大规模集成电路十篇

大规模集成电路篇1

1、大规模集成电路:LSI （Large Scale Integration ），通常指含逻辑门数为100门~9999门（或含元件数1000个~99999个），在一个芯片上集合有1000个以上电子元件的集成电路。

2、超大规模集成电路：VLSI（Very Large Scale Integration） 通常指含逻辑门数大于10000 门（或含元件数大于100000个)。是一种将大量晶体管组合到单一芯片的集成电路，其集成度大于大规模集成电路。集成的晶体管数在不同的标准中有所不同。尤其是数字集成电路，通常采用电子设计自动化的方式进行，已经成为计算机工程的重要分支之一。

（来源：文章屋网 ）

大规模集成电路篇2

21世纪第1个10年，我国集成电路产量的年均增长率超过25%，集成电路销售额的年均增长率则达到23%。我国集成电路产业规模已经由2001年不足世界集成电路产业总规模的2%提高到2010年的近9%。我国成为过去10年世界集成电路产业发展最快的地区之一。

但同一时期，国内集成电路市场规模也由2001年的1140亿元扩大到2010年的7350亿元，扩大了5.5倍。国内集成电路产业规模与市场规模之比始终未超过20%。如扣除集成电路产业中接受境外委托代工的销售额，则我国集成电路市场的实际国内自给率还不足10%，国内市场所需的集成电路产品主要依靠进口。这就凸显出我国集成电路产业的第一个隐忧：行业规模扩大迅速，但市场自给率一直得不到显著提高。

在产业规模迅速扩大的同时，我国集成电路行业的整体技术水平在过去10年也得到了全面提高。随着国内数条12英寸生产线的建成量产，国内芯片生产技术的主体已经由5、6英寸，0.5微米以上工艺水平提升至8、12英寸，0.18微米至90纳米的水平，其中中芯国际、大连Intel等企业的最高技术水平已经到65纳米的水平。

但是，虽然我国集成电路产业技术水平不断提高，但与国际先进水平的差距未能有效减小，这是集成电路产业的第二个隐忧。近10年来，受西方国家对集成电路技术出口限制的制约，我国集成电路芯片制造技术始终落后于国际先进水平2个技术节点，目前以Intel、三星半导体、台积电等为代表的世界领先半导体企业的32纳米集成电路芯片生产线已纷纷建成投产，相对于国内65纳米的最高技术而言，依然领先了45纳米和32纳米两个世代。

随着国内集成电路产业规模的扩大，以中芯国际、华虹NEC、海思半导体、展讯、长电科技、南通富士通等为代表的一批本土集成电路企业快速鹊起，并成为国内集成电路行业发展的中坚力量。但是，这些企业与Intel、高通、日月光等国际半导体巨头相比，无论是业务规模还是技术水平都还有着较大的差距。以中芯国际为例，其2010年的销售收入仅相当于台积电的1/10，其与全球第三大晶圆代工企业――Global Foundries的营收差距也在扩大。国内最大的IC设计企业――海思半导体，其2010年的销售收入也仅为全球最大的IC设计企业――高通公司的1/10，与全球第10大IC设计企业的营收差距也在40亿元以上。国内集成电路行业亟待打造堪与国际半导体巨头相抗衡的“航空母舰”。

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“十五”期间，我国集成电路产业进入发展最快的历史阶段。从2000年到2005年，我国集成电路产业销售收入从186亿元提高到702亿元，年均增长30.4%，在世界集成电路产业中的份额从1.2%提高到4.5%，市场规模翻了两番达到3800亿元，占到全球比重四分之一。芯片设计能力达到0.18微米，芯片制造工艺水平达到12英寸0.13微米，光刻机、离子注入机等关键设备取得重要突破。芯片设计业和制造业比重之和与封装测试业的比重之比从2000年的31:69提高到2005年50.9:49.1，产业结构更趋合理。涌现出一批具备较强竞争力的集成电路骨干企业，并形成了以长江三角洲和京津地区为中心的产业集聚区。

“十一五”期间，我国集成电路产业需要进一步提高自主创新能力，增强竞争力。为促进集成电路产业进一步健康、快速、有序发展，依据《信息产业“十一五”规划》，信息产业部制定了《集成电路产业“十一五”专项规划》（以下简称《专项规划》）。《专项规划》通过回顾“十五”期间我国集成电路产业发展情况，分析“十一五”期间面临的形势，对发展思路与目标、重点任务和政策措施分别提出了要求，以指导和规范我国集成电路产业按照科学发展观要求，实现可持续发展。

一、“十一五”面临形势

《专项规划》从技术发展趋势、市场分析、产业环境三个方面分析了我国集成电路产业面临的机遇和挑战。

（一）技术发展趋势

未来一段时间，随着设备和材料水平不断提升，集成电路产业链的各个环节的技术水平仍将保持较快发展。在设计方面，随着市场对芯片小尺寸、高性能、高可靠性、节能环保的要求不断提高，高集成度、低功耗的SoC芯片将成为未来主要的发展方向，软硬件协同设计、IP复用等设计技术也将得到广泛应用。在芯片制造方面，随着存储器、逻辑电路、处理器等产品对更高的处理速度、更低的工作电压等方面的技术要求不断升级，12英寸数字集成电路芯片生产线将成为主流加工技术，90纳米、65纳米工艺技术得到大规模应用，45纳米技术也将步入商业化；8英寸及以下芯片生产线将更多地集中在模拟或模数混合集成电路等制造领域。在封装测试方面，球栅阵列封装(BGA)、芯片倒装焊(Flipchip)、堆叠多芯片技术、系统级封装(SiP)、芯片级封装(CSP)、多芯片组件(MCM)等高密度封装形式将快速发展，高速器件接口、可靠性筛选方法、高效率和低成本的测试技术将逐步普及。在设备和专用材料方面，由于该环节处于集成电路产业链的顶端，其技术进步是直接推动产业链各环节进步的核心动力，12英寸芯片生产线、满足新型封装测试技术重大设备成为开发的主要方向，高K、低K介质、新型栅层材料、SOI、SiGe等新型集成电路材料将快速发展。

（二）市场分析

上世纪70年代以来，世界集成电路市场规模呈现了波浪式增长的发展趋势，年均增长率约15%。随着集成电路产业日趋成熟，竞争更加理性，“十一五”期间世界集成电路市场将进入平稳发展阶段，波动趋缓，预计年均增长率约为14%，2010年达到约3000亿美元。

从国内市场看，“十一五”前期国内电子信息整机产业尤其是笔记本电脑、移动通信终端等产品仍将保持较快发展。“十一五”中后期，随着国内电子信息整机市场发展趋稳，我国电子信息产品制造业规模的增长速度将回落至20%以内，集成电路市场增长也将趋缓，增长速度将略高于世界平均水平，年均约15%。按照这种估计，到2010年我国集成电路市场规模将突破8300亿元。在进出口贸易方面，“十一五”期间我国集成电路产业技术和产业化水平难以满足需求的局面无法得到根本扭转，贸易逆差的状况仍将持续呈现。

（三）产业环境

当前，集成电路产业的全球化趋势明显，资源在全球进行配置，跨国企业的改组或并购、分工合作的形式日趋多元化。为了把握集成电路产业转移的机遇，营造良好的发展环境，我国政府适时颁布实施了18号文件和51号文件，设立了集成电路专项研发资金，并不断加强知识产权保护力度，这些政策措施为我国集成电路产业发展营造了较好的氛围和环境。同时，在国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要、科学技术发展中长期规划纲要、2006-2020年国家信息化发展战略等重要文件中均将集成电路作为优先发展的重点领域。国家《进一步鼓励软件产业与集成电路产业发展的若干政策》正在研究制定，这些规划、产业政策的出台将进一步优化国内集成电路产业的发展环境。

同时，我国巨大的市场潜力和日趋完善的产业体系，对世界集成电路制造业、封装测试业以及整机装配业向我转移具有较强的吸引力，但是资金技术密集的设备材料等支撑产业、高端设计和新工艺技术转移步伐则相对滞后。一方面发达国家出于国家竞争战略考虑对集成电路产业的技术扩散设置壁垒，另一方面集成电路产业资金和技术密集型特点决定其发展不仅要求大规模资金的持续投入，还需要技术的不断积累和创新，跨国公司出于维护全球竞争优势考虑对产业转移严格控制。

“十五”时期以来，我国集成电路产业虽然实现了快速发展，产业规模和实力有所提升，但与国外先进水平相比，产业规模相对较小、自主创新能力较弱、产业链不完善、技术水平也较落后，在竞争中仍处于劣势。

总的来说，当前我国发展集成电路产业面临的机遇和挑战并存，而且机遇大于挑战。集成电路产业是电子信息产业的核心、基础和战略性产业，建立较为完善和具有竞争力的产业体系是实施信息产业强国战略的必然选择。未来一个时期我国集成电路产业发展的过程中，要善于利用世界集成电路产业转移的机遇，既要重视引进外资企业的先进技术和装备，鼓励企业发展高水平的芯片制造业、封装测试业，更要针对产业链薄弱环节，优先发展芯片设计业，重视材料设备等支撑业的发展，着重提高自主创新能力，开发具有自主知识产权的核心技术和关键装备和材料。

二、发展思路与目标

新形势下，“十一五”我国集成电路产业必须紧紧围绕国家的战略目标，进一步落实科学发展观，以规划引导行业发展，着力自主创新，提升竞争能力，落实产业政策，完善发展环境，协调产业结构，完善产业体系。

