硬件電路設(shè)計規(guī)范精選(九篇)
前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的硬件電路設(shè)計規(guī)范主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。
第1篇：硬件電路設(shè)計規(guī)范范文
“數(shù)字集成電路前端設(shè)計就業(yè)班”已于2005―2006年成功舉辦三期，學(xué)員有來自高校研究生、在職工作人員、應(yīng)屆畢業(yè)理工科學(xué)生等，實踐性的課程使學(xué)員完成從對IC設(shè)計的陌生到熟悉的過程，親歷IC設(shè)計整個前端流程。開班以來得到學(xué)員的廣泛認可，學(xué)員在本課程中學(xué)到的技術(shù)在求職中起到了關(guān)鍵性作用，先后有多名學(xué)員就職于國內(nèi)知名IC設(shè)計公司，包括威盛、華大、六合萬通、華為等，受到用人單位的好評。同時，在實踐過程中積累的經(jīng)驗和新的方法，將在第四期中得到提升和發(fā)展。
如果您正在為就業(yè)發(fā)愁，正在苦苦尋找一份高薪工作在北京.上海這些大城市大展宏圖；
如果您想從事IC設(shè)計行業(yè)卻不知道從哪里入手；
如果您剛剛踏入IC設(shè)計行業(yè)，感覺技術(shù)和工作壓力很大；
那本課程將會帶你踏上這條充滿前途的金光大道，您的職業(yè)人生將從此與眾不同……
課程特色
教授IC前端設(shè)計全部流程
最實用、最常用的IC前端技術(shù)和方法
真實實踐環(huán)境，先進設(shè)計平臺，實際項目設(shè)計、親自動手制作
課程大綱:
1. Unix/Linux操作系統(tǒng)使用
3. 數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)
4. 半導(dǎo)體電路和工藝基礎(chǔ)
5. 數(shù)字邏輯
6. 數(shù)字集成電路設(shè)計流程
8. 電路驗證技術(shù)
9. 項目設(shè)計實踐
10. 電路設(shè)計進階
11. ASIC和SOC設(shè)計導(dǎo)論
12. FPGA設(shè)計和驗證初步
13. 微處理器結(jié)構(gòu)
14. 邏輯綜合初步
15. 可測性設(shè)計技術(shù)
16. 項目設(shè)計實踐
招生對象
電子、計算機、通信等相關(guān)專業(yè)大學(xué)應(yīng)屆本科畢業(yè)生和低年級研究生
參加工作不久，需要提升技術(shù)水平和熟悉設(shè)計流程的在職工程師
或其它理工科背景有志于IC設(shè)計工作的轉(zhuǎn)行人員
開課時間 2006年8月 16日.
課時數(shù)共 110學(xué)時
上課時間
每周一、三、五晚18:30～21:30 ，每周日下午13：00～17：00
每周二、四、六自修及作業(yè)
上課地點 清華大學(xué)東主樓9區(qū)103
費用 報名費100元
學(xué)費4500元，包括聽課、講義、資料、輔導(dǎo)、上機軟硬件費用、證書等，食宿自理。
優(yōu)惠
2006年8月10日前報名，免收報名費，可享受優(yōu)惠價4300元！
在校學(xué)生2006年8月10日前報名，免收報名費，可享受優(yōu)惠價4000元!
5人以上團體報名可九折優(yōu)惠！
聯(lián)系方式
電話：010-58815958轉(zhuǎn)601/602
郵件：.cn
網(wǎng)址：.cn
第二期數(shù)字集成電路前端設(shè)計提高班'
北京第五日IC設(shè)計培訓(xùn)中心獨家推出數(shù)字集成電路前端設(shè)計就業(yè)班，在最短的時間里讓學(xué)員學(xué)習(xí)數(shù)字IC設(shè)計流程，設(shè)計方法，常用EDA工具，更以實際專題項目帶領(lǐng)學(xué)員完成一個從最初的設(shè)計規(guī)范到門級網(wǎng)表實現(xiàn)的整個前端設(shè)計流程，手把手帶領(lǐng)學(xué)員完成實際項目作品，使學(xué)員在領(lǐng)會IC設(shè)計知識的同時具備IC設(shè)計經(jīng)驗，并學(xué)會IC設(shè)計公司的團隊分工與合作。學(xué)成后可以勝任IC設(shè)計公司一般性設(shè)計工作，最終的專題設(shè)計和作品更可以做為求職和職位提升的有力證明。
本課程在"數(shù)字集成電路前端設(shè)計提高班第一期"成功舉辦的基礎(chǔ)上，更近一步完善課程，更好的把握課程的進度，目標直指培養(yǎng)較高水平IC設(shè)計工程師，在保證學(xué)員獲得IC前端設(shè)計全部技術(shù)要點的同時，重點鍛煉學(xué)員的實際動手能力，跨度近兩個月的時間內(nèi)，學(xué)生將以一個簡單標量流水線處理器的設(shè)計為核心，進行RTL設(shè)計、邏輯綜合、時序分析、芯片測試、綜合驗證、以及高級技術(shù)和設(shè)計優(yōu)化的技術(shù)學(xué)習(xí)和項目實踐。學(xué)員可以選擇參與處理器設(shè)計或系統(tǒng)芯片IP模塊設(shè)計，要求至少參與完成此處理器芯片或獨立完成一個系統(tǒng)芯片IP模塊從設(shè)計規(guī)范到網(wǎng)表實現(xiàn)的整個前端設(shè)計過程，最終的設(shè)計是可以拿去layout和流片的。
如果你具有相關(guān)專業(yè)學(xué)歷，但缺乏一定的項目實踐機會；
如果你面對學(xué)習(xí)或工作挑戰(zhàn)，感覺壓力很大；
如果你對芯片設(shè)計充滿興趣，希望用最短的時間學(xué)到人家需要兩三年才能跨越的技術(shù)；
那么本課程將會成為你提升技術(shù)水平、躋身IC設(shè)計高級人才的最佳選擇！
課程特色
教授IC前端設(shè)計全部流程
最實用、最常用的IC前端技術(shù)和方法
真實實踐環(huán)境，先進設(shè)計平臺，實際項目設(shè)計、親自動手制作
課程大綱:
1. 電路設(shè)計進階
2. ASIC和SOC設(shè)計導(dǎo)論
3. FPGA設(shè)計和驗證初步
4. 微處理器結(jié)構(gòu)
5. 邏輯綜合初步
6. 可測性設(shè)計技術(shù)
7. 項目設(shè)計實踐
8. RTL設(shè)計和驗證
9. SOC設(shè)計平臺
10. 總線和IO IPs
11. 形式驗證技術(shù)
12. 邏輯綜合技術(shù)
13. 靜態(tài)時序分析
14. 芯片規(guī)劃和設(shè)計
15. 專題技術(shù)討論
16. 項目設(shè)計實踐
招生對象
電子、通信、計算機等相關(guān)專業(yè)本科畢業(yè),一年以上工作經(jīng)驗的在職工程師；
電子、通信、計算機等相關(guān)專業(yè)較高年級在讀研究生；
一般高校需要項目經(jīng)驗的任課教師
開課時間 2006年9月 10日
課時數(shù)共120學(xué)時
上課時間
每周日或周六全天上午9：00～12：00 下午13：00～17：30 周一到周五 自修及作業(yè)
上課地點 清華大學(xué)東主樓9區(qū)103
費用 報名費100元
學(xué)費5200元，包括聽課、講義、資料、輔導(dǎo)、上機軟硬件費用、證書等，食宿自理。
優(yōu)惠
2006年9月1日前報名，免收報名費，可享受優(yōu)惠價5000元！
在校學(xué)生2006年9月1日前報名，免收報名費，可享受優(yōu)惠價4680元!
