关键词：电力电子系统；集成芯片/模块标准化；系统集成理论与方法
Abstract: This article mainly from the integrated chip /China electric power and electronic system the current standard modules; analysis of integrated system on chip /power electronics integration module and key technical standards for power electronic system integration theory and methods of these three aspects of integrated study of electric power system, want to help development for electronic system in our country.
Key words: power electronics system integration chip /module; standardization; integrated theory and method system
中图分类号：TP271+.5 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
引言：近年来，随着我国经济的不断发展，我国社会以对电力电子系统的集成研究也开始重视起来。对于电力电子系统的集成技术来说，具有标准化，模块化以及能够可编程的集成系统是极有利于加速电力电子的系统级水平研究和设计，不仅如此，这还能够极大程度的提高电力电子产品本身的标准化、模块化以及智能化和产品生产过程中自动化程度，这也是当前社会的任何生产领域特别是现代工业生产领域中若想实现生产自动化的必可不少的关键技术之一。因此，电力电子系统集成技术能够给当前社会的电子技术、计算机以及工业自动化领域带来极其深远和革命性的影响。
1. 电力电子系统的集成芯片/模块标准化
电力电子系统的集成芯片/模块标准化的研究也即是要建立电力电子标准模块，对它的研究可以从芯片/模块标准化的特点以及实现的条件这两方面进行分析：
1.1电力电子标准模块的特点，
电子标准模块能够具有以下的特点：标准化，也即是能够有自己的标准，在系统的内部能够很好的区分；通用性，也即是指电力电子标准模块能够众多的应用场合；可扩充性，这主要是指电力电子系统的标准模块能够通过其他的附加标准的功能部件，进而能够实现拓扑变结构，从而能够使得标准模块能够
适应特定应用的需要。在其中注意的的是，可扩充性的标准接口应该有以下的两种类型：功率传输标准接口以及数据通信标准接口。通过这两种标准接口，从而能够使得不同标准模块能够编程组成新的电力电子系统。
1.2实现条件。
要实现上文的标准模块能够具有的特点，那么就应该确定标准模块的基本的电路结构，下面就从标准模块的DC/DC 变流器的筛选入手，从而能够制造出适用标准的DC/DC 模块候选拓扑：①一般功率DC/DC 变流器拓扑初步筛选的标准，也就是从标准模块的输入电压高低，输出电压高低以及输入输出范围宽窄，还有就是输出输入的功率等级大小入手，确定最适合的DC/DC 变流器②中等功率DC/DC 变流器拓扑的筛选和优化，中等功率的DC/DC 变流器拓扑的筛选应该在一般功率DC/DC 变流器拓扑初步筛选的标准的基础之上，还应该注意拓扑的适应特性和变换效率以及拓扑损耗可集成性等等。③小功率DC/DC 变流器拓扑初步筛选的标准，小功率的DC/DC 变流器由于基本应用于当前的通信网络以及计算机等等的设备适配器以及各种分布式的电源系统，因此，对于这种DC/DC 变流器拓扑注重的是同步整流驱动也即是整流的效率最为重要。
2. 电力电子的集成系统芯片/标准集成模块关键技术
电力电子的集成系统芯片/标准集成模块的关键技术分析，主要可以从变流器的稳定性及阻抗特性以及PSOC 的研究这两方面入手分析：
2.1变流器的稳定性及阻抗特性
对于变流器的稳定性关键技术也即是指的是要改善系统的级联的稳定性，那就是要使标准模块的输入阻抗越高，输出阻抗越低，下面就具体的分析：
输入阻抗的改善。对于标准模块的输出阻抗的改善，下面就具体的以Buck、Boost 以及Buck-Boost 类拓扑进行分析，由于在峰值电流模式所控制变流器拓扑中，斜率补偿深度决定着输入阻抗的大小，在这三类的拓扑中，它们的补偿深度下面公式所示：
其中D表示补偿深度，n • D′表示理想补偿深度，因此，输入阻抗的改善应该从补偿深度入手，根据实际情况维持合理的补偿深度才能够有一个最合适的输入阻抗。
输出阻抗改善。对于输出阻抗的改善，可以从下面的电压闭环系统的输出阻抗的通用公式进行分析：
其中，Zeo指的是开环的输出阻抗，Tv指的是电压环的环路增益，因此，合理的增强电压环的环路增益或者减小开环的输出阻抗都能够达到减小电压闭环系统的输出阻抗的目的。
2.2PSOC 的研究
PSOC（Power System on Chip）的概念主要还是基于SOC 和智能功率集成电路的基础之上，其研究的内容主要是希望能够将电源、传感器、功率电路以及驱动电路和控制电路全部集成于一个芯片上，进而能够形成拥有部分甚至完整功能的单片功率系统。
现代的PSOC 的研究主要引入了IP核，结构模型库，IP 库，功率器件模型库等等概念，从而将PSOC程序化，如下图1所示；从而达到制造出有效的控制芯片为目前的电力电子系统集成以及专用芯片的制造奠定基础。
图1：PSOC 的制造程序
3. 电力电子系统集成理论与方法——标准的数字控制开发平台
目前，我国的电力电子系统集成理论与方法主要还是以标准的数字控制开发平台为核心，下面对其进行简单的分析：
对于标准的数字控制开发平台分析主要就是以下的部分：核心部分的数控核心模块，它研究的主要就是基础的标准化分布式辅助供电系统以及王铮控制平台的电力电子装置的数字控制功能，从而提高整体的性能；中间部分，主要是隔离驱动端口以及系统之中的开关量与模拟量控制与反馈通道以及数据通信接口等等，是系统重要的连接组成部分；外面部分，外面部分主要就是系统集成的基本仪器，是整个系统的基础，具体如图2和图3所示：
图2电力电子系统集成化数控平台的概念性结构
图3 电力电子系统集成化数控平台基本结构
结束语：总而言之，电力电子系统集成研究这涉及到了当前许多的研究领域，也关系到很多电力电子应用基础理论以及关键技术问题的解决，这可以说电力电子系统的基础研究是电工学科、信息学科以及材料学科等等多学科的综合研究，是一个能够使得电力电子系统集成形成产业的过程，这代表着了当前电力电子技术的研究的方向以及表明了电力电子技术发展的趋势。这也就是说电力电子系统的集成研究能够具有促进当前我国的电力，能源以及其他领域的工业生产过程中自动化变革，能够提高工业生产效率，推动社会的前进，所以，对于电力电子系统集成的研究不仅仅具有极其重要的学术研究和实用意义，还具有极其重要的社会意义。
参考文献：
【1】赵良炳 近十年我国电力电子领域的新进展及未来主要研究课题A]全国电源技术年会论文集( 14 届)
【2】顾亦磊，吕征宇，钱照明. DC/DC 拓扑的分类和选择标准. 浙江大学学报（工学版） 2004，（10）:1375～1379
【3】Van Wyk J D, Jr Cronje W A, Van Wyk J D, et al.Power electronic interconnects: skin and Proximity-Effect-based frequency Selective-Multipath propagation. IEEE Transaction on Power Electronics, 2009,20（3）: 600～610
（南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210023）