（一）发展思路

与以往相关规划相比，《专项规划》中最突出的特点就是从打造完善产业链中的角度，结合产业链各环节的特点，提出了我国集成电路产业发展思路。

(1)坚持完善产业链发展。这充分体现了我国在“十一五”期间发展集成电路产业的战略决策，这在以前的集成电路产业规划中是没有的，也进一步体现了科学发展观对《专项规划》中发展思路制定的科学化、措施可操作的要求。通过对国内集成电路产业链中各个环节的现状分析，以及对我们面临的形势认识，结合世界集成电路产业发展的趋势和要求，《专项规划》提出了“形成以设计业为龙头、制造业为核心、设备制造和配套产业为基础，较为完整的集成电路产业链”的总体思路。发展思路对设计业、制造业以及设备制造和配套产业等产业链各环节的明确定位，有利于指导我国集成电路产业朝着更为合理的结构发展。具体说，就是明确设计业的龙头地位，强调设计业在集成电路产业中的引领作用，将集成电路设计作为优先发展的领域给予重视，希望通过优先发展设计业，既满足国内不断增长的市场需求，同时带动产业链的整体发展。以制造业为核心就是考虑到制造业投资规模大，技术门槛高，整体带动性强，处于产业链的中游位置，是完善产业链的关键。设备制造和配套产业是完善产业链的必要环节，也是提高我国集成电路产业链竞争力的基础，没有设备和材料产业支撑，我国集成电路产业仍将受制于人。

(2)强调自主创新能力。“十五”期间我国集成电路产业实现起步，并初具规模，为下一步发展奠定了基础，培育出一批具备一定竞争能力的企业。但应该看到我国集成电路产业自主创新能力还相对薄弱，无论研发实力、知识产权拥有程度，还是市场控制力都不强。在今后的五到十年，我们要着重提高自主创新能力，尤其要壮大作为产业发展龙头的芯片设计业，要注重与整机的衔接，选择涉及国家安全和量大面广的集成电路产品作为重点突破，培育一批具有较强自主创新能力的骨干企业。芯片制造业在重视现有生产线的升级改造、工艺技术的研究开发的同时，积极发展IDM模式，鼓励骨干企业通过不断提升改造，逐步发展壮大为具有国际竞争实力的大公司，这是我国提升集成电路产业竞争实力的一条重要途径。当然，建立IDM模式公司的难度很大，技术和资金门槛很高，发展我国的IDM公司是一个渐进的过程，不会一蹴而就，对此我们应该有清醒的认识。封装测试业要巩固现有优势，继续加快技术进步和设备更新，实现技术水平和产业规模升级。材料装备等支撑业要加强基础技术研究，逐步掌握核心技术，形成产业支撑。通过产业链上各环节的创新能力提升，努力形成具有自主知识产权和国际竞争力的自主可控的集成电路产业。

(3)进一步引导产业聚集。“十五”以来，长三角、京津冀、珠 三角等区域集成电路产业发展呈现出明显的集聚和辐射带动效应。产业集聚不仅有利于完善地区产业链，降低生产和物流成本，而且有利于促进上下游企业间的技术合作，有效缩短研发周期，提高企业的市场竞争力。

（二）发展目标

结合发展思路的要求，在综合分析各方面因素的基础上，《专项规划》提出了由主要经济指标、结构调整目标、技术创新目标等三个方面构成的集成电路产业发展目标体系。

主要经济指标。主要选择了几个最能体现产业状况的指标，突出了产业总体规模、增长速度、在世界集成电路产业中的比重、我国的集成电路产业自给能力等四个方面。2005年我国生产集成电路266亿块，销售收入为702亿元，“十五”期间我国集成电路销售收入的平均增长速率约为30.4%。根据不完全统计，目前我国在建和拟建的12英寸集成电路芯片生产线5条，8英寸生产线5条，预计总投资超过100亿美元。“十一五”期间，预计我国集成电路产业规模仍将保持较快增长，复合增长率保持在25%～30%，2010年我国集成电路产量将增长到800亿块，销售收入约3000亿元。相对于世界集成电路市场14%的年均增长率，我国国内集成电路产业销售收入占世界集成电路市场份额将由“十五”末的4.5%提升到约10%。关于产品自给的比例，预计随着国内芯片设计技术和能力的不断提高，集成电路自给比例将从“十五”末的16%提高到2010年约30%。

结构调整目标。为促进产业链的协调发展，《专项规划》确定了结构调整目标。主要基于以下考虑：芯片设计是集成电路产业的龙头，也是集成电路产业附加值最高的部分，优先发展集成电路设计业就是要提高设计业在整个产业中的比例。随着政策环境进一步宽松，扶持力度进一步加大和市场的牵引，“十一五”期间芯片设计业的增长速度将快于制造业和封装测试业的增长速度，而且随着“十一五”中后期制造业和封装测试业产能扩张趋于稳定，设计业在整个产业中的比重还将进一步提高，并逐渐趋向于一个比较适当的比例。因此，对将芯片设计业、芯片制造业和封装测试业的比重关系将会由2005年的17.7%、33.2%、49.1%提高到2010年的23%、29%、48%是可能的。

技术创新目标。芯片设计业的快速发展，必将促进国内集成电路技术的进步，并开发出一批适应国内市场需求的核心芯片，然而考虑到设计平台工具开发和设计技术的制约，“十一五”我国主流设计水平还会比世界同期落后一代以上。在芯片制造业领域，考虑到芯片制造工艺技术和市场需求，《专项规划》将芯片制造业的目标设定在12英寸生产线，加工线宽达到90纳米以下，力图进一步缩小和世界先进水平之间的差距。封装测试领域，主要考虑是结构调整和技术升级，要进一步加强先进封装能力的建设，使国内封装测试业的技术水平达到国际主流，多种新型封装形式能实现规模生产。在关键设备和材料领域，以实施国家重大科技专项为契机，关键设备等支撑业也将有突破性进展，目前我国已经在8英寸及其以下的光刻机、刻蚀机、离子注入机等一批关键技术设备上实现突破，到“十一五”末实现12英寸部分关键技术设备、材料的国产化是有可能的。

三、重点任务

根据发展思路与目标，《专项规划》提出共性技术研发和公共服务平台建设、产品开发、芯片制造与封装测试能力、支撑产业发展、产业园区建设等四项“十一五”集成电路产业发展的重点任务。

（一）加快集成电路共性技术研发和公共服务平台建设

集成电路是资金、技术和人才密集型行业，自主创新能力的提升需要集中各方面的资源，超前部署，跟踪前沿技术，集中投入。《专项规划》提出要调动国家、企业、高校和研究机构、社会等多方面的力量，选择有基础、有实力的集成电路产业密集区域建立集成电路研发中心。共性技术研发平台的建设要按照市场需求，面向产业化发展，以企业形式运作，形成产学研用相结合的研究开发模式，重点研究开发集成电路产业的前沿技术和发展热点，如SOC等产品设计、纳米级工艺制造、先进封装与测试等共性关键技术，逐步积累技术开发能力，培养人才，为行业提供技术咨询和服务，增强全行业的自主创新能力。

考虑到国内集成电路产业尤其是设计业，小企业数量多，资金投入能力有限，单一企业建立测试验证环境难度大。为促进国内集成电路产业的发展壮大，培育优势骨干企业，将在产业聚集区域积极建设提品开发和测试环境的公共服务平台，为企业在EDA设计工具、IP核、产品评测等方面提供便捷、高效的服务，一方面有利于帮助企业解决可以克服集成电路产业发展中面临的资金、技术瓶颈，另一方面也有利于减少重复建设，降低企业开发成本，最终形成我国集成电路产业发展的良好环境。

（二）重点支持量大面广产品的开发和产业化

从国内集成电路产业规模、技术水平和研发能力的实际出发，微处理器和微控制器、存储器等高端产品领域技术和资金门槛高，短期国内企业难以突破。这种情况下，如何发展我国集成电路设计业？“十五”发展实践告诉我们：应紧紧依靠我国消费市场和整机配套的规模优势，抓住产业升级换代的新机遇，面向国际国内两个市场，特别是国内市场，选择数字音视频信源/信道芯片、图像处理芯片，移动通信终端基带芯片、信息安全芯片等一些面向整机配套的量大面广的专用集成电路为突破口，开发一批具有自主知识产权的产品，坚持从中低端向高端推进，从走向核心。大唐微电子、杭州士兰微等优秀的国内IC设计公司的成功证明了这一点。坚持这样的道路不仅能逐步促成一批拥有核心技术、具备国际竞争力企业的成长，从长远来看更是提高我国集成电路自主性的重要途径。

（三）增强芯片制造和封装测试能力

“909”工程是我国在90年代为促进集成电路产业发展实施的一项重大工程。经过十年的发展，华虹集团已成长为我国骨干集成电路企业，也是我国自主发展集成电路的主力军，在前工序生产线和集成电路设计能力建设和发展方面取得很大成就，为打破国外集成电路技术封锁、保证涉及国家安全和国计民生的芯片制造安全做出了突出贡献。随着世界集成电路产业工艺技术不断升级，“909”工程升级改造对于保持我国集成电路产业竞争力，维护国家经济安全具有重要意义。

经过“十五”时期的发展，我国集成电路芯片制造领域基本形成了以代工模式为主的发展格局。从全球发展情况看，世界集成电路的龙头企业大多走的是IDM的发展道路，就是企业拥有设计、制造和销售，如Intel公司。我国台湾地区的集成电路企业普遍采用了代工模式，就是专注于芯片制造，为设计企业提供制造服务，如台积电公司。“十一五”期间，为更好地服务于国内外市场，满足国内集成电路市场持续快速增加的需求，我国在增强新一代芯片加工线生产能力的同时，要鼓励IDM模式的骨干企业发展，促进设计业与制造业的协调互动发展。发展IDM模式，对于满足我国多元化的市场需求，特别是发展壮大自主可控的集成电路产业有着深远的战略意义。

