电路设计思想

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电路设计思想范文第1篇

关键词：高压送电线路；优化设计

Abstract: In recent years, rapid economic development, social electricity demand is rapidly growing, power grid construction at an unprecedented rate across the development. Specific technical issues in engineering design, theoretical analysis, practical application, sum up experience in the design to provide a scientific reference for the circuit design.

Keywords: high voltage transmission line; optimization design

中图分类号：U285.19

文献标识码：A 文章编号：

一、线路设计优化

1.基本要求

设计单位必须对其勘察、设计质量负责,勘察、设计文件应当符合有关法律、行政法规的规定和建筑工作质量、安全标准、建筑工程勘察、设计技术规范以及合同的约定。设计文件选用的建筑材料、建筑构配件和设备,应当注明其规格、型号、性能等技术指标,其质量必须符合国家规定的标准。

2.优秀设计的技术要求和实现

2.1变电站出线廊道规划与实施

因近年来变电站出线要求非常频繁,故出现变电站前廊道有限,站内有间隔而站外无廊道的问题,合理规划进出线廊道显得更加重要。根据变电站供电范围内的负荷预测,许多分析、计算必须到位,除按常规布置廊道外,应满足确保本期,服从长远,兼顾后续的设计原则,通过现场测量地形,计算机AUTOCAD绘图,考虑其中各回出线单双变换的情况,合理选择单双回路终端杆塔型。必要时,可选择近年来我国大量采用的钢管终端塔,甚至采用电缆进出线,以使各回出线均满足安全距离。

2.2线路走径的优化设计

线路路径的选择是整个线路工程建设的关键环节,直接关系到整个电网的安全、可靠和技术经济性,在线路工程主要经过农耕地,村庄布点密集,线路两端变电站廊道紧张,线路路径选择的重点放在避开厂企业、村镇的规划区、不良地质地带的基础上,合理选择与高速公路、铁路、电力线、Ⅱ级通信线的交叉跨越点,满足对通信线影响的要求,最大限度地使得线路路径最短,交通运输条件较好,施工和运行条件方便。

在施工设计中,在初设走径图的基础上,应准确测量,合理调整路径,减少曲折,缩短距离,做好局部设计。在山区线路设计时,有些设计过分强调为便于施工运行沿公路走线,因此遇上林区即大范围避让。作为选线人员,应先在地形图上认真分析定线,再到现场踏勘核对,落实预计的方案是否可行,以避免出现“之”字形、半圆形、大转角等。

2.3详尽调查沿线工程地质、水文及气象条件

为使工程能获得较精确的沿线气象条件,应根据规程对观测场、距本线路距离的要求,走访气象站,经计算平均最大风速、极端最低气温、历年平均气温、历年平均雷暴日数,结合沿线现有送电线路、通信线路的运行经验及造成自然灾害等资料情况分析后,获得本线路的气象条件结果表。

2.4有针对性地科学制定杆塔位排定原则杆塔位排定

依据《架空送电线路设计技术规程》中有关规定和本工程所采用的各种杆塔设计条件进行。线路通过经济作物林区时,不砍伐通道,对与个别垂直距离不满足要求的进行剪枝、削顶,甚至砍伐,线路跨越普通树木时,按砍伐施工通道和保证安全运行的原则进行设计,如须砍伐防护通道,按照线路宽度加林区主要树种高度的2倍进行。在非经济林类树木自然生长高度不超过2m、导线与树木(考虑自然生长高度)的最小垂直距离不小于4.5m情况下不砍伐防护通道。

2.5主力杆塔和地线的选型设计

根据以往工程的设计经验,在杆塔选型中,一般采用根据工程导线型号及水文气象地质特定情况而选择在该地区使用了多年的杆塔型,这些塔型,具有丰富的施工及运行经验,不仅可以缩短设计订货周期,同时有利于运行单位的检修及备品备料。但在实际应用中必须因地制宜,综合考虑。

2.6交叉跨越的设计保证

近年来线路工程的一大特点是交叉跨越多,而线路在果树地里的测量异常困难,故实际中在果树地里运用了高架穿线进行测量,在果树树梢上看过去;在果树地里采用仪器架低,利用果树树身之间空隙穿行,遇到实在过不去的,如遇到大树干、临时房屋,采用几何法进行修正。

