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關鍵詞：數字鎖相環；相位同步；溫度控制；頻率變換

中圖分類號：TN752 文獻標識碼：B 文章編號：1004-373X(2008)02-046-02

Design of Temperature Frequency Conversion Circuit Based on Digital Phase Locked Loop

XIE Wancheng

(Loudi Vocational and Technical College,Loudi,417000,China )[HJ1*3][HJ]

[HJ*2]Abstract：The CC4046 integrated circuit phase locked loop uses the RC Voltage Controlled Oscillator(VCO),the exterior conjunction RC component of charge and discharge,the electric circuit is simple,the cost is inexpensive,the practical value is big,and widely used in the broadcast television system,several communications system,frequency synthesis system,automatic control and clock synchronization system.It overcomes these shortcoming such as low reliability and bad anti-interference to make use of integrated circuit phase locked loop constitutes to temperature frequency conversion circuit.For the accurate diagraph of temperature and need to carry on a temperature examination a control of the equipments provided a kind of viable electric circuit design a project.

Keywords：digital phase locked Loop；phase modulating synchronization；temperature control；frequency conversion

1 引 言

鎖相的概念在20世紀30年代提出后，很快就被廣泛地應用在電子和通訊領域中。使用鎖相環PLL（Phase Locked Loop）電路的設備包括存儲器、微處理器、硬盤驅動裝置、射頻無線收發器和光纖收發器等。近年來，集成電路的工作頻率和片內集成的功能正以等比級數的速度增加，高性能的集成電路也被廣泛地應用在高頻無線通訊及光纖通訊中，這也意味著在同一個系統晶片內，同步的問題也變得更加復雜了。而數字集成鎖相環路更有助于發展高性能和低成本的電子系統，高性能的鎖相環頻率控制系統在現代工業自動化、國防高精尖科技等領域有著越來越廣泛的應用，其設計的合理性直接決定整個系統的精度。鎖相環技術應用于應用于溫度檢測電路中，通過溫度度傳感器將溫度的變化轉變為頻率的變化，可以用來精確測量溫度或用于自動控制電路中調節機器的運轉速度。

2 集成鎖相環的基本原理

鎖相環的主要任務是保證本機的振蕩器產生的頻率和相位與接收的基準信號頻率和相位完全相同，使電路工作頻率達到穩定。鎖相環的基本組成如圖1所示，其主要由相位比較器、低通濾波器、壓控振蕩器3部分組成。

3 系統結構及電路設計

3.1 集成鎖相環的結構

如圖2所示為采用了CMOS工藝的數字集成鎖相環CC4060的內部結構及引腳圖。其中，放大器A1對輸入信號υi進行放大和整形。相位比較器（鑒相器）PC1僅由異或門構成，他要求兩個相比較的輸入信號必須各自是占空比為50%的方波；PC2是由邊沿觸發器構成的數字相位比較器，僅在2個相位比較的輸入信號的上升沿起作用，與輸入信號的占空比無關。

3.3 溫控變頻電路的設計

常見的溫度控制系統，是先利用溫度傳感器將溫度的變化轉換為電阻中電流的變化，繼而引起電壓的變化，實現控制功能。雖然其實現容易，但是可靠性低，抗干擾能力差，本文力求解決這一問題。設計思路是將溫度變化轉換為頻率變化加以控制，先借助溫度傳感器和數字集成鎖相環電路把溫度的變化轉變為振蕩器輸出信號頻率的變化，隨著溫度的漸漸升高，信號頻率也隨之慢慢改變，當達到設定溫度時，頻率也將確定。

將電壓信號V變換成頻率信號F在信號檢測電路、現代通信中應用廣泛，用鎖相環電路能方便地實現V/F變換。根據壓控振蕩器的原理，在鎖相環的輸入端或VCO的電壓控制端加一直流電壓，則VCO的輸出頻率會隨輸入信號的瞬時電壓變化而實現V/F變換。反之，也能實現F/V變換。圖4就是根據這一原理實現的溫度電壓頻率的信號變換電路。

在圖4中，溫度傳感器AD590將檢測溫度（－50～125 ℃）變換成直流電流，經電阻分壓后得到直流電壓送入精密運放OP-07放大后輸入到CC4060的第9腳，作為壓控振蕩器VCO的控制電壓，從第4腳輸出的頻率信號f0與控制電壓的大小對應成比例。因此，他也和溫度傳感器的直流電壓VT成比例。R4和RP用于調整運放的輸出電壓，R5改變運放的增益。調整R1，Ct使VCO的固有頻率fυ為10 kHz。逐點測量壓控振蕩器的電壓控制曲線Vd和fυ；測量傳感器AD590輸出VTв胛露鵲墓叵擔壞鶻朔OP-07的放大倍數，即可實現溫度到頻率信號的變換。

參 考 文 獻

［1］蔡明生，黎福海，許文玉．電子設計［M］．北京：高等教育出版社,2004.

［2］沙占友．數字化測量技術與應用［M］．北京:機械工業出版社，2004.

［3］曹輝，胡俊，黃均鼐．數字式溫度測量電路的設計及其實現［J］．微電子學報，2001(3).

［4］Razavi B.Monolithic Phase-locked Loops and Clock Recovery.IEEE Press，1996.

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關鍵詞 DSP 數字信號處理 發展趨勢

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

1 關于DSP芯片的發展和分類

DSP的概念的萌芽誕生于美國的大學，而在DSP芯片出現以前，實時信號的處理一般是在通用處理器上完成。直到上世紀70年代末才出現了專門的可編程數字信號處理器。縱觀DSP芯片的發展歷程，可以將其分為三個階段：

第一階段，DSP的雛形階段。1980年前后，在DSP芯片出現之前，數字信號處理只能依靠通用MPU來完成，但是MPU較低的數字信號處理速度和高能耗難以滿足高速實時的處理要求。1978年AMI公司了世界上第一塊DSP 芯片―― S2811，隨后各大集成電路廠商相繼推出了各自的DSP芯片。這個時期的DSP芯片由于內部沒有專門的單周期硬件乘法器，使芯片的運算速度、數據處理能力和運算精度受到了很大的限制。

第二階段，DSP的成熟階段。1990年前后，國際上許多著名的集成電路廠家都相繼推出自己的成熟的DSP產品。如：Motorola公司的DSP5600、9600系列，TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，AT&T公司的DSP32等。

第三階段，DSP的完善階段。2000年以后，DSP芯片不僅信號處理能力更加完善，而且系統開發更加方便，程序編輯調試更加靈活，功耗進一步降低，成本大幅下降，系統集成度更高，大大提高了數字信號的處理能力。這一時期的DSP芯片另外一個最大的特點是實現了指令的多發射，一般采用超長指令字（VLIW）結構，還有一些采用單指令多數據流（SIMD）結構，其時鐘頻率可高達1GHz以上，可在Windows環境下直接用C語言編程。

經過了快半個世紀的發展，目前市場上已有上百種DSP芯片，即使是同一公司的產品，每款DSP芯片在結構和性能上都有很大的差異，通常DSP芯片可以按照下列三種方式分類：

（1）按基礎特性分類。這是根據DSP芯片的工作時鐘和指令類型來分類的。如果在某時鐘頻率范圍內，DSP都能正常工作，除計算機速度有變化外，沒有性能上的下降，這種芯片稱為靜態DSP芯片。如果兩種或更多的DSP芯片，它們的指令集、機器代碼及引腳結構相互兼容，稱之為一致性DSP。

（2）按數據格式分類可分為即定點數據格式和浮點數據格式。

（3）按用途分類可以分為通用型DSP和專用型DSP。通用型適合普通的DSP應用。而專用型DSP是為特定的功能、運算設計的，如數字濾波、卷積和FFT等。

世界上主要的DSP制造商有四家：德州儀器（TI）、摩托羅拉（Motorola）、朗訊科技（Lucent）和模擬器件公司（ADI），其中TI公司獨占鰲頭，占世界市場45%的份額。TI公司多年來不斷發展，開發了一個龐大的DSP家族――TMS320家族。在這個家族中，主要可以分為三大系列：

