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中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2012)04-0090-02
CDIO是基于项目学习的一种模式,是工科教育“做中学”的一种。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)、运作(Operate),它以工程项目生命周期为载体,培养学生的学术知识、职业道德和运用知识解决问题的能力、终生学习能力、团队交流能力和大系统掌控能力。此教育模式是由麻省理工学院(MIT)和瑞典皇家工学院等发起,现已运用到几十个大学的众多专业,并获得产业界认可。
高职教育改革及引入CDIO教育模式的必要性与必然性
高等教育是在完成中等教育的基础上进行的专业教育,是培养高级专门人才的社会活动。职业教育是对受教育者施以从事某种职业所必需的知识与技能的训练,因此,职业教育亦称职业技术教育或实业教育。“高等职业教育”是“高等”与“职业教育”两个概念的复合。
我国高等职业教育的人才培养目标从开始提出的“技术型人才”、“应用型人才”,到后来的“实用型人才”,再到现在提出的“高技能人才”,多年来一直处于变化不定之中。高职培养的人才类型是实用型、应用型,与普通高等教育培养的人才是有差异的。所谓高技能人才,工作内涵是将成熟的技术和管理规范转变为现实的生产和服务,工作场合和岗位是基层第一线。
苏州工业园区职业技术学院的办学理念为“企业的需要,我们的目标;学生的需求,我们的追求”。近些年,我们在专业建设和课程教学改革方面做了许多探索,协助毕业生提高就业信心,实现优质就业,传统教育下的毕业生上岗适应慢,沟通能力差,动手能力弱,缺乏团队合作经验,缺少创新精神和创新能力、职业道德、敬业精神等人文素质薄弱,频繁“跳槽”等,而这些都难以符合现代企业的需要。教育模式的改革势在必行,而CDIO教育模式恰恰有针对性地对传统教学中存在的诸多弊端做出了全面、系统的指导,CDIO教育模式引领了高等职业教育改革的必然性。
应用CDIO模式开发《集成电路版图设计》课程
(一)《集成电路版图设计》的课程理念与思路
《集成电路版图设计》课程是一门实践性很强的课程,针对课程特点,课程设计的基本思路是从岗位实际需求出发,从培养学生学习兴趣入手,在传授知识过程中重视能力培养,强化学生的自学能力和分析、解决问题的能力。具体做法是:
全程实施项目教学 本课程围绕多个相对独立的案例展开。案例的选择强调源于工程实际,注重内容的代表性、针对性、实用性以及先进性,理论知识的选择以“必需,够用”为原则。教学实践表明,案例教学使教学内容直观、具体、形象,易于接受,也使教学内容与工程实际及职业岗位紧密联系,有利于课内知识向工程实际拓宽、技术知识向工程实践迁移,从而有力促进了学生职业能力的发展。
全程实施情境式教学 本课程改变了将理论与实训分开的传统模式,在教学中设计了8个学习情境,每个情境都以相应的工业案例为主线,按照“资讯决策计划实施检查评价”的流程授课,使学员在学中做、做中学,以提高IC版图设计技能训练的水平。同时,通过情境式教学,学生的学习兴趣和参与度大大提高,不仅培养了团队合作精神和沟通能力,还培养了学生的组织协调能力。
小班互动式教学 为达到更好的教学效果,本课程采用24人小班制教学,全程在实训室教学。根据教学内容采取“先讲,后练”、“边讲,边练”、“先练,后讲”等方法,从第一次课开始就设置实训操作内容,调动学生的主观能动性,增加师生互动性。
企业实训 通过校企合作建设校外实训基地的方式,安排学生到专业设计公司进行实训,扩展学生的知识面和工程认识,同时,提高学生对项目整个流程的认知,提高学生的抗压力,对职业道德和敬业精神的培养具有实践意义。
(二)《集成电路版图设计》之课程标准
《集成电路版图设计》课程标准涉及四个方面内容。
专业知识设计 专业知识方面围绕IC版图设计职业标准所要求的必要的基础知识和基本技能把本课程的内容分成多个模块:基础模块(系统操作部分)、应用模块(软件使用部分)、 基本技能训练模块(基本单元的版图设计)、技能提升模块(整体布局与项目掌控)等4个模块包含了8个情境。具体内容包括:Linux基础、版图识读与电路提取、design rule简表整理、绘制符合design rule的NAD2/NOR2版图、DRC及LVS验证及冲突识别和修改、standard cell的框架结构制定、standard cell版图设计、芯片CD4013的版图设计等,每一个情境都对应了某个特定岗位的部分工作内容。这些情境不仅可提供学生对岗位的认知机会,同时,也可激发自主学习的能动性和积极性。