5人以上團體報名可九折優(yōu)惠！
聯(lián)系方式
電話：010-58815958轉(zhuǎn)601/602
郵件：.cn
網(wǎng)址：.cn
復(fù)芯微電子八月份
半導(dǎo)體技術(shù)精品課程
隨著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已進入了一個高速發(fā)展的階段，各個相關(guān)產(chǎn)業(yè)也在不斷完善，同時，半導(dǎo)體專業(yè)知識的及時更新也越來越受到業(yè)界人士的重視。北京清華大學(xué)信息學(xué)院微電子學(xué)研究所與上海復(fù)芯微電子技術(shù)咨詢公司聯(lián)合舉辦針對微電子行業(yè)高層次人才的技術(shù)培訓(xùn)及研討班。根據(jù)目前工藝的最新發(fā)展情況，我們邀請了業(yè)內(nèi)知名專家龔正教授為大家介紹“65納米CMOS工藝及其應(yīng)用”；“高壓器件設(shè)計與制程技術(shù)”，課程注重基礎(chǔ)與實踐能力的提高，相信會使參加者受益匪淺。
課程簡介：
65納米CMOS工藝及其應(yīng)用
65納米CMOS工藝經(jīng)過多年研發(fā)已經(jīng)逐漸進入量產(chǎn)階段，本課程將逐一介紹實際可行的工藝。內(nèi)容包括前端閘極設(shè)計、信道結(jié)構(gòu)、源汲極淺結(jié)構(gòu)，以及后端銅導(dǎo)線工藝整合等項目，并且以一些在特定電路應(yīng)用內(nèi)的范例為學(xué)員解惑。
高壓器件設(shè)計與制程技術(shù)
功率集成電路及組件在相關(guān)電機電子產(chǎn)品領(lǐng)域中應(yīng)用日漸增多，但功率組件的設(shè)計制造及工作條件則有別于一般的傳統(tǒng)IC組件，故本課程的宗旨即在闡述功率組件的基本物理結(jié)構(gòu)及相關(guān)的高壓技術(shù)，涵蓋的組件包含Power Rectifiers，Bipolar Transistors，Thyristors，Power MOSFET，以及 IGBT。
師資介紹：
龔正
教育背景: 美國佛羅里達大學(xué)電機系博士
工作經(jīng)歷:
中國臺灣清華大學(xué)電機系/電子研究所教授
中國臺灣實驗室認證體系電性測試領(lǐng)域評鑒技術(shù)委員會委員
中國臺灣實驗室認證體系校正領(lǐng)域評鑒技術(shù)委員會委員兼副召集人
中國臺灣實驗室認證委員會委員
中國電機工程學(xué)會電機名詞審議委員會委員
中國電機工程學(xué)會大學(xué)院校電機與信息相關(guān)系所學(xué)門評鑒委員
中國原子能委員會核能研究所科技顧問
中國臺灣工業(yè)技術(shù)研究院電子工業(yè)研究所顧問
中國臺灣工業(yè)技術(shù)研究院能源與資源研究所顧問
中山科學(xué)研究院顧問
聯(lián)華電子股份有限公司顧問
復(fù)芯微電子專聘講師
專精：
半導(dǎo)體組件物理; 半導(dǎo)體組件特性量測; 半導(dǎo)體組件電子雜訊分析; 功率半導(dǎo)體組件
曾經(jīng)培訓(xùn)企業(yè)：
應(yīng)用材料（中國）有限公司
英特爾產(chǎn)品（上海）有限公司
中芯國際集成電路制造有限公司
上海華虹NEC電子有限公司
上海先進半導(dǎo)體制造股份有限公司
上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司
上海貝嶺股份有限公司
杭州士蘭集成電路有限公司
中緯積體電路（寧波）有限公司
首鋼日電電子有限公司
安靠封裝測試（上海）有限公司
星科金朋（上海）有限公司
威宇科技測試封裝（上海）有限公司
上海松下半導(dǎo)體有限公司
上海凱虹電子有限公司
飛索半導(dǎo)體（蘇州）有限公司
第2篇：硬件電路設(shè)計規(guī)范范文
關(guān)鍵詞：ASIC；設(shè)計流程；數(shù)字集成電路
中圖分類號：TN742 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 16-0028-02
進入21世紀以后，通信技術(shù)的發(fā)展與人民生活需求的不斷增長，導(dǎo)致集成電路的需求出現(xiàn)井噴式的增長。集成電路分為專用集成電路和通用集成電路。相比通用集成電路，專用集成電路面向特定用戶，品種多，批量少，需求設(shè)計和生產(chǎn)周期短，同時功耗更低，重量更輕，體積更小，性能更好，成本更低等優(yōu)點。因此涌現(xiàn)出來一大批數(shù)字集成電路（簡稱ASIC）設(shè)計公司。其中，北京的微電子集成產(chǎn)業(yè)園和上海的張江微電子園集中了國內(nèi)很多的芯片設(shè)計（簡稱IC設(shè)計）公司和國外頂尖IC設(shè)計公司駐中國研發(fā)部。而專用集成電路是現(xiàn)在集成電路設(shè)計的研究熱點。包含有數(shù)字集成電路（簡稱ASIC）設(shè)計、模擬ASIC設(shè)計、數(shù)?；旌螦SIC設(shè)計、射頻ASIC設(shè)計等類型。本論文研究集成電路中最為廣泛的數(shù)字ASIC設(shè)計。ASIC設(shè)計過程總共分為5個階段，分別為：項目策劃、總體設(shè)計、詳細設(shè)計與可測性設(shè)計、時序驗證與版圖設(shè)計、流片與整理。這5個階段以文檔的遞交作為完成階段性完成任務(wù)的分界點。本論文也將以此5個階段為主線進行研究和討論。
一、項目策劃
在集成電路設(shè)計的第一個階段是項目策劃。這就需要開發(fā)團隊在正式進入是實質(zhì)性研發(fā)階段之前，需要對該產(chǎn)品潛在的市場需求進行調(diào)研。根據(jù)調(diào)研的結(jié)果，做出可行性報告。將此可行性報告提交市場和研發(fā)部門進行論證，討論該產(chǎn)品研發(fā)的正確性與否。如果可行，則寫項目任務(wù)書，用以給出明確的產(chǎn)品性能的大致說明，項目進度、研發(fā)周期管理等的。
二、總體設(shè)計
第二階段是總體設(shè)計。總體設(shè)計階段的主要任務(wù)是：認真分析市場的需求，確定設(shè)計對象以及設(shè)計目標。在原先第一階段給出的項目任務(wù)書的基礎(chǔ)上，進一步充實芯片的功能確定，內(nèi)外部性能的要求，芯片驗收的參數(shù)指標。同時要積極組織各方面的人員論證各種實現(xiàn)可行的系統(tǒng)實現(xiàn)方案，選擇最佳的實現(xiàn)方案，敲定最終的系統(tǒng)實現(xiàn)方案，以及加工工程，工藝水平。在系統(tǒng)實現(xiàn)方案完成之后，需要是使用仿真軟件進行系統(tǒng)設(shè)計，并進行仿真，進行可行性驗證。通過仿真結(jié)果，來初步估計產(chǎn)品的最終性能。這一階段所做的工作，最終以系統(tǒng)規(guī)范化說明書為任務(wù)完成的標準。在系統(tǒng)規(guī)范化說明書中，主要包含有晶片面積的估計；．產(chǎn)品研發(fā)預(yù)算估計；初始的產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計；風(fēng)險分析；設(shè)立產(chǎn)品的目標、可行性和里程碑；設(shè)計路線和開發(fā)工具的選定。其中需要指出的是進行系統(tǒng)設(shè)計以及系統(tǒng)仿真的可行性分析?？尚行苑治鍪堑诙A段最重要的一個環(huán)節(jié)，它是對該項目的利潤模型、開發(fā)周期和風(fēng)險性的分析。一方面，該ASIC開發(fā)項目的最終產(chǎn)品是替代目前的一個成功產(chǎn)品，則成本降低與功能增強是項目最突出的任務(wù)。另一方面，該ASIC開發(fā)項目旨在開辟新的市場或者替代目前尚未成功的產(chǎn)品，研發(fā)時間將是項目中首先關(guān)心的文圖。由于項目的研發(fā)策略會對整個項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計、開發(fā)等產(chǎn)生巨大的影響，項目規(guī)劃者需要根據(jù)項目的具體情況在正式研發(fā)階段開始之前對項目的這些驅(qū)動因素進行歸納分析，以制定項目的研發(fā)策略。
三、詳細設(shè)計與可測性設(shè)計
數(shù)字研發(fā)流程走到此，如果前面的任務(wù)全部走完，那么研發(fā)將進入實質(zhì)性的開發(fā)階段。這一個過程又拆分為如下的模塊：
（一）頂層模塊劃分
