電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論(整理版)

1、電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論（霸哥整理版）一、 電路與電磁場1、電路的分析方法（1）克希霍夫定理 （2）特勒根定理 （3）節(jié)點電流法、回路電壓法（4）線性電路的時域分析 （5）線性電路的頻域分析 （6）非線性電路分析2、傳統(tǒng)電路分析方法不適用的場合 頻率很高 需直接研究電磁場、電磁波分布 如：天線、電波傳播、高速集成電路中的串?dāng)_現(xiàn)象、光纖中的模式、靜電擊穿現(xiàn)象二、 電磁場、電磁波的研究與應(yīng)用領(lǐng)域1、通信(1) 有線通信光纖: 模式、極化、色散、衰減等波導(dǎo): 模式、極化、色散、衰減等電纜: 模式、極化、色散、衰減、串?dāng)_器件: 模式、電磁耦合等（2）無線通信短波、微波中繼、衛(wèi)星通信、移動通信、個人通信、無線網(wǎng)

2、絡(luò)、無線接入、尋呼、集群2、雷達(dá)（RADAR） 無線電探測和測距（Radio Detection and Ranging） 發(fā)射并檢測目標(biāo)的回波（散射波） 連續(xù)波雷達(dá) 測速 調(diào)頻雷達(dá) 測速、測距 動目標(biāo)顯示和 脈沖多普勃雷達(dá) 測距、移動目標(biāo) 跟蹤雷達(dá) 合成孔徑雷達(dá)（SAR） 成像 超視距雷達(dá)（高頻） 地波、天波 汽車防撞雷達(dá) 氣象雷達(dá) 探地雷達(dá) 電磁散射、隱身、目標(biāo)成像等3、遙感（Remote Sensing） 可見光 波長短、分辨率高、 夜間、云、雨等影響 紅外 可晝夜遙感、 云、雨等影響 微波 全天候、幾何特性、體價電特性、分辨率不如光遙感 遙感三個組成部分：接收器、發(fā)射器、處理器 傳感器

3、與場景的相互作用 傳感器的設(shè)計與測試技術(shù) 在地球科學(xué)方面的應(yīng)用 主動式遙感 散射計 雷達(dá) 被動式遙感 輻射計 成像4、電磁波與物質(zhì)相互作用（1） 電磁波與人體相互作用a. 電磁波治療 治癌 微波手術(shù)刀 檢測、診斷 治前列腺 微波針灸 微波治療比激光優(yōu)越之處1. 透過率高2. 微波天線遇組織粘結(jié)仍能輻射3. 同樣強(qiáng)度下微波凝結(jié)組織量大于激光4. 微波摧毀組織至炭化無煙霧產(chǎn)生5. 微波止血效果更好6. 激光光纖插入組織易損壞7. 微波機(jī)及其天線造價較低b. 電磁場對人體的影響微波設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)5mw/cm2微波生物效應(yīng)射頻輻射危害標(biāo)準(zhǔn)國家 頻率 安全界限 條件說明美國 10MHz-100GHz 10

4、mW/cm2 6min 1mW/cm2 6min 平均值 短波 200V/m 0.5A/m前蘇聯(lián) 0.1-30MHz 20V/m 5A/m 30-300MHz 5V/m 300MHz 10mW/cm2 6h/d 100mW/cm2 2h/d中國 中短波 20V/m 5A/m 長期職業(yè)暴露(1978) 微 波 50mW/cm2 6h/d（2）微波化學(xué) 可大大加速某些化學(xué)反應(yīng) 微波誘導(dǎo)催化 微波消解 微波無機(jī)、有機(jī)合成 微波萃取 礦物處理 微波除污 酒陳化 微波農(nóng)業(yè)應(yīng)用（3）滅菌消毒（4）微波等離子體 制備人造金剛石 表面改性處理 刻蝕5、電磁波能 微波輸能 高頻、微波加熱、干燥、新型能源 6、電

5、磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC) 電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境中按照設(shè)計要求而工作的能力。電子系統(tǒng)與周圍其他電子系統(tǒng)之間, 在自然界的電磁環(huán)境下按設(shè)計要求而工作的能力。 是電子系統(tǒng)設(shè)計研究的重要課題。 如：飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇、衛(wèi)星等，大量使用電子設(shè)備，相互干擾。 電子技術(shù)向高頻、高速、高精度、高可靠性、高靈敏度，大規(guī)模集成化、大功率、小信號運(yùn)用等方面發(fā)展，EMC研究尤其重要。 高速集成電路 互連與封裝（peckging） 飛機(jī)上 手機(jī) CRT 主要研究內(nèi)容： 減少干擾源，減輕干擾對電子系統(tǒng)的影響，提高電子系統(tǒng)抗干擾的能力。 電子電工產(chǎn)品及電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可，

6、否則不能出口歐共體。 設(shè)計中首先考慮合理利用無線電頻譜 屏蔽、接地、濾波。7、電磁波測量與探測 非電量測量 如濕度、介電常數(shù)等 探測地下埋藏物 探測竊聽器8、電磁波武器 1）電子對抗 2）隱身與反隱身 3）微波炸彈9、GPS 197312美國防部批準(zhǔn)三軍聯(lián)合研制NAVSTAR/GPS Navigation Satellite Timing and Ranging/ Global Positioning System。 213顆星，6個軌道平面，1.575GHz，1.227GHz，高度角15以上可見6顆星。 俄羅斯 GLONASS（1982） 歐洲 伽利略 中國 北斗三、 電磁場和電磁波基礎(chǔ)1、

