航空电子技术论文

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航空电子技术论文范文第1篇

关键词：综合航空电子系统 救援直升机 引导

中图分类号：V275 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0030-01

1 救援直升机概述

当前所谓的救援直升机，主要是指将原有的直升机进行改装。救援直升机将普通的直升机改造成适应于各种恶劣条件，同时还增加了新的设备。这些新的设备主要包括新型的无线电导航以及气象雷达等。救援直升机还有一个很明显的特点，就是便于救生担架的进入和抬出。

在自然灾害发生之后，航空救援是最重要同时也是最快捷的灾后救援方法。这是因为航空救援能够忽略地理环境等因素的影响，最快速地到达灾害现场。因此，航空救援具有救援速度快等特点。在航空救援中，救援直升机是很重要的一种手段。全世界的航空救援做的最好的当属美国和俄罗斯，以及瑞典和澳大利亚等发达国家。他们形成了相对完善的救援体系：具有救援速度快，完成多种救援任务，不受复杂地理环境的制约等特点[1]。

我国自然灾害频发，因自然灾害带来的损失十分巨大。我国社会安全、事故灾难等也频繁发生。这些事件具有地域上的离散型，在空间上也是离散分布的。这就使得救援工作的难度很大，因此如何能够快速、准确、高效率地对灾害等事故现场进行救援已经成为了一个非常重要的课题。救援直升机就是十分普遍有效的救援应急手段。

2 综合航空电子系统

2.1 航空电子系统概述

航空电子系统是航空飞机信息获取能力的基础，能够减轻驾驶员的负担，帮助驾驶员做出决策，同时还能够降低飞机的成本[2]。综合航空电子技术是救援直升机的性能关键所在。

2.2 航空电子系统工作要求

在恶劣环境下执行救援任务，对直升机航空电子系统提出了一系列苛刻的工作要求。

第一，航空电子设备必须能仅由一个驾驶员来管理，因为另一个驾驶员经常进行其他的救援工作。因此单个驾驶员工作是很实际的。这一事实要求双驾驶员飞机中的任何一个驾驶员均能控制所有的系统功能。除了驾驶工作负担要小这个明显的要求之外，系统必须对故障有一个柔性响应，从而使驾驶员在机动飞行的任何时刻采取局部手动控制。这一要求强调飞行显示器的重要性。

第二，系统必须是安全的，单个故障不会引起灾难性的后果。而且，任何故障或各种限度要使驾驶员十分清楚。这一，驾驶员可以重新配置系统，并把有害影响减到最小程度。

第三，即使是在有故障的情况下，系统也应该能够继续执行任务并且保持较高的任务成功率。

第四，系统会受到严格的尺寸和重量的限制。这些限制最主要的原因是救援直升机的任务是救援灾难现场。救援过程中向前和向下的座舱角度是非常重要的[3]。

克洛威尔――柯林斯公司基于救援直升机的航空电子系统的工作要求以及任务，逐步发展了满足上述要求的系统。这个系统概念能够使得救援直升机的原图搜索、救援的能力得到提高。为了满足这些系统要求，现存的每个不足都应该得到充分考虑。

3 救援任务中的引导和控制

飞行引导和控制系统仅仅包括了整个航空电子综合系统的一部分。航空电子系统的其他部分是飞行管理系统、雷达系统、通讯系统和导航系统。飞行引导和控制系统与这些系统共用许多公用部件，从而简易管理性，减少硬件。飞行管理系统的控制显示单元（KDU），任务计算机（FMS）以及各种传感器系统都有多种用途。

驾驶的易管理性是最最重要的。广泛的环境工程研究结果和救援工作分析已经用在显示格式、控制算法、状态反馈和驾驶员输入的实现中，从而保证驾驶员是受系统的支援而不是被系统所征服。

4 如何提高综合航空电子系统

今年来我国的航空电子系统发展很快，但是仍然存在可以进步的地方。我国航空电子系统各子系统的研制生产分散，各类传感器、平视显示器等并不是由同一个单位部门生产研制的。为了提高我国航空电子技术的水平，缩小与国外先进技术的差距，就需要各单位打破行业界限，实现资源、技术共享，在行业内部进行强强联合，共同开发关键设备，使航空电子系统产品实现模块化、通用化[4]。

5 结语

为了使直升机能够适应各种恶劣的环境，能够在各种环境下进行救援，就不能单单只靠先进的显示器和传感器。将这些航空电子系统相互补充，才能充分发挥它们的作用。我国的综合航空电子系统发展开始于20世纪80年代中期，对于救援直升机的引导和控制航空电子系统，仍需要投入资金和精力进行研究。

参考文献

[1] 陈德煌.F-22战斗机的综合航空电子系统[J].电光与控制，2003，10（1）：50-53.

[2] 徐盛，李家云.我国海上救援直升机现状和分析[J].直升机技术，2010，161（1）：68-71.

航空电子技术论文范文第2篇

关键词：电气工程；应用型人才；课程体系；实践教学

作者简介：黄文力（1974-），男，河南孟州人，郑州航空工业管理学院机电工程学院，副教授；何琳琳（1972-），女，河南郑州人，郑州航空工业管理学院机电工程学院，副教授。（河南 郑州 450015）

基金项目：本文系河南省教育厅科技攻关计划项目（项目编号：2010B470010）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0005-03

近年来，由于隶属机制由原中国航空工业总公司转变为中央与地方共建、日常管理以河南省为主，同时学生的就业形势也由定向培养转变为双向选择、自主择业，因此为适应新形势发展要求，郑州航空工业管理学院改变过去单一管理类的专业设置，调整设立了“管工结合、文理并重、管理学科优势明显、多学科协调发展”的办学方针，大力发展工科专业。于2001年筹建了电气工程及其自动化专业，其后根据河南省区域经济发展的特点，对电气工程及其自动化专业进一步细分，于2008年新设置了自动化专业，从而引起了对电气专业原有的专业特色、人才定位、课程设置等一系列新的思考。本文主要介绍郑州航空工业管理学院电气工程及其自动化专业发展的特点，讨论相应课程体系的建设，及突出实践教学环节对本专业工程应用型人才的培养。

一、应用型人才培养的定位

1.电气工程及其自动化专业的特点

电气工程及其自动化专业是1998年教育部在高等学校专业目录调整时，把原来的“电力系统及其自动化”、“电机电器及其控制”、“高电压与绝缘技术”及“电气技术”四个强电类专业合并而成的专业，是新专业目录中合并调整原有专业最多的新专业之一。[1]新专业的建设遵循“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的原则，改变了过去专业设置过多、过细的做法，强调本科阶段对专业基础知识的掌握，具有强电与弱电、电工技术与电子技术、软件与硬件、元件与系统相结合的特点。由上述的发展可以看出，电气工程及其自动化专业应该是一个以强电为主、强弱电相结合的专业，应该体现以“强电为体、弱电为用”的理念，培养的学生既要懂强电又要懂弱电，既搞硬件也搞软件，既掌握电气技术的专业知识，亦了解计算机与电子技术的应用。[2]

