集成电路研究分析篇1

中图分类号：V263.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（c）-0067-04

由于电子设备对温度、振动最为敏感，且根据对电子产品失效原因的统计，温度因素占43.3%，振动因素占28.7%，由这2种应力作用导致的产品的失效为71%[1]。因此，研究集成电路寿命需主要对温度和振动2种应力进行仿真、评估并预计。据此寿命仿真主体结构中涉及的仿真项目主要有热仿真、振动仿真、故障预计仿真。在诸如印刷电路板的典型电子产品的服役期内，热应力、机械应力是产品所承受的主要环境载荷。文献[2-4]从器件级薄弱环节的失效物理建模出发，通过对整板PCB的振动仿真与实验，计算了元器件的寿命。文献[5-7]研究了集成电路的寿命试验条件，并对PCB电路板组件的温度分布进行了仿真与实验研究。此外，国内外学者针对集成电路的失效类别、失效原因开展了大量研究。但是上述研究较多的依赖物理样机试验，且计算集成电路寿命时未能综合考虑集成电路复杂的失效因素。

该文基于协同仿真技术，采用竞争失效机制，选用电子产品中的一个整板PCB作为研究对象，对集成电路寿命进行预测，可在产品设计阶段对集成电路的可靠性进行评估，并减少物理样机试验成本。

1 寿命分析流程

基于竞争失效机制的集成电路寿命预测的仿真分析流程如图1所示。首先基于集成电路封装类型完成模型建立；然后分别从热仿真、振动仿真中导入模型所需应力参数，加载集成电路寿命剖面；最后根据竞争失效机制，获取集成电路寿命。其中，集成电路管脚与电路板基板的互连处模型的建立采用竞争失效法则（即“最小薄弱原理”）。

整个流程中各主要步骤如下所示。

（1）获取集成电路以及电路板组件结构及工艺信息。

（2）根据电路板组件工作环境条件制定寿命周期环境剖面。

（3）基于ANSYS软件进行仿真分析，获取热仿真与振动仿真结果，为基于失效物理的故障预计提供数据支撑。

（4）建立热故障预计模型与振动故障预计模型，分别进行寿命仿真分析，可得到故障预计结果，基于竞争失效机制，确定集成电路失效状态，并得到寿命仿真计算结果。

2 研究对象

项目选取的某PCB电路板组件有限元模型网格划分图如图2所示，图右显示了集成电路详细模型的网格划分效果。电路板组件模型采用SolidWorks软件建立，对目标集成电路进行详细的三维模型建模，对其他元器件采用长宽高与之相同的长方体等效处理。使用ANSYS软件进行仿真分析，用内部MPC约束算法建立接触单元来处理各元器件和电路板基板的装配关系。

3 寿命周期环境剖面

热仿真分析环境条件根据基本试验中的各种工作环境温度以及产品工作时对应的环控条件制定。因此，参考典型电子装备高温低温试验条件[8]，确定仿真温度环境如下：热天地面阶段工作和不工作温度为+70 ℃，冷天地面阶段工作和不工作温度为-55℃；热天飞行阶段工作温度为+55 ℃，冷天飞行阶段工作温度为-40 ℃。

参照典型电子装备环境试验条件，确定电路板随机振动试验的功率谱密度，其最大值W0为0.04 g2/Hz。综上，按照电路板实际工作条件，将环境应力简化为温度循环1（冷天工作）、温度循环2（热天工作）和随机振动，见表1。

4 有限元仿真分析

4.1 热仿真分析

针对工作环境温度为70 ℃、55 ℃、-40 ℃、-55 ℃的情r进行稳态热分析，表2为环境温度70 ℃时电路板组件温度云图和集成电路温度云图。

通过对70 ℃工作环境温度下电路板、集成电路温度数据进行统计，得热分析结果，电路板组件平均温度为80.4 ℃，温升为10.4 ℃，集成电路平均温度为82.7 ℃，温升为12.7 ℃。

4.2 振动分析

（1）模态分析。

振动分析时将电路板两端插入导轨，故约束两端UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ自由度；同时电路板两侧面被压紧，故约束其UX方向自由度，并将约束载荷置于载荷集Constraints中。获取电路板组件前三阶模态振型如表3所示。

（2）随机振动分析。

在完成模态分析基础上按照振动环境条件开展随机振动分析，可获取位移云图、加速度云图。表4显示了电路板组件位移云图、电路板组件加速度云图。

对随机振动位移与加速度结果进行归纳，可得电路板位移、加速度，集成电路位移，为进行集成电路寿命计算提供数据支撑。

5 寿命仿真分析

5.1 模型建立

该研究中使用的寿命仿真软件工具是CALCE-PWA，该软件是用于电子组件设计和分析的一组集成工具，输入热分析与振动分析的结果，利用其故障模型可对印制板器件进行工作剖面下的故障预计。在完成电路板建模、部件建模和元器件建模的基础上形成最终模型。

5.2 剖面设置

从热仿真结果中获取集成电路平均壳温和集成电路安装位置的电路板表面平均温度，并按照温度剖面将集成电路的详细温度数据输入CALCE-PWA软件中；结合随机振动仿真结果设置振动剖面。表5给出温度循环1（冷天工作）、温度循环2（热天工作）和振动剖面示例。

5.3 寿命预计

定义并加载集成电路寿命剖面后，即可以对集成电路在各种类型剖面下的失效前循环数/时间进行计算，汇总结果如表6所示。

通过Miner定理计算集成电路温度循环、随机振动下的平均首发故障前时间，见表7，集成电路失效状态为热失效，失效循环数为260 089。

6 结语

针对集成电路故障预计的仿真是利用结构、工艺和应力等性能参数建立产品的数字模型并进行失效分析。该文介绍了基于竞争失效机制的集成电路寿命评估流程，并以某型号集成电路进行仿真分析，确定了该集成电路的失效状态与失效循环次数。基于虚拟样机技术的集成电路寿命分析方法可应用于产品设计各个阶段，并减少物理样机试验成本，为评估集成电路的可靠性提供依据。

参考文献

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集成电路研究分析篇2

1.引言

集成电路产业是最能体现知识经济特征的高技术产业[1]。以集成电路为主要技术的微电子产业的高度发展促进了现代社会的电子化、信息化、自动化，并引起了人们社会生活的巨大变革。集成电路布图设计（以下简称版图设计）在集成电路设计中占有十分重要的作用。版图设计是指集成电路中至少有一个是有源元件的两个以上元件和部分或者全部互连线路的三维配置，或者为制造集成电路而准备的上述三维配置[2]。集成电路芯片流片成本高，必须保证较高的成品率，版图设计人员应具有扎实理论基础和丰富的实践经验。典型芯片是经过实践检验性能优越，所以，通过研究已有的典型芯片版图是提高设计能力的有效途径。

版图设计是在一定的工艺条件基础上根据芯片的功能要求而设计的。目前，集成电路的主要工艺有三种，分别是双极工艺、CMOS工艺和BICMOS工艺[3][4]。其中CMOS工艺芯片由于功耗低、集成度高等特点而应用最广泛，所以，研究CMOS工艺芯片版图具有更重要的意义。

本文对CD4011B芯片进行了逆向解析，通过研究掌握了该芯片的设计思想和单元器件结构，对于提高CMOS集成电路设计水平是十分有益的。

2.芯片分层拍照

3.单元结构

4.电路图和仿真

5.结论

本文采用化学方法对CD4011B芯片进行了分层拍照，提取了电路图，仿真验证正确。从芯片的版图分析，该芯片采用NMOS场效应晶体管、PMOS场效应晶体管、PN结二极管和基区电阻等器件单元，四个与非门版图一致且对称布局。该芯片采用典型的CMOS工艺，为了节省面积采用叉指场效应晶体管，输入和输出端采用防静电保护结构。电路为典型的CMOS与非门电路。该芯片的版图布局体现了设计的合理性和科学性。