7、矢量分析基礎(chǔ) 標(biāo)量場和矢量場 梯度、散度、旋度。2、電磁場中的場量和源3、麥克斯韋方程（Maxwells Eq.） 微分形式、積分形式4、邊界條件5、本構(gòu)關(guān)系6、波印亭定理7、波動方程7、電磁場與電磁波中的分析方法 直接法、間接法 分離變量法 格林函數(shù)法 鏡像法 近似方法 復(fù)變函數(shù)法數(shù)值法四、無線電波頻譜和常用傳輸媒介f 3Hz3kHz3MHz3GHz3THz3x10 Hz153x10 Hz18視頻射頻微波紅外線可見光紫外線X射線射線宇宙射線光波無線電波電磁波頻譜 信道： 狹義信號傳輸?shù)拿浇?廣義除信號傳輸?shù)拿浇?，還包括有關(guān)部件和電路 如：調(diào)制信道 常用傳輸媒介1. 有線（導(dǎo)波）（1）有線線對

8、： 平行雙線、雙絞線（UTP）等 價廉、頻帶窄、應(yīng)用、TEM無色散（2）同軸線： 軟同軸、硬同軸 頻帶較寬（直流） 容量較大、TEM無色散、應(yīng)用（3）波導(dǎo)： 適用頻率高，容量較大（4）光纖： 傳輸損耗低、容量大 纖芯、包層 多模光纖、單模光纖1550nm、保偏光纖等 損耗與色散（決定光纖通信中繼站距） 光纖放大器。 強(qiáng)度調(diào)制光外差光弧子傳播微波副載波WDM DWDM、SWDM2.無線（radio,wireless） 地波傳播（長、中）、表面波 天波傳播（短）、經(jīng)電離層反射的傳播方式 視距傳播（微波、毫米波、光波紅外、可見） 穿過大氣層的電波傳播 散射傳播移動通信中的電波傳播五、軟件無線電1、引

9、言軟件無線電是1992年美國首次提出的一種實現(xiàn)無線通信的新的體系結(jié)構(gòu)。它的基本概念是把硬件作為無線通信的基本平臺，把盡可能多的無線通信及個人通信功能用軟件實現(xiàn)。這樣無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)將逐步轉(zhuǎn)到軟件上來，而無線通信產(chǎn)品的價值將越來越多地體現(xiàn)在軟件上，這是無線通信領(lǐng)域繼固定到移動、模擬到數(shù)字之后的第三次革命。 無線通信領(lǐng)域存在的一些問題： 新的通信體制和“標(biāo)準(zhǔn)“不斷提出，通信產(chǎn)品的生存期縮短，開發(fā)費(fèi)用上升； 各種通信體制共存，面對多體制間的互聯(lián)要求也日趨強(qiáng)烈； 無線頻帶越來越擁擠，對通信系統(tǒng)的頻帶利用率和抗干擾能力要求不斷提高。 原來以硬件為主的無線通信設(shè)計方法難以適應(yīng)這種局面 軍事通信

10、 美軍三軍十幾種電臺，各自的頻率、制式等不相同，不能完全互通。 民用通信 歐洲的第一代模擬網(wǎng)，加入歐洲郵電會議(CEPT)的16個國家，分別使用6種不同的制式。頻率各不相同，不能互通、兼容。 第二代數(shù)字移動通信中仍有許多不同的通信體制，如GSM,AMPS,ETACS,PDC,DAMPS, CT2等，互不兼容，給用戶和經(jīng)營者帶來極大的不便1992年5月，MILTRE公司的Jeo Milola首次明確提出軟件無線電（Soft Radio)的概念，其中心思想是：構(gòu)造一個具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成，并使寬帶

11、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線電通信系統(tǒng)。軟件無線電的主要特點：1）具有很強(qiáng)的靈活性2）具有較強(qiáng)的開放性2、軟件無線電的發(fā)展概況軟件無線電 軟件無線電主要由天線、射頻前端、高速A/D-D/A轉(zhuǎn)換器、通用和專用數(shù)字信號處理器、低速A/D-D/A轉(zhuǎn)換器以及各種接口和各種軟件所組成。軟件無線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，比如1MHz2000MHz，要求每個頻段的特性均勻，以滿足各種業(yè)務(wù)的需求。例如可能為VHF/UHF的視距通信、UHF衛(wèi)星通信，HF通信作為備用通信方式。為便于實現(xiàn)，可在全頻段甚至每個頻段使用幾付天線，并采用智能化天線技術(shù) 在發(fā)射時RF

12、部分主要完成濾波、功率放大等任務(wù)，接收時實現(xiàn)濾波、放大等功能。因?qū)崿F(xiàn)射頻直接帶通采樣，要求A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的工作帶寬（例如2000MHz以上），較高的采樣速率（一般在60MHz以上），而且要有較高的A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)，以提高動態(tài)范圍。目前8位A/D轉(zhuǎn)換器的工作帶寬已做到1500MHz以上。 模擬信號進(jìn)行數(shù)字化后的處理任務(wù)全由DSP和專用的可編程處理器的軟件來承擔(dān)。為了減輕通用DSP的處理壓力，通常把A/D轉(zhuǎn)換器傳來的數(shù)字信號，經(jīng)過專用數(shù)字信號處理器件（如數(shù)字下變頻器DDC）處理，降低數(shù)據(jù)流速率，并把信號變至基帶后，再把數(shù)據(jù)送給通用DSP進(jìn)行處理。通用DSP主要完成各種數(shù)據(jù)率相對較低的基帶信號的處