頂層設(shè)計是一個富有創(chuàng)造性的階段，在這個階段，要定義產(chǎn)品的頂層架構(gòu)。許多經(jīng)典的工程折中問題都需要在這個階段做出決定。產(chǎn)品的開銷、設(shè)計的開銷、產(chǎn)品上市時間、資源需求和風(fēng)險之間的對比也是頂層結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的一部分。這個階段中的創(chuàng)造性思維對于產(chǎn)品的成功有著極大的影響。創(chuàng)造性可以體現(xiàn)在產(chǎn)品的創(chuàng)意、頂層架構(gòu)設(shè)計創(chuàng)意和設(shè)計流程的創(chuàng)意等方面。這個階段的工作主要由少數(shù)具有結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計才能的高級工程師參與。這一階段的具體任務(wù)是：討論幾個頂層結(jié)構(gòu)備選項；分析這幾個頂層結(jié)構(gòu)選項——需要考慮技術(shù)靈活性、資源需求及開發(fā)周期等；完成頂層結(jié)構(gòu)設(shè)計說明；確定關(guān)鍵的模塊(如果需要，這些模塊可以盡早開始)；確定需要使用的第三方IP模塊；選擇開發(fā)組成員；確定新的工具；確定開發(fā)路線/流程；討論風(fēng)險；預(yù)估硅片面積、輸入輸出引腳、開銷和功耗等。這個階段需要遞交的文檔則是這個階段需要遞交的文檔：結(jié)構(gòu)設(shè)計文檔與ASIC開發(fā)計劃文檔。在結(jié)構(gòu)設(shè)計文檔中，設(shè)計者需要清楚地描述電路板、軟件和ASIC的劃分。通常ASIC作為系統(tǒng)中的一個重要部分，它的功能需要在頂層結(jié)構(gòu)設(shè)計說明中詳細的描述。ASIC開發(fā)計劃：這個計劃必須經(jīng)過項目管理人員的驗收通過。同時，還需要完成設(shè)計線路描述文檔。這個文檔要再次定義項目開發(fā)中所需要的工具、技術(shù)和方法。
（二）模塊級詳細設(shè)計
模塊級詳細設(shè)計，顧名思義，則是將頂層結(jié)構(gòu)合理地劃分成一些更小的模塊。各個小設(shè)計模塊間需認真細致的合理劃分。劃分著需要確定功能功能，模塊與模塊之間的聯(lián)系等等。為了明了給對方展示劃分結(jié)果，ASIC的層次化結(jié)構(gòu)一般以圖示方式表示。
本階段的任務(wù)分別為：將頂層架構(gòu)分解成更小的模塊；定義模塊的功能和接口；回顧上一階段完成的初始項目開發(fā)計劃和頂層結(jié)構(gòu)設(shè)計文檔；風(fēng)險進一步分析；開發(fā)規(guī)范(代碼編寫風(fēng)格，開發(fā)環(huán)境的目錄結(jié)構(gòu)）；檢查芯片設(shè)計規(guī)則(晶片溫度，封裝，引腳，供電等)；還需要做的工作是重新估計芯片的門數(shù)。本階段輸出的則是各個模塊的設(shè)計文檔，以及準確的項目研發(fā)計劃。同時，從該階段開始，需要設(shè)計人員將ASIC的生產(chǎn)商必須確定下來。項目管理者必須與ASIC生產(chǎn)商建立例會制度，在這些例會中需要討論ASIC的結(jié)構(gòu)和設(shè)計路線。因為ASIC生產(chǎn)商有他們的一套生產(chǎn)流程和他們自己的技術(shù)特點，設(shè)計也需要遵循他們的設(shè)計規(guī)則。以免設(shè)計走不必要的彎路，耽誤設(shè)計進度。
（三）模塊實現(xiàn)
模塊設(shè)計階段，則是以文檔引導(dǎo)設(shè)計。主要任務(wù)為：模塊及設(shè)計、編碼、測試和綜合；芯片級的測試環(huán)境設(shè)計、編碼和測試；給出一個更準確的芯片面積估計。在這個階段，編碼的測試一般使用VCS或者是modelsim軟件。代碼綜合使用的綜合器包括Synopsys公司的DesignCompiler或者SynplifyPro，Candence公司的BuilderGates等。這個階段輸出所有的模塊設(shè)計、代碼和模塊織的測試；初始的模塊級綜合；最終決定的芯片引腳。
（四）系統(tǒng)仿真，綜合和版圖設(shè)計前門級仿真階段
該階段的主要任務(wù)是：撰寫系統(tǒng)測試文檔；編寫測試偽代碼；進行RTL（硬件描述語言）級與門級仿真；記錄跟蹤問題的解決過程，如可能，使用錯誤自動報告系統(tǒng)進行錯誤的反饋和修改；檢查芯片設(shè)計是否滿足設(shè)計規(guī)范；開始撰寫芯片的使用指南；自行編寫綜合腳本，進行設(shè)計綜合(這個時候就需要掌握TCL腳本的簡單寫法)；依據(jù)芯片特性，大致畫出芯片內(nèi)模塊擺放的方法成功地完成第這個階段輸出的條目如下：驗收過的系統(tǒng)仿真；所有的RTL級仿真和門級仿真完成及測試報告；綜合后的網(wǎng)表。
四、時序驗證和版圖設(shè)計
ASIC設(shè)計的第四部分是時序驗證和版圖設(shè)計。這個階段是通過時序分析來指導(dǎo)版圖設(shè)計。主要的流程如圖1所示。
這個階段需要多次進行預(yù)布局布線，從整個電路中提取出所有時序路徑并計算信號沿在路徑上的延遲傳播，進而找出違背時序約束的錯誤(主要是SetupTime和HoldTime)，這些信息添加進入下一輪布局布線方案，盡最大可能的合理布局布線，通過一次次的仿真確定最終的版圖信息，并將最終版布局布線之后的版圖進行后仿真。這些工作進行完畢以后需要輸出物理設(shè)計與設(shè)計驗證兩個文檔。物理設(shè)計(PhysicalDesign)是VLSI設(shè)計中最消耗時間的一步.他的工作是將電路設(shè)計中的每一個元器件（包括電阻、電容、晶體管、電感等）以及這些元器件之間的連線轉(zhuǎn)換成集成電路制造所需要的版圖信。而在版圖設(shè)
計完成以后，非常重要的一步工作是版圖驗證。版圖驗證主要包括有設(shè)計規(guī)則檢查(DRC)，版圖的電路提取(NE)，電學(xué)規(guī)則檢查(ERC)和寄生參數(shù)提取(PE)。對版圖進行布局與布線不僅不要豐富的專業(yè)知識，同時更需要很多模擬電子以及布線的經(jīng)驗。布局布線使用的工具一般為SocEncounter。SOCEncounter采用層次化設(shè)計功能將芯片分割成多個小塊，以便單獨進行設(shè)計，再重新進行組裝。SOCEncounter首先讀入RTL或門級網(wǎng)表，并快速構(gòu)建可準確代表最終芯片（包括時序、布線、芯片大小，功耗和信號完整性）的芯片“虛擬原型”。通過使用物理虛擬原型功能，設(shè)計師可以快速驗證物理可行性并在邏輯上進行必要更改。在布局布線的時候，需要首先指定IO，電源和地的布置，制定平面布置、插入時鐘樹等工作之后，才可以進行開始使用工具進行自動的布局布線。最后得到的布局布線的結(jié)果仍然需要手工調(diào)整，才可以得到合理的設(shè)計版圖。
五、流片與整理階段
數(shù)字集成電路設(shè)計的最后階段為流片與整理階段。在完成版圖設(shè)計之后的仿真和綜合之后，網(wǎng)表被送去生產(chǎn)。生產(chǎn)簽字文檔將作為設(shè)計者和生產(chǎn)廠商之間的ASIC生產(chǎn)簽字的根據(jù)。這個文檔清楚地描述了網(wǎng)表的版本號、ASIC生產(chǎn)商所需要的測試向量、質(zhì)量意向和商業(yè)上的問題等。簽字之前，ASIC生產(chǎn)廠商需要仔細檢查設(shè)計者提供的網(wǎng)表文件、版圖設(shè)計結(jié)果和測試向量。通常ASIC生產(chǎn)廠商要求測試向量在簽字之前是經(jīng)過仿真的，這是一個比較長的過程。在樣片返回設(shè)計公司以后，仍然需要測試芯片；用錯誤報告數(shù)據(jù)庫跟蹤測試中出現(xiàn)的錯誤；分析失敗的測試例；對ASIC中出現(xiàn)的錯誤進行定位；針對ASIC中出現(xiàn)的錯誤，確定在網(wǎng)表中的改動；評估芯片的工作電壓范圍和溫度范圍(環(huán)境測試)；進行與其他已有產(chǎn)品的互通性測試。確保生產(chǎn)的集成電路達到最初規(guī)定的性能與設(shè)計指標。
綜上所述，由于底層工藝技術(shù)的不斷變化，以及新工具廠商的出現(xiàn)，ASIC設(shè)計流程會出現(xiàn)一些流程上的調(diào)整，這個流程也不是一層不變。本論文所講述的是現(xiàn)在各個IC設(shè)計公司通用的設(shè)計流程。
參考文獻：
[1]我國數(shù)字頻率合成芯片獲突破性進展. /news_show.asp.