参考文献

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作者简介：

集成电路研究分析篇3

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

集成电路研究分析篇4

中图分类号：TN47 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 20-0000-01

自从摩尔提出了集成电路的发展预测，他认为单位面积上的晶体管在24个月都将在数量上翻番，经过微纳电子技术的不断发展，使得摩尔的预测逐渐实现，而且随着微纳电子产业的发展，使得摩尔的预测正在受到非常强大的挑战，因为随着新的科学技术的不断发展，新材料和新结构的不断创新促使当前的发展逐渐显示出其有效性，由于产业的不断发展和思索，使得人们逐渐从晶体管的使用上认识到其体积还能缩小，所以根据当前的晶体管理论，当特征距离小到10纳米的时候会不可避免的发生电子漂移，此时会无法控制电子的进出，从而导致了晶体管的实效。随着新材料和新工艺的崛起使得在设计和制造出集成电路的时候，会逐渐的淡化摩尔定律，那么则会对市场的冲击带来深远的影响，尤其是在互联网时代，纳米材料的使用可以更加有效的满足目前现状的要求，同时还能够成为具有高度关注的全球集成电路产业。

一、纳米技术在集成电路大生产工艺中的现状

随着当前的经济的不断发展，纳米技术在运用上变得越来越广泛，而且其功能的优越性也使得其应用更加的符合当前的发展现状。当前所使用的摩尔定律的不断延伸，基本上是依赖于新材料和新工艺进行突破，同时在发展的过程中如果不能够找到合适的替代品，那么摩尔定律则会实效，因此可以从新材料和新工艺的发展现状来检验出摩尔定律是否得到有效的延伸。目前所采用的应硅工艺、小型沟道材料技术、小尺寸工艺、高K金属栅工艺、超低K工艺、450mm硅片以及光刻技术等均在被大量的使用。虽然纳米技术在当前的工艺中使用非常广泛，但是却仍然存在着很多的问题，因此在采用纳米技术的时候要解决相应的纳米

技艺所面临的难题。另外纳米技术在存储器中的应用也非常普遍，无论是相变阻器还是磁变阻器，其高速的运转造成了在成本的需求上需要更多，运用纳米技术可以在芯片中更好的运用。采用纳米技术可以使得所制出芯片存储器更加小，可以使得更加小的芯片拥有更大的驱动能力，从体积的角度不断缩小，而从功能的角度则是不断的扩大。

二、纳米集成电路发展趋势概述

随着我国社会经济的高速发展，加上社会需求的增大，我国对于微纳电子技术和微纳电子产业的重视力度越来越大，特别是最近几年建立了和集成电路技术相关的重大科技项目和研发项目，为我国的纳米集成电路的发展奠定了良好的基础。为了能够尽快的达到世界先进水平，能够掌握自主知识产权技术和设计，本文从集成电路发展的规律上分析，主要认为需要从两个角度来进行发展和研究：一是对维纳电子基础的前沿性研究要进一步的重视和加强，二是根据集成电路发展的规律和特点，充分认识产业支撑对于集成电力发展的重要性，国家应大力的发展和优化产业链条和产业技术。对于前者，特别是对于二代（五年）后的集成电力产业发展方向要进行着重的分析和研究，分析和研究的具体内容有新型器件的结构研究、新材料的研究、新技术的研究等。目前我国的很多的项目研究都局限在某一设备、某一技术或某一项工艺，在对这些内容进行研究时，有的研究人员对基础问题的研究不重视，所以缺乏自身的核心技术，造成了后续发展动力不足的现象，除此之外，在研究中要充分的认识工艺集成技术的重要性，还要着重的突出集成性，因为工艺参数或某器件的性能再优良，无法集成，这就对集成电路的发展毫无意义；对于后者，产业支撑对于集成电路来说具有重要的影响，产业技术中的产前技术尤为重要，其中的工艺集成、成本控制、质量控制等都是产业技术中的重点，这些方面需要企业发挥出创新的主体作用，除了对产业技术中的基本工艺进行研究外，主要还要对国内外的市场进行研究和考察，根据市场的发展走向来开展具有市场特色的产业工艺技术研发。对于集成电路发展来说，技术和产业规模是重点，所以扩大产业规模、产业渠道、加大投资、优化链条、创新技术等内容是未来发展重点。

三、总结语

随着微电子科学在集成电路上的应用逐渐升级，使得传统的集成电路正在不断的发生着本质上的革新，但是依靠着科学技术的发展逐渐构建起新的集成电路技艺，无论是从物理角度分析还是从经济的角度进行分析，采用纳米技术可以更好的为集成电路的发展创新带来发展的机遇，同时还能够有效的促进当前科学技术发展的环境下对于纳米技术进行深层次的研究，为相关纳米集成电路大生产工艺的生产者提供有建设性的借鉴。

参考文献：

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集成电路研究分析篇5

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1672-7800（2012）010-0151-02

作者简介：王鸿运（1980-），男，硕士，黄河科技学院助教，研究方向为计算机网络与无线通信。

1概述

1.1背景

智能电网也被称为电网的智能化，是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。其主要特征包括自愈、激励和用户抵御攻击、提供满足用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

无线自组织网络即MANET（MobileAd-hocNetwork），是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其它用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。

目前，大规模智能电网应用技术刚刚进入实际应用阶段，智能电网的构成包括数据采集、数据传输、信息集成、分析优化和信息展现5个方面。在通信信息平台建设方面，我国建成了“三纵四横”的电力通信主干网络，形成了以光纤通信为主，微波、载波等多种通信方式并存的通信网络格局。但在“最后一公里”的覆盖问题上，始终没有有效的解决方案，尤其是在复杂条件下和大规模使用条件下，现有的解决方法存在很大的局限性，系统规模难以扩展，数据传输的实时性也难以保证，大大限制了其应用场合，不能满足要求。因此，研究基于无线自组网络解决智能电网信息采集终端的“最后一公里”覆盖问题成为解决此问题的关键所在，具有极大的现实意义。

1.2国内外研究概况和发展趋势

随着蓝牙、ZigBee、GPRS、无线M-Bus（MeterBus）等技术的发展，无线通信技术以其在配置、安装、修改和扩展等方面的优势赢得了广泛的关注和应用。在无线计量应用中，蓝牙、ZigBee等短距离无线传输技术的针对性不强；作为通用的无线覆盖技术GPRS由于功耗、成本以及自身技术的特点，对于特定应用如各种电表、水表、气表、热能表等表计数据的采集工作的局限性使得其不能满足智能电网信息采集系统应用需求；无线M-Bus是欧洲的标准，是一种现场总线，专门用于从电表、水表、气表、热能表和其它各种读表设备中传输读表数据，但M-Bus不是真正意义上的网络。在OSI的七层网络模型中，M-Bus只对物理层、链路层、网络层、应用层进行了功能定义，由于ISO-OSI参考模型中不允许上一层次改变如波特率、地址等参数，因此M-Bus在七层模型之外定义了一个管理层，可以对OSI模型任一层次进行管理。无线M-Bus总线很适合应用于电池供电的低功耗环境，能够满足近距离组网和远程抄表的需要，在欧洲已有较为成熟的研究和应用。但在我国，M-Bus通信协议尚缺乏统一的标准，存在互不兼容的问题，极大地阻碍了设备的统一，并且没有较为深入的研究和应用方案。此外，作为欧洲的技术标准，没有自主的知识产权，芯片方面也受制于人，存在极大的隐患。

随着无线网络技术的兴起和无线网络市场的逐渐成熟，市场对无线自组织Mesh网络的应用需求是巨大的，应用于智能电网信息采集终端的无线自组织核心网络技术具有广泛的应用前景。

1.3研究内容与预期目标

1.3.1研究内容

（1）分析研究基于MESH结构的无线自组织网络的构架协议，包括组网模型、MAC协议、链路层协议以及网络拓扑控制等内容，根据智能电网信息采集需求，建立无线自组织MESH网络模型。

（2）根据无线自组织网络的构架与协议，研究路由算法，建立相应的计算机仿真实验平台，仿真和评估各种智能电网信息采集路由算法，分析研究基于MESH结构的无线自组织网络智能电网信息采集实现方案。

（3）搭建基于MESH网络结构的无线自组织网络硬件演示平台系统，根据搭建基于MESH网络结构的无线自组织网络硬件平台对实际智能电网信息采集业务数据进行模拟仿真测试，逐步建立适用于智能电网信息采集业务的无线自组织网络基本理论模型，给出量化指标，并进行模拟验证测试，形成分析测试结果报告。