13、理，比如信號的調(diào)制解調(diào)，各種抗干擾、抗衰落、自適應(yīng)均衡算法的實現(xiàn)等。還要完成經(jīng)信源編碼后的前向糾錯（FEC）,幀調(diào)整、比特填充和鏈路加密等算法。也有采用多DSP芯片并行處理的方法，以提高其處理的能力。 由于高速寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器目前還比較困難，價格也高，圖1中的下變頻和上變頻模塊（DDC/DUC）都用模擬線路放在RF部分中。 軟件無線電的結(jié)構(gòu)基本上可以分為三種：射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)和寬帶中頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。 4 軟件無線電系統(tǒng)“軟件化”程度的評價 1997年5月軟件無線電概念的提出者JoeM在歐洲召開的軟件無線電會議中提到了一種思路：用一個矢量(N，PDA，

14、HM， SFA)來表示其“軟件化”程度，該矢量的每一維坐標(biāo)取值均為03。其含義如下： N為空中接口所能支持的頻道數(shù)，分為4種類型：單一頻道(0)，雙頻道(1)，多頻道(小于 6個)(2)，以及RF頻段中的所有頻道(3)。 PDA是指可編程數(shù)字化訪問(Programmable Digital Access)，即指軟件無線電中數(shù)字可編程的程度，也分為4種類型：無可編程性(完全模擬或固定功能的數(shù)字無線電)(0)，在基帶可編程(1)，在中頻可編程(2)，在射頻可編程(3)。 HM指硬件的模塊化程度(Hardware Modularity)，實際指硬件可編程程度，分為4類：無可編程性(0)，系統(tǒng)采用可編

15、程專用模塊(1)，系統(tǒng)采用DSP(2)，以及采用FPGA等(3)。 SFA指軟件模塊化程度，也可以認(rèn)為是軟件的可重用性(Reuse)，即軟件是否可以應(yīng)用于不同的硬件平臺上，有如下4類；無定義空中接口的軟件(0)；硬件平臺上只能夠運(yùn)行一個廠商所提供的軟件(1)；多個廠商的軟件均可加載到硬件平臺上，但硬件平臺是一個(2)；多個廠商的軟件可加載到多個硬件平臺上(3)。 目前很多的可編程數(shù)字無線電處于級別l，美國軍方的 Speakeasy處于級別2。5. 軟件無線電的主要優(yōu)勢 (1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通用，功能實現(xiàn)靈活，系統(tǒng)的改進(jìn)和升級也很方便。高速A/D/A實際上為一個標(biāo)準(zhǔn)接口，將RFIP部分和通用的數(shù)字軟件

16、部分連接起來。高速A/D/A和數(shù)字軟件部分只要帶寬和處理能力滿足系統(tǒng)要求，都具有很好的通用性。 (2)舉世不同系統(tǒng)互操作的可能性。 (3)復(fù)用的優(yōu)勢。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一致性使得設(shè)計的模塊化思想能很好地實現(xiàn)，而且這些模塊具有很大的通用性，能在不同的系統(tǒng)和系統(tǒng)升級時很容易地復(fù)用。 (4)在軟件無線電中，軟件的生存期決定了通信系統(tǒng)的生存期。軟件的開發(fā)周期相對硬件要短，費(fèi)用要低。這樣就能更快地跟蹤市場變換，滿足新的使用要求，降低更新?lián)Q代的成本。 (5)由于系統(tǒng)的主要功能都由軟件實現(xiàn)，可方便地采用各種新的信號處理手段提高抗干擾性能。其它諸如系統(tǒng)頻帶監(jiān)控，可編程信號波形，在線改變信號調(diào)制方式等功能的實現(xiàn)也成為可

17、能。6. 軟件無線電的應(yīng)用前景 軍用方面，多功能無線網(wǎng)關(guān)可實現(xiàn)各種軍用電臺的互聯(lián)互通；多功能車載電臺可接入各種軍用移動通信網(wǎng)；多功能空中平臺可實現(xiàn)各種軍用無線系統(tǒng)的空中轉(zhuǎn)信；通信的電子對抗系統(tǒng)，在現(xiàn)場進(jìn)行智能化的通信偵察與對抗等。 民用方面將成為軟件無線電更為重要的應(yīng)用領(lǐng)域。多頻段多模式移動電話通用手機(jī)；多頻段多模式移動電話通用基臺，無線局域網(wǎng)及無線用戶環(huán)的通用網(wǎng)關(guān)等 7.軟件無線電的技術(shù)關(guān)鍵與研究熱點1) 多波段、多波束天線與寬帶RF從軟件無線電的要求來說，天線應(yīng)該能覆蓋10倍頻程(如043GHz)但同時應(yīng)該注意其增益、物理尺寸和價格。對于大多數(shù)系統(tǒng)只要覆蓋不同頻程的幾個窗口，而不必覆蓋全部

18、頻段，故可以采用組合式多頻段天線的方案，寬帶RF要求有8倍到10倍頻程，并能夠進(jìn)行調(diào)諧和能量控制。2) 寬帶AD部分 對AD的要求主要包括采樣速率和位數(shù)。對于某些應(yīng)用(如要求系統(tǒng)具有70M的采樣中和12位的動態(tài)范圍)，現(xiàn)有的AD還不能同時滿足速度與采樣位數(shù)的要求，但很可能在近期能獲得滿足要求的器件。同時從長遠(yuǎn)考慮，必須采取一些措施，如采用多個AD并聯(lián)使用。 3 ) 高速數(shù)字信號處理部分 這部分主要完成數(shù)字下變頻(DDC)基帶處理、調(diào)制解調(diào)、比特流處理和編碼解碼等工作。如有跳頻或擴(kuò)頻，還需完成解擴(kuò)和一部分解跳處理。 4) 高性能的互聯(lián)結(jié)構(gòu) 這實際上考慮的是軟件無線電的硬件平臺結(jié)構(gòu)，也就是不同的功

