时间：2023-12-20 15:18:47
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电路板优化设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词:联合测试行动组;边界扫描;测试存取口;扫描链路;测试向量
中图分类号:TP206文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2009)25-7295-03
Test Technology Based on Boundary Scan
CHEN Meng-dong, LIU Peng, ZHANG Hui-hua
(Jiangnan Institute of Computing Technology, Wuxi214083, China)
Abstract: Because of the neglect of boundary scan technology in project practice, the misapprehension in practical use is analysed. The definition of boundary scan interface, it’s hardware configuration and it's detailed working principle are introduced. Also introduced is the usage and advantage in practice use. In order to populize it better, the aspects of optimizing it are discussed.
Key words: JTAG; boundary scan; test access port; scan link; test vector
联合测试行动组于1987 年提出了边界扫描技术, 并于1990 年被IEEE接纳, 形成了IEEE1149. 1 标准。边界扫描技术是一种非常有效的测试手段。目前使用的芯片中越来越多的cpu、epld、fpga、dsp以及一些专用芯片(如ATM层专用芯片)等提供符合IEEE1149.1的JTAG测试口。但是JTAG电路的设计并没有引起工程人员足够的重视,很多人不了解JTAG,对JTAG口的处理较为随意,对JTAG的使用存在误区,未能实现它应有的作用。
1 使用误区
过去形成的一些误解妨碍了边界扫描技术在测试中的应用,主要有以下几个方面需要注意 [1]。
1.1 成本
人们对于产品成本的增加非常敏感。实际上,为了实现边界扫描而增加的少量无源元件以及一个小型连接器的成本可通过测试开发时间的缩短弥补回来。支持边界扫描的数字IC可能会比不支持边界扫描的同样器件稍贵一点,但却可获得更方便的测试性、更小的电路板尺寸以及更低的服务和维修成本。
1.2 特殊器件
在并非每片IC 都支持边界扫描时,设计人员仍可利用边界扫描有效地完成对PCB的测试。只要设计中包括一些边界扫描器件,软件工具就可方便地测试电路板上的大部分器件。CPLD 或FPGA 有许多引脚,每个都可做为测试点,因此设计人员在电路板上已经拥有了数百个测试点。工具供应商提供的参考资料都给出了如何利用CPLD和FPGA实现边界扫描测试的说明。
1.3 软件
过去为了进行边界扫描测试,必须掌握边界扫描描述语言(BSDL),并花费数周的时间将设计转换为边界扫描测试向量。现在,测试开发工具可利用原理图和网表,再结合IC供应商提供的BSDL文件,即可快速生成测试向量。测试开发时间的缩短,也使原型制造过程中因重新进行PCB 布线而改变测试过程的时间也大大缩短。
1.4 空间
采用边界扫描测试技术可大量减少测试点,由此所节约的空间远远超过边界扫描器件所需要的空间。最终效果是设计所需要的空间减小,从而使电路板尺寸更小,层数更少。
2 边界扫描的硬件结构
JTAG标准的核心思想是在芯片管脚和芯片内部逻辑之间, 即紧挨元件的每个输入/ 输出引脚处增添移位寄存器组(因为这些移位寄存器组布置在IC元件的I/ O 引脚处,所以称为边界扫描单元或边界扫描寄存器),这些寄存器单元在相应指令的作用下读出输出引脚或输入引脚的状态,可进行芯片级、板级互联甚至系统级的测试。
JTAG为边界扫描结构定义了测试存取口TAP(test acess port)、TAP 控制器、测试数据寄存器和指令寄存器4个基本的硬件单元。其中,测试数据寄存器包括边界扫描寄存器、器件鉴别寄存器和旁路寄存器。图1是包含边界扫描机制的芯片结构[2]。
2.1 测试存取口( TAP)
JTAG规定了4 条测试总线,也称为测试存取口( TAP) ,分别是:测试数据输入总线( TDI) ,用来接收测试数据和测试指令; 测试数据输出总线( TDO) ,用来测试数据的输出; 测试模式选择总线( TMS) ,在TCK的上升沿可有效控制测试逻辑; 测试时钟输入总线( TCK) ,在上升沿按串行方式对测试指令、数据及控制信号进行移位操作,在下降沿,对输出信号进行操作。此外,还有可选择的TRST测试复位输入端。
2.2 TAP控制器
TAP 控制器是J TAG逻辑电路中最重要的控制部分,整个测试逻辑都是由TAP 控制器按一定顺序调用的。TAP 控制器实际上是包含16 态的状态机,产生时钟信号和各种控制信号(即产生测试、移位、捕获和更新等信号),从而使指令或测试数据移入相应的寄存器,并控制边界扫描测试的各种工作状态。并在指令寄存器的配合下产生复位、测试、输出缓冲器允许等信号。测试数据的捕获、移位、更新都必须在TAP 控制器进入到相应的状态下才能进行。图2 为TAP 控制器的状态机,左边是数据寄存器(DR) 分支,右边是指令寄存器( IR) 分支,状态转换的条件就是TMS 的值。TAP 控制器被初始化为Test_Logic_Reset 状态,发出复位信号,使测试电路不影响ASIC 本身的工作。需要测试时,在TMS 控制下,TAP 进入数据寄存器扫描选择状态( Select _DR_Scan) 或者指令寄存器扫描选择状态(Select_ IR_Scan)。在Capture 状态,捕获指令信息或者数据;在Shif t状态,数据进行移位操作;在Pause 状态,移位停止,对寄存器重新加载测试向量;在Update 状态,移入扫描通道的数据将被输出。
2.3测试数据寄存器
边界扫描寄存器(boundary scan register)构成边界扫描路径,它的每一个单元由存储器、发送/接收器和缓冲器组成。边界扫描单元置于集成电路的输入/输出端附近,并首尾相连构成一个移位寄存器链,首端接TDI,末端接TDO。在测试时钟TCK的作用下,从TDI 加入的数据可以在移位寄存器链中移动并进行扫描。
器件鉴别寄存器有32 位,借助它可以辨别板上元器件的生产商,还可以通过它来测试是否将正确的器件安装在了PCB 板的正确位置。
旁路寄存器只有1 位,它提供了一条从TDI 到TDO 之间的最短通道,用来将不参加串行扫描的数据寄存器的数据旁路掉以减少不必要的扫描时间。
2.4 指令寄存器
为了执行不同的测试和选择实际的数据寄存器,除了TAP 控制器和数据寄存器之外,还需要有指令寄存器IR。指令寄存器进行指令的译码,向各数据寄存器发出各种操作码,并确定边界扫描工作方式。J TAG标准中定义了大量指令,有必需的,有可选的,而且也允许定义更多特定设计的指令来扩展测试逻辑的功能。
3 边界扫描测试的作用方式与优点
利用边界扫描测试技术,可以比较全面地了解集成电路芯片的内部故障、电路板的互连以及相互间影响。有效地克服了传统测试方式的不足,节约了测试时间和测试成本,极大地方便了系统电路的调试。不同的测试是在不同的工作方式下进行的,这些工作方式可以通过加载相应指令到指令寄存器来选择。
3.1 内部测试 ( INTEST)
内部测试方式用于测试电路板上集成电路芯片的内部故障,可以通过INTEST指令来选择执行。在这种测试方式下,测试图形通过TDI 输入,并通过边界扫描通道将测试图形加到每个芯片的输入引脚寄存器中,从输出端TDO可以串行读出存于输出引脚寄存器中各芯片的响应图形。根据输入图形和输出响应,可以对电路板上各芯片的内部工作状态做出测试分析。
3.2 外部测试 ( EXTEST)
外部测试方式可以通过EXTEST指令选择执行,用于测试电路板上各集成电路芯片间连线以及板级互连的故障,包括断路和短路故障。把从TDO 端输出的边界扫描寄存器的串行信号与正确的信号相比较,就可以方便有效地诊断出电路板引线及芯片引脚间的断路或短路故障。
3.3 采样测试 (SAMPLE/ PRELOAD)
流过器件管脚的数据被截取,称为“采样”。边界扫描寄存器输入单元并行装载芯片输入引脚的数据,而输出单元并行装载输出引脚的数据。不干扰管脚与核心逻辑之间的正常信号流,各边界扫描单元的采样值便可串行移出,可观察IC 正常工作时输入、输出引脚的数据流。
4 优化建议
边界扫描测试能准确地定位芯片的故障,迅速准确地测试两个芯片管脚的连接是否可靠,提高测试检验效率。但是为缩短测试施加时间,提高故障诊断率,仍需要对其进行优化设计,以利于更好的普及应用。针对它的优化问题提出几点建议[3]。
4.1 扫描链路优化
边界扫描技术中,边界扫描链路的串行移位使得单条边界扫描链路会导致很长的测试应用时间,而如果使用多条扫描链路,则测试时间可以明显减少。在测试期间,各扫描链路在任何时刻其长度相等,则可以实现测试的最好性能。如何对扫描链路进行动态配置是一个重要问题。
4.2 测试流序列优化
边界扫描的测试向量是以串行方式从外界输入的,施加大的测试集合可能要消耗大量时间。通过适当地缩减串行测试流,可以减少测试施加时间。这个方面值得研究。
4.3 测试向量集优化生成方法研究
在边界扫描测试中,合理优化地生成测试向量集是进行有效测试的关键。
4.4 板级可测性设计优化方法研究
基于边界扫描的电路板测试性设计方法在改善电路板测试性的同时,也增加了电路板设计的复杂性。因此,必须进行设计复杂性和测试性改善的综合权衡,实现二者的折衷,即进行电路板的测试性优化设计。
5 结束语
J TAG提出的边界扫描机制提供了一套完整的、标准化的测性设计方法,是测试技术的一次飞跃。它不仅能测试集成电路芯片的输入、输出管脚的状态,而且能够测试芯片内部工作情况以及引线级的断路和短路故障,且能实现高精度的故障定位。考虑到边界扫描测试技术和TAP体系结构所提供的诸多优点,应当认真考虑应用IEEE1149.1标准来解决数字ASIC的测试问题。
参考文献:
[1] 蔚英辉. 测试技术的飞跃――边界扫描技术[J]. 电信技术, 2002, (2): 75-77.