（4）研究并分析可实现的基于MESH网络结构的无线自组织网络体系结构的智能电网信息采集业务最优方案。

1.3.2预期目标

（1）针对智能电网信息采集需求，研究实现基于MESH结构的无线自组织网络覆盖，建立无线自组织网络模型及仿真试验平台，完成智能电网信息传输与采集。

（2）研究并提出基于MESH结构的无线自组织网络的智能电网信息采集最优无线传输方案，通过仿真试验平台加以验证。

1.3.3拟解决的关键技术和难点

（1）主从式无线传输信道自适应跟踪技术。在无线路由的网络拓扑分析过程中，节点路由分支需要通过特殊的数学物理分析手段逐步实施，考虑采用表中继路径自适应技术，建立基本的网络拓扑框架，进行路径自适应中继通信。

（2）无线射频信道的功率动态分配技术。在有限的带宽内高效利用无线射频信道资源是无线自组织网络成功应用的重要因素。设计一种使用多射频、多信道、方向性天线的新型无线Mesh数据回程网，采用基于连接图的等价变换来实现无线MESH网络信道分配算法，这种新型的信道分配算法能够有效地减少链路间干扰。

（3）测量型无线自组织网络路由生成技术。通过测量海量无线节点的最佳静态可实现路由，确定所对应节点的激活与休眠状态，根据无线信道传输质量和其它设定的受限约束条件，动态自适应调整激活节点，形成动态自适应路由生成算法。

2技术可行性分析

2.1技术路线

项目技术路线可以概括为：瞄准市场应用，坚持自主创新，以突破关键技术为基础，充分利用一切有利资源，重点突破“最后一公里”瓶颈，分步实施研究内容。

瞄准市场应用就是以市场需求为导向，在迅速吸收和消化国外先进技术的基础上，结合原有技术，针对电力系统信息传输的瓶颈问题，具体研发切实可行的市场需要技术和解决方案，并投入应用。

自主创新即坚持以我为主、坚持不断创新。这主要表现在两个方面：一是发扬我们在VHF和UHF频段无线数据和语音信息传输领域的技术优势设计构造全新的无线覆盖新概念；二是依托近几年我们在电力系统和其它无线应用系统无线接入与传输技术方面积累的宝贵经验，对智能电网的信息采集端核心网络进行技术支持。

充分利用一切资源主要包括两个方面：一是凭借我们与省内外、国内外知名大学和研究机构的良好关系，获得多方面的技术提升；二是广泛联合国内长期的合作伙伴，扩大规模，实现互利双赢。

2.2拟采用的实验手段

通过实际测试无线自组织网络已有路由算法的实际效率，得出相应的实验测试数据并对其进行分析研究。

根据本研究建立的基于MESH结构的无线自组织网络模型，提出效率更高的新的路由算法，并在新建模拟分析平台的基础上测试验证新算法的效率，给出应用于智能电网信息采集终端的无线自组织网络组网方案。

3市场需求情况和风险分析

项目实施的风险主要来自两个方面：

（1）技术风险：从目前项目的研发进展情况看，本项目技术本身没有任何风险。但是基于MESH 结构的无线自组织网络的技术成熟性以及智能电网信息采集技术的发展与应用直接影响到项目计划的实施进度。

（2）市场风险：从市场上讲主要是随着新技术的普及，各种新算法在不久的将来可能不再是一个技术门槛。

以上风险为低风险水平，其关键在于研发进度和产业化推进速度。如能与开拓能力强的大型企业形成合作伙伴关系，实现技术共享、利润分成、强强携手，必定将项目成果迅速推向产业化。

4经济、社会和环境效益预测

在智能电网领域的应用上，使用无线自组织网络技术解决电网信息传输系统“最后一公里”覆盖问题，尤其针对传统的电网信息传输技术难以解决的问题，采用灵活快捷方便的具有完全自主产权的基于MESH结构的无线自组织网技术，能够极大提高电网信息采集端核心网络的鲁棒性与可靠性，并使有限的频率资源得到最佳合理使用。预计形成年产值数千万的智能电网无线信息采集产业。

在社会效益方面，体现在以下几个方面：

（1）基于MESH结构的无线自组织网技术能够成为智能电网无线采集领域的核心技术，可申请多项专利，产业化后，可以形成一个基础性信息服务产业，可提供数以千计的就业岗位，填补我省乃至中部地区在无线表计量领域的一项空白。

（2）基于包括核心技术在内的几个核心算法具有完全自主知识产权，其低成本和低功耗的特性可以很好地满足在特殊表计量环境下的可靠需求，部分解决我国对国外同类算法严重依赖的问题，在一定程度上可以缓解相关国外专利费方面的压力。

（3）推动我国智能电网无线采集技术的进步，带动相关产业发展，特别为笔者所在省市在特殊环境下的无线表计量产业的发展做贡献。

（4）为我国相关无线表计量标准的建立和完善做出贡献。

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集成电路研究分析篇6

【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

集成电路研究分析篇7

Abstract: This paper mainly from the system level integration of electronic power, which refers to the specific power conversion system; the module level, it is also the analysis of three aspects constitute the standard control and communication system and the structure of power electronic system integration study of electric power system in, want to help develop for the electronic system in our country.

Key words: power electronics system; system; module; standard control and communication structure

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，随着科学技术的不断发展，我国社会以对电力电子技术的应用也是越来越普遍，这使得我国社会以及个企业也越来越重视电力电子的系统的集成研究。对于电力电子技术的本身来说，它是一种能够实现电能的高效变换以及能够对电能进行高度控制的技术。在现代社会，由于电的利用更加频繁以及广泛，最典型的如现在交通行业的电气化铁道也即是目前我国的电气机车以及磁悬浮列车、小区的电动汽车和目前先进的航空电源系统，还有拥有高速处理器的电脑以及电信设备都应用到了电力电子系统，这也表明电力电子系统的集成研究对于这些领域的发展具有极大影响，因此，对于电力电子系统的集成研究是具有极其重要的社会意义以及现实意义。

1. 电力电子系统集成的系统级分析

电子电路系统集成的系统级研究分析的主要内容主要就是建立电力电子系统的架构，以及研究电力电子系统集成的稳定性以及系统正常运行的可靠性，进而能够解决电力电子系统在集成的各标准模块有关的问题，本文主要分析的是电力电子系统的界面定义，交互作用，系统的容错能力以及各模块在系统中的并联问题，下面是简单的阐述分析：

界面定义。界面的定义指的是在电力电子系统的集成中，应该建立合理实际以及科学的集成系统架构,也就是指的是要制定符合系统集成要求的标准规范,这有利于解决系统集成研究中个模块间的技术参数和指标的分配,从而能够使得集成系统结构性能的优化以及系统模块的标准化。

交互作用。交互作用，具体指的就是在进行电力电子系统进行集成时,系统中的滤波器模块DC/A C,AC/DC以及DC/DC（下文将主要分析）间的作用，这些模块间的交互作用是能够影响电力电子系统的性能以及稳定性。

系统的容错能力。系统的容错能力的分析也就是为了提高电力电子系统集成后的系统的可靠性,也就是指的是 集成系统后系统本身应该具备的处理系统的欠压以及短路、过流等等一般故障的能力。

模块的并联。这主要指的是如何提高集成系统的扩充性以及可靠性的问题,具体方法就是采用模块的输入端并联以及输出端并联的方式使得系统的扩充性更强以及可靠性更强。

2.电力电子系统集成的模块级分析

对于电力电子系统的集成的模块级的分析也即是对电力电子标准模块的研究，就目前我国的电子电子系统集成的模块级分析来看，主要可以从标准模块的这子系统中典型的DC/DC模块为例进行分析，下面对此进行简单的阐述：

对标准模块典型的的DC/DC模块的分析，可以从系统中的三种不同功率对变流器的筛选入手，从筛选之中的条件看出其基本的原理：一般功率，这种功率的标准模块DC/DC 变流器拓扑初步筛选的标准基本就是按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；中等功率，这种功率的标准模块DC/DC 变流器拓扑的筛选和优化是在以一般功率DC/DC 变流器拓扑初步筛选的标准的基础，以及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；小功率。小功率的标准模块DC/DC 变流器拓扑初步筛选的标准由于其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，显得有点特殊，对于这种小功率的标准模块的DC/DC 变流器拓扑主要的还是注重的是同步整流驱动也即是整流的效率最为重要。

