集成电路与设计

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集成电路与设计范文第1篇

关键词:EDA仿真;负载能力;扩流设计;仿真对比验证

中图分类号:TN702文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)19-199-02

Research and Application of IC Test Instrument Power Circuit Simulation Design

SUN Chengting,ZHU Chunjiang

(Lianyungang Technical College,Lianyungang,222006,China)

Abstract:According to the problems of certain lab IC test instrument not being perfect on power circuit design and the system halted or restoration not being unusual on lower load capacity,the power circuit design and current-amplification circuit are being improved based on the original circuit,the contrastive verificafion is used for improving circuit with EDA simulation technique,and the problem in practical application is also solved.

Keywords:EDA simulation;load capacity;current-amplification design;simulation contrast verification

0 引 言

集成电路测试仪可用来测量集成电路的好坏,在电子实验室中应用广泛。在实际使用中,发现部分厂家生产的测试仪存在一些问题,如电网电压波动或负载加重后容易出现死机或复位不正常现象,这对实验进程和实验室管理有很大影响,也是困扰实验指导老师的常见问题,必须予以解决。本文通过某一种测试仪电源电路的改进的试验,会给实验室管理者以借鉴。

在电路设计中用到EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术。在进行电路改进前,从电路参数设计,电路功能仿真验证等都在计算机上先用EDA软件完成,不但缩短了电路设计时间,而且大大地节约了成本。

EDA 技术是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。它经历了计算机辅助设计(Computer Assist Design,CAD)、计算机辅助工程设计(Computer Assist Engineering Design,CAE)和电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)三个发展阶段[1]。利用EDA技术进行电子系统的设计,具有以下几个特点[2]:用软件的方式设计硬件;用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的;对设计电路功能是否正确可进行仿真分析。

目前流行的EDA软件有Protel 99 SE,EWB,Multisim,PSpice等几种[3]。本文运用Protell 99 SE 中的Advanced SIM 99仿真功能对所改进的电路进行仿真和应用。

1 EDA仿真在测试仪电源电路设计中的应用

学校电工电子实验室有多台LM-800C数字集成电路测试仪,在使用中有时会出现死机,复位不正常现象。通过研究,发现电源电路存在问题:电源扩展能力差,带负载能力弱。笔者根据其PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)绘制出其电源电路原理图,如图1所示。

图1 LM-800C数字集成电路测试仪电源电路图

图1中,78M05为5 V三端稳压器[4],RL为测试仪负载,实际上是待测集成电路。

限于篇幅,只绘制主要部分,电源线路滤波器在图中未画出。通过研究,发现电源电路存在问题:电源扩展能力差,带负载能力不强,有时会出现死机、无法复位现象。通过对其电源电路的改进,增加了扩流电路,从而解决了实际使用中存在的问题。

1.1测试仪电源电路的扩流设计

为了节约成本,不能对原来电路进行全新设计,只能在原来电源电路基础上,通过增加部分电路来增强其带负载能力。

改进中需要考虑的问题[5]:

(1) 选择合适的滤波电容。电源输出直流电压要稳定,纹波小。

(2) 增加了扩流电路,当电源电压不稳定或测试系统负载增大时,电源带负载能力强,输出电压稳定。

图2为经过改进的带扩流功能的电路,带负载能力较强,能扩大电路的输出电流。Q1为外接扩流功率三极管,R1为Q1的偏置电阻。该电路带负载能力与Q1的参数有关。C1,C4为滤波电容,C2为0.33 μF,可抵消输入接线的电感效应,C3可防止高频自激,消除高频噪声,改善负载的瞬态响应[6,7]。

图2 带扩流功能的电路

电源电路扩展输出电流的工作原理:

二极管D1用于消除三极管Q1的发射结Ube对输出电压的影响(相当于发射结的导通电压0.7 V),并提供电容C4的放电回路。设三端稳压器78M05的最大输出电流为Imax,则晶体管的最大基极电流Ib=Imax-IRL,因而负载RL上电流的最大值I可表示为:

I=(1+β)(Imax- IRL)

一般三极管的基极电流Ib很小,与Imax相比可忽略不计,I比Imax大许多,可见输出电流提高了,从而可提高电源的带负载能力。

1.2 两种电路带负载能力的仿真对比验证

可用Protell 99 Advanced SIM 99[6,7]对原电路(图1)和改进后的电路(图2)进行仿真分析,以验证二者的带负载能力。

(1) 仿真参数设置

首先进行仿真参数设置,进行瞬态分析与傅里叶分析[8,9],仿真参数设置对话框如图3所示。

图3 仿真参数设置对话框

为了突出显示,显示器上只显示两个波形,其中in为输入端,out为输出端。

(2) 仿真波形对比分析

用Protell 99 Advanced SIM 99对图1所示电路进行仿真,发现当负载变重,超过78M05最大输出电流(0.7 A)时[10],将使输出电压的纹波增大,输出电压(out)下降且不稳定,out波形有明显的波动,5 V下降为4 V左右,且输出(out)波形不平滑,纹波大。负载变重后的仿真波形如图4所示。