（1）TMS320C2000系列，包括C20x、C24x、C24xx、C28x等，該系列產品主要用于數字控制系統；

（2）TMS320C5000系列，包括C54x、C55x等，該系列主要用于低功耗、便攜式的無線終端產品；

（3）TMS320C6000系列，包括C62x、C67x、C64x等，該系列產品主要用于高性能復雜的通訊系統或者其他一些高端應用，如圖像處理等。

2 DSP芯片的趨勢和應用

與國外相比，國內對DSP方面的研究起步較晚、差距較大。隨著應用對DSP的要求越來越苛刻以及設計方法和工藝的日益進步，DSP技術預計將向著以下幾個方面發展：

（1）更高的集成度。縮小DSP芯片尺寸始終是DSP的技術發展方向。當前的DSP多數基于RISC（精簡指令集計算）結構，這種結構的優點是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝，改進DSP內核，并將幾個DSP內核、MPU內核、專用處理單元、電路單元、存儲單元統統集成在一個芯片上，成為DSP系統級集成電路。這樣的集成縮小了整機的體積，縮短了產品上市的時間，是一個重要的發展趨勢。

（2）DSP的內核結構進一步改善。DSP的結構主要是針對應用，并根據應用優化DSP設計以改進產品的性能。多通道結構和單指令流多數據流（SIMD）、超長指令字結構（VLIW）、超標量結構、超流水結構、多處理、多線程及可并行擴展的超級哈佛結構在新的高性能DSP芯片中將占據主導地位。

（3）向低功耗方向發展。便攜式數字終端設備是DSP芯片最重要的應用市場之一，如何在保證高性能的同時降低功耗是未來DSP芯片設計時首先考慮的問題。

（4）可編程DSP將成為主導產品?？删幊藾SP給生產廠商提供了很大的靈活性。生產廠商可在同一個DSP平臺上開發出各種不同型號的系列產品，以滿足不同用戶的需求。同時，可編程DSP也為廣大用戶提供了易于升級的良好途徑。

（5）追求更高的運算速度。隨著VLIW技術和靜態超標量技術在DSP應用上獲得巨大成功，DSP處理器在體系結構上可挖掘的空間進一步加大，通過增加CPU的運算單元數量就可以顯著提高處理器的性能。

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人類已經進入了信息社會，電子信息產品已經透射到我們生活的各個角落，包括國防軍工用品、通信、醫療、計算機及周邊視聽產品、玩具等。傳統的電子線路設計工作需要有完備的元器件及儀器設備，在實驗室中繁復調整測試才能完成。這需要消耗大量的時間、精力以及實驗成本。傳統的電子線路設計方法和手段，已經難以適應電子技術飛速發展的需要。

隨著社會的發展和技術的進步，人美對電子相關行業提出了更高的要求：精確、穩定、輕巧、保密、可靠；同時，電子行業又具有產品更新快，研發周期短的特點，為了滿足不斷發展的市場需求，加快產品結構的升級，在核心技術領域取得重大突破，電子行業必須采用新的研究方法和技術。隨著計算機的發展，計算機在電子設計中占有了很大的比重。計算機輔助技術(ComputerAidedDesign,CAD)技術，以及在其基礎上發展起來的電子設計自動化(ElectronicDesignAutomztion,EDA)技術已成為電子領域的重要學科，并逐漸成為一個新型的產業部門。

一、傳統電子產品設計中遇到的問題

1、傳統的電子產品，從設計、調試到驗證完成，一般采用面包板或專門的焊機板，通過手工裝配，再進行電路的反復測量、評估電路性能。當電路設計非常復雜時，采用這種傳統的設計方法，極易產生連線錯誤、器件損壞等人為錯誤，常會造成人力、財力、時間的浪費。尤其是設計集成電路時，傳統的設計方法無法模擬集成電路的真實特性。

2、電子產品的各項性能的分析，特別是消耗和破壞性的分析與測試。

3、設計過程中的大量的復雜的計算。

二、電子設計自動化的發展過程及解決的問題

在20世紀70年代到80年代中期，計算機技術和電子技術的發展促進了計算機雇主設計(CAD)理論的研究和應用，是CAD技術成為電子設計領域的新興學科。20世紀80年代中期開始，隨著高性能計算機技術的發展，尤其是微型計算機技術的發展，CAD技術邁向了其高級階段，出現了電子設計自動化(EDA)。

電子設計自動化技術(EDA)是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、信息處理技術、及智能化技術，進行鏈子線路與系統的功能設計、邏輯設計、性能分析、系統優化直至印制電路板的自動設計，它可以完成電子工程設計的全過程。利用EDA工具，電子設計工程師可以從概念、算法等開始設計電子系統，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。其基本特征是以計算機硬件和相關軟件為工作平臺、最大限度地提高電子線路或系統的設計質量和效率，從而節省人力、物力和開發城本，縮短開發周期。

三、電子設計自動化的主要特點

1、設計過程自動化

在EDA的應用中，可以利用EDA應用軟件，實現由系統層到電路層再到物理層的整個設計過程的自動化。在設計過程中，設計人員可以按照電子線路或系統的指標要求，采用完全獨立于芯片廠商及其產品結構的描述語言，在功能級對設計產品進行定義，并利用應用軟件提供的仿真技術驗證設計結果。具體地講，設計人員可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統通過計算機機上自動完成。

2、高度開發的集成環境

利用計算機技術的支持，在計算機平臺上安裝功能不同的軟件，形成一個功能強大的EDA設計環境。在這個環境中，可以控制和管理設計方案、設計過程和設計數據，甚至可以讓這些軟件共享設計資源。這種高度開放的集成環境，包含了電路設計開發過程，而且其文件類型在不同的EDA軟件中是可以共享的。

3、高度智能化的操作

在EDA技術中，由于應用軟件的智能化設計，各種設計向導和提示十分完備，使電子設計人員不必學習更高深的專業理論知識，更不必進行手工運算，在應用軟件環境中，就可以完成線路或系統的設計，并得到精確的仿真結果。

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電子電路課程是電工專業的專業基礎課，也是非電工專業如計算機、機械等專業的非常重要的技術基礎課程。電子電路課的主要任務是為學生學習專業知識和從事工程技術工作打好電子電路技術的理論基礎，并接受基本技能的訓練。學生學好該課程無論是對后續專業課程的學習，還是畢業以后的工作或者對繼續深造都起著重要的作用。

1.教師的實踐能力

經過幾年的教學活動和參加產品開發研制工作，證明理論教學與實際結合是至關重要的。在電子電路課程中，學生最終應達到兩個目標，一是會將實際電路抽象成電路模型，并能分析其原理，當電路出現故障時會修復;二是會分析已經繪出的電路模型，達到實現電路設計的目的。上述教學目標的實現，需具備兩個條件，一是教師的實踐能力，二是實驗設備與手段?，F任的成人高校教師中，90%是從應試教育的模式中培養出來的，他們中的絕大多數人都是從學校出來后直接進入教育崗位的。教師本身就沒有實踐經驗，所以在教學中只能有意無意地避開實踐環節。但這一現象導致了人才培養的惡性循環。因此，教師和學校都應從這一誤區中盡快地走出來。教師是否了解學科技術的前沿，能否更多地將當前新工藝——現代新產品設計流程;新電子元件——目前廣泛使用的新器件，新儀器產品——現代電子儀器的使用介紹等內容融入課堂教學是至關重要的。

2.學生的學習狀況

在課堂教學中，開始學生還可以接受一些知識，但隨著教學的深入，學生感到了困難，隨之學習的興趣越來越少，主動學習便是一句空話，學習者也就是為了應付考試，最終的教學目的很難達到。

3.實驗課的現狀

由于工科專業招生困難，大部分學校把經費都投向了計算機房等能馬上收回成本、賺錢的項目上。因此，電工實驗都在吃著老本，用著十幾年前的儀器設備，跟不上現代工業的發展及電路設計的要求，實驗質量也因此受到很大的影響。所以，合理地增加實驗經費，更新實驗設備已迫在眉睫。另外，課時的壓縮，導致教師把重點放在知識的傳授上，對于實踐環節只用很少的課時，這對提高學生的動手能力是極為不利的。