个人职业技能和职业道德培养 在教学中注重对学生职业技能培养的同时也加强对学生职业道德的养成,用企业对员工的标准来要求学生进行实训,采用定期上交项目总结报告和分组进行项目实施进度报告等方式,为学生今后在企业的发展奠定基础。
团队意识的培养 能够快速地融入一个集体当中是从事设计与研发人员必备的能力,而常常被教育者和学生所忽视,因为传统的教育方式更多地关注对单独个体培养的成效,而实际工作中“独自作战”的时代过去了,取而代之的是团队合作,绝大多数的设计工作需要一个团队协作完成,所以这时人际交往就凸显其重要性。在教学中,我们让学生意识到团队协作的重要性和必要性,并在实训过程中从点滴做起,让学生具有团队合作的意识,如文件夹命名方式、文件管理等采取利于团队完成项目的方式进行设置。
《集成电路版图设计》课程的CDIO系统的搭建 《集成电路版图设计》课程的CDIO系统按照下面的框架完成了搭建任务,如表1所示。
(三)《集成电路版图设计》课程CDIO系统的具体实施
我们在CDIO教学大纲的指导下,对《集成电路版图设计》课程进行设计如下:本课程以源于企业真实的项目(如design rule简表整理,见表2)为载体,将所有需要学习和掌握的内容都围绕该项目设计,形成一个整体。紧紧围绕知识体系教学专业技能提升职业道德养成主线组织教学,快乐教学、快乐学习,引导学生主动学、能做事、会做人。
本课程特色 (1)双语教学,强化应用,适应外企工作。 教师采用双语教学课件与讲义,用两种语言进行教学,学生采用两种语言进行作业,从而强化专业词汇的学习,为适应全英文的工作环境打下了良好的基础。(2)按企业标准建设,内容先进、实用。采用了与众多研发设计公司一致的SUN工作站,建立以UNIX/LINUX系统为基础的网络,安装版图设计普遍使用的Cadence工具软件。(3)企业项目实训。以企业的研发项目(Reverse、design rule简表整理;DRC及LVS验证及冲突识别和修改、standard cell库的建立、芯片CD4013设计等)为载体,在真实的环境(按照企业标准进行实训室配置)下,完成生产性实训任务,完成课程开发教学任务的教师具有多年在外企研发设计的工程背景,学生完成工学结合的作品符合企业设计需要。(4)综合全面的评价体系。理论与实践评价结合,技能训练与表达训练结合,校内教师评价与企业评价结合,学生的自评与互评结合。评价方面包括学习态度、5S素养、项目报告的书写、项目汇报、实践考核和理论考试(按版图设计职业标准四级难度要求随机从题库抽取试题)。(5)增强教师的教学技能。中青年教师、工程师都有学院内部培训课程和企业项目参与的经验,并且要求每年都要开新课和实验、训练项目。每个月都有业务和管理能力评价和学期段考核。参加过的培训都要有项目报告和培训体验交流。在实行课程轮换的同时,实行岗位轮换,使教师熟悉专业核心技术并有扎实的基本功。专业教师通过深入企业和承当企业培训等途径,促使教学与生产实际结合。倡导教师既是讲师、又是实训指导教师,还是培训师和项目工程师,促进“双师型”教师培养。组织教师参加行业比赛,掌握行业的发展动向和需求,客观评价教师的技能水平。
课程质量监控体系的建立 教学质量的好与坏,不单是从学生的考核成绩上来评价,还在学院内设立了专门的教学监管体系,督导组会不定期地进行课堂教学的抽查与监管。更重要的是毕业的学生受到企业的好评,这是对我们课程质量最客观的评价。
课程评估
(一)基本达到预期目的
经过多年的教学实践,CDIO教学模式在《集成电路版图设计》课程中已初见成效,不仅学生在学习过程中表现出很高的积极性,参加职业资格认证测试的微电子专业的学生全部取得了集成电路版图设计师四级职业证书,通过对2008届、2009界毕业生就业调查,我院微电子类专业的毕业生,被苏州工业园区、苏州新区多家知名外企争相录用,就业率达100%。这些企业普遍认为我院的学生工作上手快,适应能力强,担任技术员及助理工程师以上岗位的占75%左右,不少学生已升任工程师助理及工程师。
(二)改进方向和途径
配合微电子专业建设,进行课程教学改革,使我们培养出来的学生全方位发展,符合企业的需求,不是单搞课程的开发,而是要建立起贯通的课程体系,从研发到制造,把先进的CDIO教学模式合理运用到自己的教学实践中去,不能机械地照搬照抄;要针对学生的实际水平和教学内容,提供知识供学生学习。要加强与企业的合作,紧随行业技术的更新步伐,及时更新案例项目。
CDIO教育模式的先进性、普遍实用性是毋庸置疑的,许多学院结合本校和行业特点都探索出新的模式。我们借鉴新加坡南洋理工学院教学模块化的成功案例,利用CDIO教育模式对《集成电路版图设计》课程进行开发,对高等职业教育的课程改革有一定的指导和借鉴作用。
参考文献:
[1]顾佩华,沈民奋,陆小华.重新认识工程教育:国际CDIO培养模式与方法[M].北京:高等教育出版社,2009.
