的高精度多路数据采集功能模块。

1 数据采集系统概述

数据采集系统的结构如图1所示，由图可知，数据采集系统是由传感器、模拟多路开关、程控放大器、A/D转换器和逻辑控制部分等组成[1]。

1.1 传感器

传感器的类型有很多，如测量温度有热电偶传感器、热敏电阻传感器等；测量机械力的有压力传感器、应变片传感器等；测量机械位移的有电感位移传感器、光栅位移传感器等。这些传感器将现实世界的温度、压力、位移、流量等非电量，转换成为电信号，然后进入计算机内进行处理、运算和记录。

1.2 模拟多路开关

在采集频率不高的应用背景下，一般采用公共的A/D转换器，分时对各路模拟量进行模/数转换，从而可以简化电路设计、降低成本。一般使用模拟多路开关来轮流切换各路模拟量与A/D转换期间的通道，使得在一个特定的时间内，只有一路模拟信号输入到A/D转换器。

1.3 程控放大器

在数据采集系统中，来自传感器的模拟信号有的是比较微弱的低电压信号，而A/D转换器的满量程输入电压多数是2.5 V，5 V或10 V，而且A/D转换器的分辨率是以满量程电压为依据确定的。使用可编程放大器的作用是将微弱的输入信号比例放大，从而充分利用A/D转换器的满量程分辨率。

1.4 A/D转换器

A/D转换器主要实现将模拟信号转换为数字信号，它是采集系统的核心。A/D转换器是影响整个数据采集系统采样速率和精度的主要因素之一。

1.5 逻辑控制

数据采集系统各器件的定时关系比较严格，逻辑控制器件控制数据采集系统各器件工作，其控制过程顺序[2]为：

（1） 模拟多路开关开始切换；

（2） 等待通道建立时间，即通道电压建立完成；

（3） A/D转换器开始转换；

（4） 等待A/D转换器时间，即A/D转换器转换到位；

（5） 读取A/D转换值。

2 电路设计与实现

多通道数据采集电路如图2所示[3]，该电路能以最高16位分辨率处理16通道单端输入电压信号。每通道采样速率使用AD976[4]最高可达100 KSPS，使用AD976A最高可达200 KSPS；所有输入通道的通道切换速率最高可达16.447 kHz。

信号处理电路通过可编程逻辑器件实现通道间自动切换，实现顺序采集多个通道，也可加载固定的二进制通道地址，用于单通道采集。

2.1 建立时间分析

采集电路工作在连续切换模式下，1个模拟多路开关的16个通道单端信号合并为时分多路复用信号，然后信号进入高阻抗、低容抗的AD620[5]缓冲。

输入前置滤波电路、模拟多路开关和放大器输入等效电路如图3所示。ADG506[6]输入寄生电容5 pF，输出引脚寄生电容44 pF，内部等效电阻500 Ω；AD620引脚穿接电阻4.7 kΩ，RF滤波电容为1 nF，可得到时间常数近似为[τ=RC=]（0.5+4.7） kΩ×1 nF=5.2 μs，针对简单RC网络建立时间与给定精度之间的关系，当需要分辨率不低于16位，RC网络建立时间常数为[11.09τ，]在此取整为[12τ=]60.8 μs，所以开关速率最高可达为[f=]16.447 kHz。

放大器输入等效电路

2.2 误差分析

对多通道数据采集电路进行误差分析，简化模型后如图4所示。

（1） 模拟多路开关误差

多路开关作为后级运放输入，连接到AD620输入正端，按电阻分压比例得下式：

[V2=R22×R1+R2×V1=99.999 9%×V1] （1）

式中：[V1]为图4中[V1]处电压，单位为V；[V2]为图4中[V2]处电压，单位为V；[R1]为图4中[R1]处电阻值，阻值为500 Ω；[R2]为图4中[R2]处电阻值，阻值为1×1010 Ω。

（2） 运算放大器误差

AD620的放大误差典型值为0.03%，最大值为0.1%，按最大误差计算得下式：

[V3=V2×99.9%] （2）

式中：[V3]为图4中V3处电压，单位为V；[V2]为图中V2处电压，单位为V。

（3） A/D转换器误差

A/D转换器采用16位的AD976，其输入电压范围为0～±10 V，线性误差为±2 LSB，参考电压为DC 2.50 V，转换时间最大4 μs，满量程误差为±0.25% FS（0.05 V），失调误差最大为±10 mV。

AD976输入电压量程范围最大为±10 V，[1 LSB=20 V216=0.305] mV。

AD976的误差由增益误差、失调误差和非线性误差引起，其中AD976的失调误差可通过外部50 kΩ外部电位器进行调整至[±12 LSB，]增益误差可通过50 kΩ外部电位器进行调整至±2 LSB，综合考虑A/D线性的误差[±2 LSB，]此时的A/D转换时丢失的编码值最大为4.5 LSB，相对于满量程其转换误差仅为±0.007%。

如果不对AD976的增益误差、失调误差进行调整，则相对于满量程其转换误差为±0.2%，AD976不用电位器调整也可满足A/D测量精度。

（4） 总误差

综上所述，有：

[V采集=Vin×99.999 9%×99.9%×99.8%=Vin×99.70%] （3）

式中：[V采集]为A/D采集得到的电压值，单位为V；[Vin]为输入端的电压值，单位为V。

因此，在A/D采集芯片不用电位器进行调整时，电路采集直流信号的最大误差为0.3%，满足绝大多数工业现场数据采集的要求。

3 逻辑控制流程

在此设计采集系统的控制为查询方式进行巡回采样，一次采样过程如下：首先发起对第一通道的切换，然后启动A/D转换器，待转换结束后获取到第一通道结果并存出寄存器；再发起对第二通道的切换，然后启动A/D转换器，待转换结束后获取到第二通道结果并存出寄存器……，直至所有通道采样完毕，即完成一次采样过程。不断循环上述采样过程。查询方式的流程图如图5所示。

设计使用查询方式的优点是：要求的硬件少，编程实现简单，特别是询问与执行程序同步，能准确知道A/D转换所需要的时间。同时，在每个采样周期内都对每路模拟信号进行多次采样，以保证能获取可靠的采样值，程序流程图中的巡回采集遍数就是为了对每个模拟信号进行多次采样。

4 结 语

本采集模块设计适用于小体积、低功耗、低成本的嵌入式计算机设备，通过选择不同的A/D转换器、模拟多路开关和程控放大器的，可满足不同环境采集系统对电压信号的采集需求。

参考文献

[1] 张和生，王立文.一种高精度数据采集系统的电路设计[J].计算机测量与控制，2004（6）：575?577.

[2] 谢利旭，杨永友，董浩斌.自动切换转换通道的A/D转换器AD7938及其应用[J].现代电子技术，2005，28（18）：118?120.

[3] 康华光，陈大钦.电子技术基础（模拟部分）[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[4] Analog Devices. AD976/AD976A datasheet [R]. [S.l.]： Analog Devices， 1999.