二、電子電路教學方法探討

1.注重基礎知識的教學同時避免過于片面性

面對學生編寫教材和教學時，模擬電子電路課程不易片面強調以集成電路為主，理由如下：

（1）模擬電子電路是學生第一次接觸到的一門工程型、技術型、實用型的課程，它與先修課程“電路分析基礎”和“信號與系統”有很大的差別。后者是講述模型化電路和信號的分析方法，而電路的結構、元件的取值和信號的性質的不同并不影響分析方法的學習。但電子電路卻是具有—定功能的實用電路，學生在學習模擬電子電路課程時，由于受習慣思維的影響，碰到的第一個疑點和難點是不理解電子電路課程的工程性特點;而且面對實際的電子電路進行分析和計算時，要引入有源器件參數的離散性和誤差?？紤]到這些基本因素，學生在學習電子電路的過程中是否能采用在一定的誤差和容差范圍內，忽略某些次要因數，而抓住主要矛盾來進行工程估算，使之既不失設計計算的正確性和可靠性，又能使分析和設計計算簡單化。這種基本能力的培養，顯然應該作為模擬電子電路教學的基本出發點，而片面強調以集成電路為主勢必會削弱學生這種基本能力的培養和建立。

（2）模擬電子電路課的新概念多，所涉及的基本理論、基礎知識和基本方法對專科生的培養起著重要的作用;而且課程的內容體系與其他相關的專業課程之間保持著緊密的銜接和交融，因此在基本概念的講述上不能壓縮篇幅。另外，概念清楚、基礎理論扎實，也是靈活應用集成電路的關鍵。

（3）集成電路類型品種繁多，而且發展十分迅速，到底以哪些電路為主?即使花費很大力氣講清楚了幾種，由于基礎不扎實學生也不可能用好其他類型的集成電路。

（4）集成電路內部結構極為復雜，大量問題不是從電路的基本原理考慮，而是從工藝角度考慮的，從提高性能指標考慮的。若提倡以集成電路為主，很容易出現內部電路講的過細的情況，影響了基本理論的學習。

（5）由于片面提倡以集成電路為主，有許多書籍用大量的篇幅講集成電路的應用，例如運放組成的反向比例放大、同相比例放大、加法、減法等電路。其實這些內容十分簡單，只要講清楚分析問題的思路和要點即可，完全可以讓同學自己分析。故集成電路的應用不宜延伸太寬。

從以上五個方面來看，片面強調以集成電路為主的提法容易偏離模擬電子電路課程的方向，不利于加強基本概念和基本理論的學習，不利于打牢基礎。

2.以實例為基礎，講授課程的主要內容

為提高學生的學習興趣，開始先提出一個實際問題，例如用比較通俗語言講解“電視信號測量儀”的原理方框圖，對“電視信號測量儀”產品的原理方框圖，先提出問題，再解決問題，在解決問題中根據課程基礎知識銜接問題，確定方框圖中各個方框詳細內容解剖的順序，在講解基本原理的基礎上一個一個攻克。在學生的頭腦中始終有一個主線——解決實際問題，課程的主要內容逐步展開，使學生清楚學習完某一個單元電路后，它可以解決什么問題，今后如何應用。

例如：介紹檢波方框時，先介紹二極管的構成、符號和特性，在介紹二極管的各種用途時，重點講解二極管的檢波特性，即如何將交流電變為直流電的過程，同時使學生對單元電路和整體之間的關系有深入了解。又如講解中頻放大器方框時，從三極管入手，可將模擬電路的主要內容引出;在LCD顯示方框中，可引出數字電路中許多常用的單元電路部件。

3.以實例為切入點，改進實驗手段，培養學生的設計能力

在教學中盡量多地通過實例的引用，使課堂教學內容豐富，不斷激發學生的學習興趣。但增加實驗課時與改進實驗手段仍是實現培養目標的關鍵。首先應明確實驗課已不是傳統意義上的電路物理量的測量與計算、驗證定理。隨著計算機的迅速發展，實驗應提供給學生電子自動化設計工具，如Pspice軟件，該軟件能夠模擬電路的性能，可以把它引入到教學與實驗中，課堂上以實例中的某一模塊為切入點，用計算機模擬電路性能并進行輸入輸出測量，使學生對實際電路的性能有較直觀的了解，并借助該軟件分析電路。

4.在實驗教學和實驗室科學化管理中加強計算機的應用

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1.1居民生活環境中的應用

在過去，人們接觸網絡通常都是在工作單位，現在，人們下班后可以在家中進行網上沖浪已成為人們生活的“必需品”了。在這種需求背景下，房產開發商提出了智能小區建設的規劃，為小區住戶提供了高質量的寬帶交互式多媒體信息服務，并提供了實用的網絡平臺。當今在智能小區中，居民能夠利用此平臺實現網上銷售與購物、遠程醫療、視頻在線、視頻會議、電子商務、遠程通訊、居家辦公、異地間的資源共享等，真正地將居民日常生活所關心的家庭保健、家庭娛樂、工作學習等問題進行廉價、快速地信息化解決。

1.2信息化教育

如今，互聯網與教育這兩種力量決定著時代的命運。而這兩種力量的融合促成了教育的信息化。教育信息化是以計算機、多媒體以及網絡通訊為基礎的現代化信息技術。信息化教育是信息社會的產物，同時是信息化社會對教育的新要求，其出現具有著時代的必然性。

1.3日常中的設備信息化

隨著人們對生活信息化的需求，更多的日常設備都或多或少的應用上了信息技術。如：彩電的數字網絡功能和冰箱的恒溫控制系統等。而逐漸走入百姓家的汽車更顯現出信息技術在日常設備中應用發揮到更高程度。汽車工程界專家曾指出：電子技術的發展已使汽車產品的概念發生了更為深刻的變化。汽車的新電子系統由各個電子控制單元（ECU）組成，能夠獨立操控，同時還可以協調到整體運行的最佳狀態。

二、電子信息技術應用的特點

電子信息技術是當前計算機發展的主體特征，計算機網絡信息技術的應用有如下特點：

2.1電子信息技術的集約化與智能化

智能化是計算機發展的主要方向，現代網絡信息技術已經能夠模擬人的感覺行為以及思維活動，進行集約化的邏輯分析及信息綜合處理。

2.2電子信息技術的網絡化與數字化

隨著計算機應用技術的進一步深入，網絡已經成為現代信息技術與計算機技術結合產物。通過使用計算機高清晰數字處理技術以及網絡化運行，這樣使信息資源得到共享與互動交流。

2.3電子信息技術的高效化與快捷化

現代計算機網絡技術的開發與應用，是在各種信息資源的整合與存儲的基礎上，使用計算機信息處理技術，從而實現各種信息的高效率與快捷化管理。

三、電子信息技術的未來發展

3.1光電子技術是未來信息技術的核心技術

現代電子信息技術經歷了電子學和光電子學兩階段的發展，隨即步入了光子學新階段。許多科學家預測，本世紀將是光電子技術得到迅速發展的世紀，光子作為信息與能量的載體，逐漸產生了信息光子學及能量光子學，兩者都在按自己的規律及市場需求不斷向前發展，推動了現代光電子交叉學科及光電子信息產業發展。所以，光電子學是未來信息技術的核心，將在未來許多科學技術領域中起到帶領作用。

3.2微電子技術系統集成化

在電子信息技術中，電子信息硬件產品的“核心”即集成電路制造技術。集成電路的應用范圍是十分廣泛的，例如從計算機的CPU到IC卡的各種類型，都需要運用到集成電路。微電子技術已經過了大規模（LSI）、超大規模（VLSI）以及特大規模（ULSI）集成時代。作為高科技代表的集成電路技術對世界經濟的發展有著重要的影響。集成電路產品的發展趨勢體現在芯片面積趨大，集成度也越來越高，特征表現在尺寸越來越小，芯片上的系統也日益趨于完善。在未來十年內，集成電路的發展仍將以硅基CMOS電路為主流，其主要發展趨勢是加工細微化及硅片大直徑化。

3.3計算機技術向多媒體與智能化發展

計算機技術包括網絡計算、移動計算、并行計算等，PC機、服務器和外部設備設計開發技術、多媒體技術以及人工智能技術等。近年來計算機性能幾乎每兩年提高一個數量級。當前的CPU已由32位向64位過渡了；產品結構已經從計算機為核心向因特網網絡設備為核心轉變；存儲設備在系統中的比重趨大，存儲技術向海量存儲方向轉變；多媒體技術的應用將使計算機、通信以及家電融為一體，DVD光驅已取代CD-ROM，語言與手寫識別技術和數字圖像交互技術已趨于實用化，多媒體技術在微機中綠化帶的配置引起了注意，電腦將更加趨于個性化與擬人化。筆記本電腦得到了迅速發展，手持電腦也以全新的面貌面向世人。