关键词：EDA技术 电子工程 作用
EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,是从CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)和CAE(计算机辅助工程)的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具,集数据库、图形学、图论与拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多学科最新理论于一体,是计算机信息技术、微电子技术、电路理论、信息分析与信号处理的结晶。
一、EDA技术的特点
1.现代化EDA技术大多采用“自顶向下(Top-Down)”的设计程序,从而确保设计方案整体的合理和优化,避免“自底向上(Bottom-up)”设计过程使局部优化,整体结构较差的缺陷。
2.HDL给设计带来很多优点:①语言公开可利用；②语言描述范围宽广；③使设计与工艺无关；④可以系统编程和现场编程,使设计便于交流、保存、修改和重复使用,能够实现在线升级。
3.自动化程度高,设计过程中随时可以进行各级的仿真、纠错和调试,使设计者能早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,同时设计人员可以抛开一些具体细节问题,从而把主要精力集中在系统的开发上,保证设计的高效率、低成本,且产品开发周期短、循环快。
4.可以并行操作,现代EDA技术建立了并行工程框架结构的工作环境。从而保证和支持多人同时并行地进行电子系统的设计和开发。
二、EDA技术的发展过程
EDA技术的发展过程反映了近代电子产品设计技术的一段历史进程,大致分为3个时期。
1.初级阶段:早期阶段即是CAD阶段,大致在20世纪70年代,当时中小规模集成电路已经出现,传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法效率低、花费大、制造周期长。人们开始借助于计算机完成印制电路板一PCB设计,将产品设计过程中高重复性的繁杂劳动如布图布线工作用二维平面图形编辑与分析的CAD工具代替,主要功能是交互图形编辑,设计规则检查,解决晶体管级版图设计、PCB布局布线、门级电路模拟和测试。
2.发展阶段:20世纪80年代是EDA技术的发展和完善阶段,即进入到CAE阶段。由于集成电路规模的逐步扩大和电子系统的日趋复杂,人们进一步开发设计软件,将各个CAD工具集成为系统,从而加强了电路功能设计和结构设计,该时期的EDA技术已经延伸到半导体芯片的设计,生产出可编程半导体芯片。
3.成熟阶段:20世纪90年代以后微电子技术突飞猛进,一个芯片上可以集成几百万、几千万乃至上亿个晶体管,这给EDA技术提出了更高的要求,也促进了EDA技术的大发展。各公司相继开发出了大规模的EDA软件系统,这时出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术。
三、EDA技术的作用
EDA技术在电子工程设计中发挥着不可替代的作用,主要表现在以下几个方面:
1.验证电路设计方案的正确性
设计方案确定之后,首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证设计方案的可行性,这只要确定系统各个环节的传递函数(数学模型)便可实现。这种系统仿真技术可推广应用于非电专业的系统设计,或某种新理论、新构思的设计方案。仿真之后对构成系统的各电路结构进行模拟分析,以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。这种量化分析方法对于提高工程设计水平和产品质量,具有重要的指导意义。
2.电路特性的优化设计
元器件的容差和工作环境温度将对电路的稳定性产生影响。传统的设计方法很难对这种影响进行全面的分析,也就很难实现整体的优化设计。EDA技术中的温度分析和统计分析功能可以分析各种温度条件下的电路特性,便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度,真正做到优化设计。
3.实现电路特性的模拟测试
电子电路设计过程中,大量的工作是数据测试和特性分析。但是受测试手段和仪器精度所限,测试问题很多。采用EDA技术后,可以方便地实现全功能测试。
四、EDA技术的软件
1.EWB(Electronics Workbench)软件。EWB是基于PC平台的电子设计软件,由加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司研制开发,该软件具有以下特点:①集成化工具:一体化设计环境可将原理图编辑、SPICE仿真和波形分析、仿真电路的在线修改、选用虚拟仪器、借助14种分析工具输出结果等操作在一个集成系统中完成。②仿真器:交互式32位SPICE强化支持自然方式的模拟、数字和数/模混合元件。自动插入信号转换界面,支持多级层次化元件的嵌套,对电路的大小和复杂没有限制。只有提供原理图网络表和输入信号,打开仿真开关就会在一定的时间内将仿真结果输出。③原理图输入:鼠标点击一拖动界面,点一点自动连线。分层的工作环境,手工调整元器件时自动重排线路,自动分配元器件的参考编号,对元器件尺寸大小没有限制。④分析:虚拟测试设备能提供快捷、简单的分析。主要包括直流工作点、瞬态、交流频率扫描、付立叶、噪声、失真度、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵敏度、最差情况、蒙特卡洛法等14种分析工具,可以在线显示图形并具有很大的灵活性。⑤设计文件夹:同时储存所有的设计电路信息,包括电路结构、SHCE参数、所有使用模型的设置和拷贝。全部存放在一个设计文件中,便于设计数据共享以及丢失或损坏的数据恢复。⑥接口:标准的SPICE网表,既可以输入其他CAD生成的SHCE网络连接表并行成原理图供EWB使用,也可以将原理图输出到其他PCS工具中直接制作线路板。
2.PROTEL软件。广泛应用的Protel99主要分为两大部分:用于电路原理图的设计原理图设计系统(Advanced Schematic)和用于印刷电路板设计的印刷电路板设计系统(Advanced PCB)。
关键词 碳氢化合物/陶瓷基材料；高频；混压；翘曲
中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0057-01
随着电子通信技术的发展，通讯频率越来越高，而高频信号传输，需要采用低介电常数（Dk）、低介电损耗（Df）但价格昂贵的特殊材料，这些材料有氰酸脂、聚四氟乙烯/陶瓷基材料（PTFE/Ceramic）、碳氢化合物/陶瓷基材料（HydraCarbon/Ceramic）等高频材料，通常，这些高频材料的价格都比较昂贵，而降低成本是客户提高产品竞争力的一种重要手段，因此，客户在PCB结构设计上采用混合材料的叠层结构，即必要的信号层采用高频材料以满足信号传输的需要，其他线路层采用常规玻璃纤维环氧树脂FR-4材料，我们称之为混合材料压合电路板。这样的设计对成本控制极为有利，但也给电路板的生产过程带来了其他的一些问题，其中的一个突出问题是电路板在多次焊接贴装电子元件的过程中出现翘曲，造成虚焊、漏焊、无法继续装配等问题。
引起混压结构电路板翘曲的根源在于高频材料与FR-4材料在层压过程中的涨缩比例不同[1]，影响材料涨缩的因素有：各线路层的残铜率、高频材料与FR-4材料的芯板厚度差、FR-4材料的Tg值。本文主要通过碳氢化合物/陶瓷基材料（HydraCarbon/Ceramic）+FR-4混压板件实验，对这三个因素进行系统的研究，以期为解决混压板件的翘曲提供一些思路。
1 实验设计
1）叠层结构。
############### 1/2层高频材料 0.762 mm（碳氢化合
物/陶瓷基，第1、2层均为高残铜率）
=============== FR-4半固化片2116 RC52%
=============== FR-4半固化片2116 RC52%
############### 3/4层FR-4材料芯板
2）因子与水平设计。
表1
因子
水平 FR-4材料Tg值 FR-4材料芯板厚度/mm FR-4材料层线路的残铜率
① 低 0.43 0.15
② 高 0.6 0.85
设计L23全因子试验。
2 试验结果及数据分析
1）全因子试验的结果，见表2。
2）各因子主效应分析。
FR-4材料Tg值的效应为0.1033，FR-4材料芯板厚度的效应为-0.6138，FR-4材料层的残铜率的效应为-0.8372，这说明：材料Tg值对翘曲无明显影响；R-4材料层的残铜率、芯板厚度对翘曲有明显影响，且均为负相关性。
表2试验
编号 FR-4板料Tg/℃ FR-4材料芯板厚度/mm FR-4材料层的残铜率 翘曲度/mm
A ① ① ① 2.183
B ② ② ① 2.1
C ② ① ② 1.905
D ① ① ② 1.778
E ① ② ② 1.041
F ① ② ① 2.03
G ② ② ② 0.84
H ② ① ① 2.6
图1
图2
芯板厚度影响翘曲度的原因在于0.43 mm芯板使用2张7628型玻璃纤维布，0.60 mm芯板使用3张7628型玻璃纤维布，2张7628的收缩比3张7628大，因而翘曲度更大。残铜率影响翘曲度的原因在于铜面对芯板的具有束缚作用，减少FR-4材料芯板的收缩，使得FR-4材料的收缩程度与陶瓷基材料接近，从而减少两种芯板的应力差，达到降低翘曲度的效果。（图1）
3）各因子交互效应分析。
通过计算，FR-4材料Tg值*FR-4材料芯板厚度的交互效应为-0.1687，FR-4材料Tg值*FR-4材料层的残铜率的交互效应为-0.1403，FR-4材料芯板厚度*FR-4材料层的残铜率的交互效应为-0.2872，FR-4材料Tg值*FR-4材料芯板厚度*FR-4材料层的残铜率的交互效应为0.0048，且交互作用P值未出现，这说明：三个因子之间无明显的交互作用。