[2]张云霞.高等职业教育人才培养模式改革取向[J].职业技术教育,2008,(19):20-22.
[3]戴勇.创新高职人才培养模式应关注三个层面的改革[J].中国高教研究,2007,(2).
关键词:电子设计自动化;课程特点;教学方法
作者简介:董素鸽(1983-),女,河南叶县人,郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院,助教;李华(1972-),男,河南郑州人,郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院,助教。(河南郑州451150)
中图分类号:G642.41 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)11-0046-02
电子设计自动化(EDA:Electronic Design automation)是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术,[1]它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真、集成电路的版图设计、印刷电路板(PCB)的设计和可编程器件的编程等各项工作中。
随着半导体技术及电子信息工业的不断发展,电子设计自动化技术在信息行业中的应用范围越来越广泛,应用领域也涉及产业链中的几乎任何一个环节。一方面是社会上对电子设计自动化人才的急需,另一方面是我国高校中电子设计自动化人才培养的落后,两者之间的矛盾也促使众多的高校开始在电子信息、微电子技术等专业中开设“电子设计自动化”课程。如今,该课程已成为众多信息类学科的专业必修课,这为我国电子设计自动化人才的培养和充实做出了巨大的贡献。
“电子设计自动化”课程教学效果直接影响着人才培养的质量,因此,优秀的教学方法和教学质量是教学过程中必须重视的。笔者根据近几年的教学经历,总结经验,开拓创新,形成了一套特有的教学方法,旨在培养出基础牢、思路清、知识广、能力强的电子设计自动化人才。
一、“电子设计自动化”课程教学的特点
电子设计自动化是一个较为宽泛的概念,它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分,即采用硬件描述语言设计数字电路。因此,该课程的教学具非常突出的特点。
1.既要有广度,又要有深度
有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解,从而使学生从整个产业链的角度出发,把握电子设计自动化的真正含义,以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点,着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路,使学生具备电路设计的具体技能,并能够应用于实践和工作当中。
2.突出硬件电路设计的概念
在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中,多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言,与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此,在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别,并通过实例,如CPU的设计及制造过程,让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途,并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。
3.理论与实践并重
“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程,必须两者并重,才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想,[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固,同时在实践中锻炼学生的创新能力。
二、“电子设计自动化”课程教学方法总结
良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此,针对“电子设计自动化”课程的教学特点,笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。
1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界
电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中,并了解这个世界的大概,从而对这个领域产生兴趣,是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术,让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念,因此,可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入,通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频,让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法,并引出集成电路这个概念。
通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比,引出EDA的概念,并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中,通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用,提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解,更激发了学生的学习兴趣,使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。