第3篇：硬件電路設(shè)計規(guī)范范文
關(guān)鍵詞：消防水炮 驅(qū)動控制 噴射曲線 自動滅火
中圖分類號：TU998.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0001-04
自動消防水炮系統(tǒng)是近年來我們國家消防裝備行業(yè)出現(xiàn)的新裝備，它可以實現(xiàn)火災(zāi)的自動探測、自動定位和自動撲滅，該類設(shè)備的出現(xiàn)對于提高工礦企業(yè)及民用大空間建筑物抵御火災(zāi)的能力，保護其消防安全，確保人民生命財產(chǎn)安全起到至關(guān)重要的作用，真正實現(xiàn)了“建筑消防自動化”。
自動消防水炮的主要特點是在無人職守的場所，火災(zāi)探測報警后系統(tǒng)能夠驅(qū)動消防水炮本體做水平方向和垂直方向兩自由度的掃描運動，實現(xiàn)對著火點的空間定位，然后噴射水或泡沫液進行定點撲救滅火，真正做到“炮口打準、早期撲滅”的滅火目標，使火災(zāi)造成的損失減少到最低水平。消防水炮的驅(qū)動控制以及炮口出水落水點的控制是能否實現(xiàn)“打準”滅火目標的重要決定因素，因此該文就這方面給出了設(shè)計和實施方案，應(yīng)用了此方案的自動消防水炮產(chǎn)品較好地實現(xiàn)了準確噴水滅火。
1 自動消防水炮驅(qū)動控制概述
如圖1所示，本自動消防水炮通過水平方向和垂直方向上的兩個驅(qū)動電機的作用可以控制水炮噴頭實現(xiàn)兩自由度的轉(zhuǎn)動。機械運轉(zhuǎn)伺服機構(gòu)在火焰定位器的引導(dǎo)下實現(xiàn)炮口對著火點位置的定位。其運動過程簡單敘述如下：水炮接到自動滅火指令后，啟動水平方向電機，炮管沿水平方向旋轉(zhuǎn)，遇到火源后停止，接著啟動垂直方向電機，炮管沿豎直方向旋轉(zhuǎn)，遇到火源后紅外定位結(jié)束。再經(jīng)過圖像定位微調(diào)修正，最后根據(jù)炮口校正參量，自動調(diào)整炮口位置，打開水閥噴射滅火。
本文中消防炮水平轉(zhuǎn)動角度0～360 °，根據(jù)保護區(qū)域現(xiàn)場可以調(diào)整；垂直轉(zhuǎn)動角度0～135 °。兩方向上分別安裝霍爾零點開關(guān)，起限位保護作用。為適應(yīng)近距離著火點的控制，炮口安裝直流推桿電機，能夠?qū)Τ鏊疇顟B(tài)進行水柱/水霧切換。
自動消防水炮安裝在消防水路末端，前面分別裝有水流指示器、電磁閥和手動閥，安裝方式又分為倒裝和正裝兩種，其安裝圖如圖2和圖3所示。受機械結(jié)構(gòu)的限制，正裝式自動消防水炮向下俯角范圍達不到90 °，存在噴水盲區(qū)，所以一般推薦采用倒裝方式，以實現(xiàn)自動消防水炮的最大保護范圍。
2 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方案
2.1 消防水炮控制器
自動消防水炮控制器與消防水炮一對一配合使用，主要包括消防炮解碼器、水平電機驅(qū)動器、垂直電機驅(qū)動器、開花電機驅(qū)動器和供電電源，其結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。
作為自動消防水炮的控制核心，自動消防水炮解碼器控制自動消防水炮按照要求完成一系列的動作。本消防水炮控制器設(shè)計采用MICROCHIP公司的8位單片機PIC18F4580作為MCU，并和其他輔助電路一起組成嵌入式系統(tǒng)。為增加系統(tǒng)的抗干擾能力，避免系統(tǒng)各模塊之間的互擾，系統(tǒng)主要輸出輸入接口信號均采用光電隔離處理?？刂破髋c現(xiàn)場手操盤之間采用RS485通信，保障現(xiàn)場手操盤作為消防水炮操作控制的最高優(yōu)先級；控制器與火災(zāi)監(jiān)控主機采用CAN總線通信，通信速率可高達1 Mbps，通信距離可達到10 km，傳輸電壓在5 V到24 V之間，采用差分信號傳輸，抗干擾性能好。其硬件電路設(shè)計框圖如圖5所示。
2.2 執(zhí)行器件選擇和驅(qū)動控制
自動水炮水平方向上和豎直方向上的動力驅(qū)動采用直流伺服電機，輸出力矩穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，控制精確，控制精度高，具有停止剎車功能，慣性小。本系統(tǒng)選用24 V供電的120 W直流無刷伺服電機，驅(qū)動器選用普盛自控公司生產(chǎn)的專用驅(qū)動器，控制器和驅(qū)動器之間采用光電隔離。
水炮炮口直流推桿電機驅(qū)動選用摩托羅拉公司雙高端開關(guān)器件MC33486，與外掛的兩個低端功率MOSFET構(gòu)成一個完整的H橋，圖6為其控制電機正反轉(zhuǎn)的電氣原理圖。芯片輸出引腳GLS1、GLS2接至外掛的兩個低端MOS管的門極，由輸入引腳IN1、IN2的邏輯狀態(tài)決定這兩個開關(guān)管的通斷，高端輸出引腳OUT1、OUT2直接用來驅(qū)動負載電動機。
3 噴射落水點校正研究
炮口噴射出水曲線校正工作由消防炮控制器完成。炮口和著火點成直線瞄準定位，因重力等因素的影響，炮口水柱的出水曲線卻是一個類似于拋物線的形狀。以安裝高度15 m為例，在炮口出水壓力0.9 MPa的情況下，炮口出水落水點理論曲線和實際曲線如7所示。理論落水曲線是根據(jù)自動消防水炮安裝高度和火焰定位后消防水炮炮口與豎直位置夾角，計算出來的自動消防水炮到火源的地平線上的直線距離。而實際落水曲線是在相同的安裝高度下，測得的炮口與豎直方向上不同夾角的炮口出水曲線實際落水點。自動消防水炮出水曲線受內(nèi)部水滴自身相互作用力、水流自身重力、空氣阻力、外部風(fēng)力等因素的影響，其受到的作用力非常復(fù)雜，炮口的出水軌跡數(shù)學(xué)建模非常困難，目前還沒有成熟可用的模型。
火源定位后，若要自動消防水炮的落水點能夠準確落在火源上，就需要根據(jù)火源點的遠近即炮口與豎直方向上的夾角，進行炮口的校正。從圖7可以看出，當炮口與豎直方向的夾角大于40 °時，需要炮口上行一定角度進行校正，夾角越大上行角度越大。從圖中計算出一組炮口校正數(shù)據(jù)，根據(jù)這組數(shù)據(jù)利用Matlab工具進行最小二乘法擬合，可以得出一條擬合曲線如圖8所示。根據(jù)擬合得到的曲線得到一組校正數(shù)據(jù)，在實際中可以根據(jù)這組數(shù)據(jù)進行校正。
在實際應(yīng)用中，自動消防水炮的出水壓力在不同的工程中有所不同，安裝高度也會有變化?？梢栽趯嶒炇业臈l件下把不同條件下的校正曲線采用試驗的方法得出?！豆潭ㄏ琅跍缁鹣到y(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中所規(guī)定的水利計算公式如下：
消防水炮的射程可以按照下式確定：
可以根據(jù)水利計算公式①、②確定校正曲線。