交互作用图显示：在低残铜率情况下，普通Tg的翘曲度比高Tg的小；在高残铜率的情况下，两者的无明显区别；无论在何种情况下，用厚芯板的翘曲比薄芯板的小，在高TG材料方面更加明显。（图2）
3 结论
本文通过对残铜率、芯板厚度、材料Tg值三个因素进行全因子设计试验，确定残铜率、FR-4材料芯板厚度对于碳氢化合物/陶瓷基材料（HydraCarbon/Ceramic）+FR-4混压板件的翘曲具有明显的影响作用，此类板件在资料设计时可根据本文的试验结论进行优化设计，以避免翘曲影响板件的焊接使用。
【P键词】PCB设计；设置；布局；布线
0 引言
PCB是电子产品中不可缺少的重要组成部件，支撑着电子元器件，并对电子元器件提供必要的电气连接，影响着电子产品的工作、使用安全及寿命。因此PCB设计至关重要。本文以数字网线测试仪PCB的设计为例，介绍单片机控制电路PCB设计的一般原则和要求，提高电子产品的使用可靠性、安全性，延长电子产品的使用寿命，为企业提高经济效益。
数字网线测试仪是一款常用的网线质量测试工具，可以测量网线的通断、芯线顺序是否正确及是否短路等。电路包括电源电路、单片机控制电路、网线连接电路，程序下载接口电路、双色数码管显示电路等，具有典型性、代表性。
所设计的数字网络测试仪电路有一个PQFP-44封装的STC89C58RD+单片机芯片，体积小，重量轻；二个RJ45网线插座；一个RS232串行通讯接口；16个0.56英寸的一位双色数码管；6个SOP16封装的集成8位移位寄存器74HC595和4个SOP18封装的集成反相驱动器UL2803APG等。在本电路里面大部分元器件采用贴片安装，旨在在减小电路板的体积和重量，方便携带使用。
1 影响PCB设计质量的主要因素
很多技术人员可能感觉PCB设计容易上手，但要设计出高水平的PCB，还是会感觉到存在一定的难度，无法满足电子产品的实用性、可靠性和安全性等性能要求，这需要技术人员长期的实践及不断地学习来积累经验。
笔者从事电子产品设计与开发多年，根据工作经验，在进行PCB设计时，应根据电路的特点和使用要求，首先要考虑的主要因素是元器件的布局。合理布局是PCB设计的关键，如数控机床的电脑控制主板，由于当初PCB设计钮扣电池太靠近微处理器，工作时间一长，电池失效漏液，漏出的液体腐蚀元器件和铜箔导线，造成电路板的损坏，并且很难维修，从而大大缩短了电路板的使用寿命。后经改进，将电池安装位置引出电路板，解决了此问题，延长了电路板的使用寿命，受到了用户的好评。其次是要对PCB布线的优化设计。在PCB布线时要考虑导线流过的电流、导线之间承受的电压、导线之间的相互干扰及导线连接的拓扑结构等。如在高电压的电源电路里面，如果某条导线要流过大电流，除了按要求加宽铜箔的截面积，可能还要求铜箔并上焊锡，使导线有足够大的截面积来承受流过它的电流，保证不烧坏铜箔导线。
2 PCB元器件布局设计
数字网络测试仪的PCB布局设计包括确定电路板尺寸、功能分区及各元器件位置，我们要遵照印制版设计通用标准IPC-2221A，这样才能设计出符合要求、性能优良的电路板。数字网线测试的PCB布局如图1（a）、（b）所示。
2.1 确定PCB的形状及尺寸
根据所有元器件实际尺寸及工艺要求等来确定PCB的形状及尺寸。PCB的长宽比例一般设计为3：2或4：3的长方形，也可以根据实际的需要来确定PCB的形状。尺寸选用方面，若过大，既浪费材料，又使电子产品的重量和体积增大，不方便携带使用；若过小，元器件布局困难，严重影响电路的安装调试、维修及电气安全等。如果是采用机器（波峰焊、回流焊）来装配焊接电路板的，还要考虑机器使用的极限尺寸。数字网线测试仪由于有16个数码管、一个RS232串行通讯接口等元器件，数量多且封装丝印面积较大，所以设计此PCB尺寸为175mm×110mm。
（a） 顶层元器件布局图
（b） 底层元器件布局图
2.2 确定PCB的元器件布局层数
PCB元器件布局的层数与电路的复杂性、电路板的尺寸要求和电气性能等有关，一些比较简单的电路可以将元器件单层布局，而一些比较复杂的电路的元器件进行双层布局。数字网线测试虽然元件多，PCB尺寸要求较小，在此元器件进行双层布局，大部分元器件在PCB的顶层布局，如显示用的双色数码管，布在顶层方便观看。其它一些元器件布在底层，如二个RJ45网线插座，底层布局，用于连接测试用的网线，影响不大。
2.3 确定单元电路分区的布局
单元电路合理分区，有利于电路可靠、稳定地工作，方便电路的检查和维修。单元电路的分区布局一般按信号流程，从左到右，从上到下，同一功能的电路元器件尽量放在一起。各分区电路尽量相互独立，互不干扰。数字网线测试仪按电路的结构、功能进行PCB分区，分成：电源电路区，单片机控制电路区，数码管驱动和显示电路区，程序下载电路区和网线插座电路区等。
2.3.1 电源电路尽量与单片机控制电路、存储器电路分开，越远越好，以防电源电路的大电压、大电流电磁干扰单片机、存储器电路的正常工作，提高电路工作的可靠性。
2.3.2 晶体振荡器和二个负载电容尽量靠近单片机，避免单片机工作用的时钟振荡脉冲受干扰，影响单片机的正常工作。
2.3.3 相同结构的电路，尽量采用对称的结构进行元器件的布局，如数字网线测试仪发射数据用的8个双色数码管显示电路与接收数据用的8个双色数码管显示电路采用上下对称布局。
2.4 确定各元器件的具置
确定了单元电路的布局后，还要确定各元器件的具体摆放位置。原则是先将体积较大的核心元器件先摆放好，后根据核心元器件来合理放置体积较小的元器件，并要根据电路信号流程和元器件引脚的连接关系等来摆放。
2.4.1 同一单元电路的同一类元器件（如0805封装的贴片电阻）尽量在X或Y方向按顺序放在一起，方便安装和使用，如R3-R4、R6-R7、R9-R10这几个电阻采用Y的方向摆放并按顺序排列。
2.4.2 元器件之间在X或Y方向上对齐及均匀分布，疏密有序，多采用左右对齐或上下对齐、水平分布或垂直分布，使各元器件的排列有规律。
2.4.3 各N连接端口（如RJ45网线插座、RS232串行通讯接口）一般摆放在电路板的边缘，方便连接使用。
3 PCB元器件的布线设计
布线是PCB设计重要的一环。布线要根据工艺要求来确定布线的层数、导线的宽度、安全间距等。数字网线测试的PCB布线如图2（a）、（b）所示。
（a）元器件顶层布线图
（b）元器件底层布线图
3.1 确定PCB布线的层数
PCB布线的层数与电路的复杂性、电路板的尺寸要求和电气性能等有关。数字网线测试虽然元件多，元器件封装的丝面积较大，但电路要求不高，在此进行双层布线。
3.2 确定导线的宽度
导线的宽度设置一定要考虑导线中流过的最大电流，如果导线宽度过小会烧掉线路板；导线过宽会影响布线，使布线困难，甚至布不了线。在条件允许的情况下，电源线、地线尽量宽，最好地线比电源线宽，以保证电气性能。它们之间的关系为：地线>电源线>信号线。如有可能，地线的宽度最好大于3mm；电源线的宽度一般为1.2-2.5mm；信号线为0.2-0.3mm，最细宽度可达0.05-0.07mm。数字电路PCB地线可用粗导线来构成一个回路，即组成一个地网络来使用，但模拟电路不可以使用这样的地。
3.3 确定导线之间的安全间距
导线的安全间距（即导线最小间距）与导线间的电压有密切关系，可根据IPC-2221标准推算出。安全间距过小，有可能导线间击穿短路；安全间距过大，也会造成PCB布线困难。要计算导线之间的电压比较困难，在实际应用时，导线之间的安全间距可采用“3W规则”来确定，即两相邻导线的中心间距要大于3倍的导线宽度。要使电路达到优良的抗干扰性能，相邻导线间距要大于10W。
3.4 导线与过孔的设置
布线不要采用90°，尽可能采用45°折线，以减小高频信号的干扰，必要时，我们还可以采用弧形布线。过孔大小和数量的合理设置，提高布线效率。过孔的大小一般设置为0.7-1.27mm，如果布线的密度较高时，可适当减小过孔的大小，但不要太小，一般可采用0.6-1.0mm。信号线的过孔要尽量少，以减少对信号的干扰。
3.5 电气规则检查
PCB布完线后要进行DRC电气规则检查，以保证PCB布线的电气性能。主要检查PCB有无漏掉布线、安全间距违规等，发现有违规，需要及时排除，保证PCB的质量。
3.6 覆铜
在DRC电气规则检查没有问题后，可以进行覆铜，以减少地线阻抗，提高电路的抗干扰能力；降低压降，提高电源效率；以及覆铜与地线相连，减小环路面积。
4 结束语
本文通过介绍了数字网络测试仪的PCB布局和布线设计过程、要求和规则，并经过实际的制板、元器件安装、调试、测试及使用，完全可以达到实际产品使用的要求。PCB设计合理，符合工艺规范，为其它技术人员设计PCB提供了一定的参考价值。
【参考文献】
关键词：钻井 随钻仪器 防震 液压减震器
LWD instrument shock and vibration isolation method research
Huang Lin
（101149 China Oilfield Services Limited Beijing ）
Abstract： Introduces the anti-shock design which LWD instrument commonly used， and according to the actual demand， put forward a new method of seismic isolation - hydraulic shock absorber. Provides a new method and train of thought for LWD instrument precision components in the seismic design.