【摘 要】本文从分析集成电路设计实践教学的特点入手，对集成电路设计实验中引入研究型实践教学模式的必要性、作用分析及具体实施方法进行了具体探讨，并提出了研究型实践教学对老师、对学生的要求。
关键词 实践教学；集成电路
基金项目：南京邮电大学教改项目（JG03314JX17）。
作者简介：夏晓娟（1982—），女，南京邮电大学，副教授，从事集成电路设计领域的教学与科研工作。
随着教育改革的不断深入，随着我国电子信息技术飞速发展，迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变，且电子产品发展迅速，集成电路设计是与最前沿科技紧密相连的一个方向，相关的课程也应与前沿科技紧密相连，课程的学习更要注重理论联系实际，培养学生的科学思维能力和分析问题解决问题的能力。因此，集成电路设计实验应在传统的实践教学方法基础上，在“研究型实践教学模式”方面进行探讨和实践。“研究型实践教学模式”是指在实践教学中指导学生将所学理论知识用于行业实际问题分析的一种实践方法，旨在培养学生创造性的运用知识、自主的发现问题、研究问题，并解决问题的能力[1-2]。
1 确立研究型实践教学模式的必要性
集成电路（Integrated Circuit，IC）产业是信息产业的基础和核心，随着我国电子信息技术飞速发展，迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变，大多设计均采用无生产线设计，加工采用代工方式。成电路设计具有一定的特殊性，集成电路设计过程需要集成电路专业人才经过严格的实践训练并且积累一定的工程实践经验。全国集成电路设计相关企业对于人才的需要也越来越严格，越来越需要能力型的、具有创造力的人才，应聘的条件之一就是需要有集成电路设计的相关经验。作为一般理工科院校集成电路专业的发展在一定程度上缺乏对集成电路设计应用型人才培养的认识。因此，我们应该改变传统观念，树立IC设计研究型人才培养观。
集成电路设计实践主要是提供学生一个实践平台，采用先进的集成电路仿真软件，将书本上的知识采用模拟的方法进行加深理解。实践内容既是电路、模拟电子技术、数字电子技术以及课程设计中所学知识的应用，又是与最前沿科技紧密联系的。而传统的教学内容和教学模式，缺乏对学生创造力的培养，也缺乏与前沿科技的联系，因此需要进行教学改革的探讨和实践。
随着教育改革的不断深入，传统的实践教学中“以教师为中心”、“以灌输为主要方式”的教学模式已无法适应时代的要求。先进的教学模式是人才培养的关键措施。研究型教学模式，又称为研讨式教学模式，是指教师以课程内容和学生的知识积累为基础，引导学生创造性地运用知识、自主地发现问题、研究问题和解决问题，以学生为中心，以知识掌握为基础，以能力培养为主线，以提高素质为目的的一种新模式。集成电路设计实践同样需要采用先进的教学方式，提高学生的创新能力，培养研究型IC设计人才。
2 研究型实践教学模式的作用分析
集成电路设计实践引入研究型实践教学模式，可以使相关领域的学生真正实现学有所用，不仅学习了集成电路设计的软件知识，同时可以将课堂的理论知识通过工艺模型、电路设计、仿真方法来复现，从而更深入的理解理论知识，而且可以通过一些电路实例来解释生活中的一些现象，激发学习的兴趣。
集成电路设计是实践性很强的一个方向，要求将工艺、器件、电路、版图四个方面的理论课程融会贯通，而传统的实践教学旨在加强学生对软件的认识，忽略对理论内容的加深与贯通。通过研究型实践教学模式的开展，可以在保证教学大纲不变的前提下，通过选择适用性较强的实践内容，使学生一方面能够将各门理论课的知识加深及贯通，另一方面可以使学生接触到用人单位感兴趣的课题内容，有利于学生加强实践的动力和持续进步。通过研究型实践，对学校而言，可以培养更优秀学生；对学生而言，可以掌握前沿知识、促进就业。
研究型实践成果的实现为学生的晋升、发展提供支持。学生的实践研究成果如能公开发表或获奖，能解决实际工作中的问题，这无形中为学生在工作岗位上的晋升、发展增加筹码。这在最大程度上激发学生的实践兴趣，是其他任何实践模式都不可比拟的。同时，研究型实践教学鼓励学生多看文献、多写总结报告，这也为学生撰写本科毕业论文打下良好的基础。
3 研究型实践教学模式的具体实施
3．1 课程结构优化
指导学生接触各类资料，能够提出问题，进而解决问题以掌握知识、应用知识，完成对知识的一个探求过程；对实验内容进行适当调整和完善，使课程体系更全面更科学，更能贴近行业发展，更能体现学生的主动性。
3.2 采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法
在研究型实践教学模式中，师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要，结合国内外的研究现状和发展趋势，采用与行业内吻合的实验软件，挑选合适的电路原型做仿真设计，并共同探讨电路的优化方案。
3．3 专业资料查询能力培养
为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理，鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料，以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究，去伪存真，指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。
3．4 指导学生撰写专题论文（报告）
在研究型实践教学过程中，指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时，要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式；要先拟订论文的写作提纲，组织好论文的结构，做到纲举目张；会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想，不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论，由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料，进行研究，完成电路设计和仿真，最后完成专题论文的撰写。
3．5 鼓励学生参与课题研究
为调动学生参与科研创新活动的积极性，激发学生的创新思维，提高学生实践创新能力，鼓励学生参加老师的课题，锻炼学生的动手能力，培养“研究型”的思维模式。
4 研究型实践教学模式对教师和学生的要求
4．1 研究型实践教学模式对教师的要求
研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求：一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构，还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能；二是要掌握学科最新信息，不断更新知识，了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果；三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。
4.2 研究型实践教学模式对学生的要求
研究型实践教学模式对学生的要求：一是学生要有一定的知识积累，储备了比较完备的基础知识；二是要求学生具有一定的专业知识水平，熟练掌握集成电路的一些理论知识；三是要求学生具备一定的自我控制能力和自学能力；四是要求学生具备一定的科学研究能力。在研究型教学中，学生积极参与显得尤为重要，需要充分调动学生的积极性和主动性。
参考文献
［1］黄雪梅.研究型实践教学有效实现的三个关键环节[J].理工高教研究, 2009,4,28(2):136-137.