經(jīng)在室內(nèi)大空間滅火測試證明，在炮口出水壓力恒定情況下，校正后的自動消防水炮噴射落水點在火源1米范圍之內(nèi)，滅火效果較好。
4 結(jié)語
本文闡述的自動消防水炮驅(qū)動控制方案及炮口噴射落水點校正措施已成功用于某大空間智能消防水炮滅火系統(tǒng)。經(jīng)試驗證實，在室內(nèi)水炮供水壓力恒定條件下，自動水炮有較好的滅火效果，但在室外受風(fēng)等不確定因素的影響，噴水“打準”的效果一般，需要在這方面進行更深入的研究。
參考文獻
[1] GB25204-2010自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)[S].
[2] GB50338-2003固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].
[3] 喻興隆，鄧成中.自動消防炮驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2010，29（6）：510-512.
第4篇：硬件電路設(shè)計規(guī)范范文
Prime 750 Titanium的顏值非常高，它以黑色為主色調(diào)，搭配銀色作為點綴，左右兩側(cè)留有梯形造型的下凹和開孔，不僅讓電源的外觀看上去更加硬朗，同時也可以起到增強通風(fēng)散熱的作用。海韻的Prime系列屬于旗艦級定位，做工用料自然在同樣額定功率的產(chǎn)品中處于頂級位置。Prime 750 Titanium通過了80Plus鈦金認證，額定功率為750W，采用全模組線材設(shè)計，電源尺寸為170×150×86mm，屬于加長型ATX電源，根據(jù)廠商的承諾，該款產(chǎn)品可享受長達10年的質(zhì)保服務(wù)。
Prime 750 Titanium采用單路+12V輸出設(shè)計，額定功率為750W，其中+12V輸出最高可達16A/744W；+5V與+3.3V最高均可達到20A電流的水平，兩路聯(lián)合輸出則為最高100W功率；+5V待機則可輸出3A的電流，相當于15W功率，以M足日益增長的USB接口供電需求。Prime 750 Titanium采用了13.5cm尺寸靜音散熱風(fēng)扇，支持Hybrid溫控模式，可實現(xiàn)溫度與散熱效果之間最佳的平衡。
Prime 750 Titanium為全模組線材設(shè)計，隨電源附帶的模組線材共有13根，可提供1個24pin主供電接口、2個4+4pin CPU供電接口、4個6+2pin PCI-E供電接口、10個SATA供電接口、5個D型4pin供電接口以及1個軟驅(qū)供電接口。此外，電源還提供有用于理線的扎帶，以便于玩家整理機箱內(nèi)部的線纜。
打開電源的外殼，可以看到Prime 750 Titanium的散熱風(fēng)扇是來自鴻華的產(chǎn)品，型號HA13525M12F-Z，12V/0.36A，屬于FDB液態(tài)軸承風(fēng)扇，一般來說，在噪音控制上會有不錯的表現(xiàn)。在電路設(shè)計上，Prime 750 Titanium采用主動式PFC+全橋諧振+同步整流+DC to DC架構(gòu)，全日系電容設(shè)計，用料充足且做工扎實，內(nèi)部的絕緣保護以及EMI防護都做得很到位。
電源在AC輸入插座后方設(shè)置有EMI電路，并且加上了金屬屏蔽罩，這是海韻近期慣用的做法，不過，由于屏蔽罩的原因我們無法確定里面的具體用料，只能從縫隙位置看到其中至少擁有1個X電容和1對Y電容，保險管也是安裝在屏蔽罩里面。而在主PCB上的EMI器件則共計有2個共模電感、1個X電容與2對Y電容，保護器件上可以看到有MOV和NTC，前者位于輸入插頭的后方，后者的位置則是在兩個主電容的旁邊，配置有獨立的繼電器。
Prime 750 Titanium采用全橋諧振架構(gòu)打造，2個整流橋共用1個散熱片，型號為LVB2560，規(guī)格為600V/25A，余量比較講究。電源的2枚PFC管是英飛凌IPP50R140CP，規(guī)格為550V/15A@100℃/0.140Ω，PFC二極管則是ROHM的SCS110AG碳化硅肖特基二極管，規(guī)格為600V/10A。兩部分的管子都使用了獨立的驅(qū)動變壓器，可以有效減少損耗。另外，全橋諧振的四枚主開關(guān)管則為英飛凌IPP50R199CP，規(guī)格為550V/11A@100℃/0.199Ω，共用1塊鋁制散熱片。
Prime 750 Titanium的+12V同步整流電路布置在主PCB底部，配置有4顆MosFET，均為飛兆半導(dǎo)體的FDMS015N04B，基本規(guī)格為40V/100A/1.5mΩ。+5V與+3.3V采用DC to DC設(shè)計，由于散熱片遮擋的原因看不到元件的具體型號。可以看到，模組接口配置有大量FPCAP固態(tài)電容進行輸出濾波，24pin主供電接口還使用了兩顆NCC電解電容進行單獨濾波，用料很扎實。
Prime 750 Titanium是一款80Plus鈦金牌認證電源，它在115Vac輸入的環(huán)境下，轉(zhuǎn)換效率最高可以超過94%，而在230Vac的輸入環(huán)境則可以超過95%，平均轉(zhuǎn)換效率在94%以上。值得一提的是，海韻Prime 750 Titanium在低負載環(huán)境下的轉(zhuǎn)換效率也有很好的表現(xiàn)，輸出功率為30W時轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近85%，輸出75W時轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過91%，表現(xiàn)十分出色。
Prime 750 Titanium支持ECO溫控模式，且用戶可以根據(jù)使用需求自行選擇手動開啟。開啟ECO模式后，電源在負載較低或者內(nèi)部溫度較低的情況下，可控制散熱風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動。測試中，我們拿到的這款Prime 750 Titanium需要在輸出功率達到375W（即半載的情況下）才開始轉(zhuǎn)動風(fēng)扇，起步轉(zhuǎn)速在470RPM左右，滿載時風(fēng)扇轉(zhuǎn)速則維持在530RPM左右，噪音很低。
而關(guān)閉ECO模式后，電源風(fēng)扇不再支持低溫低負載停轉(zhuǎn)，而是保持長期運作的狀態(tài)。風(fēng)扇會以450RPM為起步轉(zhuǎn)速，隨著輸出功率和內(nèi)部溫度的提升而逐漸增加，滿載時風(fēng)扇轉(zhuǎn)速同樣是維持在530RPM左右。 從這樣的表現(xiàn)來看，Prime 750 Titanium的風(fēng)扇噪音即便是在常規(guī)模式下也是極低的，對于比較在意散熱效能的玩家來說，完全可以選擇關(guān)閉ECO模式 。