Keywords： Drilling LWD instrument shockproof Hydraulic shock absorber
一、前言
钻井是石油生产各个环节中投入最大、难度最大的。在钻井过程中，保证钻柱安全工作对减少钻井事故、提高经济效益有着巨大的作用。钻柱振动作为导致钻柱失效的原因之一，其危害是不可忽视的。
钻柱的振动形式有：纵向振动、横向振动和扭转振动。其中，纵向振动和横向振动对钻柱的危害最为严重。也是研究的重点。[1]
近几年，随钻测量MWD、随钻测井LWD开始广泛应用。对于这些随钻仪器，同样也面对钻柱振动这个问题。为了保证随钻仪器的可靠使用，所有的随钻仪器在下井之前必须经过振动、冲击实验。
以下几幅图是振动实验的基本内容。包括振动和冲击2大实验内容，每个实验内容包括横向和纵向两个方向。
国内外的几大油田服务公司均制定了自己的振动、冲击试验标准。只有达到试验标准的仪器才允许下井作业。
随钻仪器是井下精密的探测设备，其结构的复杂程度要远远高于普通的钻柱。随钻仪器的防震设计不仅要考虑到零部件的紧固和防松，对于一些重点的零件还要加强保护。
首先，随钻仪器中装有大量的电子器件，对电子器件的防震保护不可忽视；其次，随钻仪器还经常有一些极为精密的关键部件，如一些光学、声学传感器，这些相对脆弱的部件出现微小的变化，则测出的数据将有巨大偏差；最后。随钻仪器中还有一个对振动较为敏感的“危险品”，就是井下高温锂电池，锂电池如果在振动和冲击下外壳破损或短路，则极易引起爆炸。
因此，随钻仪器的防震隔振较一般的钻杆、钻铤有更高的要求。减震隔振的设计也有较大的难度。
二、随钻仪器的防震方法
根据防震的对象和目的，防震的方法有所不同：
1.对于金属零件或非精密零件，其防震目的主要是防松、防脱落，防震方法主要是卡环结构。如图5，卡环将零件限位，即使螺纹有所松动也不会造成零件脱落。
图5卡环防震示意图
另外，随钻仪器上还大量使用了一种防松螺纹。其通过对三角螺纹进行优化设计，使得所有道螺纹均可受到紧固力，而普通三角螺纹，其80%的紧固力在最外侧的2道螺纹上。这样使得螺钉紧固效果大大增强。
还有一种方法就是使用螺纹紧固胶水。根据使用要求可选择不同强度的胶水。
2.对于一些对防震有较高要求的零部件其防震目的是减少冲击、隔离振动。则防震设计上较多应用了弹性零部件，如弹簧、橡胶垫、橡胶减震环等等。这与常规设备的减震方法基本相同。
随钻仪器中最具有特色的减震方法是对电路板的防震保护――注胶防震法。.
图6电路板注胶防震
如图6，电路完全被具有弹性的胶体包裹，仅留接口与外部连接。胶体如同一层厚厚的弹性铠甲，不仅将外界的振动隔离开，而且对电路板上的元器件进行可靠固定。对电路板进行了充分的保护。在实际的应用中，每个注胶的电路板也要进行振动实验，以保证电路板的可靠使用。
三、井下液压减震器
以上介绍了随钻仪器中常用的减震方法。其中最令设计者关注的是对随钻仪器中关键零部件的隔振保护。注胶方法效果很好，但适用范围有限；在通常的隔振理论中减震系统固有频率要小于振源频率1.5倍以上才有较好的隔振效果[2]，由于井下振动情况十分复杂，既包括三种振动方式，而且随着钻进的增加，钻柱的固有频率会不断变化[3]。振源的频率将在一个相当大大频率范围内。简单的弹簧橡胶零件的隔振方法，由于其弹性及阻尼系数均已固定，很难在宽频内隔离振动。其隔振效果难以令人满意。
另外，要有较好的冲击隔离效果，必须要有足够的位移量。而且减震部件需要有较大的阻尼来吸收冲击的能量，并使冲击产生的自由振动迅速衰减[3]。橡胶垫有一定的阻尼但位移量小，弹簧有足够的位移量但阻尼不够，两者的隔冲效果均不理想。
随钻仪器需要一种可在宽频范围内隔振，具有较大阻尼，对冲击又有良好隔离效果的减震器。
图7汽车液压减震器
如图7，液压减震器是一种可调节阻尼，且具有较大位移量的减震器，在汽车领域已经广泛应用。所谓他山之石，可以攻玉，液压减震器完全可以应用在随钻仪器中。
图8井下液压减震器
如图8所示，这是典型的液压减震器结构。其中弹簧两端与活塞和端盖固定，起复位作用，保证活塞处于活塞缸中部；活塞移动时油缸内液压油流经阻尼调节阀时产生阻力，通过阻尼调节阀便可对减震器的阻尼进行调节。在井下可将手动阻尼调节阀改为可远程控制的节流阀。这样可随钻柱固有频率变化而调节减震系统的固有频率，以达到最佳的隔振效果。
钻柱的纵向振动的固有频率一般为十几赫兹，并随着钻柱加长其固有频率逐渐减小[4]。但由于实际的振动情况复杂，通常的振动试验取2～100Hz的随机振动作为实验的激励源[5]。
图9液压减震器原理模型
如图9，m为减震目标零件和减震器的质量和；k为弹簧的弹性模量；取减震系统的固有频率τ为振动实验最小频率的1/2，则τ=1Hz，根据公式（1）可计算出k值。
由于阻尼的计算对实际阻尼调节阀的指导意义不大。所以阻尼的大小无需计算，而是通过试验方法获得阻尼调节阀的最佳位置。
四、结论
随钻仪器的复杂结构和高精度测量对仪器本身的减震隔振提出了更高的要求。本文参照在汽车行业广泛应用的液压减震器，提出了随钻井下液压减震器的设计方案。为随钻仪器减振隔振设计提出一种新的思路。
参考文献
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[5] 中海油服企业标准。《随钻井下仪器振动冲击测试规范》
【关键词】多层印制板；反钻孔
一、前言
在国外军事电子技术发达的国家中，相控阵雷达用微波印制基板的制造技术处于领先地位。其中多层微波印制板的制造研究，都是在技术相对保密的情况下开展的。在多层微波印制板的制造方面，美国同行已掌握并实现了多种型号双面微波层压板基材的多层微波印制板制造技术。其中包括微波介质基板多层化层压制造、金属化孔互连及埋/盲孔制造、多层微波印制板电装及耐环境保护性阻焊膜制造、多层微波线路表面电镀镍金以及多层微波印制基板的三维数控铣加工等制造技术。
目前，国内广大印制电路板制造企业所开展的工作仅局限于高速逻辑信号传输类电子产品所需的低、中频多层印制电路板的研究、开发与制造。其所选用的主要印制基板材料，大多为适合低、中频信号传输用环氧树脂类绝缘介质材料。
鉴于高频信号传输的特殊性，其主要将涉及到各类微波功能基板多层化制造技术、平面埋电阻制造技术、层间绝缘介质厚度控制技术、多层微波印制板各层间图形高重合度技术、各类微波介质材料孔金属化互连制造技术以及三维数控加工技术。这些，都是目前国内印制电路行业尚未实现的技术，因此与国外同行存在着较大差距。
此次课题研究，选用Rogers公司提供的RT/duroid-6002微波层压板材料和Arlon公司提供的CLTE-XT平面电阻微波层压板材料，将开展埋电阻多层微波印制板的制造工艺技术研究，其中将不可避免的面临多层印制板各层间的金属化孔互连，鉴于设计需求之独特性，需解决金属化孔互连之反钻孔技术。对此，下面将进行较为详细的论述。
二、多层印制板金属化孔互连技术简介
2.1 设计需求金属化孔互连简介
有源馈电网络综合了高性能、多功能、高可靠、低损耗、幅相一致性以及小型化、轻量化的要求，给多层微波印制板的设计和制造带来了很大难度。为此，将不同的功能分别设计在不同的层上，如将微带线、带状线、低频控制线等混合信号线组合在同一个多层结构中，通过多种类型金属化孔的制造，实现直流互连。
垂直互连是微波多层电路中实现不同层电路之间连接的主要方式。由图1可见垂直互连主要由金属化盲孔和埋孔实现，由于工作在X波段，且带宽很宽，所以金属化孔的电路优化设计非常重要。
此项技术的运用，尚属本所印制板加工之首次。鉴于设计互连之要求，通过传统的金属化孔制作，结合多次层压技术，无法实现设计互连功能。因此，反钻孔技术的运用便成为此次课题成功与否之必然。属于关键技术当之无愧。（见图2、3）
2.2 各类金属化孔互连制造
此次课题研究，根据设计层间互连要求，需进行多次金属化孔的制造，其中还涉及到盲孔、背靠背互连盲孔的金属化孔制作。具体措施如下：
2.2.1 金属化孔制作
鉴于RT/duroid6002微波介质多层板的特点（含有PTFE），采用等离子处理新技术，随后进行孔金属化处理。
评判：可通过多层板制作的附连板图形，制作金相切片，进行可靠性测试，检验其可靠性。
2.2.2 盲孔制作
鉴于此次课题设计中，提出了金属化盲孔制造的要求，必须通过多次层压制作才能实现。具体为：
（1）通孔金属化孔制作；（2）多次层压制作。
2.2.3 背靠背互连盲孔制作
鉴于此次课题设计中，提出了背靠背互连盲孔制造的要求，必须通过设计层次的层压制作、金属化孔制作、反钻孔制作才能实现。具体为：
（1） 层压制作；
（2） 通孔金属化孔制作；
（3） 反钻孔制作：
反钻孔制作，是借鉴于国外先进印制板制造技术。“反钻孔技术”的运用，是在前期金属化孔制造的基础上，通过反钻孔控制深度的技术，来实现局部盲孔互联。具体措施如下：