二、技术分析

1.单回路塔与双回路塔配合问题

长期以来,当变电站架构排定后,由于终端塔位及廊道限制,为保证当期线路及后续工程的顺利进出线,在终端多采用双回路终端塔,在廊道规划中拥挤地段多采用双回路架设,这带来1个单双回路变换的问题,主要体现在单回路各相导线最大风偏时在直线塔上悬垂绝缘子串偏移,造成导线对杆塔净空距离、导线线间距离无法满足规程要求,此类教训很多。另外,线路两侧变电站相序经常出现不吻合情况,在单回路上双回路塔档内进行调整是经常采用的1个方式。例如祥周电厂1回220kV输电线路进入某站段即是这种情况下处理较好的1个例子,当时有2种方案可供选择,一是采用单回路耐张塔,另一是采用直线猫头塔。根据实际,按规程要求,对线路直线单回路塔和双回路终端塔配合情况进行计算机软件详细计算,CAD准确绘图,提出理论计算模式,最终拿出合理的直线塔位移施工图纸(一般情况下,直线塔不作位移)。并根据两端变电站相序情况,提出了相序调整方案。该方案被采用后已运行2年多,各方面均证明设计合理,计算准确,且经济效益显著。

2.铁塔基础改进

某500kV变电站至某220kV双回、双分裂送电线路在施工中遭遇连阴秋雨,线路所经局部地带地下水位很高,个别塔位积水成池,施工机械无法展开。如采用常规基础,不但施工难以进行,工期难以保证,基础安全受力也受到一定影响。根据雨季现场情况,参考各单位意见,对常规基础进行改进,确定基础型式为“自重式基础”,即基础的抗拔、受压、抗倾覆均由基础自身完成,不再考虑土壤受力。

基础改进应注意2个方面:①正确分析铁塔基础受力,应首先保证安全,针对轴心受压基础,轴心受拉基础,分别选取不同的K值。②新基础计算的前提条件是地基承载力满足设计要求,若地质属淤泥或淤泥质土,则必须进行重新设计。

3.降低输电线路杆塔接地电阻的措施

要解决输电线路杆塔接地电阻偏高的问题,先要对偏高的原因进行认真的分析,到现场认真勘探测量,进行严格的计算设计,制定出切合实际的降阻措施,主要有:①水平外延接地,杆塔所在地若有水平放设的条件,则尽量采用此法。因其施工费用低,不但可降低工频接地电阻,还可有效地降低冲击接地电阻。②深埋式接地极,如地下较深处的土壤电阻率较低,可用竖井式或深埋式接地极。

4.城市架空输电线路的设计

在经济发达地区或工业城市,负荷水平、负荷密度高速发展,要求电能以220kV或110kV输送至负荷中心,而城市建设中的市政规划,对景观及环保要求越来越高,对架空线走廊的限制也越来越严格。土地和环境景观等资源的占用不再是无偿或微不足道的了,线路建设中用于征地赔偿和搬迁以获得走廊使用权的各项费用在建设成本中的比例越来越高。在某些情况下,采用单侧三相垂直排列的杆型,虽仅架设一回线路,但与电缆线路比较,效益却很可观。狭窄的路径走廊,促使钢管杆的出现,它在技术上能满足输电线路的要求,如价格与角钢塔可比时,其应用领域将更广泛。钢管杆不仅造型美观,安装快捷,占地面积省,符合现代城市环境对架空线路的高要求,而且还与城市地势较为平坦,走廊宽度小,线路施工不方便等特点相适应,故得以迅速发展,给设计选择带来了方便。

线路的走廊宽度由塔头尺寸、风偏、安全距离3部分组成。减少线路走廊宽度的关键在于控制塔头尺寸和风偏。采用固定挂点的直线杆塔以及固定跳线的耐张塔,是减少塔头尺寸和限制导线风偏的有效措施,也是控制走廊宽度的有效措施。走廊的日益紧张,发展的趋势将是多回路、大截面。

结束语:

架空输电线路处于户外运行,随着环境的变化,线路结构必然随之改变,本文谈到的新特点只是线路设计工作中比较突出的几个方面,只有具体问题具体分析,提出最优设计,才能确保线路的安全运行。同时针对各种问题,目前国内线路设计方面出现了许多新技术、新经验、新设备,只有结合实际,合理利用,才能达到最理想的效果。

参考文献:

电路设计思想范文第2篇

【关键词】 DX600 发射机 电容 寿命

HARRIS公司生产的DX系列发射机末级采用MOSFET射频放大单元，采用低电压、大电流的主电源。以DX600的单个PB为例，其主电源输出250VDC、900A（载波状态），这样的电源输出电流大必然要求等效内阻很小，为得到良好的滤波效果，必须使用很多滤波电容，该电源的滤波电路共采用了55支5100μF/350V电解电容，同时，驱动部分和二进制模块125VDC电源滤波分别采用 2支5500μF/200V电容并联和1支18000μF/200V，以上电容均为铝质大型电解电容。

我台两部DX600发射机，随着使用年限的加长，发射机内电解电容陆续出现低效或失效现象，那么，这些电解电容出现低效和失效是正常寿命终了还是另有原因呢？

一方面电解电容本身的设计制造、选用材料和制造工艺决定了其使用寿命。另一方面电容器的使用环境也影响电解电容的使用寿命。由于发射机所用电容器均为原厂正品，故设计因素，这里不作探究，主要针对使用环境和状态进行分析。

一.电解电容正常使用寿命

电解电容使用非固态电解液，其寿命取决于电解液的蒸发速度，电解液缺失到一定程度致使电容器电气性能降低，导致电容器低效直至失效，关于电解电容的寿命计算有专题研究得出的公式，

L：实际使用平均寿命；

Lb：最大温度下的基本寿命；

Tmax：最大工作温度；

Ta：实际环境温度：

Tjo：加上最大额定纹波电流后，电容器的内部温升；

Tj：加上实际纹波电流后，电容内部温升；

其中电容器内部温升Tj跟纹波电流（IRMS）和电容器的等效串联电阻值（ESR）有关。

由公式，影响电解电容寿命的几个直接因素是：环境温度（Ta）、纹波电流（IRMS）、等效串联电阻值（ESR）。对于给定成品电容器等效串联电阻值（ESR）是恒定的，实际使用中，影响因素就是环境温度（Ta）和纹波电流（IRMS），在维护过程中，可以从这两个因素着手。

把以上两个因素分割来分析，存在一种有意义的假设：如果电容器工作电源纹波电流近似于额定纹波电流，纹波电流的影响部分为1，那么电容器工作温度每升高10度，使用寿命将下降一倍，反过来，电容器工作温度每下降10度，使用寿命将提高一倍。在实际使用中常可以看到电解电容器的实际寿命远比标称值高，这就是使用温度低于最高额定温度的原因。我台一部DX600已使用12年多，电容出现低效和失效现象，从整体上是正常的，只是在维护工作中，尽可能降低环境温度和保持良好的电源纹波系数，以最大可能延长电解电容器的使用寿命。

二.电解电容非正常失效的可能原因

1.环境、焊接以及电路中纹波电流异常而造成电容工作温度异常升高

环境温度以及焊接过程的高温，可导致电容器失效不难理解。电路中纹波电流的存在也同样导致电容器内部升温而最终使电容器失效，当纹波电流流过电解电容器时，由于电容器存在一个等效串联电阻（ESR），会导致电容内部温度上升，从而导致使用寿命降低。对于普通电解电容器而言，高频纹波电流将比工频纹波电流的热效应大，因此，在开关电源的输出滤波或负载具有很高的高频纹波电流时，应用普通电解电容器会感到明显发热，电容器的寿命明显下降。

2.工作电压超过电容器设计最高电压

电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的浪涌电压和瞬时高电压是经常出现的。尤其我国幅员辽阔，各地电网复杂，经常会出现超出正常电压的30%。经测试表明，常用的450V/470uF 105℃的进口普通2000小时电解电容，在额定电压的1.34倍电压下，2小时后电容会出现漏液冒气，顶部冲开。根据统计和分析，与电网接近的开关电源PFC输出电解电容的失效，主要是由于电网浪涌和高压损坏。电解电容的电压选择一般进行二级降额，降到额定值的80%使用较为合理。