3.4通信技術向寬帶化、綜合化及個性化

發展通信技術包括光纖傳輸技術、數字微波技術、移動通信技術、有線或無線接入技術與衛星、等。低軌道衛星通信當前已經實用化；光纖傳輸技術使其傳輸速度翻一番，傳遞活動畫面的通信業務已經在人們生活中得到應用；移動通信技術的發展十分迅速，CDMA、GSM數字移動通信已經全面取代了模擬移動通信，GPRS走向商用，而第三代移動通信系統的國際標準正在制定并予實施；數字微波系統由數字系列（PDH）向同步數字系列（SDH）全面轉變；在通信產業中寬帶接入技術發展較為迅速，光纖主干網站接入已超過G級，Internet無線接入技術以及藍牙技術日臻成熟；IP電話向電信業務的深入，使得傳統電信技術和IP技術融合速度得到進一步加快，其中IP選路、包交換、DWDM光傳輸及Web應用已成寬帶網下一代必須考慮的四大要素，IP技術將與ATM技術相互結合。

3.5網絡技術向大容量、多業務與高性能發展

目前，IP業務呈爆炸式增長發展，寬帶綜合業務超高速因特網、數字網（B-ISDN）將是未來網絡技術發展的重點。第二代融合數據、語音以及影像的多元Internet網絡取代第一代Inter－net單一數據網絡已經成為必然，使用密集波分多路復用技術（DWDM）的光通信網絡將極大降低網絡傳輸的成本，使用戶享受無限帶寬，使多媒體實時通信成為了可能。網絡多媒體通信的主要任務就是實現所有媒體成份數據的有效傳輸與應用。

四、小結

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【關鍵詞】處理器；容錯技術；研究；展望

中圖分類號：E951 文獻標識碼：A 文章編號：

一、前言

容錯技術對于處理器的正常運行來說至關重要，如何在處理器上很好的利用容錯技術已經成為了處理器進一步發展的必要課題，處理器容錯技術的研究需要結合處理器的特性展開，同時對其容錯技術做出進一步的探討。

二、容錯技術概述

容錯就是當由于種種原因在系統中出現了數據、文件損壞或丟失時，系統能夠自動將這些損壞或丟失的文件和數據恢復到發生事故以前的狀態，使系統能夠連續正常運行的一種技術。

容錯FT(Fault Tolerant)技術一般利用冗余硬件交叉檢測操作結果。隨著處理器速度的加快和價格的下跌而越來越多地轉移到軟件中。未來容錯技術將完全在軟件環境下完成，那時它和高可用性技術之間的差別也就隨之消失了。

局域網的核心設備是服務器。用戶不斷從文件服務器中大量存取數據，文件服務器集中管理系統共享資源。但是如果文件服務器或文件服務器的硬盤出現故障，數據就會丟失，所以，我們在這里講解的容錯技術是針對服務器、服務器硬盤和供電系統的。

三、處理器容錯

處理器在運行過程中產生的錯誤可以分為硬錯誤和軟錯誤兩種。硬錯誤是電路單元產生的不可恢復故障,是永久性的錯誤;而軟錯誤則是由于噪聲干擾或者高能粒子撞擊而引起的瞬態故障,是可以恢復的錯誤。研究表明,計算機系統中80%~90%的失效都由瞬態故障引起,表明瞬態故障是引起計算機系統失效的主要原因。

為了消除軟錯誤的影響,提高處理器的可靠性,可以在設計階段采用容錯設計技術,通過冗余容錯的電路以及體系結構設計,使得處理器具有容錯功能。容錯技術總是同冗余的概念聯系在一起,冗余技術可以基本分為如下幾類:硬件冗余、軟件冗余、信息冗余和時間冗余。

四、 處理器容錯方向

隨著處理器逐步采用納米級制造工藝，處理器的集成度越來說高，功能越來越強大。然而在處理器性能得到大幅提高的同時，由于集成電路特征尺寸的減小、電源電壓的降低和頻率的升高，使得處理器對于串擾、接地反彈、電磁干擾以及輻射等各種噪聲干擾變得更加敏感，并可能引發錯誤的操作，大大降低了處理器的可靠性。直到近幾年，處理器本身的可靠性和容錯設計才得到人們足夠的重視。處理器容錯設計的研究有四個主流方向，下面將分別介紹當前處理器可靠性設計和容錯處理的各個方向：

1、在 FPGA 上實現可重構容錯處理器

可重構技術的出現使處理器可靠性的提高得到了很大的發展空間，取得了巨大的進步。FPGA 本身具有可編程改變邏輯的功能，因此在高可靠性設計中，可以利用 FPGA 的現場可編程特性，當工作單元出現故障時，通過對芯片進行重新布局布線以及網鏢數據重載，實現芯片邏輯功能的現場重構和修改，從而提高無人工作環境下處理器的可靠性。

2、單芯片處理器的容錯與可靠性研究

從硬件和軟件設計兩個方面采取措施，提高單芯片處理器的可靠性，這是當前處理器可靠性研究的主流方向。為了提高單芯片處理器的可靠性，可以從工藝、電路設計、微結構設計以及軟件設計等不同角度出發分別采取措施，絕大多數研究都集中在處理器的容錯結構設計上。

3、處理器陣列的容錯與可靠性研究

一些對處理器性能需求很高的特殊應用場合需要采用處理器陣列，例如圖像處理、氣象預測等。

五、處理器容錯技術

本節以我們提出的分類法為基礎，以處理器容錯技術的趨勢為線索，對目前流行的處理器結構、微結構的容錯機制，以及業界在不同層次上有代表性的研究成果進行介紹和分析.

1容錯與高性能技術的融合

如圖1所示，時問冗余可以在指令級或線程級等不同的級別實現.

（一）指令級容錯

指令級容錯主要利用處理器已有的高性能技術，在對其結構、微結構做最小改動的情況下利用ILP實現容錯.近年來許多高性能技術已經應用到容錯領域,例如指令重發、指令復制、指令重用(instruction reuse)以及Bi-t sliced技術等。

指令重發與指令復制技術(instruction reissueand instruction replication)時間冗余技術的典型作法是使指令執行兩遍并對兩次執行結果進行比較,實現以指令為單位的“細粒度”容錯。這可以通過指令重發或指令復制機制實現。

①指令重發:在處理器的調度段使指令重復執行;

②指令復制:在解碼段利用指令注入技術(in-struction injection)在處理器中形成多個指令流實現。該方法利用指令注入邏輯從主線程生成R-1個冗余指令流,并為每條指令的R個拷貝分配連續的ROB(reorder buffer)單元分別進行解碼并分派到功能單元執行,起到了重復執行的效果。當多個指令流的執行結果一致時,在處理器提交段又合成為一個指令流,即每條指令只提交一次;不一致時則利用分支回繞(branch rewind)機制將處理器恢復到正確狀態?？傊?指令重新執行的方式以時間為代價換取了處理器的高可信性。

（二） 指令重用IR(instruction reuse)

動態指令重用是一種非前瞻技術,原理類似于備忘錄。指令重用利用程序本身固有的冗余特征,即一個靜態指令的實例會以相同操作數多次執行,來消除處理器冗余計算提高性能。為降低其時間代價,人們把IR指令重用技術應用于容錯領域。

如圖2所示。重用緩沖(reuse buffer)包括一個操作碼、兩個操作數和一個執行結果。指令執行時會檢索重用緩沖,命中則直接利用查找的結果進行提交;否則指令正常執行,并將指令執行結果寫入重用緩沖。重用也可以在不同的級別實現,如塊重用、蹤跡重用等.