19、能單元如何互聯(lián)起來，組成一個開放的、可擴(kuò)展的硬件平臺，同時要求具有較高的數(shù)據(jù)吞吐率。 電路分類（按照傳輸線分類）微帶線帶狀線同軸線共面波導(dǎo)波導(dǎo) 電路分類（按照工藝分類）混合集成電路：采用分離元件及分布參數(shù)電路混合集成。集成電路（MIC）：采用管芯及陶瓷基片。單片集成電路（MMIC）：采用半導(dǎo)體工藝將無源、有源器件及電路同時制作在半導(dǎo)體基片上的集成電路。射頻與微波電路還可以按照有源電路和無源電路來分類。有源電路包括放大器、振蕩器等；無源電路包括分路器、耦合器、移相器、開關(guān)、混頻器和濾波器等。射頻與微波電路CAD的特點及主要內(nèi)容特點：必須有精確的傳輸線模型和各種器件模型；有時必須采用電磁場仿真等數(shù)

20、值仿真工具；一般都具有S參數(shù)分析的功能。在射頻與微波電路CAD技術(shù)中，各種傳輸線及其不均勻區(qū)模型、元件之間的寄生耦合模型以及射頻與微波有源器件的非線性模型等，在技術(shù)上的難度都非常大。內(nèi)容：射頻與微波電路CAD包括線性微波電路的S參數(shù)計算、直流分析、線性/非線性噪聲分析、非線性電路的瞬態(tài)分析、非線性電路的諧波分析（功率壓縮、交調(diào)和諧波特性等）、優(yōu)化設(shè)計、容差分析、2.5D及3D電磁場仿真、布線和版圖設(shè)計等，甚至還可以包括射頻與微波器件的建模和參數(shù)提取以及計算機(jī)輔助測試。常用的分析方法、優(yōu)化、設(shè)計步驟、經(jīng)驗和建議分析方法：線性電路：采用等效電路模型和S參數(shù)矩陣級聯(lián)計算。非線性電路：Spice、諧波

21、平衡法、包絡(luò)仿真法等。電磁場仿真：常采用矩量法和有限元法等數(shù)值計算方法。優(yōu)化：給定電路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、各個元件的初始值，以及電路的設(shè)計指標(biāo)的目標(biāo)參數(shù)，CAD軟件將自動改變各元件值，直到滿足要求。CAD軟件通常都具有的，也是最常用的優(yōu)化方法是隨機(jī)優(yōu)化和梯度法。當(dāng)然，一些軟件還提供了其它的優(yōu)化方法供選擇。設(shè)計步驟：射頻與微波電路CAD設(shè)計的步驟可大致總結(jié)如下：根據(jù)技術(shù)性能指標(biāo)的要求，選擇半導(dǎo)體器件。對于不需要半導(dǎo)體器件的射頻與微波無源電路，根據(jù)技術(shù)性能指標(biāo)的要求，選擇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)所選器件的具體參數(shù)，設(shè)計匹配電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。幾點經(jīng)驗和建議：必須保證器件選擇、匹配電路或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計的正確性。電路

22、中各元件初始值的選擇應(yīng)盡量準(zhǔn)確。這將有利于優(yōu)化計算的快速收斂，并保證優(yōu)化設(shè)計能夠達(dá)到全局最優(yōu)點，而不是局部的極?。ɑ驑O大）點。對于存在多個優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)的一般情況，應(yīng)根據(jù)實際的需要，分出主次或考慮折衷，并進(jìn)行加權(quán)。關(guān)于優(yōu)化變量（或元件）的選擇，一方面可以根據(jù)自己的經(jīng)驗，另一方面也可以先選擇其中幾個進(jìn)行試探。特別是當(dāng)元件（或變量）較多時，一般不主張都選擇為優(yōu)化變量。對于優(yōu)化方法的選擇，通常是先隨機(jī)法，后梯度法，這樣將有助于使設(shè)計達(dá)到全局最優(yōu)。在電路設(shè)計的過程中，必須要考慮元件標(biāo)稱值的因素。另外對于分布參數(shù)電路，電路參數(shù)的取值必須要符合相應(yīng)的工藝要求。如何應(yīng)用CAD軟件進(jìn)行射頻與微波電路設(shè)計，將在以

23、后有關(guān)講座中深入討論。電子元器件部分 集成電路： Integrated Circuit，縮寫IC 通過一系列特定的加工工藝，將晶體管（三極管、二極管、各種場效應(yīng)管）等有源器件和電阻、電容等無源器件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能 實現(xiàn)社會信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件不管是各種計算機(jī)和/或通訊機(jī)，它們的基礎(chǔ)都是微電子 在還沒有微電子的時代，讓我們看看第一臺通用數(shù)字計算機(jī)。1946年第一臺計算機(jī)：ENIAC 第一臺通用電子計算機(jī)：ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calcula