3.反极性电压造成电容器异常失效

铝电解电容器由如下几部分组成：阴极铝箔、电解纸、电解液，阳极铝箔以及形成于阳极铝箔表面作为电介质的氧化铝层。形成于阳极表面极薄的一层氧化铝在电解电容中扮演电介质的角色。它具有优越的介电常数以及单向特性（rectifying properties）。就是这个单向性使电解电容有极性，可以通过交流是电容的充放电特性形成的，实际电荷并没有通过电容器，电解电容反向击穿电压很低，所以电解电容器不能用于交流电，只能用于直流电且不允许反极性馈电。如果极性接反了，电容器的漏电流急剧增大，内部电极严重发热，导致电容器失效，严重时会燃烧爆炸，损害线路板上的其它器件。

三.DX600发射机电容失效故障现象及维护思路

我台两部DX600发射机内部电容陆续出现部分电容低效和失效，其中一部发射机一次发现近二十支低效和失效电容，出现较多电容失效后，发射机状态异常：一是发射机保险板上的35A大保险无规律熔断；二是开机后功率模块保险熔断的概率也变高；三是发射机整机信噪比、失真指标均有下降。以上，前两个烧保险异常原因是滤波电容失效后冲击电流大导致部分保险烧；而发射机信噪比和失真指标下降，是由于电源纹波系数变大引起，更换新电容后状态恢复。

通过以上电解电容使用寿命影响因素的理论分析，结合我台DX600发射机出现的故障，对照出现电容故障发射机的实际运行情况，发射机上电容陆续低效或失效，其主要原因是发射机投入使用年限较长、南方夏季气温高发射机房环境温度相应偏高、加上当地外电线路供电波动大、异常干扰脉冲成分高，诸多原因造成。

为使发射机保持良好运行状态，可从以下4个方面加强检修维护：

1.及时排查并更换失效的电容。从电解电容失效机理可知，当发射机电源滤波电容出现部分失效后，使整机电源纹波系数变大。所以，无论是正常寿命已到还是异常失效，均应该尽早测量出低效或失效电容，并更换新品，否则由于存在部分失效电容，使发射机电源滤波电容受损失效进入恶性循环。

2.采用原厂优质或更高参数的电容器。在实际维护中，为了节省维护经费，我台采取向国内一级电容生产厂商定制相同规格电容，同时，在最高温度和额定使用寿命等参数上要求达到更高等级，希望能在同等使用条件下，使用寿命更长。

3.排查发射机冷却系统是否符合规定要求。随着使用年限的加长，我台一部DX600发射机的冷却水流量慢慢减小，总流量由装机时的46GPM下降到35GPM，三个PB的冷却水流量从16GPM分别下降到12.5GPM、12.5GPM和11.5GPM。水流量减少势必会影响发射机的散热效果，造成机箱内温度上升。经仔细排查，发现水路系统连接整流柜管道接头和可控硅接头两端的软管均有不同程度的堵塞。造成冷却水流量变小的原因是：整流柜内水冷管道与电源距离非常近，长期受电流和电压的影响，冷却系统管道内污物杂质在电蚀的作用下，聚集在金属和软管交接的附近，使管口有效内径变小，从而导致水流量减小。解决的办法是：拆开PB整流柜可控硅与铜管上下连接部的橡胶软管，进行清除处理后，PB水流量都上升至15GPM，总水流量由35GPM上升至45GPM。

4.改善发射机房通风制冷条件，降低发射机环境温度。发射机产生的热量通过辐射、热交换等方式与外界气温达到一个热交换平衡，如果机房通风或制冷条件较好，则这个平衡温度就较低，反之，机房通风制冷效果不好，则热量聚集在机房中，当发射机与机房温度平衡时，发射机内部和机房内温度均较高。

电路设计思想范文第3篇

老挝位于中南半岛北部的内陆国家，北邻中国，南接柬埔寨，东界越南，西北达缅甸，西南毗连泰国。湄公河流经西部1900公里。属热带、亚热带季风气候。5―10月为雨季，11月至次年4月为旱季。年平均气温约26℃，年降水量1250―3750毫米。