3. 电力电子系统的标准控制和通信结构

电力电子系统的集成研究中，标砖控制以及通信结构的研究是极其重要的，下面面就从电力电子系统控制中的三相VSI 逆变器为基础，讨论分析电力电子系统的标准控制体系以及通信结构，下面是简单的阐述：

3.1三相升压整流器标准控制体系。

三相升压整流器的标准控制结构的分析可以知道该标准控制的主回路拓扑与三相VSI 逆变器结构基本一样，而且它的控制结构也也和三相升压整流器本身的控制结构一样，简单的说三相升压整流器标准控制体系就是以触发脉冲产生器、SVM 调制器、电流调节器、电压调节器和坐标变换器和A/D变换电路构成的，但是要注意的是在系统集成中不同的接口有着不同的要求。

3.2电力电子集成系统通信结构。

在电力电子集成系统中，数字式控制通信的一般模式的分析了解，我们可以知道通信结构的组成基本是以三层结构为主的：核心结构，也即是通信结构系统中的标准功率模块控制器HM以及执行PWM，和通信结构中的空间矢量控制驱动的信号生成以及结构本身的过电流保护等等，控制结构，主要就是指应用控制器AM ，AM的任务就是完成集成系统中的标准功率模块的信号同步和协调模块的工作、以及对系统的输入/输出电流和系统电压的控制等等，要注意的是它受到了系统管理器SM 的控制；系统结构，也即是指系统管理器SM，它主要的功能是与集成系统的仪表板和系统的外界的联系，以及协调系统中的多个标准功率模块的正常运行。

结束语：总而言之，从目前的电子电子技术的发展来看。电力电子系统集成是它发展的重要方向以及发展的必然趋势。具体来说，电力电子系统的集成的标准模块能够解决电能变换装置的复杂和不确定性，达到电力电子系统集成后运行可靠性高，功率密度高以及高效低成本的目的。不仅如此，电力电子系统集成本身就是一门融合了电力电子技术以及计算机技术、热处理技术、电磁兼容等等众多学科综合性工程，它的应用能够与偶东整个社会工业的发展以及能源的高校利用，同时对工业生产过程中自动化变革也具有较大影响和推动作用，因此，对于电力电子系统集成的研究具有极其重要的经济效益和社会意义。

参考文献：

【1】 钱照明,张军明,谢小高,顾亦磊,吕征宇,吴晓波. 电力电子系统集成研究进展与现状. 【J】.电工技术学报 2006，（15）:1328～1332

集成电路研究分析篇8

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0176-03

1 引言

随着我国农村配电网的建设和发展，尤其是农村电网的改造使得配电网结构进一步优化，极大的促进了经济社会的发展。但是农村配电设备比较落后，且功能比较单一，配变保护设备老旧情况严重。目前，配变一般配备了剩余电流保护，短路保护，主要由熔断器和刀熔开关组成，不能为配电变压器及低压台区提供全面有效的保护。本文将针对以上局限性，结合广东电网的实际情况，研究最合适的通讯方式，实现配电台区采集、存储、监视、控制等，构建一套费用合理、技术完善、安全可靠性高、容易推广的通讯方案。

2 配电变压器智能化国内外研究现状

2.1 智能化配电网终端技术国内外研究现状

针对城市和密集负荷区主要研究和解决的问题：（1）提高可靠性和电能质量；（2）降低运行费用；（3）研究配电网与分布电源的一体化；（4）研究配电网与用户侧系统的协调；（5）缩短停电恢复时间；（6）为用户提供更多的用电选择。

项目涉及内容有：（1）设计新的智能电子设备（IED）；（2）研究低成本多功能的静态开关设备；（3）研究传感器和监视系统；（4）研究故障预测等。

美加大停电之后，美国计划在10～20年内完成智能配电网工程IDG（Intelli-D-Grid）。智能化配电网（Intelli-D-Grid）将自动完成：网络重构；电压与无功控制；故障定位和隔离；继电保护再整定（RPR） 等功能；完成智能化电网的建立：数字化变电站、分布发电技术、电力电子技术与配电网互联、燃料源与储能、匹配的电力网络、半导体、超导、超级电容器、磁材料和绝缘子、储能系统、低成本的智能传感器的应用，借助网络通信、GPS同步对时构成完整的智能化配电网。

随着我国农村配电网的建设和发展，尤其是农村电网的改造使得配电网结构进一步优化，极大的促进了经济社会的发展。但是农村配电设备比较落后，且功能比较单一，配变保护设备老旧情况严重。目前，配变一般配备了剩余电流保护，短路保护，主要由熔断器和刀熔开关组成，不能为配电变压器提供全面有效的保护。目前在国内许多供电公司都在应用配电变压器监控系统，但是在实用过程中发现了很多运行问题：一方面，由于配电变压器在布设^程中没有进行合理规划，分布比较散没有形成集中管理使得信息在传递过程中比较失真；另一方面由于缺乏有效的配电变压器的分析软件，使得收集的配电变压器信息又得不到有效的应用。造成的结果是，虽然有一部分配电变压器监控终端在现场投运，但取得的效果并不理想，变压器未能得到运行状态分析和经济运行分析[1]。

2.2 低压配网自动化监控系统技术国内外研究现状

（1）在国外，发达国家在90年代就开始对配电网进行运行方式系统分析，得出合适的运行方式指导配电网经济运行，日本中等城市以上的供电系统都实施了配电经济运行的决策支持软件，美国等西方国家也在一些城市供电网上实施了类似的系统。国外对配电低压台区的智能化技术研究较多。现在，计算机技术和通讯技术飞速发展，大量应用于配电网，进而对配电网低压电器的要求是能后与后台控制计算机进行通信，实现后台计算机对配电低压电器的远程控制，也就是使配电网实现“三遥”功能。为了迎合配电网的需要，配电网低压电器都加入了各种通信功能。尽管目前国外已经开始了配变低压台区智能化的研究，但研究的成果还没有突破，对所有的电气设备进行同时监控的系统尚未研究出来，因而还不能对台区所有电能质量数据进行分析。

（2）国内相关文献介绍了国内有电力网电能损耗计算与分析软件，配电网自动优化运行监控系统的研究，区域分布式电压无功监测与优化控制系统，无功优化程序在配电网的应用，基于地理信息系统的配电网优化规划的研究的文献报道。但是，由于技术的局限性，分析计算中很多用来分析的数据都是历史数据，不能及时地反映配电变压器的当前状态量，其他的文献也没有能够从台区运行、决策支持的角度系统地分析配电网的经济运行。目前，国内大部分配电系统中仅有少部分实行了自动化监控，大部分采用人工监控方式的配电系统中存在的故障或隐患无法被监管控制人员及时发现，无法迅速加以解决。

（3）配电变压器的过流保护主要由两种途径：一种是利用断路器；另一种是利用熔断器。熔断器的优点是结构简单，成本低。断路器对配电变压器的过流保护的断路器全开断时间较长，不利于对配电变压器进行过流保护[2]。

3 配电变压器在线监测目前存在的问题

配网经过十几年的发展，一次、二次设备以及自动化系统都基本运行稳定、成熟，但配网自动化主要关注馈线及站所自动化，对10kV线路下的台区运行管理考虑较少，尽管许多台区也安装了一些智能设备（TTU），较少从台区运行管理的角度实现负荷曲线、三相平衡度、负载率、电压合格率等功能。因此如何利用新技术，对台区的运行状况实时监控；对台区的负载率、可靠率、平衡率、负荷增长趋势等进行研究；对台区发生的故障能够做出及时的反应，从而以较低的成木、有效的手段、快速地提高供电企业对台区的管理水平，加强配电台区的电能优化控制，提高供电质量，提高电网运行的可靠性，减少维护的工作量，提高效率是新一轮智能电网建设的一项重大任务。作为用户供电的电源点，配电变压器的测控、保护、电能质量监测有着非常关键的作用，而配变无功电压协调控制则是改变当前配网无功电压调节能力匮乏，低电压情况严重的关键[3]。