关键词：遥感 GIS 电力优化 选线 空间分析 分类
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0078-02
输电线路径的勘测设计是电力工程建设中的一项主要环节，路径选择的优劣直接影响输电的安全性、便捷性和经济性。针对输电线路路径选择现已广泛使用卫片、航片、全数字摄影测量等新技术。特别是遥感技术可实时、快速、动态地提取输电线沿线地区的地质、地貌、地形等特征，为线路的选择和确立提供依据。目前的研究，多数基于30m空间分辨率的TM数据通过目视解译的方法，人工解译输电线沿线地区的不良地质现象、岩性地质构造等信息。实质上，随着遥感技术及的发展，卫星遥感不仅可获取更高分辨率的遥感图像，并且，高分辨率卫星遥感影像还可提供立体像对。高分辨率遥感数据具有丰富的光谱特征和纹理特征。通过分析这些特征，结合遥感图像自动分类的方法，可快速得到区域土地覆盖/土地利用类型图，从而提取输电线路径选择的影响因素，如居民区、道路、水体等。此外，基于数字摄影测量方法，卫星立体像对可用于建立DEM数据，制作正射影像图，三维地面模型等。因此，综合高分辨率多光谱数据及卫星立体像对数据，自动提取输电线沿线地区的地物要素、地形等特征，构建GIS数据库，通过GIS空间分析方法实现输电线路径优选。这是加快数字电力工作现代化进程、提高设计效率及输电线路设计的自动化、信息化水平的重要途径之一。
该文以输电线路径选择为目标，研究遥感及GIS应用其中的关键问题，具体如下：（1）利用QuickBird数据提取输电线沿线地区的地表信息，重点关注居民区、道路、水体和沿线主要企业对输电线路径选线设计的影响，研究基于QuickBird多光谱遥感数据的地表信息自动提取方法。（2）研究利用IRS-P5遥感立体像对数据建立研究区数字高程模型，为路线优选提供地形影响因子即地表坡度。（3）将QuickBird多光谱遥感数据提取的地表信息的栅格数据转换为矢量数据，与数字高程模型及地表坡度图等信息集成于GIS系统，采用GIS空间分析方法，按照110～750kV架空输电线路设计规范要求，进行输电线路径优选。（4）进行居民地、道路、水体、输电线路径与DEM叠加的三维地表模型漫游。
1 研究区概况及数据
选定约5km×16km范围作为路径设计的研究区，研究区位于东经约119°12'～119°14'20″，北纬约31°35'45″～31°45'25″。研究区地貌特征部分为低山丘陵岗地，最大高程约为240m，大部分地势较为平坦；水系较为发达，区内分布较多的水库、河流；区域内基本无不良地质构造。道路主要有沿江高速公路、104国道、S340省道等公路；城镇主要有天王镇、袁巷镇及散落分布大小不一的村落；主要企业有垃圾处理厂、制药厂、镀锌厂、油品剂厂、公路收费站等。这些地物要素都是输电线路路径设计过程中应考虑的影响因素。
该研究采用的遥感数据有QuickBird数据，用于提取地表地物信息；IPS-P5卫星遥感立体像对数据，用于建立研究区数字高程模型。
2 研究方法
2.1 地表信息提取方法
首先用18个野外实测的GPS控制点（控制点高程精度为±7cm，平面坐标精度为±5cm）对QuickBird遥感图像进行几何校正，误差均控制在1个像元以内。然后，针对输电线路径优选的目标，采用决策树分类算法提取影响输电线路径选择的主要因素，重点关注居民区、道路、水体等对输电线路径选线设计的影响要素。决策树法分类算法根据影像的不同特征，从训练样本数据集中发现分类规则，集成遥感影像的光谱特征、纹理特征和空间分布特征生成各结点的判别函数，由一个根结点开始，不同取值建立二叉树的分支，在每个分支子集中重复建立下层结点和分支，最后形成决策树。由各结点的判别函数对遥感图像中的各像元进行逐层的识别、归类，通过若干次中间判断最终得到判别分类的结果，决策树的终极结点即为分类结果。
2.2 IRS-P5立体像对的几何定位模型及DEM
提取IRS-P5采用有理多项式RPC（rationalpolynomialcoefficients）模型作为立体像对定位的几何模型。RPC模型的实质是将地面点大地坐标D（B，L，H）与其对应的像点坐标d（x，y）用比值多项式关联起来，立体模型经过绝对定向，最终建立数字高程模型（DEM），并对生成的DEM编辑。
2.3 GIS空间分析及路径优选
依据110～750kV架空输电线路设计规范，明确选线条件如下：（1）与居民地的关系：一般22万伏可跨居民地，50万伏距居民地15m；（2）与道路的关系：距高速公路30m，交角>60°，与道路平行距离为50～80m；（3）与河流的关系：距河流20m；（4）地形地貌条件：地形坡度
3 结果与分析
3.1 基于光谱和纹理分析的信息提取
依据研究区土地利用/覆被类型的分布现状，初步确定研究区地物类型有：水体、居民地、水泥道路、沥青铺面道路、裸土、有植被耕地和林地等七大类。遥感图像中，各种地物由于其结构、组成及理化性质的差异，使得不同地物对电磁波的反射有其独特的特性，单纯用光谱特征很难将道路和居民地区分，因此需要借助于图像的纹理特征分析。通过对各类地物光谱特征及纹理特征的分析，确定参与决策树分类的决策特征变量有4个多光谱波段的亮度值、NDVI（归一化植被指数）和第一波段纹理对比度参数（Band1Con）等6个特征变量。比较各类地物的6个特征变量的响应特征，制定了分层分类规则，从而建立决策树分类模型，实施分类，得到初始分类结果。