老挝水能资源是老挝的最大资源，全境有20余条流程200公里以上的河流，其中最长的湄公河在老挝境内全长1846.8公里，约占湄公河全长的44.4%，落差484米，湄公河60%以上的水力资源蕴藏在老挝，全国有60多个水源较好的地方可以兴建水电站。原苏联和越南的专家测算老挝水能理论储量为2500-3500万千瓦，可开发装机容量为2000-3000万千瓦。

老挝目前国内电力消费水平不是很高，2000年总电力消耗仅648.6GWH，只有36%的人用上了电，但1995年到2000年平均电力消耗增长15.1%，增长速度较快。按老挝国家电力发展规划的预测，未来十年年均电力消耗增长为11.75%，到2010年，老挝国内电力新增需求为1314GWH，几乎是2000年度国内总电力消耗数的两倍。

老挝和邻近的东南亚各国的电力均很紧缺，据了解，老挝电力出口的主要市场是泰国，其水电进口量约占其用电量的60%，而进口水电的很大一部分是从老挝进口的(老挝电力的70%出口到泰国)。今后随着这一地区大规模建设的开展和经济的进一步好转，电力市场潜力很大，因此，老挝的水能开发，无论现在还是将来，无论在国内还是在邻国的经济发展中都占有极其重要的地位。

此次签订的南俄5水电站位于距老挝首都万象北部150公里的南汀，装机2×50MW，水库库容318MCM，工程主要包括：两座大坝，其中主坝为混凝土拱坝，最大坝高97米；450米长内径6.2米的导流隧洞；设计泄流量为1250立方米/秒的无闸双曲式溢洪道；引水隧洞（内径5.1米，长6200米）和压力水管（内径2.9米，长860米）；地面厂房；2×50MW的水轮发电机组以及77公里长的115kv输变电线路和变电站；另外还有32公里长的进场公路。项目直接总投资在1亿美元（不含融资和保险费用）以上，属于经济社会效益较好的水电项目之一。

电路设计思想范文第4篇

关键词：数字电路；教学体系；重构；设计

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0165-02

一、概述

数字技术是近几十年发展最快的技术，其发展对人类社会产生着深远的影响。作为数字技术硬件基础的数字电路遵循摩尔定律，在几十年中经历了从分立电路到集成电路的设计历程，到现在已进入片上网络（Network on Chip，NoC）的阶段。从数字电路的晶体管电路时代，历经中小规模集成电路设计时代，到现在广泛采用EDA工具进行ASIC设计以及基于FPGA进行设计的时代，电路设计的每一步发展过程都产生过很多重要的设计思想及设计方法。这些设计思想及方法的累积构成了现在的数字电路教学体系。然而，由于新旧体系高速更迭，使得目前的数字电路教学体系呈现一种拼接的模式，整体内容缺少因果链接，电路的逻辑设计、功能设计和性能设计三方面脱节。这种现状与当前数字技术领域对人才的要求极不适应。要对现状有所改革，首先需要对数字电路各部分内容有所了解，从中提取适应发展的部分，重新构成一个自洽的课程内容体系。本文希望通过对现有课程中不同部分内容进行分析，在此方面进行一些尝试。

二、基于晶体管的设计

目前，数字集成电路采用的主要工艺是CMOS工艺，在这种工艺条件下，电路逻辑结构由MOS晶体管担任开关作用来实现。MOS晶体管分为PMOS和NMOS两种形式，分别用于传导高电平（1）和低电平（0），如图1所示。逻辑输入控制晶体管的栅极，连通的晶体管支路由电源或地为逻辑输出提供标准输出电平，如图2所示。在晶体管的相互连接中，NMOS的串联可以实现AND运算，并联实现OR运算，由此可以形成各种基本的逻辑单元，如图3所示，这些逻辑单元的进一步连接可以形成各种功能电路。