郑州航空工业管理学院电气工程及其自动化专业的培养目标是：培养德智体全面发展的，适应社会主义市场经济需要的，具有良好的文化科学素质及电气工程专业知识和应用能力的，能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研究开发、经济管理以及电子与计算机应用等领域工作的宽口径、创新型、复合型高级工程技术人才。该专业的学生由于受到电工、电子、信息控制及计算机等技术的基础训练，既具有电气工程方面的专业知识，又具有自动化与计算机方面的基础知识，使其在今后的就业中具有较大的优势。

2.电气工程及其自动化专业面临的发展机遇

我国电力工业经过多年的快速发展，现今无论是发电装机总量还是年发电量在世界上均居第二位，仅次于美国，但人均装机量与人均年发电量都远远落后，仍有很大的发展空间。电力工业的“十一五”发展规划提出了特高压的发展战略，并且提出构建智能型坚强电网的概念与目标，为电力工业、电气设备制造业及相关的机械、材料工业提供了无限的发展潜力。[3]

河南省在第十一个五年发展规划中指出：“加强电网建设，增强电力输送能力。加快计算机技术、自动化技术和信息技术的推广应用，提高城网的自动化水平”与“重点发展高压超高压输变电成套设备，电站辅机以及中高端电工专用设备，风能、低温余热发电设备”。现如今，发展循环、低碳经济，建设环境友好型、资源节约型社会成为经济社会可持续发展的战略目标，电力工业必将在其中扮演更重要的角色。

事实表明，高质量的电能供应是中国社会现代化建设的重要保障，也是河南区域经济快速发展的基础条件，需要有大量合格的电气工程师，而这正是电气工程及其自动化专业的根本使命与发展前景。因此，郑州航空工业管理学院电气专业紧密跟踪我国电力工业的发展规划，结合地区经济发展的特点，及时调整专业的办学方向，力争办出专业特色，培养出更多的电气工程技术专门人才。

3.电气工程及其自动化专业的现状

郑州航空工业管理学院是一所按二本招生的普通本科院校，是面向地方经济和航空工业生产第一线，培养输出复合型应用人才的重要基地。电气工程及其自动化专业于2001年筹建，根据电力工业发展现状与区域经济特点，提出了电气工程及其自动化专业的应用型人才培养目标，并且结合郑州航空工业管理学院工科发展的水平及电气工程及其自动化专业的师资力量，编制了偏于电机电器及其控制的课程体系。电气工程及其自动化专业经过数年的建设，并且与21世纪电力工业的迅猛发展相适应，于2008年对原有的电气工程及其自动化专业进行了细分，新设置了自动化专业，并且该专业在师资方面也有了较大的进步，这些都促进了电气工程及其自动化专业强电本色的回归，推动了对相应课程体系及专业定位的思考。

虽然近几年郑州航空工业管理学院电气工程及其自动化专业有了较大的发展，但是专业基础与兄弟院校相比还很薄弱，实验条件与师资力量还很有限，仍然处于快速发展时期，总体仍处于较低水平。因此，目前的电气工程及其自动化专业仍需且必须定位于工程应用型人才的培养，学生毕业以后可以到电厂、电力设计单位、电气制造企业及各工矿企业从事与电气相关的设计、运行、管理等工作。

4.应用型人才的特点与培养

应用型人才的特点是学科基础知识扎实，实践能力与创新意识强，除了具有较好的科学素养外，还具有良好的工程素养，具备解决工程实际问题的能力，毕业以后主要在生产第一线从事运行与管理等工作。应用型人才首先是一种创新人才，具有把理论知识和技术转化为实践生产力的创新能力；其次也是一种复合型人才，因为应用型人才的工作是以解决实际问题为根本，而要解决一个实际问题往往不能仅靠一种专业知识，实践的创新多出现在学科边缘或者各学科的交叉处，因此应用型人才也是一种复合型创新人才。[4]

对应用型人才的培养，不是简单地增减几门课就能做到的，构建科学的课程体系是培养合格应用型人才的基础。如何建立以强电课程为主，渗透电子技术、信息技术与计算机技术的电气工程及其自动化专业的课程体系，是一项系统性的工程，需要透彻理解相关的课程及经受实践的检验。

二、课程体系的建设

在电气专业新课程体系的设置上着重突出“以强电为主，弱电为辅，强弱电、软硬件、电气控制与信息技术相结合”的专业特色，主要依据四个基本原则：一是突出强电特色，并且结合电力发展前景与现有师资力量，设置了电力系统及其自动化与电机电器及其控制两个专业方向的课程模块；二是紧密结合自动化技术在电气工程领域的应用，保持电子与计算机技术相关课程教学四年不断线；三是强化本专业应用型人才培养的特色，保持实践教学环节四年不断线；四是激励学生的个性化发展，结合学生就业需要，注重课程安排的科学性与系统性。

新课程体系的主要特点是适应郑州航空工业管理学院原电气工程及其自动化专业细分为电气工程及其自动化专业与自动化专业的发展需要，突出了电气工程及其自动化专业的强电特色，根据“厚基础、宽口径、重实践、强应用”的应用型人才培养模式而设置。

1.课程体系的改革

郑州航空工业管理学院原电气专业结合了电气工程及其自动化与自动化两个专业的内容，专业的特点为“强弱结合、适当偏弱”；新电气专业的特点转变为“强弱结合、强电为主”，专业课程的口径相对变窄。新电气专业的课程设置不再是电气专业与自动化专业的区分，而是电气专业内电力系统及其自动化与电机电器及其控制两个方向的设立。由此考虑把原来的学科基础课—专业基础课—专业选修课—跨专业选修课—实践环节的课程体系改为更符合新电气专业特点的一级学科基础课—二级学科选修课—跨二级学科选修课—跨专业选修课—实践环节的课程体系，如表1所示。新的课程体系保证了学生的理论教学在满足基本学分的前提下，能够小于2500学时，同时优化了课程内容，扩大了选修课程范围，扩展了学生的知识面，激励了学生的个性化发展。

表1 电气工程及其自动化专业新的课程体系

课程类型 课程名称

一级学科

基础课 自动控制原理（双语）、模拟电子技术、数字电子技术、电路（双语）、电磁场、微机原理与接口技术、复变函数与积分变换、电机学、电力系统分析、电力电子变流技术、信号分析与处理、专业技术讲座