在芯片制造能力建设方面，要重点发展12英寸、90纳米及以下技术的生产线，同时兼顾8英寸芯片生产线的建设，确保在供给量上满足不同层次的市场需求。对于6英寸及以下的生产线，要注意把握市场动态，在继续满足低端市场需求的同时，积极开发模拟电路、数模混合电路等产品。

我国封装测试业已形成了较大的产业规模，培育了长电科技、天水华天等一批具有较强竞争力的企业。“十一五”期间封装测试业应重点提升产品档次，满足集成电路产业的技术进步，大力发展先进的BGA、PGA、CSP、MCM、SIP等先进封装技术，提高测试技术和水平，继续保持竞争优势。

（四）突破部分专用设备仪器和材料

目前，我国已经具备了6英寸及其以下生产线装备的生产能力，部分设备达到8英寸工艺技术要求，与国际水平相比，整体技术差距依然很大，目前，国12英寸生产线的所有设备和8英寸的绝大部分设备依赖进口，国内集成电路装备制造业对产业支撑能力十分有限。分析全球集成电路产业强国，美国、日本都拥有很强的装备制造产业。因此，要从根本上提升集成电路产业，必须培育我国自主的装备制造业。“十一五”要充分利用前期工作的经验，以实施重大科技专项为突破口，在8～12英寸集成电路生产设备，包括光刻机、刻蚀机、离子注入机、平坦化设备、掺杂设备、快速热处理设备，划片机、键合机、硅片减薄机、集成电路自动封装系统等关键装备方面加大研发投入，并努力实现产业化。

我国在集成电路关键材料方面基础还相当薄弱。“十一五”期间，要加大对外开放力度，通过引进消化吸收，逐步建立关键材料产业体系。努力实现12英寸硅抛光片和8~12英寸硅外延片、锗硅外延片、SOI材料、宽禁带化合物半导体材料、光刻胶、化学试剂、特种气体、引线框架等关键材料的国内配套，并逐步实现自给。

（五）推进重点产业园区建设

集成电路是一个高投入、高风险、高回报的行业，对配套环境要求较高，不宜遍地开花。“十五”时期，信息产业部认定的北京、天津、上海、苏州、宁波等国家集成电路产业园在促进我国集成电路产业发展方面显示出了较强的集聚带动效应，为形成产业链体系和规模化的产业集群发挥了重要作用。“十一五”应充分发挥这些园区的辐射带动作用，继续引导有实力的企业进入产业园区，不断补充、丰富、完善和加强产业链建设，由园区的骨干企业作龙头，带动和盘活区域产业，增强园区产业链上下游企业间的互动配合，形成具有竞争实力的产业集群，同时园区还要加强和完善配套服务设施，不断完善公共技术和服务平台，为园区的企业和人才提供良好的生活环境和发展环境，提高园区竞争力，从而推动我国集成电路产业区域规模化壮大和快速发展。

四、政策措施

《专项规划》坚持务实发展的基本理念，从政策制定、资金投入、外资利用和人才培养等四个方面提出了具体的政策措施。

加快政策推出。18号文件和51号文件的，对“十五”期间我国集成电路产业快速发展、产业规模跻身世界前列起到了巨大的推动作用。当前我国集成电路产业已经进入一个新的发展阶段，需要营造长期稳定的法规环境，产业政策法制化已迫在眉睫。“十一五”国家将研究制定《软件与集成电路产业发展促进条例》。同时，在现有工作的基础上，加快出台《关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业的若干政策》，保持对集成电路行业的支持力度，增强企业发展信心，构建更加完善的集成电路产业政策环境。

加大投入力度。我国集成电路产业自主创新能力不足和技术水平相对落后，必须持续加大资金投入力度，鼓励企业研究开发自主知识产权的核心技术，推动产业发展。要进一步发挥集成电路专项研发资金对行业技术进步的促进作用，研究设立“国家集成电路产业发展基金”，对集成电路关键技术和产品的研发和产业化给予支持。同时，要组织实施好集成电路重大工程和重大科技专项，这对于行业发展具有重要作用。

提高利用外资水平。我国集成电路的发展经验表明，坚持对外开放战略，积极吸引外资是解决资金瓶颈、加快技术进步、提升行业整体水平的重要途径。我国现有的8英寸和12英寸生产线绝大部分是外商投资建设的，“十五”期间，仅芯片制造领域国内利用外资总额就超过150亿美元，外商不仅带来了资金，还带来了技术、人才和管理。“十一五”我们必须继续坚定不依地走对外开放地发展道路，不断提高利用外资的水平和能力，完善政策环境、投资环境和人才环境，吸引有实力的跨国公司在国内建立研发中心、生产中心、运营中心，带动国内集成电路产业在企业管理、市场开拓、人才培养等方面的成长。

加强人才培养。人才是产业发展的关键，而对国内产业发展旺盛的市场需求，目前国内微电子人才培养机制尚不能适应产业发展的需要，人才培养方面过多侧重于研究型人才的培养，市场需求量大的技术开发型和职业技术型人才供给不足。因此，要构建面向多层次的微电子人才梯队培养的教育培训体系。同时要重点培养国际化高层次复合型集成电路人才，努力引进海外优秀集成电路人才，并为这些人才创造公平、有利、宽松的各种环境，鼓励他们为我国集成电路产业的发展做出更多贡献。

集成电路产业作为信息产业的基础和核心，是关系到国民经济和社会发展全局的战略性产业，在推动经济发展、社会进步、提高人民生活水平以及保障国家安全等方面发挥着重要作用。“十一五”期间，经过全行业长期不懈努力，完全有可能推动我国集成电路产业再上新台阶。

政策回放：集成电路产业“十一五”专项规划

集成电路产业作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性产业，在推动经济发展、社会进步、提高人民生活水平及保障国家安全等方面发挥着重要作用，已成为当前国际竞争焦点和衡量一个国家或地区现代化程度及综合国力的重要标志。

“十一五”期间，大力发展集成电路产业，尽快建立一个自主创新能力不断提高、产业规模不断扩大的产业体系，对保障信息安全、经济安全、增强国防实力，及推动社会进步，提高人民生活水平，具有极其重要战略意义和现实意义。

按照《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中“大力发展集成电路、软件和新型元器件等核心产业”及《信息产业“十一五”规划》中“完善集成电路产业链”的总体要求，在深入研究、广泛调研基础上，突出集成电路行业特点，编制集成电路专项规划，作为集成电路行业发展的指导性文件和加强行业管理的依据。

一、“十五”回顾

产业和市场规模迅速扩大。自从《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》文件颁布以来，我国集成电路产业进入发展最快的历史阶段。2005年集成电路产量达到266亿块，销售收入由2000年的186亿元提高到2005年的702亿元，年均增长30.4%，占世界集成电路产业中的份额由1.2%提高到4.5%。市场规模迅速扩大，2005年我国集成电路市场规模较2000年翻了两番，达到3800亿元，占全球比重达25%，成为全球仅次于美国第二大集成电路市场。

部分关键技术领域取得突破。32位CPU芯片、网络路由交换芯片、GSM/GPRS手机基带芯片、TD-SCDMA基带芯片、数字音视频和多媒体处理芯片、第二代居民身份证芯片等一批中高端产品相继研发成功并投入市场，产品设计能力达到0.18微米，集成度超过千万门；集成电路芯片生产线工艺水平达到12英寸0.13微米，90纳米工艺技术研发取得进展，与国外先进水平之间的差距明显缩小；分辨率193nmArF准分子激光步进扫描投影光刻机、100nm大角度离子注入机、100nm高密度离子刻蚀机等重大技术装备取得重要突破。

产业结构日趋合理。我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封装测试三业并举、较为协调的发展格局。经过“十五”发展，设计业和芯片制造业在产业中的比重显著提高，由2000年的31%提高到2005年的50.9%，封装与测试比重由同期的69%下降到49.1%，较为合理的产业结构初步形成。

骨干企业成长迅速。2005年销售额过亿元的集成电路设计公司已近20家，一批集成电路设计公司成功上市。上海华虹NEC电子有限公司、中芯国际集成电路制造有限公司等企业的工艺技术水平大幅提高，国际竞争力显著增强，成为全球第七位和第三位芯片加工企业。2005年销售额过10亿元的封装测试企业超过10家，江阴长电科技股份有限公司、南通富士通微电子股份有限公司、天水华天科技股份有限公司等封装测试企业产能不断扩大，技术水平不断提升。

产业集群效应凸显。集成电路产业集聚效应明显，2005年长江三角洲、京津地区集成电路销售额之和达到644.17亿元，占同年全国总销售额的91.7％。国家（上海）集成电路产业园、国家（苏州）集成电路产业园等5个部级集成电路产业园区集聚和辐射带动作用日益显现。

产业环境逐步改善。《鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策》（国发[2000]18号）的颁布实施，集成电路专项研发资金的设立，知识产权保护力度不断加强，为我国集成电路产业提供了良好的政策环境，极大地调动国内外各方面投资集成电路产业的积极性，5年来吸引外资累计约160亿美元。

尽管“十五”期间成绩显著，但是集成电路产业仍存在诸多问题。产业政策尚未完全落实到位，投融资环境还有待进一步改善；自主创新能力薄弱，缺乏核心技术和自主品牌；产业研发投入严重不足，总体技术水平与国外有很大差距；制造技术以代工为主，缺乏自主品牌；产业规模小，与国内市场规模差距较大；产品结构滞后于市场需求，进出口贸易逆差不断扩大；集成电路专用材料及设备自给率低，集成电路产业链并未完善；集成电路高级专业人才缺乏。