图4 负载变重后的波形

为了增大电源的带负载能力,在原电路的基础上加扩展电流三极管Q1后,带同样的负载,输出电压很稳定(5 V),仿真波形如图5所示。

图5 加扩流三极管后仿真波形

从输出波形(out)可以看出,电压很稳定,没有纹波。

1.3 设计电路的应用效果

经改进后的电源电路,在实验室的实际使用中,再未发现死机或不能正常复位现象,证明通过EDA仿真所设计的电路在使用中获得成功。

2 结 语

用EDA仿真技术能方便电路设计,并可验证电路

设计的正确性。通过对两种电路的仿真对比,说明改进后电源电路带负载能力强,这在实际使用中得到验证。

参考文献

[1]王涛.数字集成电路的故障诊断和故障仿真技术的研究 [D].成都:电子科技大学,2005.

[2]National Instruments.The Measurement and Automation Catalog 2004[Z].2004.

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[4]周绍庆.模拟电子技术基础[M].北京:北京交通大学出版社,2007.

[5]罗敏.专用集成电路逻辑测试仪系统总体实现[D].西安:西北工业大学,2006.

[6]Cheng K T,Jou J Y.Functional Test Generation for Finite State Machines [A].Proc. ITC[C].2006:160-168.

[7]陈松.电子设计自动化[M].南京:东南大学出版社,2005.

[8]朱勇.Protel DXP范例入门与提高[M].北京:清华大学出版社,2004.

集成电路与设计范文第2篇

关键词：城市道路；设计思路；技术要点

引言

随着城市建设水平的不断提升，城市道路所承担的功能也呈现出多样化、复杂化的发展趋势，道路设计的要求也越来也高。除了基本的道路工程设计内容外，现代城市道路设计还包含市政工程和景观设计的内容，无论是涉及到的理论知识、技术规范还是需要考虑的因素都大为扩充，复杂程度急速上升。在实际工作中，由于受设计人员思路等因素影响，城市道路设计经常只关注机动车通行需求，而不是对作为道路来往通行的主体――人的需求的关注。由此引发了一些问题，降低了道路设计水平，影响了城市道路的实际使用情况。下面就针对如何正确确定城市道路设计思路以及明确城市道路设计技术要点有关问题进行阐述。希望可以给广大道路设计工作者以参考。

1 确定正确的城市道路设计思路

作为一项系统工程，城市道路工程的设计思路至关重要。设计思路不仅会决定设计水平的高低、设计质量的好坏，对于城市道路交通运输整体发展情况以及项目经济效益都有着很大的影响。所以，在开展城市道路工程设计工作之初，就必须确定正确的设计思路，把握相关道路工程设计的主要方向。实际工作中，许多地方在开展城市建设时，没有进行科学、完整的路面规划，在确定城市道路结构、宽度、密度等要素时也没有站在城市整体的高度上进行考虑，仅仅将道路宽度是否满足来往通行要求作为道路规划设计的基准。采用这个模式进行道路设计，由于道路宽度充足，通行车辆根据各自类型各行其道，安全性较高，但由于每条道路在规划设计时都是单独进行的，彼此间缺乏沟通、协调，导致道路建成后城市整体通行效率不高，特别是在支路或贯通性支路方面做得不够，城市路网缺乏系统性和完整性，不同方向的车流、人流在交汇处容易彼此造成干扰，增加了交通事故发送几率，道路安全得不到充分保障，道路交汇处通行效率不高，也降低了道路整体通行水平。为避免上述问题的发生，提高城市道路整体通行水平，在进行城市道路工程设计时，要坚持做到以下几个方面：

一是高度重视线形设计。线形设计是道路工程设计的主体，线形设计的好坏于城市道路性能质量有着极为密切的影响。在进行线形设计时，既要考虑到道路交通安全方面的影响、车流、人流的通行效率方面的影响，还要充分考虑道路周边景观以及景观和道路结合情况的影响，确保设计出来的道路与周边景色相得益彰，给人以美的享受，从而减轻通行车辆驾驶人员的疲劳程度，使其保持良好心态，注意力更加集中，达到提高交通安全的目的。同时，线形设计要避免不必要的主干路弯道，确保其通过性。而在进行非主干道的线形设计时，可以适当选择角度较小的曲线线形，使道路更加富于变化，也有着缓解驾驶人员疲劳的效果。