① 选用可控制钻深的数控钻床进行反钻孔制作。
② 模版制作时，设计出3-Φ30+0.03定位孔，中心对称；印制板正反面设计出反钻孔定位零位直角座标；生成反钻孔位置座标。
③ 利用FR-4多层板进行初步反钻孔试验。
④ 利用RT/duroid6002非电阻微波介质板制作多层板，进行进一步反钻孔试验。
⑤ 制作金相切片，评判反钻深度。
三、多层印制板反钻孔技术研究
3.1 试验过程简述
（1） 借助FR-4单片（0.5mm）四张，层压成8层板；
（2） 数控钻孔；
（3） 等离子处理、化学沉铜、全板加厚；
（4） 外层图形转移；
（5） 工艺部705室反钻孔（其中，一种座标孔仅为正面8-1-1反钻；另一种座标孔为正8-1-1反8-8-1两面反钻。）（原金属化孔孔径为Φ0.4mm，反钻孔为平头Φ0.6mm）；
（6） 对反钻孔板进行箭嘴反钻孔位置标识（其中，两面反钻孔位置采用原版红箭嘴进行指位；仅正面反钻孔位置采用红箭嘴涂黑进行指位）；
（7） 数铣取样（两面反钻孔和单面反钻孔，均采用五位置取样法，依次为：左上部、左下部、右上部、右下部和中心部）；
（8） 灌模，制作金相切片；
（9） 金相显微镜拍像并采集数据。
3.2 图像采集单位换算
（1） 此次，FR-4单片，介质厚度为0.5mm，外层铜箔厚度为0.035mm；
（2） 电脑图像采集测量，内层铜厚度为14单位；
（3） 换算如下：
1单位=0.035mm / 14 =0.0025mm
3.3 反钻孔情况测量
3.3.1 单面反钻孔（正面8-1-1） （见图4、表1）
3.3.2 两面反钻孔（正面8-1-1、反面8-8-1） （见图5、6）
3.3.2.1 正面反钻孔（8-1-1）（见表2）
3.3.2.2 反面反钻孔（8-8-1）（见表3）
四、讨论
4.1 反钻孔深度一致性
4.1.1 单面反钻孔（正面8-1-1）（见表4）
4.1.2 两面反钻孔（正面8-1-1、反面8-8-1）
4.1.2.1 正面反钻孔（8-1-1）（见表5）
4.1.2.2 反面反钻孔（8-8-1）（见表6）
4.2 介质厚度一致性
4.2.1 单面反钻孔（正面8-1-1）（见表7）
4.2.2 两面反钻孔（反面8-8-1）（见表8）
4.3 反钻孔深度控制反思
根据705反钻孔后板的取样，制作金相切片及观测后，对反钻孔深度的控制反思总结如下：
（1） 从此次试验结果分析，出现了下述各种情况：
① 反钻深度未至内层铜，距离为一个内层铜厚度； （见图7）
② 反钻深度刚好至内层铜；（见图8）
③ 反钻深度超过内层铜，达至一半铜厚度；（见图9）
④ 反钻深度超过内层铜。（见图10）
（2） 部分反钻孔深度超要求主要原因：
按照设计要求（0.1mm），结合多层板各介质层厚度统计，反钻孔深度需控制范围为：0.46～0.56mm。但实际操作过程中，反钻孔深度为0.51mm，最终导致了实物部分位置反钻超差。
（3） 反钻孔深度误差范围：
两个内层铜厚度（0.07 mm）。
（4） 数控反钻孔设备：
名称：HAAS VF-3
产地：美国HAAS公司
精度：定位精度±0.005mm，重复定位精度±0.0025mm
【关键词】电子工程设计 EDA技术 研究分析
随着电子技术的发展革新，应用系统逐步朝向大容量、小型化、快速化的方向发展。数字化的设计系统也逐步由组合芯片向单片系统发展。EDA技术不仅带来了电子产品领域和系统开发的革命性变革，这也是科技发展与提高的必然产物。对于EDA技术的了解和对其在电子工程设计中的关键性分析都是十分有意义的。
1 EDA技术概述
所谓EDA技术，就是电子设计自动化，由CAE、CAD、CAM等计算机概念发展出现。EDA技术以计算机为主要工具，集合了图形学、数据库、拓扑逻辑、优化理论、计算数学、图论等学科，形成最新的理论体系，是微电子技术、计算机信息技术、电路理论、信号处理和信号分析的结晶。现代化的EDA技术具备很多特点，普遍采用了“自顶向下”的程序进行设计，保证了设计方案的整体优化，EDA技术的自动化程度更高，在设计过程中能够进行各类级别的调试、纠错和仿真，设计者能够及时发现结构设计的错误，避免了设计上的工作浪费，设计人员也能抛开细枝末节的问题，将更多精力集中于系统开发，保证了设计的低成本、高效率、循环快、周期短。EDA技术还能实现并行操作，建立起并行工程框架的结构环境，支持更多人同时并行电子工程的技术开发和设计。
2 EDA技术发展
电子工程设计的EDA技术自出现以来，大致可以分为三个历史时期：
2.1 初级阶段
大约在二十世纪的七十年代，早期的EDA技术处于CAD阶段，出现了小规模的集成电路，由于传统手工在制图设计中的集成电路和集成电路板的花费大、效率低、周期长，借助于计算机技术的设计印刷，采取了CAD工具实现布图布线的二维平面编辑和分析，取代了高重复性的传统工艺。
2.2 发展阶段
到了二十世纪八十年代，EDA技术进入了发展完善的阶段。集成电路的规模逐渐扩大，电子系统日益复杂化，人们深入研究软件开发，将CAD集成为系统，加强了电路的机构设计和功能设计，这一时期的EDA技术已经开始延伸到半导体芯片设计的领域。
2.3 成熟阶段
经过了长期的发展，直至二十世纪九十年代，微电子技术的发展突飞猛进，单个芯片的集成就能够达到几百万或是几千万甚至上亿的晶体管，这种科技现状对EDA技术提出更高的要求，推动了EDA技术的发展。各类技术公司陆续开发出大规模EDA软件系统，出现了系统级仿真、高级语言描述和综合技术的EDA技术。
3 EDA技术软件
3.1 EWB软件
所谓EWB是一种基于PC的电子设计软件，具备了集成化工具、仿真器、原理图输入、分析、设计文件夹、接口等六大特点。
3.2 PROTEL软件
该技术软件广泛应用了Prote199，主要由电路原理图的设计系统和印刷电路板的设计系统两大部分组成。高层次的设计技术在近年的国际EDA技术领域开发、研究、应用中成为热门课题，并且迅速发展，成果显著。该领域主要包括了硬件语言描述、高层次模拟、高层次的综合技术等，伴随着科技水平的提升，EDA技术也必然会朝向更高层次的自动化设计技术不断发展。
4 EDA在电子工程设计中的应用技术流程
近年来的EDA技术深入到了各个领域，包括了通信、医药、化工、生物、航空航天等等，但是在电子工程设计的领域中应用的最为突出，主要利用了EDA技术为虚拟仪器的测试产品提供了技术支持。EDA技术在电子工程设计的领域中，主要应用于了电路设计仿真分析、电路特性优化设计等方面。主要的技术流程如下：
4.1 源程序
通常情况下，电子工程设计首要的步骤就是通过EDA技术领域中的器件软件，利用了文本或者是图形编辑器的方式来进行展示。不管是图形编辑器或者是文本编辑器的使用，都需要应用EDA工具进行排错和编译的工作，文件能够实现格式的转化，为逻辑综合分析提供了准备工作。只要输入了源程序，就能够实现仿真器的仿真。
4.2 逻辑综合
在源程序中应用了实现了VHDL的格式转化之后，就进入了逻辑综合分析的环节。运用综合器就能够将电路设计过程中使用的高级指令转换成层次较低的设计语言，这就是逻辑综合。通过逻辑综合的过程，这可以看作是电子设计的目标优化过程，将文件输入仿真器，实施仿真操作，保持功效和结果的一致性。
4.3 时序仿真
在实现了逻辑综合透配之后，就可以进行时序仿真的环节了，所谓的时序仿真指的就是将基于布线器和适配器出现的VHDL文件运用适当的手段传达到仿真器中，开始部分仿真。VHDL仿真器考虑到了器件特性，所以适配后的时序仿真结果较为精确。
4.4 仿真分析
在确定了电子工程设计方案之后，利用系统仿真或者是结构模拟的方法进行方案的合理性和可行性研究分析。利用EDA技术实现系统环节的函数传递，选取相关的数学模型进行仿真分析。这一系统的仿真技术同样可以运用到其他非电子工程专业设计的工作中，能够应用到方案构思和理论验证等方面。
5 结束语
伴随着科学的发展，技术的革新，EDA技术的领域也在向高层次的技术推广和开发，成效十分显著。本篇论文我们对EDA技术的相关信息进行了详细的分析很研究，研究表明，EDA技术对于我国的电子工程设计改革具有巨大的推动力，基于EDA技术领域的电子产品在专业化程度和使用性能上都要比传统的设计方案制造的产品更加优化。将EDA技术应用到电子工程设计的领域当中，对于电子产品的优化和工作效率的提高以及产品附加值的拓展都有很大的作用。
参考文献
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【关键词】液晶玻璃;整体模组;一体化结构
1.发展历程以及研究意义