在目前国内外教材的分析中，对此类电子电路的评价主要集中于晶体管数量。如何在设计中减少晶体管的使用量成为设计的主要目标。基于这一考虑，在基本单元层次，发展了AOI电路结构，将“与-或”二级结构形成一个整体，晶体管数量只与初级与门输入的数量相关。在功能设计的层次，引入卡诺图对逻辑方程进行最小化，其目标也是通过减少初级门输入端的数量来实现晶体管数量的减少。上述设计方法能够非常准确地表达数字电路的逻辑体系实现，并能建立组合逻辑的卡诺图分析设计方法和时序逻辑的转移输出表的分析设计方法，为数字电路的规范化设计体系奠定了很好的基础，也构成了目前数字电路设计的理论基础。但在目前的教学体系中，这种设计方法只是将晶体管作为标准开关器件使用。由于缺少有效的评价体系，目前逻辑分析仅停留在简单电路的分析设计，在中规模功能电路的分析设计中，几乎没有采用这一体系。在VLSI的设计时代，对电路性能的评价主要表现为集成度（占用芯片面积、成本）、速度（最长延迟时间、最高时钟频率）和功耗（最大功耗、平均功耗）等指标上。要实现同样的功能，利用逻辑定理可以设计出很多不同结构的电路，最优化成为设计中的中心环节。而要实现这一目标，在基本逻辑结构形成的阶段就需要补充对于相关性能的描述模型。

三、基于中小规模集成块的设计

在上世纪70～80年代，为了应对数字技术的广泛采用，发展了以74系列为代表的各种中小规模集成块。不同领域的用户可以选用尽可能少的通用集成块连接形成电路，满足自己的特殊系统需求。为了使用上的方便，中小规模集成块在外型和I/O端口性能方面都进行了统一标准设计，其输入/输出特性由Data sheet详细规定，用户在使用时可以不忽略其内部电路工艺及逻辑形成方式，只根据设计要求选取对应功能块，根据端口特性设计外部负载连接电路。考虑到通用模块可能需要对模拟器件进行驱动，此类电路通常都配备了强大的对外驱动电路，导致集成芯片中主要部分为I/O部件，逻辑功能部分只占据了集成芯片的次要部分。为了增加模块的通用性，通常会在基本功能的基础上添加许多额外的控制/状态端口（与集成块的总体成本相比，这些添加几乎不增加成本，但能够带来市场上的好处）。由于电路的成本、速度、功耗主要由I/O部件及外壳决定，简单逻辑与复杂功能的模块在价格和速度上相差不大，用户倾向于选用复杂功能模块来构成电路（使用模块的部分功能），而不是选用基本逻辑部件构成电路，电路设计的主要目标成为选择最少逻辑块及最少连线进行设计，与逻辑设计基本脱离关系。在目前的教学体系中，关于逻辑单元静态与动态特性的讨论基本采用这种方式讲解；各种组合功能电路的设计和时序功能电路的设计（二进制计数器、移位寄存器等）都采用此类方式。由于目前的实验条件，以及学生创新活动中自己设计小系统的需要，中小规模集成块仍然具有重要的使用价值，相关内容也就构成了数字电路课程教学中功能设计的主体部分。然而，中小规模集成块作为一种集成度低下的分立设计，其高成本和低速度是其不可避免的缺陷。如何将相应内容与低层逻辑设计合理地结合，将电路性能的评价带入到对不同结构设计的选择上，是解决这一问题的关键。在ASIC设计中，不会无谓地设计不需要用到的所谓多功能扩展，对功能模块的教学改革应该首先着眼于基本功能的最佳实现方式，然后考虑在不同应用中的最佳扩展设计方式。目前基于多功能器件进行设计，利用其部分电路的设计方式对中小规模集成块是优化的方式，但对于片上设计就是一种浪费的设计了。