该区域中影响输电线路径选择的主要地物要素为居民区、道路、水体、等。因此，对决策树地表信息提取结果进行分类后处理：（1）将两类道路合并；（2）对居民地信息主要以提取其边界为主，因此，可将居民地内的阴影归并到居民地类别；（3）裸土、有植被耕地、林地等对输电线路径的选择的影响可以忽略，都归为背景。分类后优化处理采用了2个步骤：首先，分别对居民地类别和道路类别采用自适应滤波方法对居民地和道路进行分类后处理，自适应滤波能够在保护图像清晰度及细节的前提下，抑制噪声。其处理结果可以去除居民地内部分噪声（如较小的小空和阴影），并归入居民地类别。同样也可以去除道路内的部分噪声点，使道路尽可能连续。然后，将处理后的居民地与道路类别转换为矢量数据，导入ArcGIS系统中，并以几何校正后的QuickBird全色波段作为背景图，将本应为道路而被错分为居民地的图形对象归并到道路图层。利用混淆矩阵方法检验分类精度，显示分类后处理的总体精度由原来的82.09%提高到92.83%。
3.2 IRS-P5立体像对的DEM提取结果
基于VirtuoZo工作站，利用RPC参数及16个地面控制点进行立体像对绝对定向，建立立体模型，模型的平面定位中误差为mx=±0.772m，my=±0.641，mz=±1.198，满足1∶10000DEM的要求。进而生成DEM，在立体观测的条件下对DEM进行编辑，消除缠绕在树木、建筑物等地物上的等高线，使高程格网点均切于地面，水域高程置平等，建立符合规范要求的DEM（空间分辨率2.5m）（见图1）。根据地理坐标，选取基于P5立体像对建立的DEM和航摄立体像对构建的1∶10000DEM（空间分辨率10m）的共同区域，并将P5建立的DEM重采样为10m空间分辨率使其与1∶10000DEM的空间分辨率相同，以便通过两DEM的差值运算来全面检验P5卫星遥感像对生成的DEM的检验精度。统计计算表明误差基本成正态分布，且较差在（-5m，5m）的点占89.3%。误差较大的点大多位于水域、有树林覆盖的山区及居民区。了解到航摄像对构建的1∶10000DEM数据没有经过DEM编辑，因此，这些表现为较大的误差并非一定是P5构建的DEM的误差。鉴于此点，利用DEM与正射影像地理坐标的链接，选择了10个稳定可靠的地形、地物特征点，读取各自的高程，以1∶10000DEM为参考值，则由P5建立的数字高程的中误差为±1.94m。
3.3 基于GIS的输电线路径优选
GIS可以最大限度地将有关信息集成起来，从而为电力系统决策人员提供一个多元化的决策依据。因此，将QuickBird数据提取的地表信息的栅格数据类型分层分别转换为矢量数据，同时将QuikBird正射影像图、路径起止点、DEM、地表坡度、原常规方法选定的输电线路径分别分层导入到ArcGIS系统中，并根据已有地形图判读出研究区内的重要单位，建立重要单位点图层。图2给出了用于空间分析选线的各矢量数据图层。
依据线路起终点位置，按照220kV和500kV输电线路径要求，路径选择宜靠近现有国道、省道、县道及乡镇公路，改善交通条件，方便施工和运行以及电力设计选线条件，建立了空间分析模型（见图3）。首先确立了适宜选线的区域，然后依据空间分析结果中适宜选线区域，以地形坡度图和空间分辨率为0.6m的QuickBird全色波段正射图像为辅助数据，尽可能沿道路选线，确定输电线路径。按照上述要求确定了220和500kV输电线路径。
220 kV路径总长18 053.67m，500kV路径总长18 088.80m，所选路径满足输电线路设计规范要求（参见110～750kV架空输电线路设计规范（报批稿）。20080602（新版），主编：中华人民共和国建设部。中华人民共和国建设部，国家质量监督检验检疫总局联合）。将数字高程模型与各类矢量数据图层，如居民地、水体、道路和输电线路径等信息叠加，基于VR-GIS方法，实现以输电线路径为路线的三维地表模型漫游，再现了研究区的地形、地貌，使成果更加直观，为宏观决策提供支持。选线结果与原有常规方法所选路径总长（18 456.95m）相比，路径总长减少了约400m，在一定程度上减少了工程造价及竣工后的运行维护费用。具体的表现在除了减少了输电线总长外，同时还减少了塔数、塔材、基础钢材、基础混凝土及运行维护费。此外，采用遥感及GIS方法选线解决了常规勘测方法中已有资料陈旧、作业工期长、采集数据困难、对环境保护不力的问题，大大地缩短勘测设计时间。因此，遥感技术可作为对工程的造价控制的有力环节。
4 结语
针对输电线路径优选的目标，依据多源遥感数据，基于各种地物类型光谱特征知识分析，并结合遥感影像的纹理特征，采用决策树分类算法提取影响输电线路径选择的主要因素。研究结果表明，该分类方法能有效地进行地物分类与识别，特别是综合光谱和纹理信息有效地解决了裸土与居民地的混分现象。自适应滤波有效地去除了居民地和道路内的噪声，净化了地物类别并提高了分类精度。同时利用遥感立体像对数据，基于数字摄影测量方法构建了DEM，其精度能够满足输电线路径优选的要求。综合地物和地形多要素作为输电线路径优选的约束条件，采用GIS空间分析方法，实现了输电线路径优选。沿输电线路径的三维地表模型漫游，再现了研究区地形、地貌，使成果更加直观，为宏观决策提供了支持。与常规的航空摄影测量方法相比，将现代3S集成技术引入到输电线路径的优选中，节约了成本，提高了工作效率，对加快数字电力工作现代化进程有一定的意义和实用价值。
参考文献
关键词：抗干扰方法；传导干扰分析；隔离开关开合