空載純待機是指電源接通AC而不開機的狀態(tài)，按Intel ATX12V 2.31規(guī)范中的推薦值，5Vsb在100mA/250mA/1A的負載下轉(zhuǎn)換效率應(yīng)該高于50%、60%、70%，待機空載小于1W。從我們v1.01版本測試體系開始增加了2檔待機電流測試，現(xiàn)在已經(jīng)擴展到3A。
Prime 750 Titanium的三組主電壓輸出偏離情況：+12V、+5V和+3.3V分別為2.13%、0.7%和0.79%，負載調(diào)整率為0.05%、0.10%和0.03%?？梢钥闯?，Prime 750 Titanium的輸出電壓是非常穩(wěn)定的，而且三路輸出都符合相應(yīng)的規(guī)范要求，唯一能挑剔的只有+12V輸出電壓略微偏高，以海韻的實力完全可以將其控制得更接近標準的+12V。
紋波和噪聲是電源直流輸出中夾雜的交流成分，如果用示波器觀察，就會看到電壓上下輕微波動，像水波紋一樣，所以稱之為紋波。按照Intel ATX12V 2.3.1規(guī)定，+12V、+5V、+3.3V的輸出紋波與噪聲的Vp-p（峰-峰值）分別不得超過120mV、50mV和50mV。過高的紋波會干擾數(shù)字電路，影響電路工作的穩(wěn)定性。
我們使用數(shù)字示波器在20MHz模擬帶寬下按照Intel規(guī)范給治具板測量點處并接去耦電容，對電源進行滿載紋波的測量。示波器截圖分為低頻下和電源開關(guān)頻率下的波形，低頻下的紋波峰峰值作為打分基準，開關(guān)頻率下的紋波波形及測量值作為參考。Prime 750 Titanium在滿載時的+12V、+5V、+3.3V低頻紋波為25mV、18mV和14mV，相當優(yōu)秀的表現(xiàn)，值得稱贊。
交叉載測試項目我們按照Intel ATX12V 2.3和SSI EPS12V 2.92電源設(shè)計指導(dǎo)的要求，制定出650W電源交叉負載圖表。值得注意的是，我們并非原封照搬設(shè)計規(guī)范，而只選擇其中比較有實際意義的4個測試點，分別是交叉負載框里的左下、左上、右上和右下角四個點。這四個點的意義分別為：左下角（A點）：整機最小負載；左上角（B點）：輔路最大負載、12V最小負載，例如多個機械硬盤同時啟動的情況；右上角（C點）：輔路最大負載、整機滿載；右下角（D點）：12V最大負載、輔路最小負載，例如使用單個固態(tài)硬盤運行3D游戲的情況；測試點的X坐標表示總的+12V的輸出功率，Y坐標表示+5V和+3.3V的輸出功率之和。
交叉負載的測試與前面的均勻負載測試的評判標準一致，電壓偏離額定值越少越好，除-12V之外各路偏離率允許的值都為±5%。Prime 750 Titanium在本項測試中表現(xiàn)很不錯，電壓的穩(wěn)定性很好，在各個測試點變化都不大，然而稍稍偏高的+12V輸出電壓對本項測試的得分有一定的影響，因此我們建議海韻還是盡量把+12V的電壓設(shè)置得更接近標準值。
掉電保持時間（Hold-up Time）是指電源掉電之后電壓輸出值跌出范圍允許的5%的時間，我們測量的是+12V、+5V和Power-OK（Power-Good）信號的保持時間。SSI EPS12V 2.92服務(wù)器電源設(shè)計指導(dǎo)中對輸出電壓保持時間的要求是電源在75%的負載下保持時間應(yīng)該大于18ms，而Power-OK信號的保持時間要求是大于17ms。
掉電保持時間如此受關(guān)注，是因為其很大程度上關(guān)系到硬件的壽命，Power-OK保持17ms意味著面臨17ms以內(nèi)的掉電情況時電腦能持續(xù)運行而不出現(xiàn)關(guān)機、重啟的狀況，而各路電壓保持18ms或者更長的時間，是為了在掉電發(fā)生時各個硬件能夠做出應(yīng)急處理，比如機械硬盤的磁頭歸位、SSD的掉電保護。
按照評測要求，電源的+12V和+5V保持時間應(yīng)該等于或者大于18ms，PG保持時間應(yīng)該等于或者大于17ms。Prime 750 Titanium電源有著非常充裕的保持時間，+12V的保持時間達到了47.2ms，+5V則達到了50ms的水平，PG保持時間同樣出色為45.6ms，其整體表現(xiàn)可以拿到滿分。
第5篇：硬件電路設(shè)計規(guī)范范文
關(guān)鍵詞： 太陽能供電； 充放電控制器； 防雷器； GSM短信開關(guān)
中圖分類號： TN98 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）14?0156?04
Research on wireless sensing device of solar?energy power supply system
SONG Li?qing， LIU Chong， ZHANG Zhi?xin， LIANG Bang?wei， LIU Yang， LI Yi?hui
（School of Mechanical Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China）
Abstract： In order to be able to achieve uninterrupted power supply for the wireless sensor device on the seamless rail， a method of solar uninterrupted power supply system is introduced in detail. Taking the charging and discharging controller as the core of this system and the maintenance?free lead?acid battery as backup power， the design of the uninterrupted power supply system for the wireless sensing device was realized. In the completion process of system design， the impact of lightning strikes and remote voltage monitoring of wireless sensor were also fully considered. Therefore， the lightning?proof surge protection module and the GSM SMS switch are added to improve the safety and reliability of the system. The field testing results that the battery can continuously work for 7 days in rainy weather. This system has the characteristics of safety， reliability， lightning protection， remote monitoring and so on.