但从目前的状况来看，尽管有不少配电变压器已经安装了TTU设备，但少有在测控、保护、电能质量监测功能完备的，且各设备采用的建设路线，技术标准也不尽相同，相互之间无法进行有效的衔接。对配变无功电压协调控制则通常采用另建装置的方式实现，造成配变下设备构成复杂，不利于智能配电网、主动配电网建设。除此之外还存在着以下问题：

（1）缺少自动化系统的支持，运维人员无法及时了解缺相、失压等情况。由于缺少自动化监测手段，配电台区故障信息一般靠用户保障反映。运维人员没法及时了解和处理缺相、失压、相位错误等状况，严重影响低压配电网的供电可靠性，甚至危及用户设备和人身安全。（2）不能实时监测轻载、超载、三相不平衡状况。工业用户和商住小区的数量随着经济的发展逐渐增多，同时人们的生活水平也在不断的额提高，受各种因素的影响和制约，导致出现超载、轻载、三相不平衡台区，造成一定的经济损失。目前计量自动化系统只监测配变总出线电气量，未监测各分支线的信息，导致运维人员判别低压线路超载、轻载、三相不平衡时无精确数据支撑。（3）配变及台区保护功能简单，导致现场故障查找、处理时间长。配变保护配置只有配变本体保护、低压总出线过流保护，缺少漏电流保护、缺相保护、低压线路故障判别等。以往的漏电流保护经常出现整定值失配、越级跳闸的情况，给运维人员带来很大的工作量。缺少缺相保护可能导致缺相时用户电机烧毁。低压线路故障判断的缺少则会增加运维人员查找及处理故障时间。（4）台区无功电压无法协调控制。目前，配变台区装配的无功补偿器、三相不平衡调节装置，甚至是有载调压设备，均是独立控制。同一馈线上的不同台区也是独立控制。所以，同一馈线不同台区之间、同一配变台区各类设备之间无协调机制，可能出现决策冲突，影响台区电压质量治理效果。（5）数据集成后无更高级的应用，装置功能无法扩展。一方面，目前已有的系统只对配电台区数据作集成及展示，未真正作高级分析。另一方面，配电台区的测控不足，无法满足以后智能配电网、主动配电网的发展需求。（6）配电变压器保护设备普遍缺乏过热保护。目前，大部分农村地区的配电变压器一般只配备熔丝作为过载保护。虽然过载与配变过热存在一定相关性，但通过熔丝来保护配电过热现象还有一定的局限性。目前，经常出现配备熔丝的配备过热烧毁的事件。（7）配电网配电变压器保护装置。变压器保护装置存在功能单一，集成程度低、自动化程度低等特点，导致设备不易安装，成本高昂。现阶段，配电网运行于管理处于相对比较粗放的阶段，配电站数量多，地理分散性大。

4 配电变压器智能化在线监测及状态检修

4.1 台区配变智能化终端装置技术研究

（1）通过装置对配网台区低压侧的数据采集，即对配电台区电压、电流、有功、无功、功率因数的监测。本项目中考虑对此功能进行进一步强化；（2）强化和完善保护功能，实现过流过压保护、漏电流保护、重合闸、缺相保护等功能；（3）加强对台区无功电压调节设备的协调能力，实现对台区无功电压设备，例如无功补偿、有载调压变的协调控制，实现台区的低电褐卫砉δ埽唬4）基于智能配变终端的智能台区运维管理软件，用于监控智能配电终端设备的数据上传及管理和分析功能，实现台区的运维管理功能，同时实现了三相不平衡分析、低压分线的有功平衡分析等功能。

4.2 配电台区在线监控系统技术开发

系统应用对象主要是供电所基层管理和维护人员，因此系统在设计中遵循简单、直观、易学易用的原则。系统对数据的展示尽可能使用表格、曲线、棒图等比较直观的方式，系统同时将原始数据结合图表上传至云平台，通过微信或者APP将配变运行情况反应给手机用户，实现互联网对配变的在线监测[4]。使运维人员可以实时查询配变运行状况，并对电网的运行情况给出运行决策或者为现场施工提供依据。

4.3 智能配变终端试点应用

广东电网某台区安装智能配变终端柜体，在试点供电局进行某台区的低压数据采集和软件后台的高级应用。通过对台区配变低压侧总线和分支线路数据采集，上传至监控后台软件，后台软件将数据处理后进行可视化展示，并提供运维辅助决策参考，同时根据量测的数据和保护的动作信息，判断台区低压侧故障的范围，有助于快速定位低压故障类型和位置。

5 技术难点与措施

5.1 配变低压总出线和分支线路保护存在配合不匹配技术难点

解决思路：总出线上的保护配置定值参考原先定值，并结合负荷预测对保护定值进行修正；分支线路保护定值先参考原先定值进行配置，再根据每条线路上负荷实际情况进行修正，最终汇总每条分支线路的保护定值反馈给总线上的保护，对低压总出线的保护进行修正。

5.2 无功电压协调控制数据不全面造成控制策略不完善技术难点

解决思路：在低压分支线路末端或者终端某个地方安装电压采集装置，通过无线将数据上传至主站，由主站结合配变终端采到的首段电压和末端电压数据进行分析，给出无功优化控制策略。

5.3 配变低压分支线路电流采集困难技术难点

解决思路：按照不同类型的配电柜体环境，制定改造方案。将低压智能断路器安装在分支线路上，对每条分支每相的电流进行采集，再通过智能断路器的二次回路将数据上传至配变终端设备上[5]。

为此本研究计划：（1）收资调研，总结广东电网典型台区目前整体数据监控情况；（2）在原有测控基础上考虑对此功能进行进一步强化，第一加强对分支线路的在台监测，第二加强对电能质量、谐波数据监测的支持，第三可增加对运行环境数据的监测。（3）完善配变低压保护功能：包括对配电变压器低压侧的缺相保护、过流保护、漏电流保护以及重合闸功能；（4）研究对台区无功电压调节设备的协调控制，此功能是对原TTU功能的一大升华，通过对无功补偿设备、分接头设备、调压设备、三相不平衡治理设备的协调决策，解决各设备各自为阵，互不统属的问题。（5）监控智能配电终端设备的数据上传及管理和分析功能的需求分析（6）配电变压器智能终端、在线监测后台开发及测试；（7）示范工程安装调试，现场应用验证。

6 技术经济效益目标

6.1 设备（系统）技术指标

基于智能配变终端装置的工程应用，能够实现以下几种主要功能：台区的保护功能（包括过流过压保护、漏电流保护、缺相保护、重合闸等），低压在线监控功能（不同于传统TTU的以半小时左右为周期的监测功能，智能配变终端更侧重于配电变压器的运维管理功能）、台区无功电压的综合管理控制功能（实现台区的低电压治理功能），其准确性、稳定性、低电压治理能力及控制算法的有效性均满足工程应用要求。

6.2 示范工程技术、经济指标

在试点应用中，能够实现各种保护：过流保护、过压保护、缺相保护、漏电流保护和重合闸功能，各类保护能够灵活配置，适应不同应用场合的需要。通过基于智能配变终端的配电台区在线监控系统的应用，有效提升现场的故障处理能力。

6.3 成果应用安全、经济指标

基于智能配变终端的配电台区在线监控系统的应用，能够提升配电网综合故障判断能力，结合手机客户端的云计算平台的应用，能够大大提高现场配电变压器的运维管理水平，大大减少供电所人员的工作量，产生直接及间接的经济效益。

7 结语

通过标准化的智能配变终端装置，实现台区的统一管理，尤其是电压质量治理的综合管控。本终端装置以配电变压器的无载分接头档位优化、无功补偿装置和有载调压分接头的联合优化控制，同时接收主站协调控制系统的优化指令，实现馈线级电压质量的综合治理。为配电台区测控、保护、电能质量、在线监测等一体化采集、传输提供终端支撑，为配电设备智能在线监测及状态检修工作开展奠定数据基础。完成配电设备测控、保护、电能质量、环境和在线监测等一体化功能。

参考文献

[1]许金红.智能变压器在线监测及诊断技术的应用研究[D].华北电力大学（保定），华北电力大学，2014.

[2]李波.电厂配电变压器综合智能保护系统关键技术分析[J].商品与质量，2016（2）：53.