根据以往的实验数据分析发现，电子式互感器在电磁干扰的情况下可能会出现故障。在系统短路以及开关操作的应用环境下，电子式互感器与一次导线的安装位置距离比较近，在电磁场耦合与直接传导等方面的干扰下容易受到影响。相比于电磁兼容标准来说，这些方面的干扰明显强于规定标准。
1 隔离开关开合下电子式互感器传导干扰的关键问题分析
在进行电磁兼容试验之前，实验人员需要对实验环境进行适当的调整，使实验环境与电子式互感器的实际应用环境相一致。在以往的实验研究中，许多实验通过隔离开关操作所引发的电磁干扰来测试电磁兼容性，对电子式互感器在运行状态下所存在的部分问题进行了深入的分析。然而这种实验方法在目的上主要体现在电子式互感器的质量方面。对于电子互感器中隔离开关开合干扰的传播过程与产生机制没有进行深入的研究与分析。所得到的实验结果也无法为电子式互感器的生产厂家提供有参考性的意见与建议。
本次实验研究对电子式互感器在运行状态下所受到的来自于隔离开关开合方面的影响进行了深入的研究与分析，通过建模仿真的方式对电子式互感器中传导干扰信号的传播机理与生产机制进行了研究与分析。同时，通过样机互感器，对相关抗干扰措施的有效性进行了判定。
2 建模
2.1 空心线圈电流互感器电磁干扰分析
本次实验研究所选用的电子式互感器以空心线圈为基础，由合并单元、采集单元与一次传感单元等元件所组成。重点分析不同部位在运行状态下的干扰情况。
2.1.1 一次传感单元所受干扰分析
当前我国所生产的电子式互感器普遍使用较宽的线圈频带，由于所使用的电流信号频率较大，在空心线圈范围内会出现比较大的电压信号，影响空心线圈的运行状态。部分电子传感器在电气边接的状态下还可能会将电压信号传递给采集单元，进而影响到采集单元的运行稳定性。若被测电流为10kA，则工频50Hz电流频率下所产生的输出电压可以达到0.2V，若被测电流为300kA，则工频50Hz电流频率下所产生的输出电压可以达到1200V。这对于采集单元与线圈本身来说是一项十分严格的考验。
2.1.2 采集单元所受干扰分析
通常情况下，采集单元的位置往往在屏蔽盒内，同时设置了电源接口、信号输出接口与信号输入接口。在运行状态下的采集单元所受到的干扰主要来自以下两个方面：第一，在隔离开关开合的状态下，暂态信号会作用与空心线圈，采集单元在电气连接的作用下感应到暂态信号；第二，开合过程中的隔离开关在电磁辐射的过程中产生瞬态电磁场，对于正常工作状态下的采集单元电路会产生一定程度的影响。其中比较严重的干扰为第一类干扰，金属屏蔽盒的作用下，第二类干扰相对来说比较小。
2.1.3 合并单元所受干扰分析
采集单元与合并单元之间需要通过光纤来对信号进行传输。由于通常情况下采集单元不会受到直接的传导干扰。处于控制室内的合并单元不会受到十分强烈的电磁辐射干扰。
经实验研究性，采集单元与传感单元位于同一个一次本体，相比于合并单元来说，会受到更加严重的电磁干扰。传感单元是采集单元的主要干扰源，在建立传感单元模型的过程中，要感应输出过程进行仿真处理，对采集单元在输出后的具有状态进行分析，结合仿真结果，对各项抗干扰措施进行科学有效的制定。
2.2 隔离开关开合试验建模
暂态电流信号是产生干扰的主要源头。本次实验研究通过电路开全来收集暂态电流，再通过空心线圈与暂电流来对暂态输出信号进行模拟。对隔离开关过程中所产生的感应频率与感应电压进行分析。A/D转换器是采集单位十分重要的组成部分之一，这就需要对A/D转换器与空心线圈之间的关系进行专门的分析。最后，根据输出信号所体现出来的具体特点对抗干扰措施进行制定。在建模仿真技术的支持下，具体的抗干扰技术进行改良与优化。
3 抗干扰措施的优化设计
为了提高电子式互感器的抗干扰能力，在部分应用环境下可以使用防护器件，需要注意的是所使用的防护器件不可以对互感器的正常工作状态造成干扰，在没有抗干扰措施和施加抗干扰措施两种状态下的输出情况，互感器在加抗干扰措施的同时也加入了TVS管与RC滤波电路，可以得到相互重合的波形，通过FFT分析法对两种波形进行研究，这两种滤形只存在0.01%的差异，提示在电子互感器中加入防护器件对于正常运行状态下的互感器不会造成影响。
选取多层微波电路中，微带线-带状线-微带线通过过孔互连的结构模型，使用电磁仿真软件HFSS对过孔进行电磁特性分析，得出过孔散射参数（S参数）。分析不同参数：过孔半径、接地板开孔半径、是否存在接地孔对过孔的传输特性的影响。所得出结论对实际应用设计具有指导作用。
【关键词】多层微波电路 过孔 微带线 带状线 电磁特性 散射参数 HFSS
1 前言
随着集成电路工艺的不断发展，微波电路趋向于集成化、小型化。微波电路已经从分立原件发展到三维微波集成电路，又称为多层微波电路（Multilayer Microwave Circuits）。在多层微波电路中，不同电路层之间的连接线问题，已经成为微波集成电路设计的重要课题。而过孔已经成为多层微波电路中不同层间信号互连的重要方式。
过孔是一种“不连续”结构，随着电子器件的小型化和工作频率的不断增加，由于其不连续性引发信号在传输过程中的反射、辐射会不断增加，当工作频率达到微波阶段以后，这些反射和辐射就必须加以考虑。因此，对过孔的电磁特性分析，对多层微波电路的设计和分析具有重要意义。
本文对选取的微带线-带状线-微带线结构模型，通过仿真软件对不同参数：过孔半径、接地板开孔半径、是否有接地孔进行分析，得出这些参数对过孔的电磁特性的影响。
2 过孔结构分析
2.1 过孔模型