二级学科

限选课 电力系统自动化、电力系统继电保护、电力系统远动及调度自动化、发电厂电气部分

电机设计及优化、电机与拖动基础、电力拖动自动控制系统、电器学

跨二级学科

选修课 高电压技术、发电厂动力部分、供配电技术、电力市场基础、电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用；检测技术及仪表、传感器应用技术、楼宇自动化系统、微特电机、交直流调速系统与MATLAB仿真；单片机原理及应用、DSP原理及应用、电气与PLC控制技术；机械制图CAD技术、软件技术基础（双语）、可视化程序、EDA技术（双语）、工业组态技术；科技论文写作

跨专业

选修课 管理学、市场营销学；音乐欣赏、美术鉴赏；机械设计基础、计算机网络（双语）

实践教学

环节 金工实习、专业实习、专业调查、认识实习、军事训练、社会调查、公益劳动、毕业实习、毕业设计；单片机课程设计（选）、PLC课程设计（选）、电力系统继电保护课程设计（选）、发电厂电气部分课程设计（选）、电力拖动课程设计（选）；电气专业制作实践、电力系统分析课程设计、电机学课程设计、电力电子课程设计

2.课程内容的优化

新的课程体系在强电专业“宽口径”的前提下，突出“厚基础”的要求，公共基础课与学科基础课的学时比例达到总学时的74%。在实现了同一专业的通识教育课、专业基础课完全打通，专业主干课程也基本相同，而专业方向的不同只体现在专业课程中的非主干课程及实践环节的要求的基础上，[1] 新课程体系既实现了对学生人文社会科学与自然科学知识的培养，又强化了对学生对本专业基础知识的要求，同时还突出了不同的专业方向特色。

新课程体系在课程内容上更加突出强电特色，突出计算机技术与弱电控制技术在本专业领域内的运用。按照电力系统及其自动化与电机电器及其控制两个专业方向，设置了两个特色显著的课程模块作为任选的必修环节。另外，按照“拓宽”与“加深”的原则，开设总数达到19门的二级学科选修课，学生可以选修其中的5～7门。按照提高学生综合素质的要求，设置了跨专业选修课与全校公共选修课，要求学生在人文社科、经济管理等方面修习约6门课程。

3.授课时序的调整

按照先基础后专业、由浅入深、循序渐进的原则，保持计算机教学、英语教学不断线，科学分配各门课程的授课时间与学时。

（1）保持计算机教学不断线。计算机课程按照教学次序包括：“计算机应用基础”、“C++语言”、“机械制图CAD技术”、“软件技术基础”、“微机原理与接口技术”、“工业组态技术”、“电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用”、“单片机原理”、“交直流调速系统与MATLAB仿真”、“EDA技术”、“可视化程序”、“计算机网络”、“毕业设计”。

（2）保持英语教学不断线。建议取消“专业英语”课程，增开双语课程教学。用英语（或双语）教学的相关课程包括：“大学英语”、“电路”、“软件技术基础”、“自动控制原理”、“EDA技术”、“计算机网络”、“毕业设计”。

（3）科学分配各学期的课时量。如第一、第二学年学生的学习效果较好，可以适当增加基础课与专业课的课时量；第四学年学生因社会实践、找工作、考研等，学习效果下降，此时可以突出计算机与实践教学环节，利用课程的强实用性平抑学生的浮躁心态，最大限度保证学习效果。

三、加强实践教学环节

实践教学是高等院校培养工程应用型人才的必备环节，是提高人才核心竞争力的决定性要素。各高校电气工程及其自动化专业培养的人才水平的高低，取决于实践教学水平的高低，包括实验条件的完善、实验内容的设计及实验教师的素质。郑州航空工业管理学院电气专业的实践环节主要由课程实验、课程设计、生产实习与毕业设计等组成，组成了一个比较系统、由线到面、由基础到综合，分层次、全方位的内容体系。[5]

1.课程实验与课程设计

课程实验包括电工电路、电子技术、电力系统继电保护、电力系统自动化、电力电子技术、电机与拖动、C++语言、单片机原理、电气PLC原理等。

课程设计是工科专业实践教育的重要一环，是培养大学生独立思考、信息检索、相互合作，初步从事科学研究能力的重要途径。课程设计实践环节主要由核心专业课程与部分实用性强的专业课程如“电机设计”、“电力系统分析”、“单片机原理”、发电厂电气部分等的课程设计构成。

2.实习基地

实习基地由校内与校外两部分组成。校内实习基地主要由校办工厂组成，完成金工实习、电工电子技术、计算机辅助设计等基础性专业训练；校外实习基地主要包括陕西航空电气有限责任公司、成都飞机制造厂、贵州飞机制造厂等，学生在校外实习基地主要接受现代化企业的生产教育，培养工程实践能力。

3.毕业设计

电气工程及其自动化专业毕业设计的课题多来自于工程实践。题目通常由导师自行拟定，或者来自于导师科研项目的某一模块，或者来自于导师熟悉的专业领域，与工程实际结合紧密。针对毕业设计中存在的问题，如题目陈旧、知识面过窄、实验条件较差、学生支差应付、成果可操作性不强等问题，现阶段可积极采取以下措施：一是加强对教师和学生的管理。对教师尤其是青年教师中期抽查考核，组织讨论，询问学生等；对学生加强考勤，不定期考查，组织中期检查与预答辩等。二是鼓励和引导学生在学科知识范围内自由选题，激励他们选择来自于生活实践、能够解决实际问题的课题。三是创造条件允许学生到实习或工作单位做设计，聘请企业中有高级职称的人员参与毕业设计的指导工作。

除了以上基本的专业实践环节之外，还可以积极组织学生参加“挑战杯”、“电子设计”等全国大赛，鼓励学生进行科技创新制作，建设专业的开放型实验室，积极探索有助于提高学生创新能力、工程实践能力的教育教学模式。

四、结束语

电力工业巨大的发展空间与郑州航空工业管理学院办学方针的转变，为电气工程及其自动化专业提供了良好的发展机遇。抓住此发展契机，基于“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的电气专业的教育理念，构建了科学有效的课程体系，为今后培养大量合格的应用型电气技术人才奠定了基础。对该专业课程体系的建设与应用型人才的培养过程仍需经受实践的检验。

参考文献

[1]丁坚勇，向铁元，张承学.电气工程及其自动化专业教学改革之管见[J].中国电力教育，2000，（1）：34-37.

[2]华容.“电气工程及其自动化”专业建设和课程设置的思考及探索[J].上海应用技术学院学报，2002，（2）：34-37.

[3]黄文力，张丹.构建和谐电力系统研究[J].郑州航空工业管理学院学报，2009，27（3）：53-55.