二是高度重视特色设计。现代城市，道路设施也承担着人工景观的职能。加强道路特色设计，创造性地开展道路美化设计，在保障道路基础功能的同时，结合道路周边环境，凸显当地独特的风格，是当前道路设计的一个重要内容。需要注意的是，在进行特色设计时，要切实保障道路与周边环境的有机融合，同时，在对道路进行设计时，还要对交通运输需求及生活性与游览性等加以考虑。

2 关于城市道路设计的相关技术要点分析

2.1 做好道路路肩设计

路肩就是车行道外缘位置到路基边缘位置的带状部分，具体分为土路肩及硬路肩两种类型。道路路肩是为了保证车行道功能而存在的，同时还兼具临时停车和路面横向支撑两种用途。基于路肩的功能，其铺面结构必须满足正常状态下的承载能力需求。路肩设计要围绕这个中心开展具体工作。首先要要科学选择结构导线组合方式与施工材料，确保路肩与行车道路面间具有良好的协调，为降低降水对公路设施的负面影响，路肩还要具有排水功能，能够将路面结构中的水及时排除，防止积存。为保障路肩铺面强度，一般选择水泥混凝土或沥青面层作为施工材料。如果使用水泥混凝土，路肩面层和基层厚度要与行车道的面层、基层分别保持一致，薄面层的厚度不能低于15厘米，基层要使用级配粒料。如果使用沥清作为施工材料，则要注意使用密实型混合料，基层材料以级配粒料或无机结合料为宜。对于行车道路面中没有排水设施存在的情况，沥青面层与不透水基层两者厚度的总和不能大于行车道面层的具体厚度，同时基层下面的填充料要使用透水性粒料。

2.2 做好道路平面设计

所谓道路平面指的是道路中心线与边线在地表上的垂直投影，该平面由直线、曲线还有加宽与缓和曲线等要素构成，是地面上道路形状、沿线地形的具体体现，同时也包含地物具置、人工构筑物分布情况等信息。城市道路设计工作中，道路平面设计是非常重要，但又经常为人们所忽略的问题。开展道路平面设计，首先要详细了解平面线形设计的具体要求，在满足其基本要求的基础上再开展相关设计工作。此外，开展道路平面设计，还要坚持以下原则，一是要在遵循道路沿线周边环境与地形的基础上进行平面线形设计，以保证二者相契合，力求简洁。二是要充分考虑纵断面和横断面的情况。三是要减少大角度急转弯路段的出现，尽量选择较为平缓的、转弯半径较大的弯道，保持各路段间的协调连接。四是避免复曲线和断背曲线再平面线形设计中的应用。五是在高填方路段，要采用直线或者是缓弯设计。

2.3 做好道路纵断面设计

纵断面是人们了解、掌握道路沿线变化情况的重要渠道，在设计城市道路纵断面时，要先确定两个内容：一是当地的路网规划，二是设计对象道路的使用要求，在此基础上确定道路的性质和等级。之后，通过对通行车辆类型的分析，并结合当地自然环境、水文、土质以及天气变化的影响，明确道路控制点标高和纵坡大小。纵断面的组成要素主要有直线和竖曲线。开展纵断面设计，要遵循下面几个原则：一是严格遵循技术标准中关于最大纵坡及最小坡长和竖曲线限制值的规定，二是面对复杂水文条件或地下水位较高的情况，要适当增加路基高度，避免路面积水。三是要避免急剧升高的纵坡出现，确保汽车通过时的安全和平顺。四是要注意道路途径地区，道路内外地块标高差异，方便车辆、行人进出。

2.4 做好道路绿化设计

要结合道路性质以及各路段具体情况，科学设置植被的种类、分布密度、高度等要素，既美化道路沿线环境，又要保证交通安全。

3 结束语

道路作为陆地交通运输的主要基础设施，已经与人类社会的发展紧密结合到一起。经济的发展，社会活动的开展都离不开可靠、顺畅的道路交通保障。现代城市作为人类活动的集中区域，生产物资密集，人口流动量大，交通运输需求很高，并且随着城市建设规模的增加，这种对交通运输的需求会越来越高。交通运输能力，已经成为反映城市建设水平的重要标志，同时也是城市发展建设的重要影响因素。要充分认识到城市道路设计的重要意义，牢牢把握正确的设计思路，围绕具体设计重点，创造性地开展城市道路设计工作。要科学设置公路路肩、路面平面、纵断面设计参数，结合周边环境开展美化设计，做好细节处理，为优质工程的建设实施夯实基础，推动我国道路交通事业的健康发展。

参考文献

集成电路与设计范文第3篇

关键词:ABS;驱动电路;TLE6210;L9349

中图分类号:U463;TN710 文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)12-007-03

Design of Drive Circuit for ABS Controller Based on IC

PEI Xiaofei,LIU Zhaodu

(School of Mechanical and Vehicular Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing,100081,China)

Abstract:With the development of electron market,many professional-chips are introduced,high integrated IC TLE6210 and L9349 are designd specially for ABS application.Design of drive circuit for ABS controller based on the IC is given in this paper,by applying the methods of high and low side driving,high and low driving voltage,fully satisfies the require for solenoid valve and motor of ABS.At the same time,real-time fault diagnose circuit and self-protecting circuit are also pared with the previous separated programme,the hardware cost is lower and PCB room is reduced,but the system reliability can be improved.