2容錯與低功耗技術的融合

和高性能一樣，低功耗和可信性已經成為下一代處理器設計的兩個重要指標.因此，正確地理解處理器中各組成部件的功耗與可信性的關系及其交互具有重要意義。人們對Cache中的功耗與容錯交互問題進行了深入研究。Zhang等人提出一種通過保護復制數據實現低功耗的機制;Somani等人對使用頻率高的Cache行進行保護降低功耗;Li等人在電路級和微結構級研究了可信性與低功耗的交互與均衡問題,并提出了一種自適應的、利用不同復雜度編碼實現對Cache中干凈數據(clean)和臟數據(dirty)保護的機制。Zhang等人提出了一種檢測點(checkpointing)與動態電壓調整DVS(dynamic volt-age scaling)相結合的方法在實現容錯的同時對Cache進行動態功耗管理。功耗感知的(energy-aware)自適應檢測點在任務級對功耗動態管理的同時實現了容錯。不同的低功耗技術具有不同的可信行為,低功耗與可信性的交互與均衡已經受到業界的高度關注。

3性能/功耗/容錯的交互

DVS控制策略機制網絡處理器NP(network processor)的出現為路由器等高性能網絡設備的構建提供了靈活、高效的平臺,目前已成為嵌入式領域的熱點。典型的NP集多處理與多線程技術與一身,在一個芯片中集成了多個利用包級并行性快速執行的可編程微引擎ME(micro engine)提供強大的網絡處理能力。Intel公司的IXP1200是NP結構的代表,它由一個Stron-gARM處理器核、6個微引擎、一個標準內存接口和一個高速總線接口組成。隨著主頻的提高和復雜性的增加,功耗已經成為NP設計中的重要因素之一。在這樣的背景下,Luo等人開發了一個基于IXP1200的定時準確的、開源的結構級性能/NP仿真框架———NePSim,在性能與功耗方面獲得了滿意的準確度。如圖4所示,Luo模擬了DVS技術對降低功耗空間進行了優化,以0.5%的性能代價獲得了8。1%的功耗收益。目前我們正在從事NP中性能/功耗/容錯交互與均衡的深入研究。

六、結束語

本文研究分析后得出的結論是，處理器容錯技術對于當今處理器的性能優化有很大的幫助，能夠極大的提高處理器的使用效果，為用戶提供更好的處理器，但是，對于處理器的容錯技術，我們還需進一步的進行研究和分析。

參考文獻

[1] 梁柱.網格與容錯[J].科學咨詢(決策管理). 2010(04)

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能耗是個大問題

為突破“摩爾定律”的極限，除了不斷提升集成電路計算機運算效率，各種新型計算機也在科學家腦中醞釀。以量子計算機為例，其基本數據單位依然是比特0或1。但與傳統計算機不同，一個量子比特可以同時表現為0和1，兩個量子比特就是00、01、10、11四種狀態。以此類推，300個量子比特承載的數據量便可達到2的300次方，超過整個宇宙的原子數量總和，由此帶來運算速度的極大提升。

除了提高性能，降低計算機系統能耗更是個棘手問題。據專家介紹，目前國際上高性能計算的主流體系結構，都建立在上世紀40年代馮·諾伊曼的理論之上，隨著時展已面臨不少瓶頸。例如，實際應用性能僅有峰值性能的5%10%，許多性能被“放空”；用戶無法根據實際應用需求自主參與計算控制，實用性差。這兩個缺陷導致計算系統能耗高居不下，目前位列世界前10名的高性能計算系統功耗均在數兆瓦以上，相當于一個中等城市公共照明用電的總量。各大互聯網公司的數據中心能耗同樣驚人，谷歌公司云計算中心每天的耗電量和整個日內瓦市的耗電量相當。如果未來計算機只是簡單地做服務器數量疊加，而不考慮能耗問題，其用電成本將是天文數字。

向結構體系動刀

如何讓計算機系統實現真正的高效能運算？鄔江興院士大膽選擇了向整個計算機體系架構“動刀”，提出了一種全新的“PRCA體系結構”。在這種新體系下，計算機變得更加“聰明”，它不僅能分析、識別各種應用的類型、需要動用的計算資源，還能據此“調兵遣將”，做到“減有余，補不足”。例如，一個由100臺服務器組成的數據中心，50臺用于處理和電子郵件相關的指令，50臺用于提供視頻點播服務。在傳統的計算架構下，這種任務分派是一成不變的；但在PRCA架構下，如果視頻服務過于集中，50臺服務器應接不暇，那么原本為郵件服務待命的服務器，也能　“增援”。這樣一來，計算機資源的可持續利用率提高，硬件的更新換代頻率有可能將不再頻繁。由于所有的計算能力都用在“刀刃”上，整個系統能耗也大大降低。

和傳統計算機　“鐵板一塊”的體系架構不同，這種新概念計算機最大的特點是“會認知”、“柔性可變”。當外界指令輸入，算核能根據需要組合出不同的CPU、GPU或者存儲器結構來支持運算。結構變成什么樣子，完全取決于指令的內容。鄔江興院士將此類比為碳原子碳原子排列結構不同，既可以產生出世界上最堅硬的金剛石，也能夠變成較柔軟的石墨。

顛覆性創新有待驗證

這種動態可變的體系架構，通過軟件和硬件的共同創新實現。軟件方面包括一系列新型系統，硬件則涉及CPU、存儲結構等方面的改革。對于傳統計算機體系結構來說，這相當于一次頗具顛覆性的創新，需要進一步實踐驗證。項目組也坦言，目前學界對此尚有不同看法和意見。但至少有一點已在業內達成基本共識：從具體的應用需求出發，重新設計計算機的結構，實現“智能”調配資源，很可能是未來高效能計算機的發展方向。

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【關鍵詞】機械電子工程；電子電路學；人工智能

世之矚目的人機大戰最終以阿爾法狗的勝利而告終。這場為無數人所關注的圍棋比賽，刷新了人們對人工智能的認知。長久以來，人工智能對人類來說仿佛只是一個存在性的概念。殊不知，人工智能已經悄然分布在我們身邊。對于人工智能的討論和定性一直塵埃未定。但毋庸置疑，人工智能必然是未來的一個發展方向。人工智能涉及到眾多學科，例如仿生學、電子電路學、機械電子工程學等。比起其他學科，機械電子工程是一門比較老的學科。無論是在理論的成熟性上，還是在應用的廣泛性上，機械電子工程都有著得天獨厚的優勢。因此，研究人工智能的發展，必然離不開機械電子工程的相應支撐。

1人工智能的發展

人工智能的概念起源于工業時代。隨著科技的發展，大量的機器開始取代人力進行生產工作。無論是以蒸汽為動力的機器，還是以電力為動力的機器，都可以周而復始地重復一樣工作，從而大幅度地解放人力資源。但是，由于機器的局限性，它們只能固定地重復某一動作或者某一套動作，而不會自我進行改變。當外界環境改變的時候，它們依舊會重復這些動作。因此，人們急切需要一種可以針對外部條件進行自我改變的機器。隨著電子管和計算機的應用與普及，特別是隨后的晶體管和集成電路的發展，為人工智能的出現提供了契機。人工智能的定義是指某一樣機器在執行某一項指令時，如果外部條件發生改變，它也會自行改變自己的行動方式，從而適應外部條件的改變。但機器畢竟是機器，它們并不具有人類的思維。它們能夠對環境作出判斷和對自身做出改變，是因為人類提前在它們內部設置好了相應的程序。而晶體管和集成電路的大規模普及，和機械電子工程的成熟應用，為人工智能的應用與發展提供了新的成長土壤。

2機械電子工程與人工智能的相關性分析

歸根結底，人工智能依舊屬于機器。既然是機器，便離不開電子電路與機械的支撐。無論是多復雜，多精密的人工智能機器，當我們進行仔細分析的時候，就會發現，它們其實就是一個個電路所組成的。機械電子工程在電氣時代就已經得到大規模發展。經過這么多年的應用，機械電子工程無論是在理論上的成熟性，還是在應用上的廣泛性，都有著眾多學科無可比擬的優勢。而人工智能是在晶體管與集成電路發展成熟后，尤其是微型電子計算機發展成熟后，才得到快速發展的一門技術。換而言之，人工智能就是機械電子工程所延伸出來的一種產物。只是它包含了眾多其它學科的知識，才是兩者有了一定的區別。人工智能是機械電子工程的一種延伸性產物，但并不是完全性的機械電子工程產物。正如前文所言，人工智能除了包含了機械電子工程學，還包括了仿生學、物理學甚至數學等眾多學科。所以，從嚴格定義上來說，人工智能與機械電子工程是不同的兩個學科。但這兩個學科并不是完全獨立的，正如數學和物理學、物理學和化學。從表面上看，兩者似乎并不相干；從嚴格定義上看，彼此也是分屬不同的學科。但是當我們仔細分析的時候，我們就會發現，這些學科是彼此交叉的，互相聯系的。所以，我們在對它們進行分析的時候，需要互相聯系彼此，進行綜合性分析。我們在發展人工智能的時候，必然是離不開機械電子工程的相應技術的支撐。因此，我們應該從更高的層面，綜合分析，將它們聯系起來，實現綜合性發展。