航空电子技术论文范文第3篇

【Abstract】Along with the development of China's aerospace industry， the reliability of avionics communication equipment in the aerospace industry has attracted more and more attention from the relevant departments， the paper first introduces the significance of avionics communication equipment reliability design， and then analyzes the main influence factors of avionics communication equipment’s reliability， and finally puts forward specific measures to ensure aviation electronic communication equipment reliability design.

【关键词】航空；设备；可靠性；技术

【Keywords】aviation； equipment； reliability； technology

【中图分类号】V243.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0141-02

1 引言

随着我国整体科学技术的不断发展，以及近年来在航天事业上的巨大发展，在航天产业中具备极大影响的电子通信设备其可靠性越发的受到人们的重视。目前众多的电子通信生产企业在其生产理念上，已经逐渐建立起了以切实检验手段来进行产品质量保障的体系，可靠性、质量已经成为设备使用者的最重要的关注点。在此背景下，论文围绕航空电子通信设备的可靠性，分三部分展开了细致的分析探讨，旨在提供一些该方面的理论参考，以下是具体内容。

2 航空电子通信设备可靠性设计的重要意义

2.1 是通信电子设备使用寿命的直接影响因素

首先基于航空事业其本身的特点，往往使用的周期很长，这也就要求航空电子设备具备很长的使用周期。而电子通信设备的可靠性设计便是电子通信设备使用寿命的最直接影响因素。从整体上观察，电子通信设备的设计、安装以及使用和后期的维修过程，可靠性都参与其中，因此也可以说目前在通信电子设备设计上可靠性已经成为一个设计的重点所在。

2.2 是信息时代人们对电子通信设备的基本需求

随着我国科学技术的整体抬头，目前市场上的电子通信设备也越发的多元化和多样化。而随着通信电子设备数量的增多，在航空事业方面对通信电子设备的选择要求也就相应提升，除了要求通信电子设备满足基本的通信功能之外，在使用感受以及可靠性等方面，也提出了更多的要求，因此航空通信电子设备的可靠性设计是时代背景下的一个客观要求。

3 航空电子通信设备可靠性的主要影响因素

3.1 制造技术及制造条件的影响

在航空电子通信设备可靠性方面的影响因素，首先便是生产航空电子通信设备的制造技术以及制造的条件。就目前的航空电子通信设备发展趋势进行观察，便捷化、智能化以及多功能化是未来的发展趋势，而要实现这一趋势就必须在航空电子通信设备的生产环节，保障一个良好完整的生产体系。目前存在着一部分生产厂家，在生产中并不具备完备的生产的条件，进而难以保障航空电子通信设备的生产质量，在可靠性方面就会存在一定不确定性。

3.2 恶劣天气的影响

因为航空电子通信设备的使用往往位于外界，而地球的环境十分多变，在太空更是会受到诸多的宇宙因素影响。雷电天气、雨雪天气等都会对航空电子通信设备产生一定干扰和破坏，影响设备的正常工作状态，而这些因素便会对航空电子通信设备的可靠性产生一定的影响。

3.3 外界电磁的影响

航空电子通信设备在使用原理上，电磁波是其最为主要的一环，但是在航空电子通信设备使用时常常会受到一些外界电磁的影响。地球本身就是一个巨大的磁场，而这些电磁场中的电磁波所产生的辐射，便会对航空电子通信设备的正常工作产生一定的影响，进而对航空电子通信设备的可靠性造成了影响。

4 保障航空子通信设备的可靠性措施

4.1 不断优化、简化电子线路

不断进行航空电子通信设备电子线路的优化和简化，便可以极大化的减少外界磁场对航空电子通信设备可靠性的影响。而在航空电子通信设备可靠性设计时，必须在满足基本的航空电子通信设备功能以及质量的基础上，通过不断地进行技术创新，实现制造流程的优化，从而达到航空电子通信设备电子线路的简化和优化，具体而言可以从以下几个方面入手：①在元器件的使用通道设计上，可以设计为几个元器件共同使用一个通道，进而实现线路通道的减少[1]；②在元器件的使用数量上，可在保障基本功能之上，通过技术创新，尽可能减少对元器件的使用数量；③在设备组成上，尽可能使用软件对硬件进行代替；④对于设备中的一些模拟电路可使用数字电路进行代替。但在整体的线路简化、优化的过程中必须注意，不能为了最大化的简化路线，而导致元器件在使用过程中出现集成电路板被过载烧坏的现象，更不能将一些成熟性不足的技术和设计方案使用到航空电子通信设备电子线路的优化和简化中。

4.2 深化低耗功率设计

目前在航空电子通信设备可靠性提升设计方面，低耗功率设计已经得到了一定的应用，但是从整体上进行观察，低耗功率设计还有很大的进一步深化空间，因此在提升航空电子通信设备可靠性方面，可以进一步对低耗功率设计进行深化。从航空电子通信设备性能上进行观察，航空电子通信设备正逐渐朝着高密度化以及微型化的方向发展，而这一趋势直接导致了航空电子通信设备中元器件数量的增多以及集成电路在能耗方面的提升，进而在航空电子通信设备的使用过程中持续发热的现象越发凸显，而这一问题就可能会导致，航空电子通信设备使用可靠性受到影响。因此在目前已有的低耗功率设计基础上，还需要进一步深化低耗功率设计，保护航空电子通信设备电路安全，也提升航空电子通信设备的可靠性[2]。

4.3 依托维修性设计提升设备可靠性

除了设计制造环节提升航空电子通信设备可靠性之外，面对航空电子通信设备机械化工作环境和恶劣天气导致的航空电子通信设备损坏，还需要通过维修性设计，在航空电子通信设备的后期使用上提升其可靠性。具体而言，航空电子通信设备的制作人员必须保障航空电子通信设备在故障出现后的检查和拆卸十分方便；此外对于航空电子通信设备的一些元器件必须是可以在市场上买到的，不能大量使用一些不再生产和使用的元器件。

5 结语

综上所述，随着我国航天事业的整体抬头，以及通信电子设备的不断多元化和多样化，人们逐渐对通信电子设备的可靠性提出了新的要求，而通信电子设备的可靠性设计本身，也直接对通信电子设备的使用寿命产生影响，也是时代背景下的一种必然要求。航空电子通信设备可靠性方面，制造技术及制造条件、机械化工作环境、恶劣天气、外界电磁都会对其产生影响，基于这些影响因素以及结合航空电子通信设备的特殊性，不断优化、简化电子线路、深化低耗功率设计、依托于维修性设计提升设备可靠性是切实有效保障航空子通信设备可靠性的具体措施，值得相关企业充分合理地参考使用。