Keywords:ABS;drive circuit;TLE6210;L9349

0 引 言

ABS作为如今汽车上必备的安全电子设备,其功能越来越受到人们的重视。ABS系统通过电磁阀和回油泵来完成对制动器中轮缸压力的精细调节,以防止过度制动使车轮抱死。由于ABS工作环境十分恶劣,为保证电磁阀和电机响应的高效性和可靠性,除了与执行机构本身的参数相关外,对驱动电路的设计也直接决定了驱动的品质[1-3]。

当今汽车电子市场异常火热,竞争十分激烈。各大集成芯片公司,如ST,Freescale,Infineon均设计ABS的专用集成芯片,提出了自己的ABS解决方案。该芯片就像一个黑匣子,方便了电路的设计过程,并且由于其高度集成性,使电路更简明,可靠性更高,代表了未来电路设计的方向[4,5]。

1 ABS驱动电路的集成化方案

ABS驱动电路的集成化方案如图1所示,选用TLE6210作直流电机和电磁阀总开关的高端驱动,选用L9349作为8个电磁阀(4进4出)的低端驱动。ABS控制器通过PWM控制,改变电磁阀线圈的电流通断和频率通断,以实现车轮制动的轮缸增压、保压和减压操作;当电磁阀ABS减压阀打开进行减压时,回油泵能使轮缸中的制动液返回制动主缸,以便在下个控制周期中使用;电磁阀的高边总开关用来控制电磁阀的供电电路,若ABS系统发生故障,断开电源使下面挂的8个电磁阀都不动作,恢复常规制动。

TLE6210是Infineon公司推出的专门针对ABS的系统级管理器件[6],由于集成度高,提高了设计的可靠性,并大幅度降低了ECU的硬件成本。TLE6210除了能够高端驱动电磁阀和电机外,还高度集成了5 V线性电源、看门狗监视电路、故障指示灯驱动、复位电路,所以完全能满足ABS设计的需要。TLE6210还有过压、欠压复位功能,并有过温和过流自保护。

L9349是ST公司设计的ABS专用电磁阀驱动芯片[7]。它具有4路独立的控制通道,且每个通道带有独立的状态反馈端,与控制输入端一起构成完善的内嵌式实时故障诊断功能,能快速准确地识别负载输出端的短路、开路、过载、过温等临时故障。同时,芯片内部集成的相应硬件自保护功能,大大方便了元件的应用。由于同时降低了输出引脚的EMI特性,非常适合在汽车残酷的工作环境中使用。

图1 ABS集成型驱动方案

2 基于TLE6210的高端驱动电路

由于TLE6210功能实在强大,这里仅介绍其作为功率驱动部分的用途。TLE6210内置有电荷泵,电磁阀和电机驱动引脚均为集电极开路,能提供500 mA的输出电流,在外接功率MOSFET作为开关元件后,完全能满足高端驱动的要求。图2给出了TLE6210应用于高端驱动电路的原理图。

图2 TLE6210高端应用电路

电磁阀高边总开关的输出引脚为VR,当ABS系统上电复位或看门狗给出控制信号,输出脚即切换到ON状态,这样符合ABS实际工作的逻辑,也保证了当ABS系统发生故障时,可迅速地退出对电磁阀的控制,恢复到常规制动。芯片的MRA脚为控制信号输入端,输出引脚MR驱动直流电机。当MCU的I/O口给MRA脚一高电平时,外接的MOSFET导通,直流电机实现回油功能。由于电磁阀和电机为感性负载,还需要外接反向续流二极管。芯片的驱动部分具有过温保护,过流保护和短路保护,当出现上述故障情况时,能自动关闭芯片,故有很强的自保护特性。

基于TLE6210芯片的高度集成化方案,不仅能大大简化电机驱动电路和电磁阀前驱电路,还能使整个控制器所需分立芯片数大为减少,PCB板体积也更小,降低了成本,增强了控制器的可靠性[8]。