2.以实例展开理论教学
“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分:[3]硬件描述语言(以VHDL语言为学习对象)、开发软件(以QUARTUS II为学习对象)和实验用开发板(以FPGA开发板为学习对象)。
硬件描述语言的学习属于理论学习部分,是重中之重。对于一门编程语言的学习来说,语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中,通常都是将语法作为主线,结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中,不仅不能学到精髓,还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。
如何能使学生既能掌握电路设计的方法,又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念,将编程思想的学习作为教学主线,在理论学习过程中,以具体电路实例为基础,引导学生从分析电路的功能入手,熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程,并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中,不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上,而语法的学习就显得不那么突兀,也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记,因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象,以避免学生遗忘,以此让学生明白,学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践,学生体会到语言学习的成就感,进一步提高了学习兴趣,此方法收到了良好的教学效果。
3.将硬件电路设计的概念贯穿始终
硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点,在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中,这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此,在教学过程中,从最初引入到最后设计电路,都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。
在讲述应用实例时,需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系,并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例,在VHDL语言中,if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路,不完整的if语句将产生时序电路,如果应用不当,会在电路中引入不必要的存储单元,增加电路模块,耗费资源。[4]而对于软件语言,并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性,可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。
如以下两个程序:
(1)entity muxab is
port(a,b:in bit;
y:out bit);
end;
architecture behave of muxab is
begin
process(a,b)
begin
if a>b then y
elsif a
end if;
end process;
end;
(2)entity muxab is
port(a,b:in bit;
y:out bit);
end;
architecture behave of muxab is
begin
process(a,b)
begin
if a>b then y
else y
end if;
end process;
end;
(1)(2)两个程序唯一的不同点在于:程序(1)中使用的是elsif语句,是一个不完整的if语句描述,而程序(2)使用的是else语句,是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。(1)综合的结果是一个时序电路,电路结构复杂,如图1所示。而(2)综合的结果是一个纯组合电路,电路结构非常简单,如图2所示。通过综合后的电路图比较,学生更深刻理解这两类语句的区别。
强化硬件电路设计的思想,可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格,培养一个优秀的硬件电路设计工程师。
4.通过实践拓展强化学生动手能力
“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程,学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力,因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识,并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。
笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法,让学生强化实践能力,收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四,此时他们的毕业设计已经开始进入选题,开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目,比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等,让学生体会电子设计自动化课程的实用性,激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队,让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统,比如遥控小车、温度测控系统等,鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程,有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐,也培养了他们的团队协作精神,为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。
三、结束语
掌握“电子设计自动化”课程的特点,有针对性地改善教学方法,充分调动学生的学习积极性,强化理论和实践教学相结合,一方面使学生把握课程的全局性,了解和熟悉电子设计自动化行业的状况和最新动态;另一方面培养学生具有扎实的理论基础和良好的动手能力,培养出厚基础、重实践、有创新的高素质人才,具有重要的社会意义。
参考文献:
[1]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]Roth,C.H.数字系统设计与VHDL[M].金明录,刘倩,译.北京:电子工业出版社,2008.
工程师应当遵循自上而下的设计方法,通过准确的电源需求和预算分析得出所要用到的电源拓扑结构。然后,对每个稳压器、元件布置的规范和关于印刷电路板(PCB)的布线约束条件进行详细设计。一般情况下,设计人员常常在没有得到完整信息的情况下过早埋头进行设计,花费了大量时间却设计出尺寸过大、成本过高或无法完全满足应用要求的电源产品。
需求分析
首先,根据用电器件的技术规范和使用条件,需要确定系统所需要的电源轨(电压),以及针对最坏情况和额定情况所需的每路电源轨的电流消耗值(包括连续电流和瞬态电流)。通常的做法是检测验电路板上的每个有源元件,并编辑一个电子表格来罗列每个电源轨以及该电源轨所需电流负载值。另外,还必须详细说明每路电源轨的以下内容:
直流电压的电压值和精度(标准情况下为±5%,有些集成电路要求±1%~±3%)。 输入和输出电压相差很大时效率非常低。在一些情况下,最佳选择是使用开关式降压、升压或降压-升压型转换器进行预稳压,随后再使用针对每个功率轨的单独LDO。现今的集成电路常常需要大量延伸到电路板上每个芯片的数字电压电源。小型LDO可让设计人员将这些降压稳压器分布在电路板上并将其置于负载点。这有助于消除电流瞬变期间的潜在压降(这会导致集成电路不稳定行为),并允许在这些非常密集的印刷电路板上使用较小的走线迹线。
图1显示了用于从一个9~24V输入产生+5V、+3.3V和+1.8V数字电压轨,外加一个模拟+3.3V电源的示例电源拓扑。
在所示拓扑中,为了产生一个干净的3.3V电源,从+5V电压轨通过LDO产生,那么就有0.17W功率作为热浪费掉了,但这可以保护它不受由3.3V主电源上的数字器件所产生的任何噪声的干扰。而使用一个无源的LC滤波器来从3.3V数字电源产生3.3V模拟电源可以提高效率,但也会增加噪声传导到灵敏模拟电路的风险。
详细设计
为了优化电源的使用和最小化热耗散,开关稳压器对除了大多数噪声敏感型应用以外的所有应用是必需的。幸运的是,市场上有大量各种各样相对较小、低成本和高性能的开关稳压器可供选用。工作频率为1MHz或更高、带有集成FET的小型开关稳压器芯片配合陶瓷电容器、小型磁性元件和铁氧体磁珠使用时对低功耗器件特别有用。稳压器芯片也有多输出版本,它们可以帮助降低静态功耗和电路板空间。更高的开关频率意味着可以使用更小、更便宜的磁性元件,并可利用小的电容器和铁氧体磁珠实现输出滤波。
在某些情况下,大电容值(>1uF)的陶瓷电容器不能用在开关电源的输出上,因为由于其极低等效串联电阻(ESR)或因为需要更高的电容它们会使转换器而变得不稳定。在此情况下,铝电解、聚合体或钽点解电容器是常见的选择。后二者由于尺寸小、纹波电流承受高和低的ESR而交前者性能更加优秀,但价格也更贵。钽电容器的规定电压应当至少高2~3倍并首选防电涌等级足够的产品,因为它们比陶瓷或铝电解类型的电容器对过电压更加敏感一些。
元件布局和布线
在电源预算、拓扑建立和详细设计完成后,接下来需要注意的就是印刷电路板的元件布局和布线。每个项目都有各自的参数需要考虑,一般情况如下:
开关电源的位置应尽可能远离其他元件,特别是灵敏模拟电路。
开关FET、续流二极管、输入和输出电容器、电感器以及大电流或开关通路中的其他元件应邻近布置在一起并进行最短长度的手动布线。
使用表层铺铜或部分平面铺铜来连接上述元件。使用多个大电流过孔将这些元件的焊盘连接到平面。
补偿网络中的电阻器和电容器应邻近布置在一起并远离开关元件。
模拟反馈信号的线路应最短并布置在远离在开关元件的细迹线上,最好由一个平面屏蔽。
遵循这些指导方针可帮助设计人员开发具有最佳尺寸、成本和性能指标的稳定电源。
众多模块提供替代选择
最近还出现了针对电源的另一个选择:负载点DC-DC电源模块,它包含用于提供即插即用解决方案所需的大多数或所有元件。这一集成可简化和加快设计,同时减少电源管理占位面积,并有效遵循上面介绍的基本设计指导方针。
这些模块中的最新产品是全封闭式DC/DCPOL数字电源模块,它通过PMBus和封闭式模块封装提供了数字电源解决方案具有的所有优点。由内置数字控制器支持的PMBus可用于配置各种参数,以适应具体应用要求。可以对各种参数进行监测并将其存储在板载非易失存储器中,而且和现今的大多数先进模块一样,几乎所有分立元件都是集成的。优点包括缩短上市时间、最小化物料用量和提高长期可靠性。全封闭式封装在封装的底部上有多个大的热焊盘,用来增强散热性能,还有围绕封装的边缘的外置引脚布置,用以方便焊接检查。由于能够工作于3.3V、5V、12V偏压轨和通过单个电阻设置提供 0.54~4V输出电压以及最大17A的输出电流,全封闭式数字模块的功能多样性足以满足相当广泛的应用要求。