Keywords： solar energy power supply； charge and discharge controller； lightning arrester； GSM SMS switch
無線傳感裝置被安裝在野外的鐵路鋼軌上，它利用傳感器獲取鋼軌信息，通過無線通信將獲取的感知信息傳送給遠端的監(jiān)控終端，可以及時地對鐵路的安全進行監(jiān)測、預(yù)警等。在無線傳感裝置中，電源是整個系統(tǒng)的重要組成部分。目前，無線傳感器多采用傳統(tǒng)的化學(xué)電池供電，使用壽命有限。在野外環(huán)境下，無法期望對多個監(jiān)測節(jié)點進行頻繁的電池更換操作，考慮到我國的許多地區(qū)太陽光照充分，若利用太陽能對無線傳感裝置供電則不失為一種較好的選擇[1]。
太陽能是一種取之不盡，用之不竭的資源，并且是一種綠色節(jié)能環(huán)保的新能源。利用太陽能可就近供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路的損失，安裝簡單，維護方便，適合于無人值守情況下使用。本文設(shè)計的太陽能供電系統(tǒng)可為安裝在無縫鋼軌上的無線傳感裝置提供安全、可靠、穩(wěn)定的低電壓輸出，從而保證無線傳感裝置在持續(xù)長久作業(yè)時的穩(wěn)定性，克服了鐵路現(xiàn)場供電困難的問題。太陽能供電系統(tǒng)不僅解決了野外長時間無人監(jiān)護的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供電問題而且還具有供電持久環(huán)保節(jié)能和便于維護等優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用前景。
1 供電系統(tǒng)簡介
由于太陽能電池板的輸出電壓不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的太陽能供電系統(tǒng)往往因為蓄電池充放電管理不合理導(dǎo)致蓄電池使用壽命大大縮短，且太陽能供電系統(tǒng)安裝在戶外，容易在雷雨天氣遭遇雷電干擾而使整個系統(tǒng)發(fā)生故障。無線傳感裝置安裝在鋼軌上，工作人員無法長期在現(xiàn)場對其進行看護，當傳感裝置工作出現(xiàn)異常時，不能夠及時有效地對其供電單元進行故障分析和判斷，這就急需一種能夠有效對其進行遠程控制的裝置來獲取供電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀況。
本文提出了一種基于太陽能的無線裝置的太陽能供電系統(tǒng)。主要由太陽能電池板，蓄電池，充放電控制器，防雷器和GSM短信開關(guān)五部分組成。該系統(tǒng)能夠自動管理蓄電池的充電過程并進行有效的能量儲存，通過對電池電壓的監(jiān)測避免蓄電池過度放電以達到延長蓄電池壽命的目的。太陽能供電系統(tǒng)的核心單元是充放電控制器，它不僅能夠根據(jù)太陽光照射的條件來完成太陽能供電到蓄電池的控制，對蓄電池的過充和過放進行保護，并且能夠輸出穩(wěn)定的電壓給負載[2]。防雷模塊的使用可以抗擊雷電的干擾從而對整個系統(tǒng)進行保護，保證了供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性[3]。GSM短信開關(guān)的安裝可有效解決傳感裝置工作出現(xiàn)異常時對其進行重新上電或斷電來實現(xiàn)復(fù)位重啟。通過發(fā)送不同功能指令的短信到GSM短信開關(guān)卡，既能夠查詢當前蓄電池的電壓狀況，又能夠?qū)崿F(xiàn)對傳感裝置進行遠程重新上電或斷電功能，同時，當供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，短信開關(guān)又能夠及時地向綁定的手機號碼發(fā)送報警功能。
2 太陽能供電系統(tǒng)總體設(shè)計
太陽能供電系統(tǒng)的整體設(shè)計思路，首先要考慮系統(tǒng)總功耗來選取合適的蓄電池，然后根據(jù)蓄電池的容量確定太陽能電池板，最后根據(jù)太陽能電池板和蓄電池的充電電壓、充電電流等參數(shù)選擇合適的充放電控制器?；竟╇娤到y(tǒng)搭建以后，再綜合傳感裝置的工作環(huán)境等因素，加入防雷模塊以及短信開關(guān)控制，使系統(tǒng)更加完善可靠。根據(jù)傳感裝置的實際供電需求，搭建的太陽能供電系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 太陽能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.1 供電模塊選取
系統(tǒng)供電模塊包括太陽能電池板和蓄電池，二者的選取應(yīng)滿足無線傳感裝置不間斷工作的需求。
2.1.1 蓄電池的選取
太陽能供電系統(tǒng)的儲能裝置主要是蓄電池，與太陽能電池板配套使用的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下，其電壓隨方陣發(fā)電量和負載用電量的變化而變化。它的電能量比用電負載所需的電能量大得多。同時，蓄電池放在室外，在嚴冬和酷暑環(huán)境下受環(huán)境溫度的影響較大。因此，要求蓄電池不僅有較好的深循環(huán)能力，以及很好的過充和過放能力，而且能夠適用不同的環(huán)境要求，維護簡單，使用壽命長。目前國內(nèi)被廣泛使用的太陽能蓄電池主要有：鉛酸免維護蓄電池和膠體蓄電池。因為它們固有的“免”維護特性及對環(huán)境較少污染的特點，很適用于性能可靠的太陽能供電系統(tǒng)，特別是無人值守的工作站[4]。從價格低廉角度考慮，本系統(tǒng)最終選用鉛酸免維護電池。
無線傳感裝置對鋼軌必須進行全天24小時無間斷安全監(jiān)測，且必須考慮到至少7天陰雨連天以及夜晚無日照情況下能夠正常工作。綜合多種因素，來選取滿足容量要求的蓄電池。
鋼軌安全監(jiān)測所需的一套測量傳感裝置包括4個傳感節(jié)點（加速度傳感節(jié)點，動態(tài)應(yīng)變傳感節(jié)點，靜態(tài)應(yīng)變傳感節(jié)點，靜態(tài)溫度傳感節(jié)點），當列車未經(jīng)過鋼軌時傳感節(jié)點處于低功耗模式，工作電流大約為0.13 A；列車經(jīng)過時，傳感節(jié)點全部進入工作模式，工作電流最大約為0.25 A。每天大約經(jīng)過60次列車，節(jié)點每次進行數(shù)據(jù)采集傳輸所需時間大約為60 s，所以一套傳感節(jié)點在一天之內(nèi)的功耗大約為3.24 A?h。
鉛酸蓄電池的容量計算公式如下：
[Bc=QlTlKtDdKs] （1）
式中：[Bc]為鉛酸蓄電池的容量；[Ql]為傳感節(jié)點的日均耗電量，取值為3.24 A?h；[Tl]為最長連續(xù)陰雨天數(shù)，取值為7天；[Kt]為鉛酸蓄電池溫度修正系數(shù)，一般0 ℃以上為1，0 ℃以下為1.1，取[Kt]=1；[Dd]為鉛酸蓄電池放電深度，一般為0.75；[Ks]為安全系數(shù)，取[Ks]=1.25。由式（1）計算得到蓄電池容量[Bc]=23.389 A?h，根據(jù)通信電源相關(guān)工程設(shè)計規(guī)范以及蓄電池常用規(guī)格，本系統(tǒng)最終選擇12 V 38 A?H的鉛酸蓄電池給無線傳感裝置供電。
2.1.2 太陽能電池板的選取[5]
選擇太陽能電池板的決定因素在于光伏發(fā)電系統(tǒng)所需要的功率，另外蓄電池性能和轉(zhuǎn)換電路的損耗等對選取電池板也有一定的影響。根據(jù)無線傳感裝置的工作狀況和蓄電池的充電需求，選取所需功率的太陽能電池板。太陽能電池板的功率可由下列公式計算得出：
[Ps=P1T1V1?VsTsη×Ks] （2）