二、“十一五”面临形势

（一）集成电路技术发展趋势

市场和技术双重驱动创新。第三代移动通信、数字电视、下一代互联网等领域重大技术和市场的快速发展，“三网融合”的不断推进，驱动集成电路产业的技术创新和产品创新。多技术、多应用的融合将催生新的集成电路产品出现，纳米技术的发展、新体系架构等新技术发明也在孕育着新的突破。

集成电路设计新技术不断涌现。随着90纳米及以下微细加工技术和SoC设计技术的发展，软硬件协同设计、高速、高频、低功耗设计、IP复用、芯片综合／时序分析、可测性／可调试性设计、总线架构、可靠性设计等技术将得到更快的发展和更广泛的应用。

65～45纳米工艺将实现产业化。“十一五”期间，12英寸、65～45纳米微细加工工艺将实现工业化大生产，铜互联工艺、高K、低K介质材料等将大规模采用；新型栅层材料、下一代光刻技术、光学和后光学掩模版、新型可制造互连结构和材料、光刻胶等工艺、材料将成为技术研发的重点；SOI、SiGe等材料显示出了良好的应用前景。

适应更高要求的新型封装及测试技术成为主流。集成电路封装正向高密度、高频、大功率、高可靠性、低成本的方向发展。球栅阵列封装(BGA)、芯片倒装焊(Flipchip)、堆叠多芯片技术、系统级封装(SiP)、芯片级封装(CSP)、多芯片组件(MCM)等封装类型将是“十一五”期间的主流封装形式。随着芯片性能的提高和规模的扩大，测试复杂度不断提高，自动测试技术和测试设备将快速发展，高速器件接口、可靠性筛选方法、高效率和低成本的测试技术等将成为测试的发展重点。

（二）集成电路市场分析

从上世纪70年代以来，世界集成电路市场虽有波动，但仍保持了年均约15％的增长率。经历了2001年的衰退后，世界集成电路市场销售额逐年增长，2005年实现销售额1928亿美元，达到历史最好水平。预计“十一五”期间，集成电路整体市场将保持平稳增长，波动幅度将趋缓，到2010年世界集成电路市场规模约为3000亿美元，平均增长率约14%。微处理器与微控制器、逻辑电路和存储器等三大类通用集成电路仍将占据主要市场，专用集成电路市场将较快增长。

未来5年，我国集成电路市场将进一步扩大，预计年均增长速度约为20%，到2010年，我国集成电路市场规模将突破8300亿元（2006～2010年我国集成电路市场需求预测见表1），采用0.18微米及以下技术的产品将逐步成为市场的主流产品，产品技术水平多代共存将是我国集成电路市场的特点。信息技术的快速发展，新应用领域的出现如移动通信、数字音视频产品、智能家庭网络、下一代互联网、信息安全产品、3C融合产品、智能卡和电子标签、汽车电子等的需求将形成集成电路新的经济增长点。

“十一五”期间我国集成电路进口额年均增长率将在15%以上，贸易逆差局面难以得到改变。

（三）集成电路产业面临环境

国内产业政策环境将不断改善。中央、地方各级政府和有关部门高度重视集成电路产业的发展，《进一步鼓励软件产业与集成电路产业发展的若干政策》等政策的出台，将为集成电路产业发展提供更加有利的政策环境。

投资强度和技术门槛越来越高。1条12英寸集成电路前工序生产线投资规模超过15亿美元，产品设计开发成本上升到几百万美元乃至上千万美元。企业的资金实力和技术创新能力成为竞争的关键。

国外高端技术转移限制仍将继续。作为战略性产业，全球主要发达国家越来越重视集成电路产业发展，为保持其领先地位，仍将控制关键技术装备、材料、高端设计和工艺技术向发展中国家转移，国内产业面临的技术挑战仍将长期存在。

知识产权和专利等摩擦将加剧。随着全球化竞争的不断深入，跨国公司利用其在技术、市场和资金的主导地位，更多地采用知识产权等技术手段开展竞争，国内企业发展面临各方面的压力。

三、“十一五”发展思路与目标

（一）发展思路

继续落实和完善产业政策，着力提高自主创新能力，推进集成电路产业链各环节协调发展。以应用为先导、优先发展集成电路设计业；积极发展集成器件制造（IDM）模式，鼓励新一代芯片生产线建设，推动现有生产线的技术升级；提升高密度封装测试能力；增强关键设备仪器和基础材料的开发能力。形成以设计业为龙头、制造业为核心、设备制造和配套产业为基础，较为完整的集成电路产业链。

设计业：鼓励设计业与整机之间的合作，加快涉及国家安全和量大面广集成电路产品的设计开发，培育一批具有较强自主创新能力的骨干企业，开发具有自主知识产权的集成电路产品。

制造业：鼓励现有生产线的技术升级和改造，形成90纳米工艺技术的加工能力；积极发展集成器件制造（IDM）模式，鼓励新一代芯片生产线建设；引导产业向有基础、有条件的地区集聚，形成规模效应，

封装测试业：加快封装测试业的技术升级。积极调整产品、产业结构，重点发展SIP、Flipchip、BGA、CSP、MCM等先进封装技术，提高测试水平和能力。

材料、设备等支撑业：以部分关键设备、材料为突破口，重视基础技术研究，加快产业化进程，提高支撑能力。

（二）发展目标

1.主要经济指标。到2010年，我国集成电路产业产量达到800亿块，实现销售收入约3000亿元，年均增长率达到30％，约占世界集成电路市场份额的10%，满足国内30％的市场需求。

2.结构调整目标。到2010年，集成电路产业结构进一步得到优化，芯片设计业在行业中的比重提高到23％，芯片制造业、封装与测试业比重分别为29％和48％，形成基本合理的产业结构。

3.技术创新目标。到2010年，芯片设计能力大幅提升，开发一批具有自主知识产权的核心芯片，主流设计水平达到0.13μm～90nm；国内重点整机应用自主开发集成电路产品的比例达到30％左右。芯片制造业的大生产技术达到12英寸、90-65nm；封装测试业进入国际主流领域，实现系统封装（SiP）、芯片倒装焊（Flipchip）、球栅阵列封装（BGA）、、芯片级封装（CSP）、多芯片组件（MCM）等新型封装形式的规模生产能力。12英寸部分关键技术装备、材料取得突破并进入生产线应用。

四、重点任务

（一）加快集成电路共性技术研发和公共服务平台建设

面向产业需求，建立企业化运作、面向行业的、产学研用相结合的国家集成电路研发中心，重点开发SOC等产品设计、纳米级工艺制造、先进封装与测试等产业链各环节的共性关键技术，为实现产业可持续发展提供技术来源和技术支持。

支持集成电路公共服务平台的建设，为企业提品开发和测试环境，在EDA设计工具、知识产权保护、产品评测等方面提供公共服务，促进中小企业的发展。

（二）重点支持量大面广产品的开发和产业化

面向高清晰度数字电视、移动通信、计算机及网络、信息安全产品、智能卡及电子标签产品、汽车电子等市场需求大的整机市场，引导芯片设计与整机结合，加大重点领域专用集成电路（ASIC）的开发力度，重点开发数字音视频相关信源、信道芯片、图像处理芯片，移动通信终端基带芯片、高端通信处理芯片、信息安全芯片等量大面广的产品，形成一批拥有核心技术的企业和具有自主知识产权的产品。

（三）增强芯片制造和封装测试能力

提高产业控制力，支持“909”工程升级改造；继续坚持对外开放，积极利用外资，鼓励集成器件制造（IDM）模式的集成电路企业发展，促进设计业、制造业的协调互动发展；重点发展12英寸集成电路生产线，建设5条以上12英寸、90纳米的芯片生产线；建设10条8英寸0.13～0.11微米芯片生产线，提高6英寸～8英寸生产线的资源利用水平；加强标准工艺模块开发和IP核的开发，不断满足国内芯片加工需求。积极采用新封装测试技术，重点发展BGA、PGA、CSP、MCM、SIP等先进封装技术，扩大产业规模，提高测试技术和水平。

（四）突破部分专用设备仪器和材料

掌握6～8英寸集成电路设备的制备工艺技术，重点发展8～12英寸集成电路生产设备，包括光刻机、刻蚀机、离子注入机、平坦化设备、掺杂设备、快速热处理设备，划片机、键合机、硅片减薄机、集成电路自动封装系统等设备，具备为6～8英寸生产设备进行维护和翻新能力；力争实现100nm分辨率193nmArF准分子激光步进扫描投影光刻机、高密度等离子体多晶硅刻蚀机、大角度倾斜大剂量离子注入机等重大关键装备产业化；重点开发12英寸硅抛光片和8英寸、12英寸硅外延片，锗硅外延片，SOI材料，宽禁带化合物半导体材料、光刻胶、化学试剂，特种气体、引线框架等材料，为产业发展提供有力支撑。

（五）推进重点产业园区建设

发挥国家、地方政府和各产业园区的积极性，重点建设北京、天津、上海、苏州、宁波等国家集成电路产业园，不断优化发展环境、完善配套服务设施，引导集成电路企业落户园区，以园区内骨干企业为龙头，加强产业链建设，带动相关企业的发展，提高园区竞争实力。

五、政策措施

（一）加快制定法规与政策，进一步营造良好的产业环境

积极推进《软件与集成电路产业发展促进条例》的编制，加快推出《关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业的若干政策》，加大知识产权保护力度，促进集成电路产业的健康发展。