全封闭式数字电源模块的另一个重要优点是由封装热效能改进带来的卓越功率密度。封装的功率密度和热阻率是携手并行的,特别是在考虑高功率解决方案(大于25W)时。在半导体行业,有关改进密度/集成度的竞赛从未停止。关键原因是系统功能不断加强(这需要使用更多元件)而尺寸不断被减小,以保持竞争力。所以元件/解决方案尺寸是该趋势的一个重要部分,这意味着,客户可在印刷电路板上布置更多内容或更高/更大功率处理器。一个例子是服务器应用或自动测试设备。
热阻率越低,潜在功率密度就越高――一些封闭式模块解决方案由于其封装热阻率而存在提高功率等级的困难。同样,解决方案的热效率越高,用户就越不需要担心解决方案约束条件(如确保一定的气流量或添加散热片)或在设计时受这些约束条件的掣肘。
增强型封闭式QFN封装(在封装的底上带有大的热盘并使用热增强型的封装材料)可提供最佳散热性能。
封装热阻率分别是θJ-A=11.5C/W和θJ-C=2.2C/W证明其极低的热阻值。因此,更高功率的解决方案可采用更小体积的设计。因为封装背面的θJ-C值如此之低,所以大多数热量都通过封装的底部消散了。与开放式(openframed)模块相比,在多数工作条件下,这种封装满负载工作在工业环境温度范围内都可以无须散热气流。模块封装的热性能比传统的开放式模块或分立电源解决方案对达到更高功率密度有更大的影响,并使封闭式模块成为代替二者的不二选择。
所有元件都是全封闭的,所以这种模块的电气隔离性能优异,焊点抗损坏性更强,可减小特定应用中的压力造成封装破裂的机会,并可改进可制造性,因为整体式封装相对于非平面的开放架构模块更适合于传统的“贴装”(pick-and-place)设备生产。
作为最新DC/DC封闭式电源模块的一个例子,ZL9101MIRZ提供了下一代封装工艺与易于使用的数字电源管理功能的独特组合,通过最小化外置元件数量,使可靠性高于传统开放式模块或分立解决方案,以及缩短设计周期时间或上市时间来简化潜在的复杂POL电源设计。它使用图形用户界面PowerNavigator通过PMBus标准协议来简化和优化配置与监测。
全封闭式模块的功率密度可能比一般模块高34倍。例如,将ZL9101MIRZ和市场上的同等开放式模块进行对比,ZL9101M的功率密度为38W/cm3,在30W同等输出功率等级下比后者的8.6W/cm3高出3倍。同样,二者的占位面积(2.2cm2对3cm2)也存在30%的显著差异,这在电路板空间紧张时是很重要的。
全封闭式数字电源模块是下一代封装工艺与易于管理的数字电源的有利结合,通过最小化外置元件的数量,高于传统开放式模块或分立解决方案可靠性,以及缩短设计周期时间来简化POL电源设计。DC/DC非隔离式电源模块以坚固、标准型封装和合理的成本提供了全范围的电流和电压。它们是下一代通信系统和工业产品的理想设计之选。
美光与尔必达合并可能震动DRAM市场
据IHSiSuppli公司的DRAM市场研究简报,美国美光与日本尔必达如果合并,可能导致DRAM产业格局发生剧烈变化。
关键词: 高铁经济发展新引擎
Abstract: high speed rail is nowadays one of the most popular means of transportation, it not only convenience to our travel, and more accelerate the local economic development, a well-known railway experts say that high-speed rail on stimulating local economic growth is very good, also more reveal the value of the high-speed rail as a gold line. It will be pulling economic zone, economic circle and economic zone along the rapid development of the new engine, to realize the basic modernization in various areas take the lead in providing reliable guarantee capacity.
Key words: high speed rail new engines of economic development
中图分类号:F530.3文献标识码: A文章编号:
前言:
中国的京沪高铁从开始建设的时候便一直是大家关注的焦点,它是中国制造的典范,更是中国在高铁制造方面树立的先锋,这是目前世界上一次建成线路里程最长的高速铁路。京沪高铁全线长1318公里,这个距离在欧洲相当于穿越五六个国家的版图。它像一条腾飞的巨龙,横穿京、津、冀、鲁、皖、苏、沪7省市,跨越海河、黄河、淮河、长江四大水系,舞动在“环渤海”和“长三角”两大经济区。
1.法国、日本高铁的案例研究
在国外高速铁路的经济效益方面,占日本铁路营业里程9%的日本新干线,年收入占铁路总收入的40%。法国TGV东南高速铁路全线开通的第一年即实现盈余。1991年,TGV东南线的客运收入为50亿法郎,纯利润高达19.44亿法郎。经过近10年的运营,TGV东南线的财政收入,已偿还线路建设和高速列车购置的全部债务。
1.1案例研究:高铁对法国城市发展的影响
1989年TGV的开通
1南特距离巴黎仅仅1.5小时,
首先,对于空间区位的影响是,旅行时间的减少使得南特和巴黎的联系更加紧密了,对企业选址,扩张,迁移的影响非常大,因而有许多公司由巴黎迁移到南特。
其次,TGV车站建筑被更新为现代的流线型帆船造型寓意着高铁联通了大西洋。另外,由于TGV的高科技性和其在商业上的成功,对南特产生了渗透性的影响,TGV开通后南特开始积极的招商,并帮助企业在南特扎下根来。
高铁对其的直接影响是,提高城市的可达性,降低了旅行成本,提高了生产力,产生了企业徐那只的集聚效应。
2 里昂距离巴.仅仅 2个小时
从1983年至1990年,站区周边区域办公物业从17.5万平方米,整体增长了43%,年均增长5.2%
商务乘客人数增加的最多的是服务,贸易相关行业的旅客,整体商务旅行乘客增加了约56%,其中与服务,贸易相关的乘客暴涨了112%.