3機械電子工程的智能發展

現在，人們的生活中越來越追求便利。無論是智能手機的發展，還是掌上電腦的應用，都充分體現了這一點。機械電子工程起源于電氣時代，發展的成熟性和實用性都很高。但是，它已經無法完全適用于現代的生產生活。而隨著智慧城市的提出和各種人工智能產品的大規模應用，人們對機械電子工程的發展提出了新的要求，即“智能化、微型化、實用化”。例如現在常見的一種“智能家居”。這種東西已經不再僅僅是一種概念產品，而是已經發展出實物。它們可以根據人們的需求，對人們的生活環境進行適應性改變?！爸悄芗揖印睆膶嵨锷隙?，就是一些電子產品在微型計算機的整體控制下，進行對相應工作的分析和處理。這也就是機械電子工程的未來發展方向。隨著微型計算機的大規模普及和應用，尤其是各種高性能的微型計算機的應用，需要機械電子工程為它們提供相應的電子電路來支撐，從而使得它們能夠正常工作。因此，機械電子工程應該把握住時代的前沿，追隨著時展的腳步，根據自身獨有的成熟性優勢，進一步發展，從而適應新時代的“智能化、微型化、實用化”的要求。

4結束語

人工智能雖然都得到了長足的發展，但綜合來看，人工智能的發展仍舊十分不成熟，還有著很大的發展空間。機械電子工程作為人工智能的基礎，也會隨著人工智能的發展，實現自身理論的進一步成熟和相關技術的飛速發展。綜合分析來看，人工智能雖然是機械電子工程的延伸產物，卻已經和機械電子工程有了很大的不同。當我們在發展人工智能的時候，必然是離不開機械電子工程的相應技術的支撐。如果我們真的要對它們進行分析的話，我們就應該從更高的層面，綜合分析，將它們聯系起來，實現綜合性發展。

參考文獻

[1]王琪.機械電子工程與人工智能的關系探究[J].科學傳播,2012.

[2]肖斌.薛麗敏.李照順.對人工智能發展新方向的思考[J].信息技術,2009.

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只要想一想數碼相機(DSC)。MP3播放器、GPS接收器。個人數字助理(PDA)等產品的情形，就能理解這一點。這些產品大多數都能用AC適配器、通用串行總線(USB)電纜或鋰離子電池供電。不過，管理和控制這些電源之間的電源通路卻帶來了極大的技術挑戰。直到最近，設計師們一直設法用大量MOSFET、運算放大器以及此類元器件來個別實現這一功能，但他們一直面臨著巨大的熱插拔問題和可引起嚴重系統問題的大浪涌電流。

大多數由電池供電的手持產品都采用專用集成電路(ASIC)來滿足電池充電、電源通路控制、提供多個電源等需求，以及實現真正輸出斷接、準確USB限流等保護功能。采用這種方法的原因很明顯：可以用單個器件滿足所有電源管理需求。然而，這種做法也存在一些缺點。首先，ASIC采用特殊芯片制造工藝制造，難于最大限度地提高每項電源管理功能的性能。其次是從訂貨到交貨的時間較長，這與ASIC的定義和開發有關，此問題在當今這種動態而設計周期短的時代變得更加重要。一個電源管理ASIC從概念到交貨的生產時間超過一年半是常見的事。在這么長的時間里，特定產品的設計需求可能已改變了3次或更多。

以MP3播放器為例，從十幾家制造商的多種MP3播放器可看出，這些產品的特點和功能存在共性，可用專用標準產品(ASSP)來實現．而且沒有用單一芯片制造工藝制造集成電路常常產生的那種性能損失。就這些應用而言．凌特公司的LTC3455代表著高水平的功能集成。

采用4mm×4mm QFN封裝的LTC3455無縫地管理AC適配器、USB電纜和鋰離子電池之間的電源通路，同時符合USB電源標準。仿佛這還不夠，LTC3455還具有一個全功能線性鋰離子電池充電器，可提供高達800mA的充電電流，另外還有兩個高效率的同步降壓型轉換器，能產生大多數USB外部設備需要的低壓軌。此外，LTC3455還為微處理器提供加電復位信號、為存儲卡供電提供熱插拔(HotSwap)輸出以及提供一個適合用作低電池電量比較器或LDO控制器的自由增益構件。

LTC3455的電源提供方法與屬于充電器饋送型系統的現有電池和電源管理集成電路不同。在這類系統中，外部電源不直接向負載供電，而是用適配器或USB端口給電池充電，然后再由電池向負載供電。如果電池已經深度放電．那么電源電流要經過一個延遲時間才能到達負載。這是因為在電池獲得所需的最低充電量之前不能向外供電。LTC3455去除了這一延遲，這樣AC或USB電源一接上，手持產品就能加電。此外，該芯片將利用任何未被負載使用的可用電源給電池充電。

功能豐富、由電池供電的新型手持產品的另一個關鍵趨勢是用開關電源代替線性穩壓器以延長電池壽命。不過這個趨勢導致了另一個設計問題， 因為很多手持產品的電路板上都有噪聲敏感高頻電路以及敏感射頻接收器。噪聲發生器(開關電源)和噪聲敏感電路在一起可能產生干擾。

傳統的解決辦法是讓產生噪聲的電路遠離對噪聲敏感的電路。不過，在今天的手持產品中，例如在智能電話中．元器件排列如此緊密，以至于不可能再用這種方法了。由于成本和尺寸的原因，求助于屏蔽也不實際。傳統的開關電源將噪聲能量集中到窄帶諧波中。不過，如果這些諧波中的一個碰巧與敏感頻率(例如．接收器的中頻(IF)通帶)重合，就有可能產生干擾。這就迫使集成電路制造商設計在輸入和輸出都具有低噪聲以及具有低電磁干擾(EMI)輻射的產品。

一種已經成功運用的降低噪聲的方法是讓DC／DC轉換器的系統時鐘產生高頻抖動。這種方法以及由此產生的擴頻工作允許用偽隨機數(PRN)序列調制開關頻率，以消除窄帶諧波。一個在片上實現擴頻工作的集成電路例子是凌特公司的LTC3251。LTC3251是一個500mA高效率，低噪聲、無電感器型降壓DC／DC轉換器。LTC3251的擴頻振蕩器用來產生每個周期的時長都是隨機但頻率固定在1MHz至1．6MHz的時鐘脈沖。這樣做的好處是將開關噪聲擴展到較寬的頻率范圍上。

最新的“智能”蜂窩電話允許Web瀏覽，無線傳輸電子郵件，拍照片、播放流式視頻甚至玩游戲。一個處于萌芽期的趨勢是，蜂窩電話中還包括一個使電話具有高容量存儲能力的微型硬盤驅動器(HDD，盤片直徑小于1英寸)，從而使這些智能電話還能作為MP3播放器使用。不過．要把這些功能塞進一個外形尺寸已經受限的產品中，同時還要獲得更長的工作時間，智能電話制造商無疑面臨著越來越大的壓力。

從圖1所示的智能電話方框圖中很容易理解，功能越多，在不同的功率級上就需要越多的低壓輸出軌。蜂窩電話中的主電源軌過去常常是3．3V的，而較新的蜂窩電話設計采用1．5V主電源軌的情形越來越常見了。原因很清楚．大多數數字大規模集成(LSt)IC都工作在1．5V或更低的電壓上。說明這種情況的兩個例子是需要1．375V電壓的基帶芯片組和需要1．2V電壓的應用DSP(用于視頻處理)。

很明顯，由于受到空間、效率和成本因素的制約，用負載點(POL)DC／DC轉換直接把3．6V的鋰離子電池標稱輸出電壓降至上述較低的電壓是不現實的。因此，設計師們轉而選擇采用兩步轉換的方法。他們先用高效率降壓型轉換器將鋰離子電池電壓降至1．5V。然后，從這個1．5V主電源軌．他們可以簡單地用非常低壓差(VLDO)穩壓器為低壓數字LSI集成電路供電。由于標稱工作電流較低以及低壓軌之間的轉換效率可以達到80％～90％．所以兩步轉換方法在很大程度上是可能實現的。例如，在從1．5V降至1．375V以便為基帶芯片組內核供電時，效率為91．7％。