本文从实际应用角度出发，选取了具有实际应用价值的简单多层微波电路进行分析，并对该结构进行简化以便建立合理的分析模型。下图中，图1为实际应用的多层微波电路。该微波电路总共有4层，顶层为左右两条微带线，中间层为带状线带通滤波器，顶层和中间层通过过孔互连，实现微带线-带状线-微带线结构。图2为图1结构的简化分析模型，将中间层带状线带通滤波器简化为带状线，从而便于分析计算。由于本文的重点工作是对过孔互连结构的电磁特性进行分析研究，将实际应用的带通滤波器简化为带状线，不会影响分析结果，对于带状线滤波器的设计与分析以及带状线的传输特性问题不做考虑。
2.2 过孔互连方式
图3为微带线-带状线-微带线模型的侧面图。水平微带线通过过孔与中间层带状线连接，信号从顶层微带线传输经过过孔传输到中间层带状线，再经过过孔传输到顶层微带线。常见的过孔连接方式有三种，这三种情况均忽略了过孔焊盘。本文的分析中主要使用连接方式3。（见图4）
3 仿真分析
运用电磁仿真软件HFSS对所构建模型进行电磁仿真，得出过孔的散射参数。主要研究过孔半径r，接地层开孔半径R对该微带线-带状线-微带线过孔互连结构传输特性的影响。由于单独研究研究过过孔半径r变化，接地层开孔半径R变化，是否存在接地孔对过孔传输特性的影响时，其结果与介质层选取无关，为简化仿真计算量，快速得出散射参数，将介质层设为空气，导体设为理想导体。，分析频率为0.5G-10G，扫频间隔设置为0.2G。
3.1 过孔半径的影响
通过仿真可以得出过孔半径变化时，散射参数S11和S21的变化曲线。图5、图6分别为过孔半径为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm时的S11和S21变化曲线。S11表示信号的反射系数，也称为反射损耗。其值大小反应信号被反射回源端口的多少。S21表示信号的正向传输系数，也称为插入损耗。其大小反应信号传输到目的端口的多少。
比较数据可以很清晰的看出：随着过孔半径的增大，反射系数和传输系数都不断增大。分析信号的传输性能时主要考虑传输系数，因此设计过孔时应尽量保证其较小的半径。
3.2 接地层开孔半径的影响
通过仿真可以得出接地层开孔半径变化时，散射参数S11和S21的变化曲线。图7、图8分别为接地层开孔半径为0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm时的S11和S21变化曲线。
比较数据可以很清晰的看出：随着接地层开孔半径的增大，反射系数增大，传输系数减小。因此，考虑传输性能时，较小的接地层开孔半径能改善信号的传输质量。
3.3 接地孔的影响
多层微波电路中，各个接地金属层间通过互连形成统一参考面，接地孔的存在直接影响过孔的传输特性。仿真中，直接选取有无接地孔对比，对微带线-带状线-微带线过孔互连结构的传输特性进行分析。图2为有接地过孔。对比分析中去掉该孔进行仿真得出两组数据。
图9中，随频率的升高，过孔的反射系数不断增大；但有接地过孔的反射系数变化较为缓慢，且整体的反射系数小于无接地孔情况。图10中有接地孔时传输系数最大衰减为-1.75db，显然小于无接地过孔时的-2.25db。因此，接地过孔的存在是对该微带线-带状线-微带线过孔互连结构中过孔传输特性的改善，使得信号的反射减弱，传输变强，在某种程度上改善传输质量。与实际设计应用相吻合。
4 总结
本文从实际应用角度出发，选取了一个具有实用价值的结构，抽象出一个合理的仿真模型。通过电磁仿真软件HFSS对微带线-带状线-微带线模型进行仿真。得出了几个简单的过孔设计结论：1.过孔半径增大，传输系数也随之增大。2.接地层开孔半径增大，反射系数增大，传输系数减小。3.接地孔的存在能改善传输质量。这几个结论对实际应用设计具有指导作用。
由于时间关系，本文对过孔传输特性只做了部分研究，文中还有多处可改进深入研究的地方。例如：介质层材料及厚度的不同对过孔传输特性的影响、导带宽度对过孔传输特性的影响（此处涉及不同的连接方式）、接地孔的半径、数量及接地过孔与信号过孔的位置对过孔传输特性的影响。在以后的学习中，我将进一步对其他地方进行深入研究。
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【关键词】 电能量计量 无线通信 智能电网
当前智能电网已经成为今后发展的必然趋势，智能电网以提升电力服务运行效率为主要目标，在实际发展过程中智能电网的兴起和发展对于促进经济社会的发展有着非常重要地作用。从实际情况来看，电能量计量系统的性能对智能电网具有十分重要地意义，为了保证智能电网的运行就必须要科学合理地设计电能量计量系统。基于无线通信技术的电能量计量系统是今后发展的必然选择，在今后发展过程中加强对这项技术的研究已经成为今后发展的必然选择。
1 需求分析和总体框架设计
（1）需求分析。分析需求是进行设计地重要前提，为了实现科学设计首先就需要明确需求。了解真实需要非常重要。从以往的实际情况来看，有线通信方式已经不能够适应日益复杂的形势，有线通信方式需要铺设信号载体、传输过程中容易受到破坏且线路检修很麻烦。正是因为具有这样多的特点，在今后工作过程中就必须要不断加强对无线通信技术的研究。无线通信技术本身是不需要布线的，在实际传输过程中受到的影响也较小。
以太网技术的引用已经成为今后发展的必然选择，整个居民的数据都应该引入到以太网中，这项技术的引用对于实现随时随地缴纳电费有着十分重要地意义。这有助于提升工作人员自身效率。阶梯电价计价方式已经成为今后发展的一种重要地计价方式。这种计价方式的应用对于促进人们节约用电将发挥重要作用。