3 勒芒距离巴黎40分钟
首先,在车站区发展计划的指导下,1989年车站区形成了1万平方米的商务中心,到1991年又新增了2,2万平方米办公物业。
其次,在大学附近重新规划了技术研究中心
因为TGV勒芒还吸引了欧洲学院将拥有350个学生的音乐专业搬迁至此
城市的宏观经济指标上升,3年内土地和房产交易量增长了2倍,4年内土地价格从5000法郎每平米涨到10000法郎每平米,3年内公寓价格从580法郎每平米涨到1100法郎每平米
4 旺多姆距离巴黎30分钟
高铁开通前旺多姆只是个不知名的小镇,高铁开通后3年内旺多姆的房产价格上升了35%,房地产交易量增加了22%
1991年9月建成了一个占地150公顷的科学园,其中包括了欧洲设计产业研发培训中心。
1.2
20世纪50年代后半期,日本形成了东京,横滨,名古屋,大阪,神户等“沿海型”工业低矮,3大经济圈成为日本经济发展的火车头,(以东京,横滨为中心的关东经济圈,以名古屋为中心的中部经济圈,以大阪,神户为中心的近代经济圈)、
当时连接这些地区的东海道铁岭虽只占铁路总厂的3%,却承担全国客运总量的24%和货运总量的23%。
通往仙台,岩手的东北新干线1982年开通后,沿线城市的人口和企业分别增加了30%和45%,地方财政收入明显增加。
促进了人员流动,加速和扩大了信息,知识和技术的传播。从而带动了地方经济发展,缩小了城乡差别。
将沿线个城市连接成扩张功能区域整体的经济走廊
沿线知识经济的发展:1为沿线各城市资源,技术资源,生产资源和市场间的优化组合提供便利条件,2促进新新知识的产生和流动3带动高新技术产业的发展
1促进沿线产业带的形成,新干线将京滨,中京,办深,北九州4大工商业地带连接起来的静冈,冈山,广岛等兴建新的工业地带,形成沿太平洋工业带
2沿线城市产业结构的调整 1975年新干线从大阪进一步延伸到九州后,冈山,广岛,大分乃至福冈,熊本等沿线地带的工业布局迅速发生变化,汽车,机电,家电等加工产业和集成电路等尖端产业逐步取代了传统的钢铁,石化产业。
3东京229公里的大和市,在建成上越新干线站后,诞生了国际大学观赏戏剧会,茶道会的机会增多,美术馆,音乐厅的建设也增多。
4沿线旅游,商贸产业的发展 东海岛新干线的山阳新干线,带动旅游人口每年2亿人次,缠身的食宿旅游等的消费支出约为5万日元,增加就业50万人,高铁建成后,客流量的诱发率平均为25%。
2、中国高铁道路系统的特点
中国高速铁路与发达国家相比发展的较晚,但中国的高速铁路大有“后来者居上”的气势,随着当今世界运行里程最长、运营时速最快的武广高速铁路的顺利开通运行,标志着中国的高速铁路已经走在了世界铁路发展的前列
在当前世界经济疲软的环境下,投资高速铁路是经济发展的一个新增长点,它能拉动我国相关行业发展,促进内需,改善社会经济状况。随着各条高速铁路线路的逐渐开通,将为高铁沿线城市之间促进产业分工,加快城镇化建设。
武广高速铁路开通后,广州到武汉仅三个小时;京沪高铁开通,更是将京沪距离拉近至五小时内,实现了“千里京沪一日还”。事实证明,高铁可以把相距250公里的城市间的运输时间缩小到一小时以内,产生 “同城效应”。可使各经济区、都市圈、城市群等的内部城市间的各种资源重新配置,形成上下游产业一体化、生产与销售一体化、人口规模5000万到1亿的大型都市圈。高铁可以把相距2500公里城市间的运输时间缩短到一天之内,中国以漠河-腾冲线为界,大部分自然资源蕴藏在西部,人口则大部分集中在东部,高铁的速度能使中国成为更紧密的一个整体,为民众的工作、生活提供更多的选择和便利。
3、高铁为沿线城市发展带来的经济规模的研究
高铁带来的巨大社会效益和对区域经济推动作用也是不容忽视的。按照铁路投资与相关产业最高拉动效应1∶10比例计算,京沪高铁建设头两年拉动内需高达近1.2万亿元。京沪高铁开通运营后将使沿线地区GDP的增长率提高19%至21%高铁建设在拉动国内相关产业、行业的就业等方面的作用,更是无法直接通过对铁路的投入产出来简单计算。。
4、高铁对全国城市群发展格局的影响
高铁在促进城市结构转型和产业升级,推动城市功能完善,促进产业集聚,促进城市经济多元化发展,利用交通优势发展特色产业等方面,具有显而易见的优势。高铁作为城市发展的催化剂,对于城市功能的外拓、产业的升级起到至关重要的作用。以高铁建设发展形成的区域,其城市能级远远大于其他交通方式形成的城区,因此高铁对于城市发展具有更大的拉动作用。