集成电路研究分析篇9

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。

集成电路研究分析篇10

近年来，电子技术、自动化技术得到了突飞迅猛的发展，模拟器件广泛应用于各种集成电路为核心的电子系统，随着科技进步、电子产业和社会生产的发展，电子系统的规模越来越大，结构越来越复杂，性能要求越来越高，体积尺寸要求越来越小，模拟电路电子元件的密集度和布线密度要求越来越高，当电路发生故障时，由于各种元器件精度存在误差，导致电路故障现象复杂多变，常规的检测仪器例如万用表、示波器等已经无法满足模拟电路故障检测需求，如何推动现代模拟电路故障诊断和测试的理论和研究方法的应用，已经成为重要的研究课题。笔者利用神经网络模型的原理，提出了利用频率特性对模拟电路的故障进行分析的方法。

1.神经网络模型特点

人工神经网络是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型系统，简称为神经网络。神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）和之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。神经网络拥有自主学习、联想记忆、非线性影射、识别判断、逻辑分析和智能处理等功能和优点，神经网络模型的特点和模拟电路结构高度吻合，为利用神经网络模型研究模拟电路故障提供了理论基础，1981年法国地质学家Morlet提出的小波神经网络具有较强的逼近能力和容错能力[1]。由于电子线路中存在模拟元件，模拟器件的精度，也就是容差，电路元件参数的变化是随机的、不确定的，只要是在容差范围内才是正常状态，小波神经网络成为现代模拟电路故障分析的有效工具之一。

2.神经网络模型的模拟电路诊断方法

当电路的工作状态发生异常时，必然会产生相应电源电流信号，产生的扫频信号呈现稳定的线性特征，通过待测样本的采样和处理，电路的工作状况可以根据各频带的能量故障特征进行提取，经过多次模拟学习训练的神经网络具备了数据分析判断能力，特征提取信息通过输出至小波神经网络中，经过数据分析判断处理，输出诊断结果。

2.1 基于频率特征的模拟电路能量故障特征的提取

按照电路中发生故障时损坏的元器件的数目来划分，可以将故障类型分为单故障和多故障。单故障是指电路中只有一个元器件发生故障的情况，多故障是指电路中有两个或者两个以上元器件同时发生故障的情况。据有关数据显示，模拟电路中70%—80%的故障为单故障形式[2]。发生单故障的电路，是整个故障诊断的首要任务，对于多故障电路，由于是两个以上的元件故障同时发生，这种故障的组合情况很多，比较复杂，不在这里讨论，本文只考虑单故障情形。根据实际情况，利用Orcad软件的PspiceAA高级分析对模拟电路进行Sensitivity处理，通过对待测样本采样，对绝对灵敏度和相对灵敏度进行处理，以便找出对测试节点贡献大的元件，从中选出坐标显示比例高即敏感度高的元件，将这些元件做为电路诊断的重点提取频率特征故障，并采用Pspice软件进行仿真，通过Pspice A/D仿真出测试点在某一频率段的电压值，对电压波形进行采样获得样本数据，将其分成训练数据和测试样本数据。对灵敏度的处理中利用小波变换把故障特征信息进行归一化处理，最后将这些处理后的信息在处理器中进行故障诊断和分析。

2.2 构造样本集

样本集的构造即对待测样本进行采样和处理是神经网络设计和训练的基础，样本数据选择的科学性和和对样本数据进行处理的科学性决定了神经网络设计的结果。样本集构造主要包括采样数据的收集，采样数据分析、筛选，和待测样本处理，然后提取输出频带的能量故障特征。故障特征值和故障模式构成神经网络的输入和输出序列[3]，即实现样本集的构建。

2.3 输入输出数据处理

输入量可以通过信号处理和特征提取技术从待测样本数据采样中获得的数据中提取频率特征参数作为网络的输入，根据电路输出的频率曲线，截取临界点对应的值，以其作为神经网络输入值。对输入数据进行归一化处理可以采用尺度变换和分布变换方法[4]。尺度变换是一种线性变换，当数据样本分布不合理时，线性变换可以统一样本数据的变化范围，却不能改变其分布规律，因而适用于分布均匀的数据样本，形成的分布曲线也比较平坦。非线性变换的数据处理往往采用对数变换、平方根、立方根等方法。

2.4 神经网络设计

样本集构造完成后，神经网络结构的输入层节点数和输出层节点数相应确定，此时，神经网络结构设计的主要工作是完成隐层层数和每层隐节点次数。实验表明，采用双隐层基本上能够满足网络性能要求，实际网络训练中可以通过增减隐层层数来调节隐层数。

3.基于频率特性的模拟电路故障测试

利用频率信号激励待测电路，通过比较正常电路和故障电路的输出频率曲线比较，实现诊断模拟电路的故障。选择一待测电路。首先选定电路的测试节点。应用灵敏度计算选择测试频率[5]，可以取得较好的故障诊断效果，灵敏度按照故障类型诊断适用情况可以分为微分灵敏度和增量灵敏度，微分灵敏度计算利用较少的测试点频率即可获得较好的测试曲线。利用pspiceAA软件求出各测试点灵敏度。来确定元器件对电路影响的大小。选定任意五个节点作为故障测试节点。

其中选择D代表二极管，B代表基极，C代表集电极，E代表发射极，O代表开路，S代表短路。利用pspice软件对各测试节点进行蒙特卡洛分析。选取任意某一测试数据进行分析，如表1。

利用MATLAB软件描绘出实际输出向量与实际输出向量，生成测试节点的灵敏度频率曲线图，根据测试频率曲线和正常频率曲线之值比较，即可判断故障样本错误与否，通过实验，可得测试样本故障诊断结果为样本总数为500次，其中固定学习速率469，总诊断率为93.80%，可变学习速率497，总诊断率为99.40%。结果表明，运用可变学习速率生成灵敏度频率特征曲线取得了较好的诊断结果。

4.结论

基于频率曲线模拟电路故障诊断技术是模拟电路故障诊断新的尝试，本文提出的理论还需在实际应用中进一步验证和修正，从而不断提高利用频率特征进行模拟电路故障诊断的准确度和精度。

参考文献

[1]秦新红.基于小波包分析神经网络的模拟电路故障诊断方法研究[D].中北大学，2012.

[2]张庆锴.模拟电路故障诊断方法及其应用研究[D].大连理工大学，2011.

集成电路研究分析篇11

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2017.02.009

〔中图分类号〕G250252〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-0821（2017）02-0044-08

〔Abstract〕The article deeply analyzed the innovation patent characteristics in the process of technology roadmap and discussions the relationship between the patent analysis and the technological innovation.Based on Technological Innovation Perspective，the interaction relationships between the patent analysis method and the technology roadmap were explored.Then the paper constructed a patent analysis method for the technology roadmap of supporting function model，carried on the real diagnosis analysis by the patent analysis method in the electric automobile with the lithium ion battery technology road map formulation application，technology roadmap for formulation and implementation of development of innovative activities and provided effective guidance.