四、基于HDL的设计

随着计算机技术的广泛采用，数字集成电路的设计也进入EDA时代。HDL使电路的设计描述和仿真验证可以利用计算机工具进行，方便于层次化设计中信息的交流、保存、修改，有效提高了设计效率，降低了设计成本。同时，基于FPDA的设计也成为中间设计的主流方式。为了适应这种发展，现行数字电路课程中开始引入HDL语言的内容，并对各种功能电路的描述编程进行了足够详细的介绍。同时也对FPGA的基本结构进行了介绍。利用这些内容，学生能够方便地使用计算机系统开展各类数字设计，扩大了数字电路的应用教学，通过对设计的仿真也能够更好地理解电路性能与设计的关系，使学生对数字电路设计有更实际的理解，也便于开展课程设计和各种实验活动。HDL是一种硬件电路的描述工具，主要帮助仿真过程的自动进行。而目前关于HDL的教学中，很少将电路逻辑与性能的关系反映到语言描述中，使语言的描述沦为对电路功能的描述，失去了EDA工具的使用本意。对电路性能描述中比较容易的是对延迟时间（或时钟频率限制）的描述。若要进行这方面的描述，HDL必须基于最基本的逻辑单元，设计者应对各种基本部件的时间延迟以及连线负载带来的时间延迟有足够的了解。而电路的功能设计描述则必须基于这种带时间延迟的部件互连设计（结构设计的描述）。此点在目前的HDL的教学中应特别强调。同时需要注意到，这种仿真一定要在与综合无关的工具上进行。对设计集成度的衡量取决于电路设计的综合方式。目前，在EDA设计领域尚未建立一种统一的综合方式，不同的综合工具采用不同的算法结构，综合效率各有不同。虽然综合算法本质上是基于基本逻辑优化理论建立的，但其中涉及的各种数学理论很多，不是数字电路这门课程能够解决的。因此，本课程无法涉足综合领域，也难以将课程内容与综合工具得到的结果形成对应关系。如何将基本理论与综合算法联系起来，形成一个统一的系统，应该是数字电路课程未来一段时间的改革目标。目前，很多的免费EDA工具采用FPGA作为综合的基础，这种综合工具的优点是能够方便地得到所设计电路的评价（占用单元数量、延迟时间、时钟频率）。然而，由于FPGA设计的基础是4输入查找表（等价于4输入卡诺图的最小项和设计），在基本逻辑层次上可以认为未进行任何化简，集成度低、延迟时间长。同时综合工具会根据4输入查找表建立优化算法进行综合，由此将用户进行的结构设计思想抹杀，不利于课程内容的相互衔接。如果要理解其综合结构，就必须首先建立FPGA基本单元和布线方式的电路参数模型，然后在此基础上建立独特的综合算法。目前，本课程难以完成这一任务。

五、统一体系的思考

基于上述分析，可以看到目前数字电路面临的困境，也展现了建立一个统一体系的需求。统一体系应该以电路性能参数（集成度、速度等）作为评价模型，着重考虑ASIC和VLSI设计中的需求。评价模型应该由底层基本器件（晶体管）开始分析建立，继承现有体系中关于逻辑设计的思想，将性能评价延伸到逻辑模块和功能模块层次；逻辑层次的设计中，主要展现功能的不同结构实现方式，为电路设计提供灵活性；而在功能层次的设计中，则通过对不同结构的性能进行比较，确定电路的最佳形成方式。HDL的设计应该将速度的评价融入到电路结构的描述中，并通过仿真工具的应用使这一评价能够推广到大系统中，对同步时序设计提供支持。

参考文献：

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电路设计思想范文第5篇

【关键词】集成电路；EDA；项目化

0 前言

21世纪是信息时代，信息社会的快速发展对集成电路设计人才的需求激增。我国高校开设集成电路设计课程的相关专业，每年毕业的人数远远满足不了市场的需求，因此加大相关专业人才的培养力度是各大高校的当务之急。针对这种市场需求，我校电子信息工程专业电子方向致力于培养基础知识扎实，工程实践动手能力强的集成电路设计人才[1]。

针对集成电路设计课程体系，进行课程教学改革。教学改革的核心是教学课程体系的改革，包括理论教学内容改革和实践教学环节改革，旨在改进教学方法，提高教学质量，现已做了大量的实际工作，取得了一定的教学成效。改革以集成电路设计流程为主线，通过对主流集成电路开发工具Tanner Pro EDA设计工具的学习和使用，让学生掌握现代设计思想和方法，理论与实践并重，熟悉从系统建模到芯片版图设计的全过程，培养学生具备从简单的电路设计到复杂电子系统设计的能力，具备进行集成电路设计的基本专业知识和技能。