3 基于L9349的电磁阀驱动

经实验测得,一般ABS压力调节器的4个常开进油电磁阀的最大起动电流约为3.6 A;4个常闭出油电磁阀最大起动电流约为2.4 A[9,10]。而L9349的工作电压4.5~32 V,两路通道内阻0.2 Ω,最大负载电流3 A;另两路内阻0.3 Ω,最大负载电流5 A,恰好能满足ABS常开和常闭电磁阀的驱动电流要求,而且较低的导通内阻又能保证低功耗,因此L9349非常适合进行ABS电磁阀的驱动控制。电磁阀驱动电路原理图见图3。

图3 电磁阀驱动电路原理图

在图3中,每片L9349能驱动4个电磁阀工作,属于典型的低端驱动。通过Vs端口给芯片提供12 V供电电压;当给输入端IN1~IN4 PWM控制信号,就能方便地控制输出端以驱动4路电磁阀工作,OUT1和OUT2端口的最大驱动能力为5 A,应该连接ABS的常闭电磁阀;OUT3和OUT4端口最大驱动能力为3 A,应连接ABS常开电磁阀,不可接反;EN端口为使能端,能通过MCU快速关闭芯片;L9349的数字地和模拟地分开,提高了驱动模块的抗干扰能力。

D1~D4是故障诊断引脚,必须外接上拉电阻才能使用,电路正常工作时,该引脚为逻辑高电平,若有故障发生,即会自动置为逻辑低电平。通过对各独立通道的输入控制端和状态反馈端进行逻辑组合,可实时识别出输出端的工作状态,并立即做出相应的措施,包括退出ABS功能,点亮故障显示灯,传输故障码。

功能真值表见表1。

表1 电磁法驱动故障真值表

工作条件使能端EN输入端IN输出端OUT反馈端DIAG

对地短路

低×关低

高低关低

高高开高

对地旁路低×关高

开路高低关高

过温 (Tjtyp≥190 ℃)高高开低

过载

××关低

高高关低

失地通道开×低关高

失地通道关高高关低

4 结 语

当前在ABS设计中普遍采用的电磁阀驱动电路设计均以功率MOSFET为主,辅之以保护回路,隔离措施等以保证其可靠性,还要设计专门的自诊断回路以进行故障检测。虽然在具体电路的设计上分立方案有一定的灵活性,但成本和PCB空间的耗费较高;本方案采用ABS专用集成芯片TLE6210和L9349,集驱动和监测功能于一身,应用于ABS系统中能降低功耗,便于故障检测,提高可靠性,大大改善了整个系统的性能。

参考文献

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集成电路与设计范文第4篇

Abstract： The change of urban traffic environment directly affects the efficiency of urban distribution. The use of electronic map， saving algorithm can quickly solve the problem of multi vehicle multi customer VRP. In order to achieve simulation of the actual route， we can determine the location of the supermarket stores （such as Shijiazhuang Carrefour） and distribution centers through Baidu-Map， and from the distance， and distinguish road unimpeded condition， commuter lines of the difference. Then， through the improvement of the saving algorithm in the network， we can find out the corresponding vehicle scheduling scheme.

关键词： 节约里程法；配送线路；地图测距

Key words： saving algorithm；distribution line；map ranging

中图分类号：U121；F570.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0100-03

0 引言

伴随着石家庄城市共同配送试点的深入，“货的”已为众多市民所熟知。众所周知，城市居民出行感觉最为方便的仍是小汽车、自行车，且公交出行比例也正如城市发展速度那样快速增长；与之相对应的货运车辆出行，在各种城市交通限行政策影响下，如何才能有效地将居民所需求的货物送至商铺门店、乃至千家万户，仅靠“货的”还是远远不行的，还必须大力发展各种形式的共同配送。显然，车辆行驶路线越短、速度越快，配送效率也就越高，那么如何利用电子地图、车辆导航、移动互联网等技术，充分了解客户分布、道路畅通情况，实时计算最佳配送路线则是本文所要研究的问题。

1 城市配送的线路

一般来说，配送车辆的出行主要由配送中心送货到配送节点或商铺、配送节点到零散门店或顾客或末梢节点、末梢节点至顾客、门店至顾客。一条配送线路是指一辆配送车辆离开配送中心，按照一定顺序访问若干顾客点后返回起点的行驶路线。在配送线路设计中，需根据客户类型选择合适的线路设计方法，以最少的时间完成、最低的成本完成配送任务。实际中配送规划所能运用的前置时间仅有1～2小时而已，必须借助计算机系统完成配送规划，应该开发一套以人为判断为主、计算机系统为辅的配送规划决策支援系统，以期在最短的时间内规划出最合理的配送线路。

①直送式配送线路。直送式配送运输是指由一个供应点对一个客户的专门送货，其主要是针对那些需求量接近或大于可用车辆装载量的客户。这时的配送线路应是最短、或最最快的，其主要的优化途径便是寻找最短路径。求解最短路径的典型算法有Dijkstra、“帚”型法等，也可以利用百度地图、高德地图直接计算最佳线路。