24、tor 1946年2月14日 Moore School，Univ. of Pennsylvania 18,000個電子管組成 大?。洪L24m，寬6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30噸； 功率：140KW；平均無故障運(yùn)行時間：7min集成電路的作用 小型化 價格急劇下降 功耗降低 故障率降低進(jìn)入信息化社會的判據(jù)：半導(dǎo)體產(chǎn)值占工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的0.5% 在信息經(jīng)濟(jì)時代，產(chǎn)品，以其信息含量的多少及處理信息能力的強(qiáng)弱，決定著附加值的高低決定著在國際經(jīng)濟(jì)分工中的地位如果我們不發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè) IT行業(yè)停留在裝配業(yè)水平上，掙的“辛苦錢”。 在國際分工中我們將只能處于低附加值的低端上。 所以有

25、人戲稱說：“你們說中關(guān)村是硅谷，但是一個無“芯”的硅谷，產(chǎn)品不可能有競爭力?！痹跊]有自己集成電路產(chǎn)業(yè)的情況下，我們的高新技術(shù)的發(fā)展命脈掌握在他人手中。 當(dāng)前，微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和科學(xué)技術(shù)水平已成為衡量一個國家綜合實力的重要標(biāo)志。 電子元器件在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置 電子元器件制造業(yè)是電子元器件行業(yè)的主要組成部分，也是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)支撐產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)水平和生產(chǎn)能力直接影響整個行業(yè)的發(fā)展。電子元器件無處不在，不論是日常的消費(fèi)電子產(chǎn)品還是工業(yè)用電子設(shè)備，都是由基本的電子元器件構(gòu)成的。電子元器件屬于電子信息產(chǎn)業(yè)的中間產(chǎn)品，介于電子整機(jī)行業(yè)和原材料行業(yè)之間，其發(fā)展的快慢、所達(dá)到的技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模，不僅直接

26、影響著整個電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對發(fā)展信息技術(shù)，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高現(xiàn)代化裝備水平，促進(jìn)科技進(jìn)步都具有重要意義。 電子元器件制造業(yè)對整個電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用 一是提供一系列零部件等中間產(chǎn)品，包括高性能材料和高性能零部件，成為整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)； 二是在產(chǎn)業(yè)鏈中，處于原材料工業(yè)和裝配工業(yè)之間，起到承前啟后的作用； 三是由于所提供關(guān)鍵零部件產(chǎn)品的技術(shù)含量高，屬于高增值率環(huán)節(jié)。 我國電子元器件制造業(yè)在整個產(chǎn)業(yè)鏈中的地位和作用2008年情況 （一）我國的電子元器件產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差異比較明顯，整個生產(chǎn)以低附加值的低端產(chǎn)品為主，而高附加值的高端產(chǎn)品少。以集成電路(IC)芯片為例，我國與發(fā)達(dá)國家差距

27、相當(dāng)明顯。我國每年芯片使用量超過100億塊，而80%依靠進(jìn)口，高端芯片幾乎100%進(jìn)口，尤其是中央處理器(CPU)方面幾乎處于一片空白。用于工業(yè)控制器、電視和顯示器，以及手機(jī)的專用集成電路，主要由韓國、日本、我國臺灣等國家或地區(qū)生產(chǎn)，我國大陸所生產(chǎn)的只占很小的份額；而用于玩具、鐘表等技術(shù)含量較低的低端產(chǎn)品集成電路，我國可以大批量生產(chǎn)。 由于我國電子元器件制造業(yè)自身生產(chǎn)技術(shù)有限，總的態(tài)勢是以低端、低附加值產(chǎn)品換取高端、高附加值電子部件產(chǎn)品來滿足國內(nèi)電子信息產(chǎn)業(yè)下游環(huán)節(jié)發(fā)展的需要。我國電子元器件制造業(yè)的技術(shù)狀況降低了我國電子信息產(chǎn)品在世界產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易格局中的地位，制約了產(chǎn)業(yè)國際競爭力的提高。 一般來

28、說，我國電子元器件制造業(yè)增加值率仍較低。這是由于我國電子元器件制造業(yè)研發(fā)能力和生產(chǎn)技術(shù)水平低，以及擁有的知識產(chǎn)權(quán)少，以低端產(chǎn)品生產(chǎn)為主，所以只能獲得低附加值。 目前國內(nèi)情況面對國內(nèi)外復(fù)雜的行業(yè)形勢，電子元器件大多行業(yè)紛紛表現(xiàn)出一副hold不住的架勢，而唯獨(dú)連接器等無源元件增速大幅高于行業(yè)增速。由此業(yè)內(nèi)人士指出，國內(nèi)電子行業(yè)的核心競爭力還是成本優(yōu)勢，在技術(shù)和品牌含量較高的領(lǐng)域，還是缺乏優(yōu)勢，所以在連接器、無源器件等其它配件領(lǐng)域有上好表現(xiàn)。而半導(dǎo)體、LED 領(lǐng)域，由于技術(shù)是核心，國內(nèi)行業(yè)還處于產(chǎn)能轉(zhuǎn)移的早期，還不能很好的發(fā)揮成本優(yōu)勢。然而隨著連接器高端化、精密化發(fā)展趨勢加強(qiáng)，未來國內(nèi)連接器行業(yè)將面