（2）系统总体设计。针对计量系统的设计首先是要从框架上来进行总体设计，在整体设计过程中电能量计量管理系统本身是分为网关层、电能量采集层以及管理层这三个层次的。为了实现科学分析本文将重点研究管理层以下的远程电能计量部分，具体而言将主要分析电能量采集层及网关层。
从硬件角度来看，电能量采集层主要是由信息传送模块及采集模块构成的。采集模块的主要功能就是要把电能量采集到一起并且要交给信息传送模块。信息传送模块主要是选用的是ZigBee系统级芯片。系统中网管层的主要功能就是要转换信息传递的形式。
2 硬件设计
系统的硬件设计主要是对系统中的采集层测量电路、传送电路以及网关层硬件来进行设计。对于这几个部分的设计应该保持高度重视。
（1）采集层测量电路设计。对于采集层测量电路而言，本文将主要采用AD71056芯片来进行设计，在实际工作中CF脚需要同单片机引脚相连，在计量过程中主要是要利用单片机中断功能来对脉冲进行计算，从而实现计算电能的目的。在实际工作中该芯片的CF引脚需要连接道光耦隔离电路中，光藕隔离电路本身的另一端需要连接道单片机的输入引脚。在整个系统中光耦隔离电路将能够起到隔离电路干扰的作用。
（2）传送电路设计。信息传送电路的设计是一个非常重要地环节，在实际工作中对于信息传送电路的设计需要保持高度重视。在设计过程中对于CC2530芯片应该不断加强研究，传送电路主要是以该芯片为主。传送电路设计过程中芯片VDD1电源需要连接到并联的去耦电容组上，100nF陶瓷电容的主要作用是为了有效滤除掉高频干扰。为了适应实际需要，在设计过程中还需要设计一个简单的平衡-不平衡转化电路，之所以要这样是因为该芯片中使用到的单极子是一个不平衡天线。
电路的设计是传送电路在设计过程中不可忽视的一个环节，实际工作中对于电路设计要能够保证芯片正常运行，同时还要能够完成点数据显示工作。为了实现这一目的就需要设计CC2530数据显示电路。具体而言就是要选择液晶显示屏LCD1602来完成这一目的。在采用这一显示器之后将能够实现有效显示。
（3）网管层硬件设计。网管层设计过程中重点是要做好LM3S9 B96以太网应用电路的设计，该芯片是由以太网接入控制器及物理接口收发器整合而成的。设计过程中该芯片将能够实现MAC及PHY的有效匹配。这对于简化设计，降低成本有着十分重要地意义。实际工作中为了保证芯片正常运行就需要通过网络变压器把PHY同网卡接口连接起来。为了保证信号耦合，还需要把芯片同外部隔离，这对于芯片的抗干扰及保护也是具有十分重要地意义的。
3 软件设计
系统中的软件设计是不可忽视的环节，软件设计主要是电能采集层软件设计。具体而言指的是采集层CC2530程序的设计。在实际设计过程中本文将采用事件轮循机制来进行设计。各层在进入初始化状态之后，系统将会进入到低功耗模式，此时一旦事件发生之后，系统就会被唤醒，系统将会进入到中断处理事件中，结束之后将会进入到低功耗模式中，当几个事件同时发生的时候就需要判断事件优先级，然后根据优先级来对各种事件进行逐步处理。通过采用这样一种软件架构对于降低系统功耗有着十分重要地作用。为了实现有效处理，在实际工作中还可以设置计时器。系统工作过程中需要输入一定代码，通过输入代码才能够保证系统正常运行。系统运行过程中需要输入以下代码：
osal―start―timerEx（Caiji―TasklD，Caiji―VOWER_EVT，1 0）;
基于无线通信技术的电能量计量系统的设计对于提升智能电网系统效率有着十分重要地意义，在今后工作过程中对于这样一种系统应该不断加强研究。本文重点分析了该系统的设计，今后设计过程中首先是要分析需求，然后是总体设计，最后再来进行硬件和软件设计。今后要不断加强这方面的研究，才能够适应实际发展的要求。
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【关键词】双极性器件；热现象；集成电路；可制造性设计
1.引言
技术计算机辅助设计（TCAD）主要是研发新的半导体器件结构和优化工艺流程及其器件物理特性参数的技术，在过去的二十年中，从纳米级微处理器到高压功率器件的研究过程中，TCAD已经成为集成电路设计非常重要的工具，随着计算机处理能力和运算速度的提高，TCAD在研究新的器件结构以及优化工艺流程的效率越来越来高，使用TCAD工具可以大大提高成品率，缩短产品开发周期和上市时间。
Sentaurus Workbench是当今全球最为著名的IC设计软件开发商美国新思科技（Synopsys Inc.）研发的新一代纳米级TCAD仿真平台，又被称为新一代集成电路虚拟化加工与制造系统。它集成了TCAD各模拟工具，具有直观易操作的图形界面，用户可以通过图形界面来进行半导体器件结构的研究及其制备中工艺模拟和器件仿真的设计、组织和运行，并通过它所提供的数据管理和仿真管理机制，对产品性能进行有效的预测，它自动地管理信息流，其中包括用户输入文件、项目参数信息和运用看图工具来分析器件特性。
2.Sentaurus Workbench的结构和特点
2.1 SWB的结构
SWB仿真系统基于开放性的图形化环境，集成了大量的工艺和器件TCAD仿真工具（图1所示），并嵌入了可对IC加工项目、加工实验类别及实验数据进行管理、组合和优化的功能，实现了对集成电路芯片加工的实际流程进行有效的虚拟化优化模拟。就是在SWB仿真系统中嵌入了实验设计（DOE）处理模块、表面响应建模（RSM）、实验数据统计分析模块、工艺条件优化模块、简洁工艺模型（PCM）、二维和三维可视化绘图支持模块等辅助工具。SWB仿真系统有效解决了IC工艺设计的中心化设计问题，使得半导体工艺条件的优化评估和器件特性的优化分析以及互联、布线设计和寄生效应分析变得更加容易。SWB通过一系列虚拟化仿真技术进行设计评估、产量优化和失效分析，最终确定出最佳工艺条件，从而达到提高效率和节省费用的目的。