②分送式配送线路。分送式配送是指由一个供应配送点往多个客户的配送，即在单个客户需求不足于装满整个货运车辆时，则可把同一条线路上相关客户的需求进行整合，然后由一辆车沿着一条优选的线路，依次将货物送到各个货物接收点。解决此类问题的典型算法便是节约里程算法。

现实配送过程中，单个客户的需求往往很难达整车配送的要求，同时每个客户又都分布在不同的区域（或节点），这就需求将多个客户集中起来实行共同配送，即通过集合、分拣、配货等环节，使送货达到一定规模，利用集群优势降低送货成本。一般来说，客户的配送需求以及货品类型都是多样化的，配送中心应该按照货品类型、配送目的地对货品进行分配配送，以优化资源配置，降低运输成本。

2 节约里程算法

VRP（Vehicle Routing Problem，车辆路径问题）是由Danting和Ramser于1959年提出的，现已经成为由多辆车给多个客户配送的一类问题的简称。经典VRP有多个货物配送点点，已知每个客户点的位置及需求量，且每个配送点只能由一辆车进行一次配送，每辆车的载货量不得超过其最大载重量。安排车辆路径至多用M辆车从中心仓库送货，以期最大限度的满足所有客户点的配送要求。我们可以将这类问题视为单目标问题，如距离最短、费用最少，也可以是多目标问题，如在规定时间内配送距离最短、城市交通时段和路段限制下的费用最小，还有可能是具有某种优先级（如客户的特殊需求）的单或多目标问题。

2.1 基本思路

节约里程的基本思路如图1所示。假设P为配送中心，A和B为客户接货点，各点相互的道路距离分别用a、b、c表示。比较两种运输路线方案：一是派两辆车分别运往客户A、B两点，总的运输里程为2（a+b）；一是将A、B两地的货物装在同一辆车上，采用巡回配送方式，总的运输里程为a+b+c。若不考虑道路特殊情况等因素的影响，第二种方式与第一种方式之差为a+b-c；按照三角形原理可知，两边之和大于第三边。

两个节点间的距离可以通过Dijkstra算法、Floyd算法等求出，但如何将两节点间的所有路段进行准确测量，显然需要应用现代电子地图的测距功能。另一方面，利用城市的电子地图完全可以找出起点至终点的路线，包括时间最短、距离最短等；而且许多地图还能显示交通路线各个路段的畅通情况。可见，直送式的配线路完全可以交给电子地图来解决，而分送式配送的线路则是在电子地图、节约里程算法的基础上进行的配载运输问题。

2.2 计算步骤

通过合理的车辆调度和最短的路线选择，尽量使运输车辆多载，尽量节约总配送时间和总配送里程。具体步骤如下：

①通过电子地图（如百度地图）找出各配送点间的最短线路。

②计算节约里程，即计算a+b-c的值。

③对节约里程进行降序排序。

④在满足车辆限载、客户需求量、时间限制、客户地理位置等条件下，根据①所找出的线路对配送点进行一对一地直送式配送，得到所需配送车辆和行程。

⑤进行回路的合并，得出配送优化方案。从节约里程排序表找出产生该节约里程的两个配送点i、j，再判断连接i、j的回路是否存在合并的可能性。如果一个回路以（p，i）开始，一个回路以（j，p）结束，且满足需求量和车载量等约束条件，则该回路可以合并，并进行下面的合并操作：删除两个回路中的部分路径（i，p）和（p，j），然后引入新的连接（i，j），得到新的回路（p，…，i，j…，p）。重复上述过程，直至没有可以合并的回路，从而得出配送优化方案。

⑥确定最优方案。重复上一步的合并过程，得出多个优化方案，并对得出的优化方案进行比较，得出最终优化方案。

3 超市配送中的应用

家乐福超市成立于1959年，是大卖场业态的首创者，是欧洲第一大零售商，世界第二大国际化零售连锁集团。石家庄保龙仓超市作为省会第一家开业的超级市场，曾经有过非常辉煌的发展历程，但随着石家庄北国超市的超速布局，保龙仓与家乐福于2010年7月走向了合作之路。截止2014年底，家乐福-保龙仓超市在石家庄城区内有7家，业务范围几乎涵盖了整个石家庄市区，如图2所示。

3.1 节点间距离的测算

家乐福-保龙仓当前采用的配送模式是通过配送中心进行统一配送，这种自营模式也是多数大型连锁超市所选择的配送方式。这里以润丰物流园石家庄城市配送中心作为P点（即配送中心），然后通过百度地图的查询功能，统计出P点至各个门店、及各门店间的距离，如表1所示。因为单行线、禁止掉头、立交桥等道路限制，配送车辆可能不能原来返回，虽然差距并不会太大，但是为了更接近真实，这里还是将其区别对待。