（二）进一步加大投入力度

加大政府投入，形成集成电路专项研发资金稳定增长机制。研究设立“国家集成电路产业发展基金”，鼓励集成电路企业技术创新和新产品开发，促进行业技术进步；组织实施集成电路重大工程和国家科技重大专项，研发集成电路关键技术和产品；鼓励国家政策性金融机构重点支持重点集成电路技术改造、技术创新和产业化项目；支持集成电路企业在境内外上市融资；鼓励境内外各类经济组织和个人投资集成电路产业。

（三）继续扩大对外开放，提高利用外资质量

坚持对外开放，继续优化环境，大力吸引国（境）外资金、技术和人才。重点吸引有实力的跨国公司在国内建设高水平的研发中心、生产中心和运营中心，不断提高国内集成电路产业企业管理、市场开拓、人才培养能力。积极提高资源利用效率，完善外商投资项目核准办法，适时调整《外商投资产业指导目录》，优化产业布局，减少低水平盲目重复建设。

大规模集成电路篇4

【关键词】：微电子集成电路纳米电子

中图分类号： TN4 文献标识码： A

随着科技的迅猛发展，信息技术，电子技术，自动化技术及计算机技术日渐融合，成为当今社会科技领域的重要支柱技术，任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系，而他们的相互交叉，相互渗透，也越来越密切。

微电子技术是现代电子信息技术的直接基础，它的发展有力推动了通信技术，计算机技术和网络技术的迅速发展，成为衡量一个国家科技进步的重要标志。美国贝尔研究所的三位科学家因研制成功第一个结晶体三极管，获得1956年诺贝尔物理学奖。晶体管成为集成电路技术发展的基础，现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。集成电路的生产始于1959年，其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。

大规模集成电路指每一单晶硅片上可以集成制作一千个以上的元器件。集成度在一万至十万以上元器件的为超大规模集成电路。国际上80年代大规模和超大规模集成电路光刻标准线条宽度为0．7一0．8微米，集成度为108 。90年代的标准线条宽度为0．3一0．5微米，集成度为109。集成电路有专用电路(如钟表、照相机、洗衣机等电路)和通用电路。通用电路中最典型的是存贮器和处理器，应用极为广泛。计算机的换代就取决于这两项集成电路的集成规模。

存贮器是具有信息存贮能力的器件。随着集成电路的发展，半导体存贮器已大范围地取代过去使用的磁性存贮器，成为计算机进行数字运算和信息处理过程中的信息存贮器件。存贮器的大小(或称容量)常以字节为单位，字节则以大写字母B表示，存贮器芯片的集成度已以百万位(MB)为单位。目前，实验室已做出8MB的动态存贮器芯片。一个汉字占用2个字节，也就是说，400万汉字可以放入指甲大小的一块硅片上。动态存贮器的集成度以每3年翻两番的速度发展。

中央处理器(CPU)是集成电路技术的另一重要方面，其主要功能是执行“指令”进行运算或数据处理。现代计算机的CPU通常由数十万到数百万晶体管组成。70年代，随着微电子技术的发展，促使一个完整的CPU可以制作在一块指甲大小的硅片上。度量CPU性能最重要的指标是“速度”，即看它每秒钟能执行多少条指令。60年代初，最快的CPU每秒能执行100万条指令（常缩写成MIPS)。1991年，高档微处理器的速度已达5000万一8000万次。现在继续提高CPU速度的精简指令系统技术(即将复杂指令精减、减少)以及并行运算技术(同时并行地执行若干指令)正在发展中。在这个领域，美国硅谷的英特尔公司一直处于领先地位。此外，光学与电子学的结合，成为光电子技术，被称为尖端中的尖端，为微电子技术的进一步发展找到了新的出路。美国《时代》杂志预测：“21世纪将成为光电子时代。”其主要领有激光技术、红外技术、光纤通信技术等。

微电子学给人类带来了半个世纪的繁荣。目前国际上集成电路生产线已普遍采用8圆片，0.35um工艺。我国 集成电路集成电路的大生产水平发展也很快。1995年已经达到了6'1.2um的水平，IC产量到2000年可望达到年产10亿块。1995年4月，中科院微电子中心已开发出0.8um的CMOS工艺，在5.0×5.7mm 面积上集成了26000只晶体管、输出管脚数为72，制成了通用的模糊控制集成块。

大规模集成电路篇5

摘要：在简要介绍了EDA技术特点的基础—L，用EDA技术作为开发手段，实现一个数字系统的设计。系统采用了顶层图形设计思想，基于硬件描述语言AI扔L，以可编程器件为核心，具有体积小、可靠性高、灵活性强等特点。并比较了EnA技术与传统电子设计方法的差异，总结出别rA技术的优势。 

关键词：EDA 数字系统 CPLD VHDL 

电子设计的必由之路是数字化，这已成为共识。在数字化的道路上，我国的电子技术经历了一系列重大的变革。从应用小规模集成电路构成电路系统，到广泛地应用微控制器或单片机(MCU)，在电子系统设计上发生了具有里程碑意义的飞跃。电子产品正在以前所未有的速度进行着革新，主要表现在大规模可编程逻辑器件的广泛应用。特别在当前，半导体工艺水平已经达到深亚微米，芯片的集成高达到干兆位，时钟频率也在向干兆赫兹以上发展，数据传输位数达到每秒几十亿次，未来集成电路技术的发展趋势将是SOC(System 0h aCh5p)片上系统。从而实现可编程片上系统芯片CPU(复杂可编程逻辑器件)和5PGA(现场可编程门阵列)必将成为今后电子系统设计的一个发展方向。所以电子设计技术发展到今天，又将面临另一次更大意义的突破，5PGA在EDA(电子设计自动化)基础上的广泛应用。

EDA技术的概念: EDA是电子设计自动化(E1echonics Des5p AM·toM60n)的缩写。由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。但从EDA技术的几个主要方面的内容来看，可以理解为：EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，至今已有30多年的历程。大致可以分为三个发展阶段。20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)阶段：这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑，PCB布同布线，使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。20世纪80年代的QtE(计算机辅助工程设计)阶段：这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心，重点解决电路设计的功能检测等问题，使设计而能在产品制作之前预知产品的功能与性能。20吐纪如年代是EDA(电子设计自动化)阶段：这一阶段的主要特征是以高级描述语言，系统级仿真和综合技术为特点，采用“自顶向下”的设计理念，将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。EDA是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用，使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段，可以使用EDA中的仿真工具论证设计的正确性；在芯片设计阶段，可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图：在电路板设计阶段，可以使用EDA中电路板设计工具设计多层电路板。特别是支持硬件描述语言的EDA工具的出现，使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。有专家认为，21世纪将是四A技术的高速发展期，EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。

EDA技术的基本特征:EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在汁算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的”自顶向下”的全新设计方法，这种设汁方法首先从系统设计人手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错．并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行驶证。然后，用综合优化工具生成具体门电路的网络表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路(ASIC)。设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次性成功率。 由于现代电子产品的复杂度和集成度的日益提高，一般分离的中小规模集成电路组合已不能满足要求，电路设计逐步地从中小规模芯片转为大规模、超大规模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可编程朋IC器件已蓬勃发展起来。在EDA技术中所用的大规模、超大规模芯片被称为可编程ASIC芯片，这些可编程逻辑器件自70年代以来，经历了CPm、IzPGA 、CPLD、FPGA几个发展阶段，其中CPm(复杂可编程逻辑器件)／IzPGA(现场可编程逻辑器件)肩高密度可编程逻辑器件，目前集成度已高达200万门／片以上，它将掩模ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起，特别适合于样品研制或小批量产品开发，使产品能以最快的速度上市，而当市场扩大时，它可以很容易地转由掩模ASIC实现，因此开发风险也大为降低。可以说CPLE)／FPGA器件，已成为现代高层次电子设计方法的实现裁体。硬件描述语言(HDL)是EDA技术的重要组成部分，是EDA设计开发中的很重要的软件工具，VHDL即：超高速集成电路硬件描述语言，仍量凡是作为电子设计主流硬件的描述语言。它具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计较串和可靠性，用V佃L进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现，而不需要对不影响功能的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。例如一个32位的加法器，利用图形输入软件需要输入500至1删个门，而利用VHDL语言只需要书写一行“A＝B十C”即可。使用硬件描述语言(HDL)可以用模拟仿真的方式完成以前必须设计和制作好的样机上才能进行的电子电路特性的说明和调试。能在系统行为级就发现可能出现的错误、问题，并加以多次反复修改论证，避免了物理级器件的损伤和多次制作，节约了时间和开发成本，缩短了电子系统开发的周期。将EDA技术与传统电子设计方法进行比较可以看出，传统的数字系统设计只能在电路板上进行设计，是一种搭积木式的方式，使复杂电路的设计、调试十分困难；如果某一过程存在错误．查找和修改十分不便；对于集成电路设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差；只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实泅，因而开发产品的周期长。而电子EDA技术则有很大不同，采用

大规模集成电路篇6

【关键词】盲信息；模糊评价模型；电网规划

在电网规划过程中，不恰当地描述不确定性信息会造成电网规划方案失真问题，进而导致最优化作用的损失。相关研究结果表明，现阶段电力行业已经发现的不确定性信息具有一定的未确知性、灰性、随机性和模糊性，所有的现实中不确定性均为其综合。所以，部分电网规划方案选择了场景分析法对多种同时存在的不确定性信息进行处理，并获得了较为满意的效果，然而，该方法也存在无法准确量化的缺陷，因而较难求得因场景或是不确定性因素过多所造成的模型求解困难，而本文所述的盲信息模糊评价模型则能够对各类不确定性信息进行准确描述[1]。