5、高铁的建成对城市内部的影响
在城市群内部一小时经济圈范围扩大的影响下,城市群内部各城市发展定位重新布局的重要性和必要性,对城市化规模的探讨有很大的必要。
5.1高铁运营特点:高速铁路全部采用自动化控制,可以全天候运营,除非发生地震等特大地质灾害。根据风速限制规范,若装设挡风墙,即使风速达到每秒25—30米,列车也可跑到160公里/小时。飞机、机场和高速公路等,在浓雾、暴雨和冰雪等恶劣天气情况下,则必须关闭停运,由于高速铁路系统设备的可靠性和较高的运输组织水平,可以做到旅客列车极高的正点率。
5.2高速铁路有许多其他运输方式无法比拟的优势。高速铁路是高新技术在铁路上的集中反映,它使交通运输结构发生了新的重大变化,是当今经济,社会、科技、交通发展的必然产物。它与汽车和民航等运输方式相比较,输送能力更大,更安全可靠,旅行舒适度更高,较少的受气候变化的影响,又具有节省石油和土地资源,保护生态环境,摆脱交通堵塞等优势
6、高铁对城市发展的潜在影响——高铁站站前经济区的建设对城市发展的意义
6.1高铁站前经济区是城市对外展示的一个标志性窗口:是一个城市经济、社会现代化高度发展成果对外集中展示的突破口,城市对外发展以及招商引资具有重大的推动作用;伴随高铁站的发展壮大,将逐步取代一般铁路站点的城市窗口功能,且这一功能对于缺乏大型机场的中小城市更加突出。
6.2高铁站前经济区是未来城市发展的一个制高点:高铁具有比一般铁路更多的优势,随着高铁网络的逐步完善和人们对高铁的逐步认可,高铁站前区比一般铁路站前区带来的经济效益与规模空前提高,具备带来一座新城的能力。在此基础上,多数高铁沿线城市将新区建设与高铁站统筹发展,高档商业、居住、娱乐、文化、商务办公等业态以及公共服务设施围绕高铁站铺展开来,为未来新城的发展奠定基础。
6.3高铁站前经济区的发展对完善和提升城市现代化公共服务设施系统具有明显的推动作用。
6.4高铁站前经济区对城市化进程具有积极意义:高铁站前经济区的发展多数伴随新城区的发展、一、二、三产业的结构性调整以及城乡统筹的深化,能有效提升城市化率、优化城市功能结构以及促进城市“三化协调”。
高铁线路的沿线城市在高铁建造的同时也会带来了巨大的效益,首先人们明确了该地区的地理位置,同时更加大了该城市的知名度,在经济文化政治人文环境方面更是有了很大的提高。列车运行速度实现了历史性的跨越,能够实现大量、快速和高密度运输。
7、好利用高铁为城市经济发展和加速城市化进程机遇的具体措施与保障
首先,速度是高速铁路技术水平的最主要标志,各国都在不断的提高列车的运行速度。法国和日本的高速列车的最高运行时速达到了300公里,意大利也达到了250公里。与民航相比,在正常天气情况下,高铁与飞机相当。与高速公路相比,以北京到天津城际高速铁路为例,京津高速公路14032里,汽车平均时速85公里,行车时间为1小时40分,加上进出京、津两市区一般需要1.5小时,旅行全程时间超过3小时,而乘高速列车仅需30分钟。
其次,由于高速铁路在全封闭环境中自动化运行,又有一系列完善的安全保障系统,所以其安全程度是任何交通工具无法相比的。从国外的运行情况看,高速铁路问世40年来,除德国ICE高速列车行驶在改建线上发生过一次事故外,各国的高速铁路均未发生过重大行车事故,也没有因事故而引起的人员伤亡。这是各种现代交通运输方式所罕见的。因此,高速铁路被认为是安全的。与此成对比的是,据统计,全世界由于公路交通伤亡事故每年约死亡25万一30万人,全球民用航空每10亿人/公里的平均死亡数高达140人。
根据研究测算,以“人/公里”为单位能耗进行比较,高速铁路为1,那么则小轿车为5,大客车为2,飞机为7。由此可见其他运输方式比高速铁路能耗高的多。高速列车利用电力牵引,不消耗日益价高的石油等液体燃料,可利用多种形式的能源。环境影响明显优于汽车和飞机。
结语:
高铁建设是铁路发展史上的一个里程碑,较之普通的铁路运输更为快捷、舒适,能够缓解铁路运输的紧张状况,高铁对于发达国家而言,是一种交通系统的完善;相较于处于结构调整期的中国而言,利用好高铁效应,对促进沿线城市一、二、三产业的结构性调整、完善城市公共服务体系、深化城乡统筹,提高城市化率、提升城市品位、优化城市功能结构以及促进城市“三化协调”具有深远的意义。
参考文献:
[1]. 唐经世 快速客运专线方案分析.
[2]. 沈东升 高速铁路新技术统计.
[3]. 李向国,况勇,岳渠德 高速铁路道床施工标准