【参考文献】

航空电子技术论文范文第4篇

关键词：CDIO工程教育；实验设备；航空电子专业；实验体系

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）40-0167-03

一、引言

航空机务维修工程是应用多学科知识，从事复杂系统的运行、维护的工作，内容涵盖相关理论、工程技术、技能、规范、流程、人为因素等，维修质量的好坏直接关系到飞行安全及航空公司的经济效益。随着民用航空技术的飞速发展，我国要实现从民航大国向民航强国的转变，高素质人才的培养无疑是重要的因素之一。这要求学生不仅应具有坚实宽广的基础理论知识，而且更应注重对综合能力和创新能力的培养。对航空机务维修人员而言，工程技术应用能力的培养显得尤为重要和紧迫，传统实验教学体系已越来越难以满足现代人才培养的需求。因此，根据民航发展对航空工程机务维修人员的实际需要，建立适合民航专业人才培养模式的实践教学体系、教学内容、教学方法、教学手段、考核方式是一项亟待研究和解决的课题。

二、建设背景

目前，民航院校人才培养的主要问题是与航空企业的实际脱节，不能很好地满足企业需要，为企业提供满意的“产品”。中国民航大学作为国内民航特色专业门类齐全的唯一高校，在硬件设施及专业教师等方面有一定的优势，但也存在实践课程体系、教学内容、教学方法手段等方面不能很好地满足民航对专业人才培养的要求[1-5]。因此，电子信息工程专业实验教学综合改革借鉴CDIO工程教育理念，构造集系统性思维养成、工程实现意识锻造、创新精神激励为一体的人才培养模式，在实训环节探索国际合作、企业参与的工程训练模式，建立了天津市航空电子电气实验教学示范中心。

中国民航大学历来重视实验教学改革，2011年，学校了《中国民航大学教育教学改革与发展规划纲要（2011—2020）》，到2020年基本形成凸显中国民航大学特色的以工程应用型为主的人才培养体系。以树立“大工程观”为理念，以创新人才培养模式为主线，深化高等工程教育改革，着力提高学生工程实验能力。多项举措从不同的侧面与角度促进实验教学改革和建设，对提升实验教学质量，培养学生的实验能力、综合素质与创新精神均起到了重要的作用。

三、建设思路

遵循“面向机务工程实际，以学生为主体，教师为主导，知识、能力、素质全面发展”的教学理念，基于CDIO工程教育的航空电子专业实验体系的建设思路，是构建层次完善、结构合理的基于“大工程观”教育理念的航电一体化实验体系。以学生为主体，加强对学生人文素养、工程能力、创新能力、社会责任、团队协作、环境意识的综合培养，加强学科交叉和特色专业综合，借助航空机务专业科研成果转化，推动实验教学和科研协同发展。新的实验体系体现了以下特征。

1.构建航电一体化的专业实验教学体系。完善实验教学层次和类型，以飞机系统基本构成和原理—飞机电子电气设备单元设计—飞机电子电气系统测试、维护与综合应用为主线，建立由浅入深、由表及里、由单元到系统，涵盖知识、能力、素质，航电一体化的专业实验教学体系，在学科专业设置综合化的条件下，探索提高实验课程体系的科学性和柔性适应能力的有效途径。

2.基于“大工程观”，以学生为中心，加强学生工程实验能力和创新能力的培养。积极探索实验教学模式改革，以学生为主体，以教师为主导，提高学生综合工程能力为宗旨，调动学生实验过程中的积极主动性。转变教学理念，在教学理念上淡化理论教学与实验教学的界限，将理论教学与实验教学有机的结合，融知识传授、能力培养、素质教育于一体，实现原理、方法、应用的有机结合。

3.加强学科交叉和特色专业综合，借助航空机务专业科研成果转化，推动实验教学和科研协同发展，建设国内领先的航电实验室。加强实验教学的系统性和综合性，使跨专业知识在天津市航空电子电气实验教学示范中心各实验平台上完成系统性实验教学。将科研成果与特色实验教学紧密结合，研发先进系统性特色专业实验实训装置，构建航空电子维修模拟环境。充分开放和共享专业实验实训资源。凝聚校内外各方力量，建立航空维修专业校外实习基地。

4.建立以培养综合能力为目标的考核机制和管理体系。建设系列课程下的实验技能综合评价机制，按逐级达标要求，建立多元实验考核方法，统筹考核实验过程与实验结果，对学生的实验理论、基本技能、设计能力及创新能力进行更为客观的评价。将个人能力考核与团队成绩相结合。

四、建设内容

1.实验教学体系建设。航电一体化的专业实验教学体系如图1所示。该体系面向一个人才培养目标、基于一条主线、集成四大类实验。

人才培养目标服务和服从专业培养目标，体现在专业教学计划之上的实验教学任务。该任务紧密围绕飞机系统基本构成和原理—飞机电子电气设备单元设计—飞机电子电气系统测试、维护与综合应用这一主线，并依托控制科学与工程学科基础。航电一体化专业实验教学内容归为专业基础实验、专业实验、创新实验和行业实践四大类。按照实验阶梯型层次规划和设计，配置了课程基础性实验、设计性实验、创新性实验和行业综合维修实训。航电系统综合实验和综合维修实训则建立在网络互连的平台基础之上，打破专业壁垒，构建的开放式实验项目。

突出实验教学与理论教学之间的密切关系，构建了以实验目标为导向、实验内容为载体、创新能力为核心的实验教学体系。该体系层次清晰、目标明确。实验内容与科研和工程应用紧密结合，并注重其趣味性、工程性和探究性。突出系统级实践训练和新技术实验，实验体系设计如下：（1）层次一：专业基础实验。专业基础实验包括电子专业基础课程中各课程对应的实验环节，是专业基础性实验，一般作为验证专业基础理论的实验阶段，如模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理等。（2）层次二：专业实验。从这一层次开始逐步体现了CDIO工程教育思想。专业实验包括航空电子、特色专业课程的课程实验和设计性实验，以及涵盖航空电子、电气、机械和发动机的综合维修实训。通过综合性强的实验项目设计，培养学生在理论学习过程中的实地构思、设计、实现与操作的工程实践应用与团队合作创新能力。专业实验教学注重工程实践训练，特别设计了综合维修实训，从制作电子钟、飞机防撞灯控制等小系统的基本工程技能训练到特色专业课程实验，再到综合维修实训。（3）层次三：创新实践实验。创新实践实验主要给学生提供第二课堂活动，有助于学生创造和创新能力的提高。在创新实践实验室，学生开展创造、创新活动，积极参加全国大学生电子制作竞赛和智能车竞赛等活动，并参加科研课题的申报及研究。通过加大对实验室的开放，建立科学的课外活动体系，与课内紧密结合，培养学生的综合素质。引导学生以工程观学习专业知识，从系统观的角度引导学生了解、掌握专业知识体系。由课题需求引导学习、激发学生探求知识的主动性和积极性，能良好地掌握相关的课程知识，提高分析问题、解决问题的能力。（4）层次四：行业实习基地。行业实习基地利用校外机务维修资源，建立天津航大雄英行业实习基地，其内容涵盖从飞机电子、电气各系统原理、构造、运行性能及其维护技能实习等多个环节，其中尤其强化了特色专业基本技能训练和有效的专业维修基础实习和系统维修实习环节。