1 盲信息的模糊评价模型

1.1 盲信息的定义

假如αi∈g（i），αi∈[0，1]，i=1，2，……，n，f（x）是g（i）定义中的灰函数，同时，

…………………（1）

其中，n表示f（x）的阶数，α表示的是f（x）总可信度，αi表示的是f（x）的αi可信度。

假设j≠i，如果 ，αi=[X2i-1，X2i]且αi≠αj，则将f（x）作为一个盲信息[2]。

1.2 盲信息的模糊评价

利用模糊理论能够对边界模糊的事物进行公式化、结构化的描述，在其具体应用过程中，特别有助于对所描述事物进行程度性的评估。然而，在以往盲信息模糊评价的过程中，均为对有理数进行的模糊性描述。笔者提出了一种灰性与未确知性相结合的盲数模糊性评价方法。

如果 ，式中， 表示A（-）集合函数的隶属程度，X表示全集，在具体的应用过程中，通常利用梯形和三角形的函数隶属程度，则f（x）的盲信息对A（-）集合的隶属程度可表示为：

…（2）

其中，n表示的是盲信息阶数[3]。

2 以盲信息模糊评价模型为基础的电网规划

2.1 盲信息模糊模型对评价电网规划可靠性和综合经济性

在多目标的电网规划优化设计过程中，可靠性指标与综合经济性指标是这样的评价内容，笔者通过对两项指标实施模糊的满意度评估，对电网规划方案进行了优化改进，从而防止两项指标发生量纲不同的问题，而且，这一模型有助于决策人员按照具体情况权衡电网规划方案的经济性和可靠性，并给出各类指标的评价结果：

………………………（3）

潮流增设线路后的等式约束条件为：

………………………………………（4）

……………………（5）

其中，Plmax和Pl表示的是l线路上的有功功率极限值和有功功率，L表示的是i方案下的线路集， 和 表示的是节点负荷相量与电源功率向量， 表示的是节点相角，B表示的是网络节点电纳阵，β表示的是一般情况下，线路所能够负荷的过负荷概率极限值，β通常小于1-d，在较为特殊的条件下也可为0，其主要原因在于，系统在N-1的状态下不会长时间运行，因而一般情况下需要设置与故障状态相比更加严苛的潮流线路约束条件[4]。

2.2 盲信息模糊模型对电网规划可靠性的评价

根据盲信息给出的节点功率值，能够获得不同支路潮流值的概率分布情况，按照N-1的基本原则，笔者将柔性规划的基本原则引入了电网规划方案的可靠性评价过程中，并得出以下结论：电网规划方案中有部分潜在的线路，这部分线路的过负荷概率较小，且可以通过电源功率调节和需求侧管理等措施来避免这种过负荷问题的影响，若仅仅利用网络拓扑的改变来避免过负荷的影响，则会大大增加其成本。所以，需要在相应的可靠性范围内，以最大限度的经济投入来实现电网规划方案可靠性水平的提高。但笔者提出的盲信息模糊评价模型的可靠性，则能够保证决策人员按照自身的具体情况，合理评价该方案的满意度[5]。

根据盲信息潮流得到的N-1的可靠性评价公式为：

…………………………（6）

其中，Pjmax表示的是线路j的潮流极限值，Ci表示的是i方案下的线路集，Xi表示方案集中的第i个方案。

2.3 电网规划方案成本的模糊评价

在评估电网规划的经济性时，可根据所选择的线路制造成本相互累加，对总成本进行计算，其计算公式为：

………………………………………（7）

其中，n表示待选的支路数，m表示j线路的待选回数极限值，Xji=0，1，……，m表示方案i中线路j的回路数，Cj表示盲信息的待选线路j的单回线路成本，Xi表示方案集X中的第i个方案[6]。

电网规划方案决策人员在对其经济性进行评估时，可将其视为模糊性评价的一种方法，在具体的应用过程中，通常用梯形函数或是三角形函数表示这一模糊评判集A的函数隶属程度，本文选用梯形函数对其隶属程度进行计算，具体公式为：

……………（8）

其中，x表示的是公式（7）中的F（Xi），其盲信息形式与公式（1）相同，a、b表示的是电网规划决策人员按照自身具体情况给出的电网规划成本的不接受值和满意度。

3 总结

本文所述的简化计算方法能够在一定程度上减小盲信息运算所增加的计算量，盲信息模糊评价模型能够对场景的可能性进行准确分析，从而在理论上为备选方案的场景适应性提供了保证。盲信息模糊评价模型有助于决策人员对电网规划的实际情况进行准确把握和分析，从而在电网规划模型中体现决策者的思路和企业的实际经营状况，从而保证决策过程中决策人员的主动性。盲信息模糊评价模型能够对全部不确定信息进行综合性处理，从而提高各类信息的有效利用率，与单一的不确定性模型相比，本文所述模型的可用信息较多，因而更加符合实际情况。

参考文献：

[1]金华正，程浩忠.电力市场下的电网灵活规划方法综述[J].电力系统及其自动化学报，2006（2）.

[2]聂红展，吕盼，乔伊，姚秀萍.基于熵权法的输电网规划方案模糊综合评价[J].电网技术，2009（11）.

[3]高赐威，程浩忠，王旭.盲信息的模糊评价模型在电网规划中的应用[J].中国电机工程学报，2004（9）.

[4]程浩忠，朱海峰，王建民，等.利用盲数BM模型的电网灵活规划方法[J].上海交通大学学报，2003（9）.

大规模集成电路篇7

关键词：数字电路 发展趋势 特点

中图分类号：TN79+1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0120-01

随着社会的不断发展，计算机技术也在不断的发展，在社会中，用到数字电路来进行信号上的处理，这些优势也显得更加的突出。我们可以利用数字电路在信号处理上可以很好的发挥出自身的强大功能，首先，就需要将模拟的信号按照比例将其转换为数字信号；其次，就是在将其送到数字电路上进行相应的处理；最后，就是将处理的结果根据需要将其转换成为相应的模拟信号输出。自20世纪70年代开始，在电子技术应用领域中，运用这种数字电路进行处理模拟信号，也就是所谓的“数字化”已经被广泛应用。

1 数字电路的发展

数字电路也称数字系统，是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路是由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成的，逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从20世纪60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件，随后发展到中规模逻辑器件；20世纪70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。

数字集成器件所用的材料以硅材料为主，在高速电路中，也使用化合物半导体材料，例如砷化镓等。

逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路。TTL逻辑门电路问世较早，其工艺经过不断改进，至今仍为主要的基本逻辑器件之一。随着CMOS工艺的发展，TTL的主导地位受到了动摇，有被CMOS器件所取代的趋势。

近几年来，可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更完善，使用更灵活。

2 数字电路的主要特点

2.1 同时具有算术运算和逻辑运算功能

数字电路中的数学基础主要是以二进制逻辑代数为主，主要运用了二进制的数字信号，不仅可以很方便的进行与、或、非、判断、比较、处理等逻辑运算，还可以进行算术运算，因此，二进制逻辑代数可以应用到运算、传输、控制、决策、储存以及比较当中。

2.2 实现简单，系统可靠

数字逻辑电路只要以二进制作为基础，其自身的可靠性比较强。其中对该电路上，电源电压较小使，对其不产生影响，而温度与工艺偏差对该电路的工作可靠性的影响上，也比模拟电路要小的很多。

2.3 集成度高，功能实现容易

数字电路具有功耗低、体积小以及集成度高的特点，其中还包含了：电路设计、维修、维护上比较灵活方面，随着社会的不断发展，集成电路的相关技术也在断的发展，其中数字逻辑电路的集成度也相对的变高，同时随着SSI（小规模）、MSI（中规模）、LSI（大规模）、以及VLSI（超大规模）等方面的集成电路的发展，集成电路块的功能也从元件、部件、器件、板卡级而上升到了系统级。而电路的设计则是采用了一些比较标准的集成电路块单元来连接形成。对于一些非标准的电路还可以选择可编程序逻辑来陈列电骡，通过运用编程的方法来实现对特殊电路任意的逻辑功能。

3 新技术条件下数字电路的发展趋势

在新技术条件下，半导体技术与工艺、平板刷技术等的发展为数字电路的发展提供了技术保证。数字电路逐渐向着高度复杂化、集成化及智能化发展，其运算速度也越来越高。能够集成数亿的微处理器，闪盘的容量可达64GB，部分ASIC所拥有的门电路数量也可达1000万以上，而FPGA的门电路数量也达到了300万以上。将来无论是台式电脑还是移动终端的CPU时钟频率将会更高，而CPU体积的缩小使得一块芯片上可以放置更多的CPU，高速缓存至少能达到三级。这样就使得CPU对外部存储器的读写数量不断减少，提高了CPU的数据吞吐量，对处理器性能的提升十分有利。如今，六十四位的处理器已日臻成熟，很多公司正试图把几个甚至几十个嵌入式处理器的内核提高到一个新的水平。DSP芯片正在向更高的结构转变，在多数场合指令字方式是非常常见的方式―― 在同一芯片上有多过个处理器单元存在，即单指令阵列处理。在现阶段，处理器的结算能力在持续提升，由于众多新型的存储结构单元相继出现，对于快闪存储器的单元来讲，密度也有很大的提高。不论是多级的存储单元还是镜像为存储单元，这两个方式都是这项技术的最前沿技术，在多级存储中，有很多方法在使用。各比特在编码的过程中使用的是四个电荷级，能够随时对任何一个存储单元进行数据的存取，并且镜像位的方案都是把每一个比特存在一个绝缘栅上。

虽然DRAM存储器的密度不会一下子跳到GB级别，但是，可以对下一代的DRAM 运算速度进行预设，其运算的速度也会越来越快。此种存储器会使用下一代的DDR接口。与此同时，人们会不断地开发出存取速度更快的接口，为更高带宽的引进打下坚实的物理基础。

非动态的随机存储器（SRAM）在密度方面也在进行不断的升级。现如今，6MB 的芯片已经投入市场，相信用不了多长时间，16MB的芯片乃至32MB的芯片甚至更大容量的芯片都可能会投入市场。对SRAM来讲接口运行速度的加快是至关重要的。

目前，通过降低绝缘材料的介电常数来提升电路性能也是重要的手段。

综上所述，在存储器领域。新型非易失性技术为电路设计人员提供了较多新的选择。铁电存储器技术也在快速发展，这提供了一种可能―― 把易失性的存储器从理想走向现实，可以在无电源的情况下对数据进行无限期保存，而且不会出现任何形式的数据损耗，运算器能够在极小的空间进行几乎无尽的复杂运算。

参考文献

[1] 孙子健.数字电路技术及其应用[J].齐齐哈尔大学学报，2013（10）.