29、臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 新型電子元器件發(fā)展趨勢 新型電子元器件體現(xiàn)了當(dāng)代和今后電子元器件向高頻化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、響應(yīng)速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、組件化、復(fù)合化、模塊化、智能化等的發(fā)展趨勢；顯示屏、顯示器件則向平板化、薄型化、大屏幕、高清晰度、高畫質(zhì)、環(huán)保節(jié)能的方向發(fā)展；同時產(chǎn)品的安全性、綠色化也是影響其發(fā)展前途和市場的重要因素。 第一講 電子元件的基礎(chǔ)知識一：無源器件借助開關(guān)構(gòu)建邏輯電路相加相乘開關(guān)的意義 功能：實現(xiàn)電路的通與斷 定義：凡是能夠?qū)崿F(xiàn)電路的通與斷都可以看著是開關(guān) 意義：構(gòu)成數(shù)字邏輯電路的基礎(chǔ)樓道燈雙開關(guān)系統(tǒng)的實現(xiàn) 伏安法惠斯通電橋電阻的作用 限流 分流 分壓

30、 將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電容 電容的單位：F法拉定義 特點：通交流，隔直流 串聯(lián) 并聯(lián)電容與電介質(zhì)的介電常數(shù)、電極的有效面積以及電極之間的距離有關(guān)電容的功能 在直流電路中電容器一般起隔斷直流的作用。 電容既不產(chǎn)生也不消耗能量，是儲能元件 電容器在電力系統(tǒng)中是提高功率因數(shù)的重要器件；在電子電路中是獲得振蕩、濾波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件 因為在工業(yè)上使用的負(fù)載主要是電動機(jī)感性負(fù)載,所以要并電容這種容性負(fù)載才能使電網(wǎng)平衡. 電容的種類與用途種類：常見的電容器：瑪瑙電容，電解電容 等等比較直觀的有平行板電容器用途（1）電容是半導(dǎo)體存儲器中的重要記憶元件（2）電容可以用來濾波 目前最新的發(fā)展還出現(xiàn)“

31、超級電容”儲存能量感生電動勢 磁通量：磁場的強(qiáng)弱（即磁感應(yīng)強(qiáng)度）可以用磁感線的疏密來表示。如果一個面積為S的面垂直一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場放置，則穿過這個面的磁感線的條數(shù)就是確定的。我們把B與S的乘積叫做穿過這個面的磁通量。 （1）定義：面積為S，垂直勻強(qiáng)磁場B放置，則B與S乘積,叫做穿過這個面的磁通量，用表示 （2）公式：=BS （3）單位：韋伯（Wb） 1Wb=1Tm2 磁通量就是表示穿過這個面的磁感線條數(shù)。 感生電動勢：由于磁場的變化而激發(fā)的電場叫感生電場。感生電場對自由電荷的作用力充當(dāng)了非靜電力。由感生電場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，叫做感生電動勢。 自感 由于回路中電流產(chǎn)生的磁通量變化，而

32、在自己回路中激起感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為自感電動勢。 自感的特點: 自感的特點：通直流，阻交流 典型應(yīng)用：互感 當(dāng)一個回路中的電流發(fā)生變化或回路轉(zhuǎn)移時，它在另一回路中所產(chǎn)生的磁通量將發(fā)生變化，因而在該回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象。 典型的互感器件：變壓器電阻、電容、電感混合電路分析方法 直流電路：電阻、電導(dǎo) 交流電路：阻抗、導(dǎo)納LC振蕩電路振蕩頻率由電感和電容的數(shù)值決定其他振蕩電路 RC振蕩電路 石英晶振電路硅片及集成電路制作集成電路產(chǎn)業(yè)包括： 原材料：高純硅的制作 原始晶圓片的制作 集成電路的制作 封裝利用石英砂與碳充分反應(yīng)生成冶金級硅 (Metallurg

33、ical Grade Silicon:MGS 純度：98%) 2 C (固體) + SiO2 - Si (液體) + 2 CO從粗硅到高純多晶硅 將冶金級硅轉(zhuǎn)換成電子級硅：采用高溫下通入 HCl氣體，形成一系列硅氫氯氣體，如：SiH4, SiH3Cl, SiH2Cl2,SiHCl3等, 利用沸點不同提純SiHCl3,并對SiHCl3進(jìn)行過慮。 高溫下SiHCl3與氫氣反應(yīng)形成電子級Si (EGS)晶片上微小圖形的制作 光刻技術(shù)的由來早期利用照相的方法將圖像復(fù)制在光刻版上。原始圖形采用紅膜貼在白紙上。利用計算機(jī)直接編輯圖形，再利用圖形發(fā)生器，采用紫外光束或電子束直接在涂有感光材料的玻璃板上，通過

34、顯影定影制成光刻版(MASK “光罩”)。在硅片上涂能夠感光的膠(光刻膠),將光刻版置于硅片上，通過紫外光照射，光刻版上透明的區(qū)域?qū)⑷菰S光透過，從而導(dǎo)致硅片上的膠被曝光。微電子工藝包括：清洗、氧化、光刻、離子注入、擴(kuò)散、薄膜淀積、刻蝕、金屬化等等集成電路制造對環(huán)境要求 廠房：潔凈廠房，X級（Class X)指每立方英尺空氣中含有的大于0.5微米的懸浮顆粒。目前的工藝線達(dá)到1級。我校的實驗室為總體10000級，局部100級。 去離子水系統(tǒng) 配套的氣體真空系統(tǒng) 在凈化室工作必須穿著凈化服。 凈化室工作本身有嚴(yán)格的管理制度。電子信息導(dǎo)論 電子信息科技是用電子科技手段進(jìn)行信息獲取、表示、存儲、處理、控