将工程实际贯穿于学生的教育培养，促使学生带着工程问题进入针对性的学习，增强学习的兴趣。在学生的入学阶段树立工程创新意识，对他们整个培养阶段的创新能力和成就极为重要。民航机务工程师维修技能的高低关系到维修人员能否尽快上岗，能否达到维修质量，是尽量减小维修差错的关键。在认识实习阶段，要强化行业及对人才需求的综合能力要求，除了有很重要的工程实践技能之外，还要学生了解航空法规和人为因素等方面对机务工程综合能力培养的作用。

《机务维修实践》课程是与民航维修联系最紧密的实践课程。同时，《机务维修实践》课程的培训内容按照民航局CCAR-147法规技能培训标准制订。具体实验室建设如图2所示。

2.考核方法与实验成绩评定。（1）实验过程结构比例考核方法。为使综合性实验的考核环节贴近工程实际，尝试改变以往以实验态度和实验过程为主，评定实验成绩的方法。在考核的过程中，注重对学生的课程专长加以考核和评价，依据学生的兴趣进行综合评价。通过实验项目报告、设计评估等形式，学生也可以自评、互评等方式实质性地提出实验过程考核结构比例，目的是让学生通过实验成绩评定，自主建立起对学习和生活的品格的塑造，实现育人的目标。（2）团队（与个人贡献）加权考核方法。由团队共同协作完成的实验教学项目，采用新型的答辩考核方式，由课程教学团队成员组成课程考核委员会，对学生的课程进行加权考核。考核委员会对团队角色贡献予以评价，得出每个学生实验的总评成绩。实验实训项目和开发创新实践项目的阶段工作研究报告，亦可以作为课程考试部分成绩或设计性实验、综合维修实训成绩等。

总之，评价方式的改革和教学模式改革是相配套的。大部分课程的成绩应由理论知识掌握的程度和做实验的质量、实验报告等几部分组成，合理和综合安排实验实训整个过程的各项成绩所占的比例，突出考核学生的综合能力，鼓励学生勤于思考，克服困难完成实验。实验中既提倡小组合作，又鼓励他们独立研究。

五、结束语

在天津市航空电子电气实验教学示范中心的良好环境下，经过三年多来中心教师的不懈努力，形成了具有鲜明时代特征的实践教育教学思想，重构了实验课程体系，更新了教学内容，主持了9项省部级教研项目，发表了多篇论文，获得了多项省部级科技进步奖和教学奖。高素质的师资队伍，已有的建设成果及优良的天津市航空电子电气实验教学示范中心，为课程建设的可持续发展奠定了坚实的基础。

实验体系建设历时三年，实践证明在下列方面具有明显的效果。

1.学生获取信息和知识的能力普遍提高。例如：学生利用本校“大学生科技创新基金”的资助，在指导教师的指导下，借助创新实验室提供的条件完成多项科技项目制作，设计方案新颖实用、富有创意，说明实验教学体系改革后的大学生思想活跃、有进取心，综合应用已学知识，实践能力得到明显提高。

2.学生自主选择开发课题的意识和能力有明显的提高。如学生参与的自行研制的教学设备，已用于本专业综合课程实验中。

3.优秀学生自愿参加老师科研活动的人数明显增多。在近年举行的飞思卡尔智能车大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计竞赛中，本专业学生获得多项全国和赛区的奖项。

参考文献：

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[3]肖看，尹仕，严国萍.创新型电工电子全开放实验教学模式探索与实践[J].实验室研究与探索，2010，29（4）：79-82.

[4]杨拴科，马西奎，刘晔.创建国家级电工电子实验教学示范中心的实践[J].实验室研究与探索，2007，26（1）：67-70.

航空电子技术论文范文第5篇

关键词　微电子技术　集成系统　微机电系统　dna芯片

1 引　言

综观人类社会发展的文明史，一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的，科学技术作为革命的力量，推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和核心的发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，与材料和能源一起是人类社会的重要资源，但对它的利用却仅仅是开始。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数字化大大改善了人们对信息的利用，更好地满足了人们对信息的需求；而网络化则使人们更为方便地交换信息，使整个地球成为一个“地球村”。以数字化和网络化为特征的信息技术同一般技术不同，它具有极强的渗透性和基础性，它可以渗透和改造各种产业和行业，改变着人类的生产和生活方式，改变着经济形态和社会、政治、文化等各个领域。而它的基础之一就是微电子技术。可以毫不夸张地说，没有微电子技术的进步，就不可能有今天信息技术的蓬勃发展，微电子已经成为整个信息社会发展的基石。

50多年来微电子技术的发展历史，实际上就是不断创新的过程，这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。晶体管的发明并不是一个孤立的精心设计的实验，而是一系列固体物理、半导体物理、材料科学等取得重大突破后的必然结果。1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、cmos技术、半导体随机存储器、cpu、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都是一系列创新成果的体现。同时，每一项重大发明又都开拓出一个新的领域，带来了新的巨大市场，对我们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新，才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。自1968年开始，与硅技术有关的学术论文数量已经超过了与钢铁有关的学术论文，所以有人认为，1968年以后人类进入了继石器、青铜器、铁器时代之后硅石时代（silicon age）〖1〗。因此可以说社会发展的本质是创新，没有创新，社会就只能被囚禁在“超稳态”陷阱之中。虽然创新作为经济发展的改革动力往往会给社会带来“创造性的破坏”，但经过这种破坏后，又将开始一个新的处于更高层次的创新循环，社会就是以这样螺旋形上升的方式向前发展。

在微电子技术发展的前50年，创新起到了决定性的作用，而今后微电子技术的发展仍将依赖于一系列创新性成果的出现。我们认为：目前微电子技术已经发展到了一个很关键的时期，21世纪上半叶，也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域主要有以下四个方面：以硅基cmos电路为主流工艺；系统芯片（system on a chip，soc）为发展重点；量子电子器件和以分子（原子）自组装技术为基础的纳米电子学；与其他学科的结合诞生新的技术增长点，如mems，dna chip等。