[2] 陈小艺，张昌凡.数字电路技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

大规模集成电路篇8

关键词 集成电路设计 教学方法 教学探索

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美国德州仪器公司的基尔比发明了第一块集成电路，随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管。集成电路具有速度快、体积小、重量轻等优点，广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其2012年集成电路设计市场应用结构如图1所示。

自2006年以来，我国集成电路的产值为126亿美元，占全球产业总产值的5.1%，2013年我国集成电路的产值为405亿美元，占全球产业总产值的13.3%。2006年到2013年的年复合增长率达到18%，远超过全球集成电路产业整体增速。我国集成电路行业的产值如表1所示。

近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对集成电路设计人才的需求剧增。为了满足社会日益发展的需要，国家在高校内大力推广集成电路设计相关的课程，并且取得了较好的效果，使人才缺口减小，但是还是不能满足国内对集成电路设计人才实际数量的需求。为了更好地加快集成电路设计人才的的培养，本文针对《数字集成电路原理》教学中存在的问题，并且根据教学的现状，探索出集成电路设计的教学改革。

一、数字集成电路设计原理教学中的现状

集成电路设计相对于以分立器件设计的传统的电子类专业而言，偏向于系统级的大规模集成电路设计，因此，微电子专业和集成电路设计专业的学生注重设计方法的形成，避免只懂理论、不懂设计的现象。即使学生掌握了设计的方法，能够进行一些小规模的集成电路设计，但是设计出来的产品不能用，不能满足用户的需求。这就成了数字集成电路设计原理面临的问题。

二、数字集成电路设计原理教学改善的方法

（1）针对上述的问题，在多年教学的基础上，在教学方法上进行改进，改变传统的以教师为中心，以课堂讲授为主的教学方式，采用项目化教学来解决数字集成电路设计中只懂理论、不懂设计的现状。注重数字集成电路设计原理与相关课程之间的内部联系，提高学生的学习兴趣，通过将一个项目拆分成几个小项目，使学生在项目中逐渐加深了对知识点理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的集成电路设计概念。学生分成5-8人一组，通过小组的方式加强了学生的相互合作能力，让学生更有责任感和成就感。学生应用相关的EDA软件来完成项目的设计，能够掌握硬件描述语言、综合应用等数字集成电路设计工具。

（2）通过PDCA戴明环的方式改善了集成电路设计的产品可用度不高的问题。在集成电路设计过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生计划、分析、协作等多方面的能力。结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整。通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学内容和方法，使其满足社会对数字集成电路设计人才的需求。PDCA戴明环如图2所示。

（3）开展校企合作的方式，进一步提高教学质量和学生的综合素质，促进企业和学校的共同发展。这种方式实现了学校与企业的优势互补，资源共享，培养出更加适合社会所需要的集成电路设计人才，也能够让学校和企业形成无缝对接。

三、小结

随着大规模集成电路设计的发展，更多的设计工具和设计方法出现，因此，使用最新的设计工具，合理设置《数字集成电路设计原理》的教学内容，可以提高学生的设计能力和培养学生的创新能力。通过对《数字集成电路设计原理》课程教学的探索，改变了以教师为中心的传统采理论课教学方式，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践都能够满足集成电路设计人才的要求。

参考文献：

[1]殷树娟，齐巨杰. 集成电路设计的本科教学现状及探索[J].中国电力教育，2012，（4）：64-65.

[2]王铭斐，王民，杨放.集成电路设计类EDA技术教学改革的探讨[J].电脑知识与技术， 2012，8（9）：4671-4672.

大规模集成电路篇9

使用小规模集成门电路实现时，首先，对标准逻辑表达式进行化简，得到最简逻辑表达式，即逻辑表达式中相加的乘积项最少、每个乘积项的因子最少;然后，将最简逻辑表达式变换为与给定门电路相对应的形式。用逻辑代数或卡诺图化简得到三人表决最简逻辑表达式为。三种实现方法中，前两种门电路的个数都是4个，成本差不多，第三种用了8个门电路，成本要高一些。

2中规模集成电路实现三人表决

2.1用译码器实现译码器是一类多输入、多输出组合逻辑器件，n变量二进制译码器具有2n个输出变量，恰为n变量的最小项。任何组合逻辑电路都可用最小项之和的标准形式表示，因此，可用n变量二进制译码器和必要的门电路实现n输入变量逻辑电路。3～8线译码器74HC138输出低电平有效［8］，用译码器74HC138和“与非”门可以实现三人表决电路。74HC138译码器输出的逻辑表达式为.

2.2用数据选择器实现数据选择器的输出端具有标准“与或”的形式。n选1数据选择器在选择输入控制下，从n个数据中选择某个数据送到输出端。采用n选1数据选择器可以实现任何输入变量数不大于n+1的组合逻辑电路。三人表决电路可选用4选1或者8选1数据选择器实现。

2.3用加法器实现加法器是产生数和的装置，分为半加器和全加器。若加数、被加数与低位的进位为输入，和数与进位为输出则为全加器。74LS283是超前进位四位二进制全加器［8］，即所有各位的进位直接从最低位进位CIN产生。

3ROM和PLA实现三人表决

只读存储器ROM和可编程逻辑阵列PLA都属于组合逻辑电路，都有一个与阵列和一个或阵列，但PLA的与阵列和或阵列都是可编程的，而ROM中与阵列是固定连接，只有或阵列可编程。ROM中的与阵列是一个产生2n个输出的译码器，即产生2n个最小项(与阵列的输出mi)。用ROM实现组合逻辑电路时，首先，将逻辑表达式表示成最小项之和的形式;然后，把逻辑表达式的输入作为ROM的输入;最后，根据要实现的逻辑表达式对ROM的或阵列进行编程，画出相应的阵列图。用ROM实现三人表决的阵列图如图5(a)所示。用PLA实现组合逻辑电路的方法与用ROM实现非常相似。两者的区别在于，用ROM实现是基于最小项表达式，而用PLA实现是基于最简与或表达式，所以用PLA实现组合逻辑比用ROM实现更简单、灵活、经济。首先，将逻辑表达式化简为最简与或表达式;然后，根据最简表达式中的不同与项以及各与项之和分别对PLA的与阵列和或阵列进行编程，画出阵列图。用PLA实现三人表决如图5(b)所示。

4结束语

组合逻辑电路设计中，首先，根据给出的实际问题建立输入、输出变量，列出所有可能的输入、输出状态，即真值表;然后，根据真值表写出输入、输出的标准逻辑表达式，用逻辑代数或卡诺图根据设计要求化简、变换逻辑表达式;最后，根据化简、变换的逻辑表达式采用标准器件实现逻辑电路，力求所用器件数、器件的种类、器件之间的连线均最少。

大规模集成电路篇10

随着我国城市规模的扩大，农村城镇化进程的不断深入，我国的路政基础设施建设规模在不断的扩大。路灯照明建设与管理是路政基础设施的重要部分，目前却存在着诸多问题，例如城市路灯控制系统大多采用有线网络布局，施工复杂，控制线路浪费更造成了事后管理复杂，故障检修不易，并且还存在着普遍的能源浪费。据统计，许多城市道路在零点以后基本无车辆经过，即便在特大城市如北京、上海等繁华地段，凌晨2点  ，本文据此设计并实现了一种基于Web Service的无线路灯远程监控系统，该系统具有网络布线简单，可远程智能维护管理，系统可扩展性强，方便实施，性价比高等诸多优点。

1 系统拓扑结构　系统拓扑结构如图1所示。

本系统主要分为四个层次，由下而上分别为现场执行层、汇聚通信层、数据中心层、应用服务层。现场执行层通过ZigBee单灯管理模块采集现场地理位置、照度、电压电流以及路灯继电器开关状态等信息后转发至上层应用，并根据上层命令来执行各路灯控制回路的继电器闭合。汇聚通信层主要通过基于GPRS的ZigBee汇聚节点集中管理模块汇聚就近范围内的ZigBee单灯管理模块信息，并通过GPRS模块将信息上传至远程数据中心。数据中心层主要通过将各集中模块过来的信息组成实时与历史数据库，供应用层调用。应用服务层通过查询数据中心的信息，作出适当的控制与信息呈现。