〔Key words〕the patent analysis；technical roadmap；technological innovation；support function；electric automobile；lithium ion battery

专利分析的重要性在于规划技术发展方向、突破技术壁垒障碍、拓展自主创新空间、减少研发经费，进而提升国际竞争优势。在技术高速发展的今天，科技界与产业界均高度重视专利分析的重要性。而技术路线图在国家、行业与企业技术预测与前景规划中的应用日益增多。因此，在技术路线图的制定过程中引入专利分析技术对于推动技术创新、提升区域专利竞争力乃至区域创新能力均具有重要的理论价值与实践意义。

1技术路线图制定过程中技术创新活动的专利特征分析11技术路线图制定过程中的技术创新活动分解

在企业的技术决策、产业规划和政府部门战略规划当中常常应用技术路线图，它的使用能够对技术创新活动进行有效管理，预测产业未来市场所需的技术与产品，引导技术研发决策，降低技术创新风险[1]。对技术路线图制定过程汇总的技术创新活动进行分解，如图1所示：

12技术路线图制定过程中的技术创新活动的专利特征第一，技术路线图制定过程中的技术创新反映于产业专利偏好。不同领域技术创新活动的专利偏好不同，主要有两方面原因：其一为技术本身的创新性；其二为技术的保密性。在刨除技术的保密性后，技术创新差异使得技术领域的偏好不同，在技术生命周期、技术发展过程、技术热点演变等方面得以体现[2]。

第二，技术路线图制定过程中技术创新的领域分类在专利分类上的迁移。专利的技术领域分类是创新领域界定的基础，国际上均采用IPC分类标准，即International Patent Classification，在具体研究中，行业或技术领域的界定是指由某一个或某些IPC所界定的范围，根据主题概念将其转换到IPC分类中（可能是多），随后根据IPC分类对专利的相关信息进行查找[3]。

第三，专利信息反映了技术路线图制定中的技术创新的特点。通过对专利信息进行分析能够反映技术路线图制定过程中的技术创新特点，包括创新主体、创新过程、直接反映的创新产出以及创新行业间的关联，同时也包括间接反映的创新投入以及创新组合模式等。在研究技术路线图制定过程中技术创新所使用的某些专业术语，也来自于专利分析或者专利数据库[4]。

第四，专利信息的时间序列是技术路线图制定过程中创新活动的回溯基础。专利申请活动的时间节点组成专利信息的时间序列，记录着创新活动随着时间的推移，记载着创新活动的整个发展轨迹，成为创新过程回溯分析的基础。

2技术创新视角下专利分析方法的内容分解

21专利分析内容作为技术创新活动指标的研究与应用在技术创新的实证研究中，专利作为衡量创新活动的指标被学者们用于刻画与反映技术变化对经济活动的影响上。国外学者Pavitt（1982）对研究开发活动、专利与创新活动进行统计分析，利用专利数据对不同国家的创新活动进行比较，通过不同领域的专利信息反映相关创新活动的效率与方向[5]。许多学者在识别技术发展态势、判断技术发展轨迹以及热门关键技术时，常常运用专利信息分析。专利是研究某一领域技术变化以及相关问题的核心主线，具体包括以下4个研究层面：

第一，对比不同国家和区域间的创新活动。通过考察国内外专利活动差异以反映不同地区创新活动的体量差异。如Pavitt和Soete（1981）通过研究发现不同国家研究开发经费与单位人均专利具有良好的线性关系，但相关性会随着各国专利制度的不同而呈现出一定的差异[6]。

第二，对比不同行业之间的创新活动。产业行业的专利活动分布数据主要有以下两个方面的应用：其一，用于对创新活动之间关系的理论和模型进行统计和检验；其二，用于对经济和社会变量之间关系理论或模式进行验证。如Scherer（1982）在研究美国不同行业之间的技术流动时采用专利统计的方法对不同行业创新活动的体量差异进行了分析。在美国和英国，不同的行业和产业之间的专利活动和创新活动差异较大，专利和研发活动份额一般在化工和电子电气领域都较高，而专利活动份额在汽车航空领域一般要低于研发活动的份额[7]。

第三，对比不同技术领域的创新活动。不同技术主体各公司的发展状况，创新活动的行业模式和特征能够通过专利数据对行业内技术分析得到。如Walsh（1984）在研究和分析行业的发明和创新模式时运用了专利统计与科学论文和经济活动统计相结合的方法。从属和诱发创新活动的差别在一定程度上能够通过不同类型的专利统计数量得到，但是导致快速增长的主要或重大创新的概貌并不能因此得到[8]。

第四，对比不同公司的创新活动。通过对某一公司的专利申请和授权进行分析能够评估其技术能力和创新活动，对于进行横向和纵向比较分析公司的创新活动发展具有重要意义。《技术评》杂志由麻省理工学院与CHI研究所于1899年合作出版，它通过对美国专利数据进行分析，每年都对8大行业公司进行排序，推出专利记分卡，反映不同公司的技术强度以及变化情况。Liu等人（2006）为了明确世界500强公司在中国专利申请结构、产业分布、垄断趋势、技术创新和国外的投资方向，他们对这些公司在中国的专利申请情况进行了研究和分析[9]。

22专利分析方法的分析内容

专利分析方法复杂多样，其应用的核心算法可分为专利样本结构化、数据聚类、文档聚类等3大类，专利样本结构化是对针对专利间的演进关系，使专利行成“树”、“图”结构，可以对技术发展趋势进行预测，并发掘市场上有潜力的发展空间。数据聚类是对专利的特定指标进行量化分析，可以直观、量化、科学的描述技术发展现状，并从中发现、跟踪研究热点，进而引申其实际应用意义。文档聚类是对专利的特质及质量进行关联性分析，发掘专利的潜在联系，按技术特征来归并有关专利并使其有序化，对同领域的技术进行比较分析，从中发现重点研究对象、关键技术等，并以此为依据对技术发展战略提供支持。

关于技术和发明者信息在专利文献中的表述主要有以下4种，即：

1）描述与专利相关的技术和技术创新活动的信息，包括IPC，申请的专利时间和专利类型等信息。

2）反应技术对应相关创新主体的信息，如发明人或者专利所有权人的信息。

3）分析专利技术的价值以及与技术相关联的信息，如引证信息。

4）反应专利申请国家或者地区相应专利制度的信息，如优先权、权利要求以及公开日期等信息[10]。

在对专利分析内容进行分解时采用了专利分析方法应用的要素分类的方法，结果如图2所示：

在制定技术路线图时，需要对技术创新活动的以下内容进行分析：

1）对行业发展的动态以及趋势进行分析。统计某一区间专利申请数和授权数随时间的变化规律，能够反映该区间行业的创新活跃程度，进而对产生该现象的深层经济和政策原因进行剖析。对比专利申请和授权日期的差异，能够评价专利申请技术的水平[11]。

2）对专利类型以及技术水平进行分析。发明专利往往代表自主知识产权，相对于外观专利、实用新型专利来说其技术含金量相对较高，实用新型专利的技术含金量相对次之，外观设计技术含金量相对较低。通过对专利类型进行分类，能够分析研究活动的质量，进一步评价技术创新能力的高低。

3）对区域创新能力分布水平进行分析。针对在某一国家和地区申请专利的统计，能够分析出某一技术领域的合作伙伴和竞争对手来源，同时针对专利类型进行分类统计，分析专利类别以及IPC分布，进而分析不同国家或者地区在某一时间内的技术发展方向。

4）对行业技术的创新主体进行分析。统计某一行业的申请人和发明人，分析和评价不同类型人员和研究机构在技术创新中发挥的作用，对于寻找合作伙伴或竞争对手具有重要意义；跨国公司可以结合专利分类以及发明来源分析，采取相对应的技术创新以及市场开发战略；运用研究机构的发明人信息查找专利受让机构，能够对发明机构之间的内在关系进行分析。

3基于技术创新视角的专利分析方法对技术路线图的支撑模式31专利分析内容与技术路线图制定过程中的技术创新活动的关系专利分析方法对分析内容进行选择，搭配不同专利分析算法，从而得出相应的分析结果，专利分析方法对分析内容的分析结果为技术创新活动提供了支撑依据。对相同的分析内容用不同的算法分析，会产生不同的分析结果，为技术路线图制定过程中不同技术创新活动提供支撑依据。树、图化分析结果为目标设定技术创新活动提供支撑依据，数量统计分析结果为差距识别技术创新活动提供支撑依据，文本聚类分析结果为路径决策技术创新活动提供支撑依据[12]。

通过对上述专利相关信息进行分析，描述技术路线图制定过程中的技术创新活动。这4类信息中前3类属于专利技术信息，第4类属于专利权利信息。对专利分析的内容与技术创新活动中的技术创新特点的对应关系进行归纳如表1所示：

321引文分析

专利引文分析方法和核心专利引证关系族谱分析方法以样本结构化算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的引文信息。对应的技术创新活动包括，技术发展趋势、技术溢出、识别核心技术、技术创新扩散、技术转移、技术与技术的关联、技术与学科的关联。技术发展趋势是市场需求分析过程中的技术创新活动，识别核心技术、技术创新扩散、技术与技术的关联、技术与学科的关联是关键技术分析过程中的技术创新活动。因此专利引文分析方法和核心专利引证关系族谱分析方法为技术路线图制定过程中市场需求分析、关键技术分析分别起到了支撑作用。