随着电视由最初的CRT到之后的平板再到如今的LED平板，电视机由最初的小而厚向目前的大而薄发展。2008年以来，我国为了经济的持续发展，进一步实行扩大内需的政策，以利国、利企、利民为原则，实行了惠农政策，财政部开展家电下乡，并在国家的“十二五”规划中把电视机的研发作为国家信息产业的重点项目。因此，本文以电视一体化结构的优化设计来加以研究，不仅对我国企业的技术创新有重要作用，而且对我国的经济结构的战略性调整，与世界经济发展接轨有促进作用。CRT于2009年全面退出我国的主流市场，之后液晶电视开始在我国电视市场得到全面普及，各大电视企业要想在目前的市场竞争中占据不败之地，必须积极地进行创新，实现电视机在提高产品性能的同时降低成本。否则就会被市场所淘汰。电视如果要达到轻薄、低成本，那么就必须攻破目前平板电视的工业设计，而由于面板技术、电路技术、注塑技术的限制，液晶电视要突破再薄1mm都相当困难，对电视一体化结构进行优化设计，可以使液晶模组的成本降低20%以上，从而达到了节时、节材、节能的设计理念，为企业创造更多的价值，提高企业的效益，使得企业在市场竞争中立于不败之地。
2.整机模组一体化结构的概念
整机模组一体化结构，也就是说，把整机结构与模组结构整合在一起，实现一体化设计生产。与新的一体化结构的液晶电视相比，传统的液晶电视结构通常以显示屏与其他结构件相结合的组成方式，显示屏是其中的一个整体组件，采购模组生产线主要生产显示屏，然后整机生产线用刚生产的显示屏通过组装的方式生产出电视整机。其中，显示屏的主要部件包括：液晶玻璃、背光模组（功能是为液晶玻璃提供背光源和支撑）。而新的一体化结构对驱动电路、液体模组结构以及一体化电源进行了深入的研究。具备了传统技术所不具备的优点。第一，一体化结构可以达到结构件复用，使得结构件数量减少，从而把物料的成本降到很低。第二，一体化结构设计可以最大限度的压缩整机的边框厚度和宽度，使电视在造型上达到目前人们的审美。第三，改进后的生产线使得整机组装和模组组装结合在同一个生产流水线上，减少了人力，避免了以往屏体的运输或周转等带来的用费，节约了时间，减少了用费。提高了生产效率，从而降低了产品成本，增加了收益。
3.一体化结构的优化设计
3.1 普通液晶模组的构成
一般意义上液晶模组结构的核心是由以下几部分组成，如下图2所标示。
3.1.1 背光部分
要想使液晶电视变得轻薄，背光部分是开发的重要区域，它是电视机的发光源，主导液晶模组的发光装置，它的重量和厚度在液晶模组中占相当大的比例。它主要含有以下部分：
背板（cover bottom）：是连接电视机后壳、信号主板PCB、液晶模组、电源等等，对其强度额要求很高;
反射片（reflector）：主要功能是反射光线，以免光流失;
扩散板（diffuserplate）：使得灯管发出的光均匀扩散;
扩散片（diffuser sheet）：对均匀扩散光起到进一步的促进作用;
增光片（prism）：主要功能使光线聚集，提高电视机的亮度50%;
胶框（guide panel）：固定光源和面板，起支撑作用;
绝缘片（insulator）：主要装配在electrode PCB和cover bottom中间，避免有高压电场的PCB与cover bottom导电，从而造成事故;
3.1.2 前框case Top
这包括两部分：分离式与一体式。一体式易于组装，但其造价成本高;分离式与此相反。主要功能使液晶面板得以固定。
3.1.3 液晶面板open Cell
这是液晶显示屏的关键部件，也即所称的玻璃，无论是原材料的选择，还是制造工艺、制造设备的要求都很高。
3.2 通常液晶电视结构边缘的局部剖面由以下构成
如图1所示：虚线部分是显示屏构件，实线部分是整机结构件。整机部分的核心结构件包含后壳、面板以及固定显示屏的压条等等。安装的时候，先把显示屏固定在面壳力，用压条等固定显示屏，然后安装其他部件，最后一步固定后壳即可。
图1 普通液晶电视结构边缘局部剖面图
3.3 一体化结构技术方案（如图2所示）
整机模组的一体化结构设计方案如下：分拆原来的显示屏背光模组结构，之后结合整机的前壳和后壳进行整体设计。面壳，也即前框和大后壳，也即背板，可以共同供模组和整机使用，其中原来电视显示屏的背光部分的关键部件和玻璃都安装在背板与面壳形成的封闭空间的内侧，和原来的显示屏体大致相同。这样原来整机的后壳就可以减少到只遮盖电路板的小后壳即可。
普通电视的整机结构和通常整机模组的一体化结构的安装方式差不多相近：首先把液晶玻璃安在面壳里，接下来安装背光部分，之后把背板盖上，最后安装整机模组的其他部件并把小后壳盖上。
图2 一体化结构电视边缘局部剖面图
如图3所示：这为一般模组的一体化结构边角的局部剖视图和基本的安装流程。这一过程是在原有的整机结构形式上发展而来的一种新型的一体化结构形式。从前部分依次向后部分安装，安装的过程中不需要翻转。首先仍是把玻璃安装到面壳里，之后把模组的面壳和中框连在一起，把液晶玻璃固定在中框和面壳中间，之后依着中框按顺序安装光学膜片、导光板，之后盖上反射膜，接下来盖上背板，然后在背板上安装其余的部件，这样就完成了整机的安装。
图3 常规一体化结构局部剖视图及装配流程
如上所述的安装过程看起来简单而且易于操作，实际在后续实际生产过程中出现了一系列的问题。第一，这种结构的安装是以面壳为基准，而面壳一般采用的是塑胶件，塑胶件的特点是尺寸精度要求相对低，但其热膨胀系数比较大。和面壳相比，面壳一般为框式结构，如果用塑胶件，就会出现装配变形的问题。因此，一方面，在组装光学膜片和液晶玻璃得利用工装等辅助加以定形，这样对装配的效率造成影响。另一方面，光学部件的安装一般以中框为基准，而中框又以面壳为安装标准，这样使得精度达不到，整机背光的光学性能得不到控制。总之，这样的工艺使得生产一台电视机所需的劳动时间增加，成本增加，劳动生产率降低，不能达到目前发展的要求。
3.4 一体化结构的优化设计
鉴于上述论述中原有的模组结构的弊端，以下将以原来的模组结构为基础，对电视的一体化结构进行优化设计。
如图4所示：我们对电视的装配方式进行调整：首先把背板作为基准，安装背光部分于背板内，然后再安装液晶玻璃，之后安装前框，也即面壳，通过翻转，再安装整机模组的其他部分。这种安装顺序对于生产检测有利，从而提高生产率。
如图4所示：这是电视一体化结构的优化设计之后的局部剖面图和简单的安装流程图。这一安装流程为：首先把背板作为基准，先安装灯条，放入反射膜、导光板、光学膜片，之后在背板上安装模组的中框，使得背光部分被压住，之后才可以把液晶玻璃安装在中框上，盖面壳，用卡钩结构固定，翻转，连接背板与面壳。必须依这样的顺序来。这样安装的好处是使得整机模组中边框的宽度变大，实现审美大的要求。
图4 一体化优化结构的局部剖视图及装配流程
对比两种安装方式可发觉：电视一体化优化设计后的安装方式与传统的安装方式完全相反，而且在安装的过程中需要翻转，这样的安装方式看起来很繁琐，但却在实际的生产中发挥着很大的作用。这样的安装以背板为基准，背板要求的材料一般为钣金件，这样尺寸精度就会提高，更主要的是背板是整个的一个大结构，在安装过程中不易产生变形，这与面壳的框式结构截然不同。
4.结语
通过对液晶电视一体化结构的优化设计，改变了原来的安装程序，攻破了原有的难题，降低了企业的成本。实现了目前消费者对于电视性能和审美的要求。相信通过不断地创新，电视会越来越满足人们的需求。
参考文献
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关键词：综合实训 综合素质 制作 电子产品
宁夏工商职业技术学院《应用电子》专业的前身是原宁夏商业学校中职层次的家用电器维修专业。该专业创办于1980年，是宁夏第一个培养家用电器维修人才的基地。2003年，随着学院的合并、重组，更名为《应用电子》专业，并升格为高职。经过二十多年不断地建设与发展，本专业不仅为宁夏本地区乃至周边地区培养了一大批应用电子专业技术方面的专门人才，搭建起了设备较完善的教学平台，也造就了一批高素质的师资队伍。
《综合实训》课是我们在总结过去教学经验的基础上于2004年专门针对高职学生开设的一门具有独创性的实践性教学课程。
《综合实训》课的设计思想是：因材施教，充分发挥每个学生的潜能，强调发展学生的个性；强调培养具有创新激情、想象能力的人才；强调在着力培养学生综合素质的基础上，突出创新意识，以及收集和处理信息、获取新知识、提出问题、分析问题与解决问题的能力。
《综合实训》课的教学方法，采用开放式教学形式，没有教材、没有大纲、没有实训指导书，只有一个总的时间安排和一个总的教学目标。即：在规定的时间内，要求每个学生根据自己学过的知识及自己掌握的程度，独立设计并制作出一个具有一定使用价值的电子小产品，并写出较为详细的设计和制作报告。
《综合实训》课的先修课程是《电路分析》、《模拟电子线路》、《数字电路》、《高频电路》。