35、制和傳輸?shù)鹊睦碚?、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科。 它包括科學(xué)與技術(shù)兩方面。科學(xué)側(cè)重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律；技術(shù)則側(cè)重于研制電子信息系統(tǒng)、設(shè)備,及使用系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行信息處理的方法與技術(shù)手段?？茖W(xué)是技術(shù)的依據(jù)，技術(shù)是科學(xué)的體現(xiàn)。科學(xué)與技術(shù)相輔相成、互為作用，二者高度融合是電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的突出特點。 電子信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科還具有較強(qiáng)的工程性，因此，它是一門科學(xué)性與工程性并重的學(xué)科，表現(xiàn)為理論性和實踐性緊密結(jié)合的特征。電子信息學(xué)科 包含了電子科學(xué)與技術(shù)，信息與通信工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等領(lǐng)域。1.3.1技術(shù)的變化影響電子信息學(xué)科變化的大部分因素來自于技術(shù)的進(jìn)步。Intel公司創(chuàng)造人戈登摩爾在19

36、65年預(yù)測：微處理器芯片的密度將每十八個月翻一番，稱之為“摩爾定律”。該定律目前繼續(xù)成立?？梢钥吹?，電子計算機(jī)系統(tǒng)的計算能力是以指數(shù)速度增加的，這使得幾年前還無法解決的問題在近期得到解決成為可能，而且使用起來更加方便。電子信息學(xué)科其他方面的變化也很大，例如WWW(萬維網(wǎng))出現(xiàn)后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，給人們的工作和生活提供了新的方式。所有這些都要求電子信息學(xué)科教育所需的知識體系能夠緊跟技術(shù)的進(jìn)步。 近期在技術(shù)方面變化比較大的主要有 微電子技術(shù) （包括理論工藝器件及其應(yīng)用） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) （包括基于TCP/IP的技術(shù)，萬維網(wǎng)及其應(yīng)用） 多媒體技術(shù) 現(xiàn)代通信技術(shù) 嵌入式系統(tǒng) 自動控制技術(shù) 信息獲取和處理技

37、術(shù) 新型顯示技術(shù)技術(shù) 計算機(jī)軟硬件技術(shù) 1.3.2文化的變化 電子信息學(xué)科的教育除了受到本學(xué)科發(fā)展的影響外，還受到文化與社會發(fā)展的影響。例如, （1）新技術(shù)帶來的教學(xué)法的改變 （2）全世界信息終端數(shù)量和用戶直接可用的通信功能大幅增加 （3）電子信息技術(shù)增長的經(jīng)濟(jì)影響（4）學(xué)科的拓寬 社會對各類復(fù)合人才的需求必然對學(xué)科交叉、綜合發(fā)展產(chǎn)生影響。14 對電子信息學(xué)科畢業(yè)生的基本要求知識、能力、素質(zhì)是進(jìn)行高科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)151 信息化社會的特征所謂“信息化社會”的內(nèi)涵是十分廣泛的，可以理解為：在國民經(jīng)濟(jì)和社會活動中，通過普遍地采用電子信息設(shè)備和信息技術(shù)，更有效地利用和開發(fā)信息資源，推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)

38、步，使信息產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的比重占主導(dǎo)地位。 1 建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施信息基礎(chǔ)設(shè)施 是由信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、信息存儲設(shè)備和信息處理設(shè)備集成的統(tǒng)一整體，建立完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施是信息化社會的重要標(biāo)志。信息基礎(chǔ)設(shè)施需要在全國乃至全球范圍內(nèi)收集、存儲、處理和傳輸數(shù)量巨大的文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像以及聲音等多媒體信息，具有空前的廣泛性、綜合性和復(fù)雜性，它的建立過程是一項龐大的系統(tǒng)工程。 信息基礎(chǔ)設(shè)施包括了遍布全球的各種類型的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和高性能的電子信息系統(tǒng)，所有的電子信息中心乃至個人計算機(jī)都應(yīng)該接入這個一體化的網(wǎng)絡(luò)。2 采用先進(jìn)的信息技術(shù)先進(jìn)的信息技術(shù) 是信息化社會的根基。其中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：半導(dǎo)體和微

39、電子技術(shù)、自動化技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化的計算機(jī)系統(tǒng)和并行處理技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、海量信息存儲技術(shù)、高速信息傳輸技術(shù)、顯示技術(shù)等。3 建立廣泛的信息產(chǎn)業(yè)信息產(chǎn)業(yè) 是信息化社會的支柱，主要包括：微電子產(chǎn)業(yè)、電子信息硬件制造業(yè)、計算機(jī)軟件業(yè)、通信信息系統(tǒng)以及國民經(jīng)濟(jì)中各行業(yè)的信息化工程（如，電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子金融等 ）。信息產(chǎn)業(yè)不僅包括了電子信息硬件和軟件的研究、開發(fā)與生產(chǎn)能力以及信息服務(wù)業(yè)，而且還包括了使用信息技術(shù)對傳統(tǒng)行業(yè)的改造，這體現(xiàn)了利用信息資源而創(chuàng)造的勞動價值。 4 擁有高素質(zhì)的信息人才5構(gòu)建良好的信息環(huán)境信息化社會不僅是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，而且也是社會管理體制和政策激勵的結(jié)果。良