式中，[Ps]為所要計算的太陽能電池板的功率；[P1]為負載最大功率，本文中一套節(jié)點的功耗[P1]=12 V×0.25 A=3 W；T1為負載一天所需要工作的時間，取T1=24 h；V1為負載的工作電壓，取V1=12 V；Vs為太陽能電池板的平均充電電壓，取Vs=14 V；Ts為太陽能電池板每天可以正常工作的時間，北方一般為4～5 h，取Ts=4 h；η為太陽能電池板的充電效率，一般為60%～70%，取η=60%；Ks為保險系數(shù)，一般為1.1～1.4，取Ks=1.3。由式（2）計算得到Ps=43 W。由計算可知，太陽能電池板所需功率大約為43 W時才能保證一套無線傳感裝置的正常工作，實際應(yīng)用中應(yīng)留有設(shè)計余量。目前常用的太陽能板主要有單晶和多晶電池板兩種，同功率的單晶電池板價格要比同功率的多晶板高些，考慮設(shè)計成本及太陽能電池板功率規(guī)格，本文選用12 V 65 W多晶硅太陽能電池板，其最大工作電壓17.6 V，開路電壓21.8 V，最大工作電流3.7 A，短路電流4.11 A。
2.2 充放電控制器
一般太陽能電池板輸出電壓不穩(wěn)定，不能直接應(yīng)用于負載，而控制器在這個過程中起著樞紐作用，其性能的好壞將會直接影響充電效果和輸出負載電壓的穩(wěn)定性?？刂破骺刂铺柲茈姵匕鍖π铍姵氐某潆姡瑸榱搜娱L蓄電池的使用壽命，必須對它的充放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度放電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補償功能?；谝陨显O(shè)計要求并結(jié)合太陽能電池板和蓄電池參數(shù)，本系統(tǒng)采用PWM（Pulse Width Modulation）調(diào)制方法控制對蓄電池充放電的控制器，該控制器具有溫度補償，過充、過放、負載短路、過載保護等功能，極大的延長蓄電池的使用壽命，保證整個系統(tǒng)的正常工作[6]。其性能參數(shù)如表1所示。
表1 充放電控制器性能參數(shù)
所選用的充放電控制器在實際應(yīng)用中具體工作過程如下：
有陽光照射時，如果蓄電池發(fā)生過充動作（蓄電池電壓超過保護值14.4 V），控制器則會自動斷開對蓄電池的充電電路，以防止因過充對蓄電池造成的損害；當電壓下降到13.8 V時，太陽能控制器將會重新啟動充電電路，從而對蓄電池進行保護。陰雨無光照時，蓄電池對負載供電，同樣也要檢測蓄電池兩端電壓，當電壓到達設(shè)定的最低放電電壓10.8 V時，控制器會自動切斷負載來保護電池不被過放電。當太陽能極板對蓄電池的充電達到控制器設(shè)定值（恢復(fù)電壓12.2 V）時，負載才會被再次接通。經(jīng)過多次試驗證明，設(shè)計中采用充放電控制器，延長了蓄電池的使用壽命，能夠為負載提供穩(wěn)定的輸出電壓。
2.3 防雷模塊設(shè)計
無線傳感裝置安裝在戶外進行數(shù)據(jù)傳輸通信，雷擊會給通信設(shè)備及其供電系統(tǒng)造成危害， 導(dǎo)致設(shè)備故障，通信中斷甚至設(shè)備燒毀，釀成嚴重事故。為減少雷擊浪涌造成的損失， 供電系統(tǒng)必須進行雷擊浪涌保護設(shè)計，如圖1所示供電系統(tǒng)中加入兩級防雷設(shè)備來降低雷電對無線傳感裝置的損傷。在電路設(shè)計中，防雷保護電路圖如圖2所示，主要由三種元器件組成：陶瓷氣體放電管（GDT），聚合物正溫度系數(shù)熱敏電阻（PPTC），瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）。
圖2 防雷模塊電路原理圖
當幾百伏到一千多伏脈沖擊穿電壓加載到圖2所示輸入端時，陶瓷氣體放電管內(nèi)（G1、G2）氣體電離，放電管導(dǎo)通，沖擊電流被泄放到大地，作為一級保護電路[7]。PPTC在正常情況下阻值很低，當通過其電流急劇增大，電路出現(xiàn)異常時，器件的溫度會在瞬間急劇上升迅速產(chǎn)生很高的阻抗，限制異常電流通過，作為二級保護電路。TVS二極管（TVS1，TVS2，TVS3）在承受瞬間高能量脈沖時，能在ns級時間內(nèi)由原來的高阻抗狀態(tài)變?yōu)榈妥杩梗演敵龆穗妷后橹频教囟ǖ乃?，用作電路的三級保護[8]。實驗中使用雷擊浪涌發(fā)生器SKS?0510，浪涌極性分正負極，對防雷模塊進行共模雷擊浪涌模擬測試，將12 V電源經(jīng)防雷模塊加載到負載電路（負載電路為發(fā)光LED燈）。元器件GDT，PPTC，TVS和LED燈的實驗數(shù)據(jù)如表2所示。
實驗分析：所選用的GDT、PPTC、TVS能夠有效的抵擋2 200 V的浪涌干擾，因此，該防雷電路是有效的。
2.4 GSM短信開關(guān)
太陽能供電系統(tǒng)應(yīng)用在鐵路沿線且遠離監(jiān)控中心，操作人員在監(jiān)控中心無法及時了解和掌控?zé)o線傳感裝置的供電和工作狀況。且GSM短信通信具有成本低、可擴展性強等優(yōu)點，受到了廣泛關(guān)注，因此在供電系統(tǒng)中引入了GSM短信開關(guān)[9]。本文選用GSM模塊和單片機為核心的遠程控制器，用戶通過發(fā)送短信的方式遙控千里之外的遠程開關(guān)，時刻查詢蓄電池電壓，并可對負載進行斷電或重啟，以及供電異常時向手機綁定用戶發(fā)送報警信息[10]。選用的GSM短信開關(guān)輸入電壓為12 V，最大工作電流只有0.3 A，內(nèi)部包含兩個常閉繼電器，觸點最大切換電壓30 V，最大切換電流10 A。實際使用過程中，一個繼電器一端連接12 V的輸入電壓，另一端接負載（無線傳感裝置）。用戶可通過開關(guān)配置助手進行設(shè)置綁定手機號碼和操控密碼如圖3所示。
表2 雷擊浪涌共模測試結(jié)果
圖3 短信開關(guān)配置助手
實際應(yīng)用中當短信開關(guān)重新上電時，會自動向綁定手機號碼發(fā)送消息，返回蓄電池當前電壓值；短信開關(guān)若接收到用戶命令，會根據(jù)其格式及密碼來判斷是否為有效命令，執(zhí)行相應(yīng)的操作后返回一條消息告知用戶當前執(zhí)行的結(jié)果。同時，短信開關(guān)通過每分鐘模塊運行狀態(tài)自動查詢來及時處理死機狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)死機，單片機會自動重啟模塊供電部分；當GSM模塊無法連接網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)信號比較差時，單片機也會自動重啟模塊供電部分，使得模塊重新運行和連接網(wǎng)絡(luò)。
通過在鐵路現(xiàn)場應(yīng)用GSM短信開關(guān)，實現(xiàn)了操作人員在監(jiān)控中心對負載供電實現(xiàn)遠程操控的需求，操作簡單方便，可隨時查詢蓄電池電壓，對負載進行斷電或重啟，以及供電異常時向手機綁定用戶發(fā)送報警信息。
3 供電系統(tǒng)測試與結(jié)果
實驗設(shè)備包括兩塊并聯(lián)的太陽能電池板（12 V 65 W）、蓄電池（12 V 38 A?h）、充放電控制器、防雷模塊、GSM短信開關(guān)、GSM天線、負載（無線傳感裝置）、數(shù)字萬用表及若干導(dǎo)線。按照供電系統(tǒng)的原理圖搭建如圖4所示測試環(huán)境。
圖4 太陽能供電系統(tǒng)
測試過程：
（1） 天氣晴朗陽光充足，蓄電池初始電壓10.1 V，即放空狀態(tài)情況下，測試充滿蓄電池的時間。所得實驗數(shù)據(jù)如表3所示。
表3 蓄電池充電數(shù)據(jù)表
（2） 用黑色布遮住太陽能板，模擬連續(xù)陰雨天氣，測試負載持續(xù)工作時間，所得實驗數(shù)據(jù)如表4所示。
表4 負載持續(xù)工作時間表
（3） 測試小結(jié)
太陽能供電系統(tǒng)基本上能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的要求和功能，在歷時6 h左右基本達到蓄電池滿充狀態(tài)，并且能夠在陰雨天氣一周內(nèi)保證無線傳感裝置的正常工作。
4 結(jié) 語
目前，研究的太陽能供電系統(tǒng)已應(yīng)用于某線路無縫鋼軌上的無線傳感裝置，經(jīng)過長期實驗測試，該系統(tǒng)能夠在連續(xù)陰雨天氣內(nèi)給負載提供穩(wěn)定的電壓，通過手機短信隨時隨地獲取蓄電池電量，同時能夠應(yīng)對雷雨天氣，保障系統(tǒng)安全正常可靠的運行。
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