在現代蜂窩電話中更加流行的功能是具有拍攝高分辨率靜止圖像和視頻圖像的內置數字相機。相機性能的提高也導致對大功率白光光源的需求，以使相機可在室內或昏暗環境中使用。廣泛用于為彩色顯示屏提供背光照明的白光發光二極管(LED)已經成為配備相機的蜂窩電話中的主要光源。白光LED擁有能夠滿足現代蜂窩電話設計師所要求的各種特點，如小尺寸、高光輸出、可提供“閃光燈”和持續“視頻”物體照明等。高輸出功率LED一直專門用作各種集成相機燈。這些專門的相機LED非常適用于完成物體照明任務，但是它們也是極大的電池功耗源。

雖然用大功率LED產生可見光這一基本任務很簡單．但是如果不改善現有設計．那么實現高性能電源和電流控制解決方案卻是非常困難的，凌特公司的LTC3454是專門用來優化效率、準確度和大電流相機燈應用中LED電流控制的新產品之一。

LTC3454是一種同步降壓―升壓型DC／DC轉換器，為 由單節鋰離子電池輸入產生高達1A電流以驅動單個大功率LED而優化。該器件視VIN和LED正向電壓的不同，自動在同步降壓、同步升壓和4開關降壓一升壓模式之間轉換。在整個可用鋰離子電池電壓范圍(2．7V～4．2V)內可實現高于90％的PLED／PIN效率。

新出現的3G W-CDMA應用具有高速數據鏈路(也稱為“高速下行鏈路分組接入”)，因此與其前一代相比，這些應用產生了一些獨特的電源需求。為了獲得最高的數據傳輸速率，射頻功率放大器(RF PA)需要4．2V的標稱輸入電壓。由于鋰離子電池大多數情況下都是3．6V，因此當用鋰離子電池為這些應用供電時，需要升壓功能以獲得4．2V電壓。傳統上，能夠獲得的最高電壓是電池電壓減去集成電路中集成的旁路晶體管上的100mV～200mY壓降。當蜂窩電話改變到話音模式時．射頻功率放大器需要更低的電源電壓，通常為1V左右。提供這些電壓一般來說是不難的，但是這里有一個潛在的問題，即電源必須能夠在不到25μs的時間內從4．2V迅速轉換到1V(反之亦然)。蜂窩電話從備用模式轉換到發送模式時，也需要這么快的轉換率，反過來也是這樣。這就排除了SEPIC轉換器或具開關LDO 的升壓型轉換器這類解決方案，因為這些解決方案不能在低于25us的時間內在高速數據模式和話音模式之間轉換。

不過，凌特公司的LTC3444同步降壓―升壓型轉換器已經為用于3G W-CDMA應用而進行了優化。它可以用單節鋰離子電池向0．5V～5V之間的輸出提供高達400mA的持續輸出電流。LTC3444獨特的降壓―升壓型設計使它能夠用高于，低于和等于輸出電壓的輸入電壓工作。為了獲得最高的數據傳輸速率，射頻功率放大器需要4．2V標稱輸入電壓。由于鋰離子電池大多數情況下都是3．6V，因此當用鋰離子電池為這些應用供電時，需要升壓功能以獲得4．2V電壓。這種升壓能力使得LTC3444對其前一代產品和所有同類器件而言都是獨一無二的，這些同類器件采用旁路晶體管代行升壓功能，而且只能提供略低于VBATT的電壓。

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產業集群研究最核心的任務是回答什么是集群創新績效的決定因素。20年來關于產業集群的學術成果，無論是理論研究還是經驗實證，無論是比較研究還是歷史分析，都試圖找到決定或影響“產業集群持續績效差異”的關鍵因素。

基于區域創新系統和企業能力理論，我們提出“創新能力―績效差異”的概念框架。它可以簡單地概括為“環境―資源―意識―活動―能力―績效”，其中，環境是產業集群的外生因素，集群的結構包括集群的創新資源和主體構成，創新意識是產業集群中主體對創新的認知，創新活動既包括個體獨立的創新活動，也包括主體間的互動創新。

創新能力是決定集群持續績效差異的根本性因素。創新是嵌入在經濟系統中的，因此創新環境十分重要。集群文化和企業的抱負水平是影響創新能力的重要因素。集群創新能力是在主體的創新活動中形成和加強的。創新環境、創新資源、創新意識和主體活動的協同演進共同決定產業集群的創新能力。

二、研究的方法

以參與集群的企業為對象，提出了產業集群創新能力評價指標體系（見表1）。在此基礎上，設計了問卷調查表和分析方法。關于綜合評價值，我們設定了5級量化評價標準：A；偏差值60以上；B：偏差值55―59；C：偏差值50―54；D：偏差值45―49；E：偏差值44以下。相應得分銷數點后數進行四舍五入處理。得分越高，說明產業集群創新能力越高。

調研方法遵循三個標準：地理接近性；產業專業分工配套體系的系統性；與生產制造企業相關的支撐機構的完備性，由專家和學者推薦選定了10個典型產業集群進行研究（見表2）。調研的內容包括同集群公共管理部門、集群內企業的座談，針對重點企業的深度訪談，以及對集群內樣本企業基本上采取了“一對一”、“定點”式的問卷調查，發放了528份問卷，回收了435份有效問卷，回收率為82.39%。

三、研究的發現

結論一：提升集群內企業對于市場和技術的認知度，對于利用外部創新資源的認知度是強化產業集群創新意識的重點

10個產業集群在創新意識得分上存在差異，它主要來自于集群內企業對市場和技術機會的認知度的差異上。例如，玉環閥門和晉江鞋業產業集群所在區域內具有較強的創業和創新意識，但是企業的創業、創新意識，集群內企業對市場和技術機會，以及企業對利用外部創新資源的認知度都偏低，尤其是對利用企業外部資源的認知上。這說明，產業集群所在區域內較強的創業、創新文化價值觀，并不等同于企業的創業創新意識，企業對市場和技術機會，以及企業對利用外部創新資源較強的認知度，并出現了“強區域價值觀、弱企業認知”的客觀事實。

另外，傳統產業集群的創新意識上弱于新興產業集群的創新意識。例如，在10個集群中，張江集成電路、丹陽金屬新材料、成都軟件產業集群中企業的創新意識更高。這說明，傳統產業集群中企業競爭更加激烈，創業或創新機會更少，而新興產業集群中企業的創業或創新機會更多，也愿意承擔更大的風險。

再有，產業集群中企業對于利用外部創新資源的認知度低于對于市場和技術機會的認知度。分析顯示，無論是傳統產業集群還是新興產業集群對于利用外部創新資源的認知度相對較低，傳統產業集群又低于新興產業集群的認知。

結論二：提升企業研發機構的水平和平均技術人員強度是夯實產業集群創新資源的關鍵

在10個產業集群中，65.53%的被調研企業設立了研發機構，張江集成電路和揚州半導體照明產業集群中100% 的被調研企業都設立了研發機構，但是擁有市級以上的技術中心的被調研企業為25.47%。同時，出現了“兩級分化”的現象，一類是研發機構水平確實較低，達不到國內認定的標準；另一類研發機構水平較高，但沒有申請國內相關認定。例如，張江集成電路產業集群，被調研企業中有66.41%企業研發投入強度有所增加；66.25%的企業技術人員投入強度有所增加；57.72%的企業熟練技術工人投入強度有所增加。但就平均投入強度而言，提升企業平均技術人員投入強度顯得較為迫切。

結論三：集群內企業合作創新深度不夠的問題，以及同大學科研機構合作參與度低的問題最為突出

調查分析顯示，無論是傳統產業集群還是新興產業集群在合作創新深度方面都需要加強。10個集群內所有被調查企業中開展過同其他企業、大學科研機構合作創新活動的企業，“同其他企業在開發、交易和融資方面的洽談件數/合作件數/向大學科研機構咨詢件數/合作件數/技術轉移件數/向大學科研機構、其他企業引進人才數”總和的平均數為3.68件（人）/每個參與合作創新企業。與大學科研機構的合作件數和技術轉移件數就更少了。這說明企業與外部創新資源真正有深度的合作創新還非常少。