322PLC分类分析

类交叉延伸分析方法和权利范围要求构建及关系分析方法以样本结构化算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的PLC分类信息。对应的技术活动包括技术研究热点、技术领域空白、技术发展趋势、技术与技术的关联、技术与学科的关联。技术研究热点、技术领域空白是发展目标分析过程中的技术创新活动，技术与技术的关联、技术与学科的关联是关键技术分析过程中的技术创新活动。因此类交叉延伸分析方法和权利范围要求构建及关系分析方法为技术路线图制定过程中发展目标分析、关键技术分析分别起到了支撑作用。

323技术领域数量的年份累计分析

技术发展阶段分析方法和技术生命周期分析方法以数据量化算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的技术领域数量的年份累计信息。对应的技术活动包括技术成熟度、技术成长能力、创新投入。技术成熟度、技术成长能力、是产业现状分析过程中的技术创新活动，创新投入是研发需求分析过程中的技术创新活动。因此技术发展阶段分析方法和技术生命周期分析方法为技术路线图制定过程中产业现状分析、研发需求分析分别起到了支撑作用。

324申请人及所在区域分析

技术聚集领域分析方法以数据量化算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的申请人及所在区域信息。对应的技术活动包括技术研发主体及研发能力、技术研发区域及研发能力，是市场需求分析过程中的技术创新活动。因此技g聚集领域分析方法为技术路线图制定过程市场需求信息分析起到了支撑作用。

325关键词及其频率分析

专利地图分析方法以文本聚类算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的关键词及其频率信息。对应的技术活动包括识别核心技术、技术演进、技术创新扩散，是关键技术分析过程中的技术创新活动。因此专利地图分析方法为技术路线图制定过程中关键技术分析起到了支撑作用。

326技术发展功效分析

技术功效矩阵分析方法和投资专利组合分析方法以文本聚类算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的技术发展功效信息。对应的技术活动包括技术与技术间比较、创新投入，是研发分析过程中的全部技术创新活动。因此技术功效矩阵分析方法和投资专利组合分析方法为技术路线图制定过程中研发需求分析起到了支撑作用。

4实证分析――专利分析方法在电动汽车用锂离子电池的技术路线图制定中的应用当今环保和能源的问题备受关注，为解决这些问题，电动汽车呈现出加速发展的趋势。我国政府高度重视新能源汽车产业发展，出台一系列鼓励措施和补贴政策及产业政策，极大地推动了新能源汽车产业发展。锂离子动力电池是新能源汽车的主要能源，其技术发展水平对于电动汽车的市场化程度影响重大。通过对电动汽车用锂离子电池的专利分析，可为电动汽车用锂离子电池产业的技术路线图制定提供指导。

41技术发展阶段测量方法在电动汽车用锂离子电池产业现状分析中的应用在中国人民共和国国家知识产权局专利检索数据库中，对电动汽车和锂离子电池进行交叉检索，共获得413条有效数据，对电动汽车用锂离子电池2001-2016年已公布的发明专利、实用新型、外观设计的专利进行数量统计，如图4所示：图42001-2016年电动汽车用锂离子电池专利数量图

技术发展阶段测量方法通过计算技术生长率（V）、技术成熟系数（α），技术衰老系数（β）和新技术特征系数（N），根据V、α、β、N的值随时间变化情况测算某技术领域的技术发展阶段，从而为电动汽车用锂离子电池现状分析提供技术事实依据，具体测量方法见表2：

42技术领域聚集在电动汽车用锂离子电池产业需求分析中的应用市场需求的影响因素众多，难以准确评价其分析结果，通过对创新主体的专利技术聚集领域分析，能够获得相关创新主体在研发领域投入和前沿热点探索能力，可作为产业技术路线图制定中产业需求分析的补充数据。根据布拉德福定律，分析不同区域刊载专利情况能够衡量研究主题领域内的核心技术分布、核心研发群体分布，从而确定高产出群体，掌握创新源头情况和创新动态。

电动汽车用锂离子电池2001-2016年共公告专利413件，通过数据整理和统计，该技术在我国各省份的聚集情况如图6所示：

由图6可知，广东作为锂离子电池的主要产地专利数量远远领先于其他省份；北京、上海由于拥有高校资源，因此凭借科技创新人才和高水平的研发能力，也有较多的专利数量；安徽的奇瑞汽车股份有限公司、天津的中国电子科技集团公司第十八研究所以自身的研发力量带动了区域技术发展，代表了产业技术发展先进水平。值得注意的是以汽车产业为支柱产业的吉林省在该技术上无任何专利，存在着巨大的市场空白。此外，拥有超大型汽车制造厂的湖北省、四川省也几乎处于技术空白的阶段。

对我国电动汽车用锂离子电池申请人数据进行分析，累计专利数在5项以上的专利申请人共13个，如表3所示，约494%的发明人（华南理工大学、奇瑞汽车股份有限公司、北京科技大学等13个发明人）完成了236%的专利申请，是该领域专利创新的核心人群，华南理工大学和奇瑞汽车股份有限公司的专利数居首位，其技术处于领先水平，奇瑞汽车锂离子电池在电动汽车的应用上处于国内领先地位。因此来自这两类创新主体的专利信息可以为电动汽车用锂离子电池产业市场分析提供极具说服力的事实依据。

43专利类交叉延伸分析在电动汽车用锂离子电池产业目标分析中的应用产业目标分析是在市场需求分析的结果上，综合技术预见分析结果并加以凝练而成。在技术预见的过程中，首先就要锁定目标技术区域，也就是具有发展潜力的技术热点，或是空白的技术领域。本文应用专利类交叉延伸分析方法，表现专利核心技术主题与交叉学科、技术间的关系。以此寻找技术发展热点和目标技术领域。对2001-2016我国电动汽车用锂离子专利IPC分类号进行统计、归纳，结果如表4所示：表4我国电动汽车用锂离子电池涉及关键技术主题表

IPC分类技术主题H01用于直接转变化学能为电脑的方法或装置，如电池组H02供电或配电的电路装置或系统；电能存储系统B60电动车辆的电力装备或动力装置；一般车用电力制动系统G01测量电变量；测量磁变量C01金属的生产或精炼，原材料处理，锂的化合物B82非金属元素，其化合物G05一般的控制或调解系统，这种系统的功能单元，用于这种系统或单元的监视或测试装置注：表中所列技术主题为IPC分类占专利申总数1%以上数据。构建电动汽车用锂离子电池专利交叉延伸模型，横线上的数字代表横线两端技术主题的交叉次数，如图7所示。

由图7可知，H01、H02、B60和G01为电动汽车用锂离子电池的专利核心技术主题，其中H01是目前的研究重心所在，其与C01、B82的交叉联系最为紧密，也就是如何利用新型材料的生产或精炼提高电动汽车用锂离子电池的各项性能，增强其实用性。B60（电动车辆的电力装备或动力装置；一般车用电力制动系统）是这一技术的新兴研究热点，其与H02、G05产生了交叉，也就是锂离子电池与电动车整车系统的配合，以及提高其应用性、稳定性的研究。

综上所述，我国电动汽车用锂离子电池技术研究热点仍处于提高电池性能的研究过程中，仍在通过与不同的技术交叉联系改善锂离子电池自身安全性、稳定性等。而该项技术的发展趋势是在电动汽车锂离子电池的远程控制、检测与管理等研究提高以锂离子电池为动力的电动汽车可实践性的研究。

5结束语

随着技术创新能力在国家竞争力中的作用日益突出，作为反映创新产出和创新过程的核心数据，专利具有信息全面、数据充分以及容易获得等优势，同时由于在企业、产业以及国家在制定发展规划过程中，技术路线图作为一种预测技术发展路径的工具能够降低创新的不确定性，为企业提供有效的技术策略和反竞争情报手段。因此基于技术创新视角的专利分析方法在技术路线图制定中的应用，能够为发现技术领导者、制定专利发展战略乃至国家创新战略具有重要指导作用和参考价值，为我国打造“中国制造2025”实现制造业由大变强的发展过程中提供支撑作用。

参考文献

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[10]方曙.基于专利信息分析的技术创新能力研究[D].成都：西南交通大学，2007.

集成电路研究分析篇12

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