2.2 SWB的特点
作为新一代TCAD设计工具，SWB具有以下特点（图2所示）。
多功能直观的图形用户界面，把仿真过程组织到项目和文件夹中，简化了复杂仿真项目的修改和处理；
工艺流程、电学特性测试程序和可视化绘图工具分层封装，保证对模拟数据流和模拟结果的有效管理，允许不同用户共享实验信息与数据；
可以进行实验设计方法、表面响应建模、优化和统计分析功能；
在同一图形用户界面的程序调度工具可以安排和监测正在运行着的仿真程序；
灵活开放的工具界面允许第三方工具软件嵌入并提供软件接口。
3.器件结构及制程的设计
本工作取双极性NPN晶体管为例，研究了NPN晶体管正常工作时体内热现象的分布，在SWB下实现小尺寸双极性器件热损耗结构的可制造性设计，并提出具有建设性意义的研究路线。
我们研究的小尺寸纵向NPN双极性晶体管的结构如图3所示。基极设计采用双多晶硅自对准结构，可以减小基极串联电阻，同时具有更小的寄生面积，从而使寄生电容变小，使器件的速度性能得到增强。采用了多晶硅发射极技术，有助于实现发射极剖面结构的工艺控制，而使薄浅基极的形成更加容易。隔离要考虑的重点是为了降低串联电阻以增加器件的工作速度，我们采用的是浅槽隔离（STI）。
器件制程设计综述如下：衬底参数为：N-外延层、N+衬底；外延层结构：1.6μm，掺杂浓度为2.5×1014cm-3，其上采用双多晶硅自对准结构。首先，淀积厚度为3500的P+多晶硅，在930℃热退火40分钟后形成外基区；然后，注入硼剂量为1.5×1013cm-2，能量为30KeV，800℃下热退火30分钟形成内基区。接下来，淀积SiO2作为隔离墙，再淀积一层厚度为3000的N+多晶硅，注入As剂量为2.4×1016cm-2，在1050℃快速热退火1分钟后形成发射极。淀积铝作为电极引线，N+衬底作为集电极。基区（注入）结深的设计值约为0.38μm，发射区（注入）结深的设计值约为0.24μm，故基区宽度的设计值约为140纳米。
4.可制造性设计的实现
首先，在SWB环境下实现工艺级和器件物理特性仿真，保持VCE=3.0V不变，将VBE作为变量，通过调节VBE使得VCE恒定，由SWB模拟可以得到VBE与晶格温度的关系曲线，如图4所示。
由图4可以看出，随着晶格温度的升高，VBE逐渐增大，在大约T=350K时，VBE达到最大值约0.735V。随后，随着晶格温度的升高，VBE却逐渐减小。
当IC=5×10-4A时，我们得到了与器件结构相对应的温变三维描述，见图5所示。
图5中X坐标与Y坐标分别表示晶体管水平和垂直方向的尺寸。由图5所示，器件器件纵向的温变最大值为437.83K，最小值为432.02K。图5是由工艺级的结构设计结果自动导入器件物理特性分析系统，基于小尺寸热电流三维模型数值求解得到的。显然，图5对于研究器件荷电状态下器件结构与热效应之间的关系是至关重要的。图5中Y方向上的零点为晶圆衬底与外延层的交界位置处，沿纵向点对点的温变定量分析充分地体现出管芯级可制造性设计的技术价值和技术含量。特别是Y轴负方向顶端所涵盖的区域是器件发射极内引线部分，该部分的温变行为将诱发管芯内电极金属化层的电迁移或造成台阶开路，所有这些，都会直接造成器件失效。
5.结束语
本工作基于集成电路模拟系统SWB可制造性设计完成小尺寸双极性晶体管（BJT）热现象相关的研究。客观上为读者展示了可制造性设计平台和典型的可制造性设计的技术路线。研究结果表示出，基于器件内部结构参数的可制造性设计同器件物理特性的虚拟分析构成的所谓TCAD一体化虚拟制造与保持器件特性的最优化设计是相当重要的。
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作者简介：
董志强（1955—），男，山东平阴人，海湾电子（山东）有限公司董事长兼总经理。
岳跃忠（1963—），男，山东嘉祥人，海湾电子（山东）有限公司工程部开发处处长，长期负责大功率整流桥系列的开发及性能研究，已有三项专利授权并获得两项山东省省级科技成果。
生物医学信号采集处理是生物医学研究的重要依据和基础,信号拾取、采集和处理的正确与否,直接影响到生物医学研究的准确性,因此,研究生物医学信号采集处理系统有着重要的意义.论文介绍了生物医学信号采集处理系统的概念和特点,并采取将生物医学信号调理和数据采集分别放在两块板上,解决了"一块板"设计中不同性质信号即数字信号和模拟信号间的相互干扰问题.大大提高了系统的抗干扰能力.从生物信号的特点开发,作者研究并设计了以AT89C51为核心的生物医学信号数据处理系统,并集成了一个电子刺激器,以满足不同的实验要求.作者首先阐述了生物医学信号数据处理系统的硬件接口电路设计;其次,对信号的输入电路、程控放大电路、滤波电路、电源模块及刺激发生器等功能模块的设计要点和工作原理进行了详细分析,并对系统软件的设计思想以及主程序、中断程序和其它功能程序进行了系统介绍.最后对系统进行了调试和分析,另外对系统的噪声和干扰也进行了分析和相应的防治.
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