根据石家庄市家乐福-保龙仓各个门店的地理分布图和往返配送里程表，可以画出配送中心至各门店的简单方位图，如图3所示。其中，图中离箭头较近的数字表示其它点到该点的距离。

3.2 配送路线的优化

传统的里程节约法没有考虑货车往返里程的不同，而是假设往返里程相等。但车辆行驶在城区道路时，往返距离常常是不同的，若遇到单向通行限制时，二都可能会相差很大。因此，为了更好地模拟现实路况，需对公式进行相应地改进，即将P1=2（a+b），调整为P1′=（PA+AP）+（PB+BP）；将P2=a+b-c，调整为P2′=PA+AB+BP和P2″=PB+BA+AP；此时，则有ΔP′=P′1-P′2=AP+PB-AB，ΔP″=P′1-P″2=PA+BP-BA。这里采用改进的公式计算里程节约量，并按照节约里程降序排列。

假设配送中心运力充足且拥有额定载重6吨和8吨的两种货车，货车单次的最远配送里程不作要求。因为配送中心每次配送任务不同，现选取配送中心某一次的配送任务为研究对象，经调查知道某次配送中各门店的需求量如表2所示。

假定目标是使总运输费用最小，为简化计算，将其假设为总配送里程最小。根据节约里程法的基本原理，最终优化方案绘制出最终配送线路图，如图4所示。其中第1、3条线路用6吨配送车，第2条线路用8吨配送车。

值得说明的是，在配送实施过程中，可能会遇到因交通环境而调整线路的问题。这时若还是到达指定的下一节点，可利用地图导航直接查找最新的合适路线；但若要对配送的先后次序进行变更时，则可以通过节约里程的基本公式、结合地图进行路线重新规划。当然，变更配送次序还需要所装载货物的允许，同时也只能在原有配送点间进行次序的变更。

4 结语

在客户位置极度分散性、且数量较多时（如家庭配送），就需要先将城市划分为不同的配送区域，比如可将石家庄分为桥西、桥东、开发区，车辆由配送中心出发先通过干道（如二环路）进行指定配送区域，然后再在配送区域内采用节约里程算法进行配送。即对于某区域内配送，采用的是先由干线进入服务区域、区域内的顾客连接、再沿干线返回。

参考文献：

[1]姜樱梅，王淑云.乳品逆向物流及其VRP模型应用[J].企业经济，2014（2）：60-63.

集成电路与设计范文第5篇

硅通孔技术（TSV）是三维集成电路设计关键技术之一，本文从其制备、应用于系统中的性能参数及其意义、具体设计主要思路三个方面，对TSV在三维集成电路设计中的基础概况进行分析探讨。

【关键词】硅通孔技术 三维集成电路 设计原则

三维集成电路是指多层面构建集成电路，可进一步扩展布局空间，减少线路相互之间的干扰，解决信号拥堵问题，扩大频宽，降低功耗，最终提高系统性能。3D封装是三维集成电路关键技术，主要包括裸片堆叠封装、叠层封装与封装内堆叠三种具体实现形式，各有优劣。贯穿硅通孔技术（TSV）是一种系统级架构技术，可实现层级间裸片互联，是目前最先进、应用最广泛的互联方式之一。本次研究就基于硅通孔技术的三维集成电路基本设计进行概述与分析。

1 TSV制备

TSV制备工艺据通孔制作工艺顺序可分为先通孔与后通孔两种，先通孔是指在制备IC时同时通孔，后者是指在制备IC后通孔。

前通孔主要特征包括：（1）工艺在CMOS或BEOL制备前应用；（2）在元件设计阶段即介入应用；（3）需严格的CD控制；（4）通孔宽度为5-20μm；（5）深宽比AR3：1-10：1。而后通孔主要特征为：（1）工艺在BEOL或TSV键合（Bonding）制备后应用；（2）在设计阶段后期介入；（3）CD控制较宽松；（4）通孔宽度20-50μm；（5）深宽比AR3：1-15：1。

通孔刻蚀技术是TSV技术的核心，强调通孔尺寸一致性，无残渣，形成需达到一定速度，规格设计具有一定灵活性，目前仅有IBM及其部分代工厂掌握该核心技术。通孔刻蚀技术主要可分为博世工艺技术、激光刻蚀技术，两者各有优劣。博士工艺孔径大小、数目、深度无特殊要求，但孔径侧面较粗糙，材料成本高，需要光刻。激光刻蚀仅适用于>10μm孔径通孔，孔径数目也受吞吐量影响，但通孔侧壁表明光滑，耗材低，无需光刻。