《综合实训》课的总体要求是，电子小产品的功能构想、电路原理图的设计、所用元器件的选择、印刷电路板的设计与制作、原件的焊接与组装、整机参数的调试，所有环节都由学生自己独立完成。指导教师只起辅导、解疑的作用。
《综合实训》课的技术要求是：每个学生最后制作出来的作品，必须是一个具有一定使用价值的电子小产品，而不是单元电路，制作产品时使用的电子元件必须是常用的通用元件，而不能使用具有某种特殊功能的模块。
《综合实训》课的评价体系是：根据每个学生制作出来的电子产品的复杂程度，涉及知识面的广度，电路设计的科学性，选用元件的合理性及产品制作的工艺性来评定。分优、良、合格、不合格四个等级。
《综合实训》课学生成绩的评定方法是，产品制作出来之后，首先在全班展览，并由制作者本人演示其功能，讲述其工作原理，然后由指导教师组织全班学生集体研讨，并依据评价体系中规定的五个方面进行评价，给出评语，最后由指导教师在学生评价的基础上打出一个合理的成绩。
2005年第2学期，我们在04级应用电子专业开设了《综合实训》课，每周4课，全学期共72学时，共分为四个阶段。第一阶段为构思、选项阶段，大约用了两周时间。这一阶段的主要任务是：查资料、选项目，并进行可行性论证。第二阶段为电路的设计与修改阶段，大约用8周时间。这一阶段的主要任务是：根据选定的项目，设计电路图，在指导教师的帮助下，改进和优化设计。在实验台上进行可行性实验。第三阶段为产品的制作、调试阶段，大约用4周的时间。这一阶段的主要任务是：设计并制作印刷电路板、焊接电子原件、调试设计参数。第四阶段为总结、验收阶段，大约用4周时间。这一阶段的主要任务有三项：一是写实训报告，二是作品的展示、研讨，三是评定成绩、总结经验。
《综合实训》课采用了开放式的教学方法，取得了比预想还要好的结果。每个学生都能按照自己选定的目标，积极主动地完成任务。由于目标的难易程度不同，从而为不同层次的学生充分展示自己的才能提供了广阔的空间。平时学得稍微差些的学生，设计并制作了比较简单的电子小产品，如充电器、音乐门铃、婴儿尿湿报警器、声控照明灯、光控照明灯等。平时学得稍微好的学生设计并制作了比较复杂的电子小产品，如红外线报警器、频率计、电子时钟等。学生的部分作品还参加了当年学院举办的教学成果展览，受到自治区教育厅及学院领导的高度赞扬。
通过《综合实训》课的教学，不仅培养了学生的综合素质和创新能力，更重要的是使不同层次的学生都获得了成就感，增强了自信心，提高了学习兴趣，为进一步学好专业课打下了良好的基础。这一教学成果在以后的专业课教学中得到了充分的印证。
组装黑白电视机是我们的传统教学内容，过去学生由于对各种电子元件的理解只停留在符号上，对实物不熟悉，对印刷电路板和原理图的对应关系不熟悉，焊接电子元件的功夫不到位等原因，装机时经常出现元件插错，电路板损坏，接焊搭桥、虚焊等错误，一个班派2―3名教师还忙不过来，装机一次成功率达不到70％。2006年《综合实训》课的第一次组装黑白电视机实训教学，由于学生已有了较扎实的基本功，大部分学生具备了独立完成组装的能力，我们只派了1名指导教师，该教师也只起监督进度的作用，结果提前完成了装机任务，一次成功率达100％。
2006年7月份，实施开放式教学后的第一批毕业生，参加国家技术等级考核，全部拿到了相应的等级证书，经用人单位考核面试，均按本人意愿实现了对口就业。2006年10月份，我们对大部分毕业生和用人单位进行了回访。企业普遍反映，这批学生与往届学生相比基本功更扎实，一到岗就能胜任工作，企业需要的就是这样的人才，目前毕业生供不应求。
经过几年的实践与探索，我们总结出了一下几点体会：
1. 实施开放式教学，改变传统的实训模式，变固定的产品组装、调试为学生自主设计、组装、调试，提高了学生的自主性，有助于学生全面运用所学知识，培养观察问题、分析问题、解决问题的能力，是对学生综合素质的极好锻炼。
2. 实现开放式教学，充分体现了因材施教的原则，使不同层次的学生都能在原有的基础上得到提高。打破了传统的评价体系，变横向比较为纵向比较，强调结果，更注重过程，使每个学生都获得了成就感，增强了自信心，提高了学习兴趣。
3. 《综合实训》课只是整个实践性教学链条上的一个环节，它只强调学生个性的发展，而不能取代具有共性的课程实验、课程设计、专业实训和毕业实习。只有全面加强实践性教学，才能凸显职业技术教育的特点，培养出合格的人才。
4. 学生自己设计电子小产品，其结果必然是五花八门，由于有些电子元器件在市场上很难买到或买到后的元件与要求不一致，在调试过程中会遇到问题，会有反复，这样一来，学生在这方面花费大量的时间和精力，做不好就会虎头蛇尾。
5. 实施开放式教学，对指导教师提出了更高的要求，教师既要对学生进行理论设计的指导、把关，又要指导学生进行实际的组装与调试，随时解决出现的问题，因此，对指导教师的业务水平有了更高的要求。
6. 实施开放式教学，要求学生做出电子产品，必然会消耗大量的电子元件，加大了教学成本，如何以最小的代价取得最大的效益是必须考虑的问题。
经过几年的实践探索，我们深深地体会到，在应用电子专业开设《综合实训》课，并采用开放式的教学方法，对提高学生的动手能力，增强学生的创新意识，进而提高学生的综合素质是非常必要的，也是切实可行的。我们将继续努力，不断探索、完善教学方法，以达到更好的效果，为社会培养出高素质的应用性人才。
参考文献：
[1] 郭静.高等职业教育人才培养模式――北京发展高等职业教育的探索与实践.北京:高等教育出版社，2000，5.
关键词 船舶；密闭舱室；爬壁机器人；检测；结构设计；有限元分析
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0019-02
船舶上布置着较多的密闭舱室，对于船员来说最大危险来自于其中的有毒有害气体，但是由于工作需要必须安排人员进入其中。即使有文献[1]所述的安全做法，但也可能因人失误、因设备故障等造成重大伤亡事故。为避免此类事故的发生，文献[2]提出了利用机器人代替人来进行船上危险环境检测的思想。文献[3]～[5]设计研究了船舶外表面作业机器人，为船舶密闭舱室探测机器人的设计研究提供了可借鉴的方式方法。本文根据船舶舱室钢架结构特点设计了新型永磁吸附爬壁机器人，其可应用在如压载舱、货舱等船舶密闭舱室。通过结构设计使机器人具有一定的越障能力，利用吸附力使自身能够吸附在铁磁避面上，如搭载相关设备（气体检测器、摄像头等）即可完成相应的作业，可实现机器人代替人来完成危险作业的
功能。
1 爬壁机器人的本体结构设计
1.1 关键技术选择
1）吸附方式的选择。
真空吸附式往往需要携带真空泵，体积过大，而本机器人设计应用于船舶铁磁壁面，因此选用永磁吸附方式比较简单经济，同时通过合理的设计安装磁铁的结构，根据搭载设备的负载大小增减磁铁数量，这样即可保证增减吸附力又能灵活地适应壁面。
2）移动方式选择。
通过表2的比较分析，本设计选用双履带的移动方式，虽然结构上复杂，但其接触面积达、重心低、稳定性好，可增加负重且便于携带作业工具。另外，履带是铰链连接的，具有一定的柔性，能够适应壁面的曲率变化，且可越过焊缝等壁面上可能存在的障碍。
综上所述本文最终设计了永磁吸附双履带驱动式爬壁机
器人。
1.2 结构设计
利用Solidworks对机器人底盘结构进行建模，如图1。1是本体前部结构，设计了一定斜度的爬坡角度；2是本体后部安装配重的位置；3是安装磁铁的位置。在建模中以及后期配重时应尽量保证机器人重心靠后且贴近壁面。
图1 机器人本体结构solidworks建模
2 爬壁机器人的磁吸附设计
2.1 永磁材料的选择
当机器人在垂直于壁面或倒贴在墙壁上爬行时，永磁铁所提供的吸附力应能保证能够克服磁铁本身和机器人的重力，紧贴在壁面上。
钕铁硼三元系永磁材料是目前发现商品化性能最高的磁铁，机械加工性能相当好。本作品选用钕铁硼永磁材料的型号为N35[6]。
本文设计选用尺寸规格为20*10*2的长方体结构钕铁硼永磁铁。这样在保证机器人具有足够吸附力的同时也大大减小了磁铁所占用的空间和磁铁增加的重量。
2.2 永磁吸附优化设计
在实际设计过程中，经过反复调试，最后选取8块永磁铁以两两一对并排一行的布局，吸附效果最佳。因此，在机器人底部设置4个孔槽，长11 mm，宽4.2 mm，深度25 mm，将8块永磁铁两两的装入4个槽中，与铁磁性墙壁存在一段约4 mm的间隙。永磁铁的极性方向为垂直壁面，在磁铁、墙壁和之间的气隙中形成闭合的磁场，向机器人提供爬壁的磁吸附力。
2.3 磁吸附力的有限元分析
无论是设计以提供磁场为目的还是以产生指定的力学行为为目标的永磁结构，首先都要必须对由永磁体作为磁源的磁场进行计算。本文采用有限元方法，仿真计算磁吸附力的大小。另外，由于爬壁机器人的速度低，可以近似的看作静态磁场。
本文在简化的物理模型、数学模型以及求解方法[7]基础上，采用基于麦克斯韦方程组求解的Ansoft Maxwell 14.0软件对磁吸附力进行仿真求解。