1 理论教学内容的改革

集成电路设计课程的主要内容包括半导体材料、半导体制造工艺、半导体器件原理、模拟电路设计、数字电路设计、版图设计及Tanner EDA工具等内容，涉及到集成电路从选材到制造的不同阶段。传统的理论课程教学方式，以教师讲解为主，板书教学，但由于课程所具有的独特性，在介绍半导体材料和半导体工艺时，主要靠教师的描述，不直观形象，因此引进计算机辅助教学。计算机辅助教学是对传统教学的补充和完善，以多媒体教学为主，结合板书教学，以图片形式展现各种形态的半导体材料，以动画的形式播放集成电路的制造工艺流程，每一种基本电路结构都给出其典型的版图照片，使学生对集成电路建立直观的感性认识，充分激发教师和学生在教学活动中的主动性和互动性，提高教学效率和教学质量。

2 实践教学内容的改革

实践教学的目的是依托主流的集成电路设计实验平台，让学生初步掌握集成电路设计流程和基本的集成电路设计能力，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。传统的教学方式是老师提前编好实验指导书，学生按照实验指导书的要求，一步步来完成实验。传统的实验方式不能很好调动学生的积极性，再加上考核方式比较单一，学生对集成电路设计的概念和流程比较模糊，为了打破这种局面，实践环节采用与企业密切相关的工程项目来完成。项目化实践环节可以充分发挥学生的主动性，使学生能够积极参与到教学当中，从而更好的完成教学目标，同时也能够增强学生的工程意识和合作意识。

实践环节选取CMOS带隙基准电压源作为本次实践教学的项目。该项目来源于企业，是数模转换器和模数转换器的一个重要的组成模块。本项目从电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证等流程对学生做全面的训练，使学生对集成电路设计流程有深刻的认识。学生要理解CMOS带隙基准电压源的原理，参与到整个设计过程中，对整个电路进行仿真测试，验证其功能的正确性，然后进行各个元件的设计及布局布线，最后对版图进行了规则检查和一致性检查，完成整个电路的版图设计和版图原理图比对，生成GDS II文件用于后续流片[2]。

CMOS带隙基准电压源设计项目可分为四个部分启动电路、提供偏置电路、运算放大器和带隙基准的核心电路部分。电路设计可由以下步骤来完成：

1）子功能块电路设计及仿真；

2）整体电路参数调整及优化；

3）基本元器件NMOS/PMOS的版图；

4）基本单元与电路的版图；

5）子功能块版图设计和整体版图设计；

6）电路设计与版图设计比对。

在整个项目化教学过程，参照企业项目合作模式将学生分为4个项目小组，每个小组完成一部分电路设计及版图设计，每个小组推选一名专业能力较强且具有一定组织能力的同学担任组长对小组进行管理。这样做可以在培养学生设计能力的同时，加强学生的团队合作意识。在整个项目设计过程中，以学生探索和讨论为主，教师起引导作用，给学生合理的建议，引导学生找出解决问题的方法。项目完成后，根据项目实施情况对学生进行考核，实现应用型人才培养的目标。

3 教学改革效果与创新

理论教学改革采用计算机辅助教学，以多媒体教学为主，结合板书教学，对集成电路材料和工艺有直观感性的认识，学生的课堂效率明显提高，课堂气氛活跃，师生互动融洽。实践环节改革通过项目化教学方式，学生对该课程的学习兴趣明显提高，设计目标明确，在设计过程中学会了查找文献资料，学会与人交流，沟通的能力也得到提高。同时项目化教学方式使学生对集成电路的设计特点及设计流程有了整体的认识和把握，对元件的版图设计流程有了一定的认识。学生已经初步掌握了集成电路的设计方法，但要达到较高的设计水平，设计出性能良好的器件，还需要在以后的工作中不断总结经验[3]。

4 存在问题及今后改进方向

集成电路设计课程改革虽然取得了一定的成果，但仍存在一些问题：由于微电子技术发展速度很快，最新的行业技术在课堂教学中体现较少；学生实践能力不高，动手能力不强。

针对上述问题，我们提出如下解决方法：

1）在课堂教学中及时引进行业最新发展趋势和（下转第220页）（上接第235页）技术，使学生能够及时接触到行业前沿知识，增加与企业的合作；

2）加大实验室开放力度，建立一个开放的实验室供学生在课余时间自由使用，为学生提供实践机会，并且鼓励能力较强的学生参与到教师研项目当中。

【参考文献】

[1]段吉海.“半导体集成电路”课程建设与教学实践[J].电气电子教学学报，2007，05（29）.