40、好的信息環(huán)境包括為了保障信息化社會有序運(yùn)作的各項政策、法律、法規(guī)和道德規(guī)范，如知識產(chǎn)權(quán)、信息安全、信息保密、信息標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)政策、人才政策、職業(yè)道德規(guī)范等。 152 Internet與信息化社會Internet的誕生與發(fā)展對信息化社會產(chǎn)生了深刻的影響，是當(dāng)今人類社會進(jìn)入信息化社會的重要標(biāo)志之一。 Internet是當(dāng)今世界上最大的電子信息網(wǎng)絡(luò)，它是全球最大的、開放的、由眾多LAN、MAN、WAN相互連接而成的“網(wǎng)中網(wǎng)”。 1Internet的發(fā)展 Internet的起源可以追溯到其前身ARPA網(wǎng)。NSF網(wǎng)是美國國家科學(xué)基金會資助建立的一個廣域網(wǎng)，最初連接了美國的五個超級計算機(jī)中心，并與Inte

41、rnet互聯(lián)。2Internet的特點（1）系統(tǒng)的廣域性和開放性 （2）信息的共享性和時效性 （3）入網(wǎng)方式的靈活性和多樣性 （4）強(qiáng)大的服務(wù)功能 （5）網(wǎng)絡(luò)安全的脆弱性和復(fù)雜性 我國以Internet技術(shù)為依托建成的全國性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和“金字”工程簡要介紹如下。 中國教育科研網(wǎng)（簡稱CERNET）是國家教育部管理的覆蓋全國的學(xué)術(shù)性計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。中國公用信息網(wǎng)（簡稱ChinaNET）是國家郵電部經(jīng)營和管理的全國性的公用信息網(wǎng)，是Internet在我國的延伸。中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)（簡稱CSTNET）是以中國科學(xué)院的NCF網(wǎng)和CCASNET網(wǎng)為基礎(chǔ)，連接了中國科學(xué)院以外的一些科研單位而構(gòu)成的全國性計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

42、中國金橋信息網(wǎng)（簡稱ChinaGBN）是在國務(wù)院直接倡導(dǎo)下實施的國際公用經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)工程“金橋工程”的產(chǎn)物，是我國經(jīng)濟(jì)信息化的基礎(chǔ)設(shè)施之一。其主要功能和目標(biāo)是：為國家宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控與決策提供服務(wù)；為經(jīng)濟(jì)和社會信息資源共享提供服務(wù)；為企業(yè)應(yīng)用信息系統(tǒng)提供服務(wù)；為推動國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程，提高社會生產(chǎn)力提供服務(wù)。“金關(guān)工程”將海關(guān)、外貿(mào)、外匯管理以及稅務(wù)等部門和企業(yè)的業(yè)務(wù)處理聯(lián)網(wǎng)?！敖鹂üこ獭钡哪繕?biāo)是建立一個安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和良好的電子貨幣服務(wù)體系，加快我國金融電子化和商業(yè)電子化的進(jìn)程。162 學(xué)科知識體系一覽（1）模擬電子線路（AC）：研究各種半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用，內(nèi)容包括半導(dǎo)體二極管及其

43、基本電路、半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)、場效應(yīng)管放大電路、功率放大電路、集成電路運(yùn)算放大器、反饋放大電路、信號的運(yùn)算與處理電路、信號產(chǎn)生電路、直流穩(wěn)壓電源等。（2）數(shù)字邏輯電路（DC）：掌握組合邏輯、時序電路的基本分析、設(shè)計方法以及編程邏輯、在系統(tǒng)編程技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，為培養(yǎng)學(xué)生具有硬件系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用能力打下一定的基礎(chǔ)（3） 計算機(jī)原理與應(yīng)用（ CP ）（4）嵌入式系統(tǒng)（ES）：嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系

44、統(tǒng)等組成，它是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件”。相關(guān)課程的開設(shè)將選擇典型的處理器和操作系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)。（5）程序設(shè)計語言（PL）（6）信號與系統(tǒng)（SS）（7）網(wǎng)絡(luò)及其計算（NC）（8）通信原理與系統(tǒng)（PL）（9）圖形學(xué)和可視化計算（GV）：可以劃分成計算機(jī)圖形學(xué)、可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實及計算機(jī)視覺等4個相互關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域。（10）智能系統(tǒng)（IS）：計算機(jī)視覺、規(guī)劃和動作、機(jī)器人學(xué)、多主體系統(tǒng)、語音識別和自然語言理解等領(lǐng)域。（11）信息管理（IM）（12）微電子學(xué)（學(xué)科群）（13）軟件工程（SE）（14）現(xiàn)代微波技術(shù)（MW）：包括非電量微波測量、微波CAT、微波遙感技術(shù)和應(yīng)用、虛擬儀器、信息高速公路

45、與電子商務(wù)中的微波技術(shù)、衛(wèi)星通信(移動通信)中的微波技術(shù)等等，以及微波輸能概念和方法，微波化學(xué)的一些具體應(yīng)用，電磁兼容概念和在通信、家用電器中抗電磁干擾的方法等。電路技術(shù)基礎(chǔ)2.1 電路及基本物理量 2.1.1 電路的組成及功能 電路的組成 電路是為了某種需要而將某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的電流通路。由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)3部分組成。電路的主要功能 一：進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。 2.1.2 電流 電荷的定向移動形成電流。電流大小：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量。 大寫 I 表示直流電流小寫 i 表示電流的一般符號 正電荷運(yùn)動方向規(guī)定為電流的實際方向。電流的方向用箭頭或雙下標(biāo)變量表示。 任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。 1.1.3 電壓、電位和電動勢 電路中a、b點兩點間的電壓定義為單位正電荷由a點移至b點電場力所做的功。 電路中某點的電位定義為單位正電荷由該點移至參考點電場力所做的功。 電路中a、b點兩點間的電壓等于a、b兩點的