集群內企業與其他企業和大學、科研機構的合作正處于從“接觸了解”到“開展合作”的過渡階段，與大學科研機構的合作創新仍需加強。從合作參與度情況看，集群內企業與其他企業的合作參與度高于與大學科研機構的合作參與。集群所有被調查的企業中，在過去1年里，已經有接近50%的企業同其他企業，以及大學科研機構進行過洽談和技術咨詢,這說明集群內企業已經開始一定程度“接觸了解”。

值得注意的是，株洲軌道交通、丹陽高性能金屬材料、揚州半導體照明產業集群內都有50%以上的企業不僅同大學科研機構進行了技術咨詢，而且還開展了合作研發活動。另外，引進技術人才仍然是產業集群內企業進行合作創新的主要活動，被調查企業平均有61.51%的企業都采取了這種方式。

產業集群的合作網絡基礎設施已經具備了一定的基礎。不同的產業集群在合作網絡基礎設施建設上存在一定差異。10個產業集群中，在協調機構建設和地方政府支持合作研發項目上差異最大，4個產業集群內有75%企業認為本區域“沒有”或“不清楚存在”促進合作的協調機構，有70%以上企業認為本區域“沒有”或“不清楚存在”地方政府支持的合作研發項目。

結論四：無論是傳統還是新興產業集群都面臨產品開發和商業化能力提升的問題。同時，傳統產業集群持續發展需要以企業研究開發能力和平均研發水平的提升為支撐

傳統產業集群內企業研發能力和平均研發水平都弱于新興產業集群，并具有一定差距。如，黃巖模具、晉江鞋業、玉環閥門集群的企業平均研發水平得分都低于44分。黃巖模具、晉江鞋業、玉環閥門和鐵西裝備制造產業集群中開展研發活動的比重基本上在20―35%的范圍內，而其他的高性能金屬材料（54.44%）、半導體照明（71.79%）、集成電路（68.18%）、軟件（51.97%）、軌道交通（86.67%）和工程機械（52.38%）產業集群內企業開展研發活動的比重都在50%以上。

結論五：合作創新對集群內企業銷售收入和技術水平提升具有較大貢獻

10個產業集群中，株洲軌道交通、張江集成電路、丹陽高性能技術材料、長沙工程機械、揚州半導體照明產業集群“企業銷售收入”得分都超過了50分?？傮w上看，有近70%的被調查企業認為合作創新對促進銷售收入增長和技術水平提升有較大貢獻，其中對新興產業集群的促進更加明顯一些。

結論六：各地產業集群亟需制定和落實開放公共技術平臺建設和合作研究開發激勵政策，創造良好的風險投資環境，吸引高端人才，提升產品配套水平

產業集群已經初步形成了核心技術人才的洼地；產業集群中企業核心生產設備較容易獲得；傳統產業集群比新興產業集群整體上具有更完備的產品配套。但是，產業集群風險資本發展水平需要進一步提高；地區集群政策中最為薄弱的是合作研究開發政策和開放公共技術平臺政策，其次是組織各種形式的技術交流政策。

四、政策啟示

（一）以“創新能力”提升作為各項集群政策制定的核心價值導向

政府的政策關鍵在于引導社會資源的配置，發揮好導向和杠桿作用。因此，無論新增項目投資、企業技術改造投資，還是科技項目投入、公共服務平臺建設，還是對企業的各項獎勵等方面的政策，都要突出“集群創新能力”提升這一核心價值導向。換言之，政策選擇的對象不是以“大”為標準，而應該是以“創新能力強”為標準。政策不是簡單地向“大項目”、“大企業”傾斜，而應該向“創新能力強的企業和項目”傾斜。

同時，政策激勵的重點應該是“創新的產出”。即不僅僅企業經濟意義上的規模產出，更應該是在“品牌、專利、技術標準、技術先進性”等方面的產出。

（二）技術融合發展是產業集群政策制定的基本思路

打破傳統“產業邊界”的桎梏。產業集群的發展過程本身就是一個“技術范式”不斷變化的動態演進過程。既定的基于統計意義的產業劃分，以及基于“高技術”和“低技術”的產業劃分都不符合產業集群發展的客觀實際。很難用一個統計意義上的“產業劃分”標準去概括一個產業集群，也很難用“低技術”去概括“傳統產業集群”，用“高技術”來概括“戰略新興產業集群”。在產業集群動態演進的過程，“技術融合”進而形成新的“技術范式”是一條重要的產業集群發展規律。

應從“技術融合發展”的角度去思考，處理好傳統產業集群和戰略性新興產業集群發展之間的關系。既要更多地、更有效地發揮戰略性新興技術對傳統產業的改造和提升，促進新的技術范式形成；也要更有效發揮傳統產業既有市場基礎的優勢，促進戰略性新興產業的盡快成熟。

（三）領軍企業培育是產業集群政策制定的突破口

領軍企業缺乏，或者是沒有形成領軍企業梯隊是當前我國產業集群發展的一個最突出瓶頸，并直接導致了集群內“競爭水平低”、“對市場和技術機會識別能力差”、“對外利用合作創新資源意識弱”等問題的出現。

領軍企業是產業集群內產業鏈各環節分工的“組織者”。領軍企業的培育將會直接提升產業集群內部的組織程度。領軍企業是新技術的“守門員”，是鏈接產業集群內外部創新資源的“橋梁”。通常是領軍企業最先識別，最先消化、吸收、應用，最先在產業集群中進行擴散。領軍企業是集群內其他企業最直接的“示范者”。集群內對于最新技術和市場機會的識別，對于外部創新資源的識別，往往都是由領軍企業“率先示范”的，并進而促進了其他企業跟進，示范是最好的引導。領軍企業是高水平競爭的“驅動者”。領軍企業的培育不是一個靜態的概念，而是一個動態選擇的過程。注意形成產業集群內的“領軍企業梯隊”，從而強化了集群內的“競爭水平”，不只是低水平、同質化的競爭。領軍企業培育對象的選擇并不僅僅表現在企業規模層面上，更應該表現在創新能力和成長能力層面上，更應該關注企業的創新產出。

（四）建立高水平的產業配套體系是產業集群政策制定核心內容

產品競爭力通常是產業集群企業競爭力的一個重要表現。而產品競爭力不僅來源于終端企業的設計和裝配能力，更重要的是來源于相關的原材料、零部件企業、生產設備企業。這些企業的集合形成了產業配套體系。

目前，中國產業集群形成了一定產業配套能力，但卻是“雄厚的低水平產業配套能力”。具體表現為：許多傳統產業集群配套的“低、小、散、污”問題，例如，鞋業、閥門等；先進制造類產業集群配套的“核心零部件”外購問題，例如，工程機械、裝備制造和軌道交通等；新興產業集群的“原材料”、“核心零部件”和“核心生產設備”的國外依賴問題，例如，新材料、半導體照明和集成電路等。

因此，需要分類制定相關政策，促進終端企業和相關配套企業之間的互動，在互動中創新發展。以建立高水平產業配套體系作為產業集群政策的核心內容，真正釋放“集群互動優勢”，形成“集群創新體系的力量”。

（五）公共服務平臺建設是產業集群政策制定的重要支點

產業集群優勢的發揮在于“共享”和“互動”。產業集群公共服務平臺就是“共享”和“互動”的重要載體，在這個載體上各種要素得到更加有效的配置。從產業集群要素的公共服務平臺可以劃分為四大類：

一是公共技術服務平臺。它是為產業集群內企業提供技術支撐、促進企業間合作創新、促進企業同大學科研機構進行合作創新的平臺。公共技術服務平臺是產業集群中的合作網絡基礎設施，將直接影響企業合作創新的參與度和合作創新深度。二是公共人才服務平臺?！叭肆Y源”是產業集群的創新發展的最重要、最活躍的要素，通常技術也是附著在人力資源要素上。三是公共融資服務平臺。在產業集群內企業創新過程中，在不同的階段需要不同的金融機構提供融資服務，來分散風險，分享收益。融資環境已經成為影響產業集群發展的關鍵因素。四是公共管理服務平臺。包括了政府的政策服務以及行業協會和商會的服務。