2 21世纪上半叶仍将以硅基cmos电路为主流工艺

微电子技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及性能价格比，因此便要求提高芯片的集成度，这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以mos技术为例，沟道长度缩小可以提高集成电路的速度；同时缩小沟道长度和宽度还可减小器件尺寸，提高集成度，从而在芯片上集成更多数目的晶体管，将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上；此外，随着集成度的提高，系统的速度和可靠性也大大提高，价格大幅度下降。由于片内信号的延迟总小于芯片间的信号延迟，这样在器件尺寸缩小后，即使器件本身的性能没有提高，整个集成系统的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成电路发明以来，为了提高电子系统的性能，降低成本，微电子器件的特征尺寸不断缩小，加工精度不断提高，同时硅片的面积不断增大。集成电路芯片的发展基本上遵循了intel公司创始人之一的gordon e．moore 1965年预言的摩尔定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸缩小倍。在这期间，虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓，但是微电子产业三十多年来发展的状况证实了moore的预言[2]。而且根据我们的预测，微电子技术的这种发展趋势还将在21世纪继续一段时期，这是其它任何产业都无法与之比拟的。

现在，0．18微米cmos工艺技术已成为微电子产业的主流技术，0．035微米乃至0．020微米的器件已在实验室中制备成功，研究工作已进入亚0．1微米技术阶段，相应的栅氧化层厚度只有2．0～1．0nm。预计到2010年，特征尺寸为0．05～0．07微米的64gdram产品将投入批量生产。

21世纪，起码是21世纪上半叶,微电子生产技术仍将以尺寸不断缩小的硅基cmos工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大进展；但还不具备替代硅基工艺的条件。根据科学技术的发展规律，一种新技术从诞生到成为主流技术一般需要20到30年的时间，硅集成电路技术自1947年发明晶体管1958年发明集成电路,到60年代末发展成为大产业也经历了20多年的时间。另外，全世界数以万亿美元计的设备和技术投入，已使硅基工艺形成非常强大的产业能力；同时，长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步，成为自然界100多种元素之最，这是非常宝贵的知识积累。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在50年内仍起重要作用，人们不会轻易放弃。

目前很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2015年达到0．030～0．015微米的“极限”之后，将是硅技术时代的结束，这实际上是一种误解。且不说微电子技术除了以特征尺寸为代表的加工工艺技术之外，还有设计技术、系统结构等方面需要进一步的大力发展，这些技术的发展必将使微电子产业继续高速增长。即使是加工工艺技术，很多著名的微电子学家也预测，微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空工业这样的比较成熟的朝阳工业领域。即使微电子产业步入汽车、航空等成熟工业领域，它仍将保持快速发展趋势，就像汽车、航空工业已经发展了50多年仍极具发展潜力一样。

随着器件的特征尺寸越来越小，不可避免地会遇到器件结构、关键工艺、集成技术以及材料等方面的一系列问题，究其原因，主要是：对其中的物理规律等科学问题的认识还停留在集成电路诞生和发展初期所形成的经典或半经典理论基础上，这些理论适合于描述微米量级的微电子器件，但对空间尺度为纳米量级、空间尺度为飞秒量级的系统芯片中的新器件则难以适用；在材料体系上，sio2栅介质材料、多晶硅／硅化物栅电极等传统材料由于受到材料特性的制约，已无法满足亚50纳米器件及电路的需求；同时传统器件结构也已无法满足亚50纳米器件的要求，必须发展新型的器件结构和微细加工、互连、集成等关键工艺技术。具体的需要创新和重点发展的领域包括：基于介观和量子物理基础的半导体器件的输运理论、器件模型、模拟和仿真软件，新型器件结构，高k栅介质材料和新型栅结构，电子束步进光刻、13nmeuv光刻、超细线条刻蚀，soi、gesi／si等与硅基工艺兼容的新型电路，低k介质和cu互连以及量子器件和纳米电子器件的制备和集成技术等。

3 量子电子器件（qed）和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新的领域

在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基cmos工艺技术，可称之为“scaling down”，与此同时我们必须注意“bottom up”。“bottom up”最重要的领域有二个方面：

(1)量子电子器件（qed—quantum electron device）这里包括单电子器件和单电子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动，由于系统能量的改变和库仑作用，一个电子进入到一个势阱，则将阻止其它电子的进入。在单电子存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高；由于只有一个或几个电子活动所以功耗极低；由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间，所以速度很快；且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难，特别是制造大量的一致性器件很困难；对环境高度敏感，可靠性难以保证；在室温工作时要求电容极小（αf），要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。

因此，目前可以认为它们的理论是清楚的，工艺有待于探索和突破。

(2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列（qca—quantum－dot cellular automata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。

量子点阵列由量子点组成，至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快，功耗低，集成密度高。但难以制造，且对值置变化和大小改变都极为灵敏，0．05nm的变化可以造成单元工作失效。

以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子之间的键合力很强，可支持高密度电流，而热导性能类似于金刚石，能在高集成度时大大减小热耗散，性质类金属和半导体，特别是它有三种可能的杂交态，而ge、si只有一个。这些都使碳纳米管（cnt）成为当前科研热点，从1991年发现以来，现在已有大量成果涌现，北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0．33纳米的cnt并提出“t形结”作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的cnt器件，更难以集成。

目前“bottom up”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往往与“scaling down”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度cmos电路的功耗制约将会带来突破性的进展。

qca和cnt器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做，有待突破，离开实际应用还需较长时日！但这终究是一个诱人探索的领域，我们期待它们将创出一个新的天地。

4 系统芯片（system on a chip）是21世纪微电子技术发展的重点

在集成电路（ic）发展初期，电路设计都从器件的物理版图设计入手，后来出现了集成电路单元库（cell－lib），使得集成电路设计从器件级进入逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计，极大地推动了ic产业的发展。但集成电路仅仅是一种半成品，它只有装入整机系统才能发挥它的作用。ic芯片是通过印刷电路板（pcb）等技术实现整机系统的。尽管ic的速度可以很高、功耗可以很小，但由于pcb板中ic芯片之间的连线延时、pcb板可靠性以及重量等因素的限制，整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展，系统对电路的要求越来越高，传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时，由于ic设计与工艺技术水平提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯片。目前已经可以在一个芯片上集成108－109个晶体管，而且随着微电子制造技术的发展，21世纪的微电子技术将从目前的3g时代逐步发展到3t时代（即存储容量由g位发展到t位、集成电路器件的速度由ghz发展到灯thz、数据传输速率由gbps发展到tbps，注：1g=109、1t=1012、bps：每秒传输数据位数）。

正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片（system on a chip，简称soc）概念。

系统芯片（soc）与集成电路（ic）的设计思想是不同的，它是微电子设计领域的一场革命，它和集成电路的关系与当时集成电路与分立元器件的关系类似，它对微电子技术的推动作用不亚于自50年代末快速发展起来的集成电路技术。

soc是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个（或少数几个）芯片上完成整个系统的功能，它的设计必须是从系统行为级开始的自顶向下（top－down）的。很多研究表明，与ic组成的系统相比，由于soc设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。例如若采用soc方法和0．35μm工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下，能够相当于采用0．18～0.25μm工艺制作的ic所实现的同样系统的性能；还有，与采用常规ic方法设计的芯片相比,采用soc设计方法完成同样功能所需要的晶体管数目约可以降低l～2个数量级。