通孔后，TSV需进行填充，涉及通孔绝缘、淀积与电镀多个工艺步骤，使用材料包括硅烷、正硅酸丁酯等。填充时需要考虑填充绝缘、沉积温度等多个方面因素，一个细节的疏忽都可能影响通孔性能，进而影响系统稳定性与功效。目前，主要填充技术包括溅射沉积、均匀淀积，但考虑到成本因素，电镀铜是目前应用最广泛的硅通孔填充方式。

最后为实现晶体TSV互联，需应用TSV键合技术，目前最常用的键合技术包括金属-金属键合、氧化物共熔键合与高分子黏结键合。三种键合技术各有优劣，应用均十分广泛，但均只适用于满足电学特性的光滑键合表面，不能进行机械表面与电学特性表面键合，金属-金属键合有望打破这种限制。

2 反映TSV性能的参数及其意义

2.1 互联延时

全局互联普遍被认为是集成系统性能提升的设计瓶颈，全局互联产生的连线延时决定系统时钟频率与速度传输限，创造一种更有效的互联策略已成为当今电路设计中研究热点。缓冲器插入式目前应用最广泛的一种缩短全局互联延时的设计，使用灵活，有助于减少硅通孔数目与集成密度，进而降低互联延时效应，提高系统性能，降低误差。

2.2 互联功耗

互联功耗与系统电路规模与集成密度有关，目前，互联电容已取代门电路成为片上功耗与动态功耗主导因素，插入缓冲器后功耗与全局互联规模有关。应用硅通孔三维互联构架，可减少互联需要，但却需要更多的缓冲器，增加片上功耗，在设计PSV时，需充分考虑PSV功耗。

3 TSV三维集成具体设计主要思路

3.1 阻抗特性差异

三维集成虽然可缓解不同材料、工艺差异所产生的串扰噪声，降低混合技术同化复杂度与电路模块电磁干扰，最终降低成本，提高效效能，但与此同时，三维设计也增加了阻抗差异。阻抗差异后是源层互联固有缺陷，应用TSV技术互联则增加了阻抗差异，进一步放大了这种缺陷。因此将TSV应用三维集成系统构架中，需综合考虑阻抗差异，尽力减少阻抗差异对互联信号的影响，避免信号发生反射或失真。

3.2 热管理与优化

电路工作之中不可避免的发散热量，热效应已成为影响集成电路功效、元件可靠性的重要因素之一。三维集成技术增加了芯片物理层数，顶端物理层与散热片距离显著增加；三维集成技术缩短了物理尺寸，芯片功耗密度显著增加，热效应增加，芯片内温度上升，可能造成元件性能下降，电迁移失败，甚至可能造成物理损毁。应用TSV技术，可能影响整个芯片热扩散效果、途径，因此在设计TSV系统构架时，需对热扩散进行预测，分析芯片内外温度分布，并提出热优化技术与策略，降低消热阻。目前常采用的热优化技术策略为减薄衬底厚度，降低散热片等效热阻，热驱动优化，布局优化，热通孔插入，等。

4 碳纳米管TSV设计

碳纳米管具有优良的电热传输特性，平均自由程较长，耐高温，是一种较理想的互联材料，具有较大的发展潜力。碳纳米管电流承载密度极限远高于铜，电子迁移稳定，有助于克服承载不稳定性TSV技术这一固有缺陷。碳纳米管具有一维导体特性，热特性较高，热传导率极高，可达到3000～8000W/m-K，将碳纳米管应用于TSV集成可极大的提高系统散热能力。

5 小结

硅通孔技术是三维集成电路制造核心技术之一，其技术水平直接影响系统性能、稳定性。电路设计工作者，在应用TSV技术过程中，应尽量采用时下成熟的TSV制备技术，把握具体设计思路，从提升系统整体性能出发，提升设计水平。同时，应具有创新、探索精神，积极尝试引入新材料、技术与理念，大胆尝试，开阔设计思路，以探索更优的设计方案。

参考文献

[1]X.ChuanL.Hong，R.Suaya and pact AC modeling and performance analysis of through silicon vias in 3-D ICs.IEEE Trans.Electron Devices，2010，57（12）：3405-3417.

[2]童志义.3D IC集成与硅通孔（TSV）互联[J].电子工业专用设备，2009（27）：26-29.

[3]王高峰，赵文生.三维集成电路中的关键技术问题综述[J].杭州电子科技大学学报，2014，34（2）：1-5.

作者简介

祝竹（1983-），女，安徽省宣城市人。2006年毕业于合肥学院，电子信息工程专业。现为宣城职业技术学院电工与电子技术专业教师。研究方向为电工技术与汽车电子类。