监控系统的系统拓扑结构

2 应用服务层设计与实现

应用服务层主要功能为配合GIS地图信息，实现路灯亮暗信息查询与控制、故障记录、人员权限、用电统计等功能。应用层功能框图如图2所示。

应用层所需要的数据主要来自于基于Web Service数据中心。人机界面开发采用了LabVIEW开发，LabVIEW控件丰富，软件可组态，开发过程相对简单，可大大提高与简化客户端的开发流程。LabVIEW人机界面设计的时候结合了GIS信息，从而可以更方便地呈现路灯信息，如图3，图4所示。

应用服务层主要工作流程为首先是连接数据服务器，查询相关信息，然后进行相关数据呈现，历史统计和操作控制。与服务器间的通信，采用公网，Socket通信。

Socket是建立在传输层协议（主要是TCP和UDP）上的一种套接字规范，它定义两台计算机间进行通信的规范（也是一种编程规范）。如果说两台计算机是利用一个通道进行通信，那么这个通道的两端就是两个套接字。套接字屏蔽了底层通信软件和具体操作系统的差异，使得任何两台安装了TCP协议软件和实现了套接字规范的计算机之间的通信成为可能[8?9]。本系统中建立Socket连接是与GPRS信息连接，所以需要具有公网的IP地址，故应保证服务器中心计算机连接到Internet并且取得公网IP地址。

Socket设置程序流程如图5所示。

应用服务层也可以采用Android，或者QT开发基于平板电脑或手机的查询应用，使得用户能够更方便地查询到相关信息。

3 数据中心层设计与实现

数据中心层为系统的核心环节，既承担着GPRS集中管理模块的监控与管理，也承担着数据服务的响应。此次系统设计中主要采用了.net+sqL平台，该组合是较为成熟的Web Service平台，通用编程资源丰富以及编程人群较广，方便沟通交流。

GPRS集中管理模块的监控与管理是此层中主要任务之一，通信采用Socket通信。

Socket通信不仅仅管理GPRS集中模块，也需要集中响应应用端的Web服务查询需求，有效区分各类查询以及命令，要进行自定义协议，数据组织的形式，可依赖于Modbus/TCP。

Modbus/TCP协议是施耐德公司基于TCP/IP协议在网络上的广泛应用于1999年公布，在网络层使用IP协议，在传输层使用TCP协议，用一种比较简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中。Modbus的普及得益于使用它的门坎很低，无论用串口还是用以太网，硬件成本低廉，Modbus和Modbus TCP都可以免费收到，不需交纳任何费用。而且在网上有很多免费资源，如C/C++，JAVA样板程序，Active X控件，各种测试工具等等，所以用户使用很方便。另外，几乎可以找到任何现场总线连接到Modbus TCP的网关，方便用户实现各种网络之间的互联。

Modbus/TCP数据帧包含了报文头，功能代码和数据三部分，如图6所示。

MBAP Header有4个域，如表1所示。

（1） 事务标识域，2个字节长，主要用于事务处理的配对，标志某个Modbus请求/应答的传输，响应时由Modbus服务器复制该值；

（2） 协议标识域，2个字节长，用于系统内部的多路复用，一般用0代表Modbus协议，1代表NUI?TE协议；

（3） 长度域，2个字节，它的作用是为下一个域的字节计数，包括单元标识域和数据域，应答时需由服务器端重新生成该值；

（4） 单元标识域，1个字节，该域专门用于串行链路上或其他总线上连接的远程从站的识别，若Modbus客户端在请求中设置了这个域，则响应时服务器端必须从接收的请求中复制这个值。

由于Modbus是开放协议，在实际的应用过程中，可以为了解决某一个特殊问题，自行修改Modbus规约来满足自己的需要[10?12]。

4 基于GPRS的ZigBee汇聚结点集中管理模块

集中管理模块主要由电源模块，NCU模块，数据采样模块，继电器输出模块，GPRS+ZigBee通信模块组成。

基于GPRS的分块路灯集中管理模块拓扑结构图如图7所示。

NCU模块主要采用的LPC2294，LPC2294是菲利普推出的基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI?S CPU的微控制器，带有256 KB嵌入的高速FLASH 存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率60 MHz下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb 模式将代码规模降低超过30%，但性能的损失很小。16 KB片内SRAM，片内Boot程序可通过uart0提供在系统下载以及可编程特性，LQFP144封装，极低功耗，4个CAN互连接口，8路10位A/D转换器，2个32位 定时器，多个串行接口，双UART，双SPI和高速I2C，PWM单元6路输出，多达112个GPIO口，9个电平或边沿触发的中断引脚，片内资源丰富，可加密，可在系统编程，非常适合工业、楼宇、现场总线控制应用[13]。　LPC2294尽管已内置8路A/D转换器，但NCU路灯集中管理模块，采集数据大于8路，因此还外扩了A/D数据采集模块，采用的是TI的tlc1543， 10位，11通道，串行控制，价格低、性价比高、与单片机和ARM等接口方便。数据采集模块采用分块独立设计与NCU模块之间的通信采用了CAN总线，采集模块中的数据管理与处理采用了单片机STC89C54RD。NCU模块最多可以外扩4路数据采集模块，1路数据采集模块有11通道，所以系统最多可以采集44路模拟数据。

继电器输出模块与数据采集模块采用的是一致的方案，只是外加了驱动电路，主要用来断开局部整条线路，可以根据实际情况灵活配置。与数据采集模块一样，NCU模块最多可外扩4路继电器输出模块，每1继电器输出模块有11通道。

本系统构建的时候可以根据实际实施情况，采用集中管理模块进行片区直接控制，也可以采用集中管理模块通过ZigBee节点对单灯进行控制。ZigBee是近年来提出的一种面向低功耗、低成本、低复杂度、低数据速率的近距离双向无线通信技术，其物理层与媒体控制层协议为IEEE 802.15.4协议标准，ZigBee网络一般有星型、对等型和混合型3种拓扑结构，本系统中采用星型拓扑结构，即汇聚节点结构，收发器模块均采用CC2530， CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存， 结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈（Z?StackTM），提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案[3?5，14?15]。

集中管理模块与上级数据中心层通信主要依赖GPRS模块，采用的是WG?8010 GPRS DTU， WG?8010 内置工业级GPRS 无线模块，提供标准RS 232/485 数据接口，可以方便地连接RTU、PLC、工控机等设备，仅需一次性完成初始化配置，用户设备就可以与数据中心通过GPRS无线网络建立连接，实现数据的全透明传输。

集中管理模块中还包括了传感器模块、电源模块、液晶显示模块。传感器模块中主要包括了电压互感器、电流互感器、温度传感器。电源模块主要为开关电源用来给系统供电，液晶显示模块是方便模块的内部参数以及输入/输出点的动态配置。

5 基于ZigBee的单灯管理模块

单灯管理模块主要是传送现场层信息以及接收集中模块过来的指令，为现场执行层，主要组成为ZigBee节点、电源模块、传感器与信号处理电路。

路灯现场控制方式上位机可以动态配置，主要有以下4种控制方式，默认选择为光照度控制开关。

方式1：路灯经纬度控制定时开关，单灯节点有精确的定时功能与集中管理模块之间也需要对时，通过路灯的经纬度，以及时间来计算太阳升起与落山的时刻，从而控制路灯的开关[16] 。

方式2：路灯光照度控制开关，根据光照传感器传回来的照度，判断是否进行路灯开关。

方式3：路灯上  位机智能控制，若上位机能与匝道交通通信，根据当时车流量与人流量的情况以及照度情况和车流量情况控制路灯开关。

方式4：路灯上位机手动控制，单灯管理模块也可接收上方指令进行路灯控制。

单灯管理模块将相关信息实时上传，为灵活控制、线路检修带来了方便。

6 结 语

本文设计并实现了一种基于Web Serciec的路灯无线远程监控管理系统，该系统主要分为应用层、数据中心层、GPRS通信层、现场ZigBee节点执行层，该系统具有网络布线简单，模块灵活配置，系统应用可扩展性强，可以与其他例如路政等信息系统进行对接，该系统架构亦可用于其他准实时性，上传数据量不大的监控应用系统中。

参考文献

[1] 杨本文，郑旭东.城市照明节能方案及运行管理[J].湖北电力，2006，30（4）：61?62.

[2] 孙桂玲，孟凡琛，刘志强，等.基于无线传感器网络的智能模拟路灯控制系统设计[J].无线通信技术，2011（3）：7?11.

[3] 林方键，胥布工.基于ZigBee网络的路灯节能控制系统[J].控制工程，2009，16（3）：324?326.

[4] 王东东，郭文成.基于ZigBee技术的路灯无线网络控制系统设计[J].天津工业大学学报，2009，28（1）：84?88.

[5] 张俊华.基于 GPRS和ZigBee的无线智能路灯控制系统设计[J].计算机光盘软件与应用，2012（7）：200?201.

.东北电力大学学报，2011（31）：84?87.

// 2009 International Conference on Networks Security， Wireless Communications and Trusted Compu?ting. Wuhan： IEEE， 2009， 2： 278?281.

[8] 张允刚，刘常春，刘伟，等.基于Socket和多线程的远程监控系统[J].控制工程，2006（2）：82?84.

[9] 曹宁，冯忠义，沙济彰.基于客户/服务器模式的Socket网络编程[J].计算机工程，1999，25（2）：72?74.

[10] Modbus Org. MODBUS over serial line specification & implementation guide V1.02 [DB/OL]. [2006?10?20]. http：//modbus.org.

[11] NASKAR S， BASULI K， SARMA S S. Serial port data communication using MODBUS protocol [J]. ACM Ubiquity， 2008， 3（9）： 1?3.