对于系统芯片（soc）的发展，主要有三个关键的支持技术。

（1）软、硬件的协同设计技术。面向不同系统的软件和硬件的功能划分理论（functional partition theory），这里不同的系统涉及诸多计算机系统、通讯系统、数据压缩解压缩和加密解密系统等等。

（2）ip模块库问题。ip模块有三种,即软核，主要是功能描述；固核，主要为结构设计；和硬核，基于工艺的物理设计、与工艺相关，并经过工艺验证过的。其中以硬核使用价值最高。cmos的cpu、dram、sram、e2prom和flash memory以及a／d、d／a等都可以成为硬核。其中尤以基于深亚微米的新器件模型和电路模拟为基础，在速度与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值。现在,美国硅谷在80年代出现无生产线（fabless)公司的基础上，90年代后期又出现了一些无芯片（chipless）的公司,专门销售ip模块。

（3）模块界面间的综合分析技术,这主要包括ip模块间的胶联逻辑技术（glue logic technologies）和ip模块综合分析及其实现技术等。

微电子技术从ic向soc转变不仅是一种概念上的突破,同时也是信息技术新发展的里程碑。通过以上三个支持技术的创新,它必将导致又一次以系统芯片为主的信息技术上的革命。目前，soc技术已经崭露头角，21世纪将是soc技术真正快速发展的时期。

在新一代系统芯片领域，需要重点突破的创新点主要包括实现系统功能的算法和电路结构两个方面。在微电子技术的发展历史上,每一种算法的提出都会引起一场变革，例如维特比算法、小波变换等均对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用,目前神经网络、模糊算法等也很有可能取得较大的突破。提出一种新的电路结构可以带动一系列的应用,但提出一种新的算法则可以带动一个新的领域,因此算法应是今后系统芯片领域研究的重点学科之一。在电路结构方面,在系统芯片中，由于射频、存储器件的加入，其中的电路结构已经不是传统意义上的cmos结构，因此需要发展更灵巧的新型电路结构。另外，为了实现胶联逻辑（glue logic）新的逻辑阵列技术有望得到快速的发展,在这一方面也需要做系统深入的研究。

5 微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点

微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其它学科相结合,便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点，这方面的典型例子便是mems（微机电系统）技术和dna生物芯片。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。

微电子机械系统不仅是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的系统。mems将电子系统和外部世界联系起来，它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号，把这些信号转换成电子系统可以认识的电信号，而且还可以通过电子系统控制这些信号，发出指令并完成该指令。从广义上讲，mems是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。mems技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等〖3〗。

mems的发展开辟了一个全新的技术领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务。正是由于mems器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等传统传感器无法比拟的优点,因而mems在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。例如微惯性传感器及其组成的微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统（abs）、稳定控制和玩具；微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护；信息mems系统将在射频系统、全光通讯系统和高密度存储器和显示等方面发挥重大作用；同时mems系统还可以用于医疗、光谱分析、信息采集等等。现在已经成功地制造出了尖端直径为5μm的可以夹起一个红细胞的微型镊子，可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。

mems技术及其产品的增长速度非常之高，目前正处在技术发展时期，再过若干年将会迎来mems产业化高速发展的时期。2000年，全世界mems的市场达到120到140亿美元，而带来的与之相关的市场达到1000亿美元。

目前，mems系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期，其电路在今天看来是很简单的，应用也非常有限，以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资，促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度，对cpu和ram的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动，形成了今天的双赢局面，带来了一场信息革命。现阶段的微机电系统专用性很强，单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似于cpu和ram这样量大面广的产品。随着微机电系统的进步，最后将有可能形成像微电子技术一样有广泛应用前景的新产业，从而对人们的社会生产和生活方式产生重大影响。

当前mems系统能否取得更更大突破，取决于两方面的因素：第一是在微系统理论与基础技术方面取得突破性进展，使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统；第二是找准应用突破口，扬长避短，以特别适合微系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破，从而带动微系统产业的发展。在mems发展中需要继续解决的问题主要有：mems建模与设计方法学研究；三维微结构构造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力学和热学研究；mems的表征与计量方法学；纳结构与集成技术等。

微电子与生物技术紧密结合诞生的以dna芯片等为代表的生物芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。它是以生物科学为基础，利用生物体、生物组织或细胞等的特点和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，并与工程技术相结合进行加工生产，它是生命科学与技术科学相结合的产物。具有附加值高、资源占用少等一系列特点，正日益受到广泛关注。目前最有代表性的生物芯片是dna芯片。

采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有多达万种dna基因片段的芯片。利用这种芯片可以在极快的时间内检测或发现遗传基因的变化等情况，这无疑对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。

dna芯片的基本思想是通过生物反应或施加电场等措施使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性从而起到检测基因的目的。目前stanford和affymetrix公司的研究人员已经利用微电子技术在硅片或玻璃片上制作出了dna芯片〖4〗。他们制作的dna芯片是通过在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽，然后在沟槽中覆盖一层dna纤维。不同的dna纤维图案分别表示不同的dna基因片段，该芯片共包括6000余种dna基因片段。dna（脱氧核糖核酸）是生物学中最重要的一种物质，它包含有大量的生物遗传信息，dna芯片的作用非常巨大，其应用领域也非常广泛：它不仅可以用于基因学研究、生物医学等，而且随着dna芯片的发展还将形成微电子生物信息系统，这样该技术将广泛应用到农业、工业、医学和环境保护等人类生活的各个方面，那时，生物芯片有可能象今天的ic芯片一样无处不在。

目前的生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术，在固体芯片表面构建的微分析单元和系统，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具体实现技术、基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计、检测方法学等等。

6 结　语

在微电子学发展历程的前50年中，创新和基础研究曾起到非常关键的决定性作用。而随着器件特征尺寸的缩小、纳米电子学的出现、新一代soc的发展、mems和dna芯片的崛起，又提出了一系列新的课题，客观需求正在“召唤”创新成果的诞生。

回顾20世纪后50年，展望21世纪前50年，即百年的微电子科学技术发展历程，使我们深切地感受到，世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇，也是一个严峻的挑战，如果我们能够抓住这个机遇，立足创新，去勇敢地迎接这个挑战，则有可能使我国微电子技术实现腾飞，在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权，促进我国微电子 产业的发展，为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础，以重铸中华民族的辉煌！

参考文献

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[2]bob schaller.the origin,nature and lmplication of“moore’s law”,http///research/barc/gray/moore.law.html.1996.

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[4]nicholas wade where computers and biology meet:making a dna chip.new york times,april 8,1997