首先建立模型，对模型中的磁铁、墙壁和空气三种材料进行定义。由于Ansoft Maxwell 14.0软件中自带有N35型钕铁硼永磁材料、铁以及空气，所以只需选择相应的介质材料即可。然后进行相应边界条件设置、网格划分、参数选择和求解设置等，最后求解运算，计算后的磁场分布如图2所示。
通过计算分析，磁铁和墙壁之间的吸附力为13.992N，当机器人质量为1kg时，橡胶履带和铁质墙壁间的摩擦系数为0.75，因此履带和墙壁间的摩擦力10.494N大于机器人重量9.8N，所以机器人在爬墙过程中能够牢牢的吸附在墙壁上，保证了机器人的正常工作。
3 爬壁机器人的控制系统
爬壁机器人由主动轮运动带动前进、后退以及转向。一对主动轮通过减速装置各与一个直流电机相连，当两个电机以相同的转速向相同方向转动时，机器人完成前进、后退。当左边的电机转动，右边的电机停止时，机器人右转；反之，左转。
控制系统采用两级控制结构，保证爬壁机器人的实用性和可靠性。上位机可根据实际作业需要安装在易操纵位置，下位机安装于机器人本体，控制系统包含了伺服电机驱动模块、无线收发模块、直流电源模块和控制电路板等。而控制电路板以STC89C52单片机为核心，控制机器人的运动。
4 结束语
通过在船舶模拟舱室试验，机器人可达到预期的要求，能够完成从水平到竖直面的过渡爬行以及垂直壁面上的爬行，同时能够适应壁面一定程度的突起与凹陷，具有一定的越障能力。另外，通过调试，实现了上位机与动力控制模块之间良好的通讯，机器人搭载无线模块，可以通过配套设计的遥控装置实现远程操作，控制机器人前进、后退以及转向。因此根据船舶作业任务要求，通过简单改造并搭载检测设备，便可实现此爬壁机器人代替船员完成相应作业任务。
参考文献
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1电源设计要点
1．1电池的选择
便携式电源主要有锂电池和镍氢电池这两种选择［1］，两者相比各有优势，锂电池和镍氢电池在实际应用中主要有以下区别：（1）锂电池单体电压为3．2V或3．7V，镍氢电池单体电压为1．2V。（2）锂电池没有记忆效应［2－3］，镍氢电池有记忆效应。（3）锂电池的比容量（单位体积、重量蕴藏的电能）更高。锂电池与镍氢电池相比还具有体积小、重量轻、自放电率低等优点，而镍氢电池较锂电池在大电流输出这部分略胜一筹。由于煤矿井下便携式移动电子设备对电池体积、能量密度要求更高一些，因此，选择锂电池作为后备电池较为理想。《煤矿安全仪器仪表用锂离子蓄电池安全标志管理方案》停止了对采用钴酸锂电池的煤矿安全仪器仪表产品的安全标志的审核发放，可以使用锰酸锂电池或磷酸铁锂电池，且电池组总容量不大于5A•h。
1．2安全栅保护方式设计
煤矿井下的电源首先需要考虑本质安全电路的设计。本质安全电路是指正常工作和规定的故障条件下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路［4］。本质安全输出的过流保护分为限流式和截止式2种方式。截止式保护方式属于触发式保护，当出现过流现象时，可以通过采样电阻、比较器很快地关断开关管，实现本质安全保护［5－6］。这种方式有利于通过火花实验，但其最大的缺点是过于灵敏，电源或负载干扰可能会导致设备重启，抗干扰能力较差。限流式保护方式是指负载电流达到限流值，保护电路进入恒流状态，限制负载电流在限流值。这种方式的最大优点是可以实现全载启动，缺点是限流时开关管会承受限流值电流与输入电压所产生的较大损耗。理想的安全栅保护方式是负载短路时先限流后截止，电流增大到保护值时，安全栅先进入限流式保护方式，如果是瞬间干扰（如电压尖峰等），安全栅不会截止，如果过流情况持续超过一定时间，则会进入截止式保护方式。这种方式既能满足本质安全性能要求，与截止式保护方式相比又显著提高了抗干扰能力。先限流后截止的保护方式的保护电路及输出特性曲线如图1所示，当流经R0的电流超过限定值，三极管T2由饱和导通区进入放大区，超过调节设定的时间，则来自比较放大电路的控制信号将三极管T2或MOS管T1关闭。（a）保护电路（b）输出特性曲线
1．3电池升压电路优化设计
通常便携式电子设备需要用到5V电源，电池电压需要经过升压才能达到5V，即要用到Boost变换器。本文以TPS61070应用电路为例进行分析。图2为TPS61070应用电路，电池电压由升压电路变换至5V、200mA输出。图2TPS61070应用电路TPS61070是TI公司为便携式电子设备应用提供的采用同步整流和脉宽调制技术的控制器，旨在实现电源最高效率。TPS61070具有过热保护和省电模式。在低负载电流条件下，如果储能电感上的电流为零，TPS61070可进入省电模式，此时，变换器只有在输出电压低于设定值时才开始动作，在几个开关周期之后，如果输出电压超过设定值，变换器又进入省电模式。省电模式通过调整开关频率减少了MOS管的开关损耗，以在宽负载电流范围内保持高效率，利于提高电池的续航能力。
图3为由寄生电感及电容所构成的Boost变换器关键环路，LPAR和CPAR分别为寄生电感及电容。便携式电子设备长时间运行，电源不稳定，TPS61070易损坏，损坏之后TPS61070呈现电源和地之间短路的状态。由于布局和器件原因，调试时发现在开关变换器与电感交汇的开关节点处有高频振荡。通常电路中伴生的寄生电感和寄生电容会产生互感，并导致电流环路开关节点上的高频振荡［7－8］。如果该高频振荡，也就是振铃［5］的幅值超过低压开关额定电压的最大绝对值，将会损坏MOS管，而Boost变换器电路的MOS管集成在TPS61070内部，所以会出现TPS61070损坏之后电源和地短路的现象。因此，设计时需要采用多种方法实现振铃的最小化来保护MOS管。
分析图3：首先整流二极管D1的寄生电容要小，由于D1亦集成在TPS61070内部，TPS61070应用电路不需要调整；其次需要优化电路板走线使回路中寄生电感最小化。例如，减小MOS管与储能电感L1之间的距离可以使寄生电感LPAR2和LPAR3变小，缩短TPS61070与电源接地点之间的距离可以使寄生电感LPAR1变小，将输出电容Cout尽可能靠近D1的阴极，可以使寄生电感LPAR4和LPAR5最小化。另外，在电源输出和地之间放置高频旁路电容Cout－BYP也能最小化开关节点处的振铃幅值。如果振铃幅值还是会超过MOS管的承受范围，可以设计一个RC缓冲电路（图3中的RSNUB和CSNUB）来消除开关闭合时寄生电感所产生的电压毛刺。当开关闭合时，RC缓冲电路为流经寄生电感的电流提供一条接地通道，从而抑制电压瞬间变化并降低了MOS管的应力。图4为未加RC缓冲电路和加了RC缓冲电路（R＝10Ω，C＝10nF）后Boost变换器开关节点上的振铃波形，从中可看出，有了缓冲电路后振铃峰值得到有效抑制，电源长时间稳定运行，TPS61070也不再损坏。
教学改革实验平台理论教学实践教学分层次教学
一、引言
教育部和财政部等单位于2012年2月了《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》，文中针对加强实践教学提出了明确的要求和具体的措施。其中第5条指出，深化实践教学方法改革，加强实践教学方法是专业建设的重要内容。因此， 在实验教学上加大改革力度，成为新形势下社会发展要求的实用和创新型人才是教学中亟待解决的问题。
《电路理论》课程在电子信息类专业中是一门非常重要的基础课，其实验教学是培养高校电类专业人才的有效且重要的途径。在欧美等发达国家，理论与实践教学的学时比一般为1U2或1U3，远高于大部分国内的理工科高校。长期以来，国内理工类高校实验占教学之比重较低，普遍存在重理论轻实践的倾向，在一定程度上限制了学生的学习主动性和积极性，难以激发学生独立思考的兴趣和激情，这样不利于人才的培养。
我校电子信息工程学院《电路理论》是校级精品课程，13版教学大纲规定，电气类专业的《电路理论》课程在大一的下学期开设，教学共计划84学时，其中理论课时占72个（含8个习题课时），实验课时占12个，共安排6次。为了培养社会急需的人才，有效合理的进行实验教学改革十分必要，为此我们改造了原有的实验平台，并对实验教学内容进行了整合。
二、实验平台的改造
我校《电路理论》试验教学改造前，主要是依托计算与试验中心的电工实验室来完成的。该实验室使用的KHDG-1电工试验平台其设计理念已经完全过时，根本不能满足我校2013版《电路理论》或者《电路分析基础》相关课程的教学要求，以及由此课程展开的培养学生实践技能和创新活动能力的需要，难以适应新形式下的教学改革和实践教学的要求，主要表现及改造必要性在如下几个方面：
（1）由于KHDG-1电工试验台使用年限过长，设备老化严重，再加上维护维修不方便，严重影响了教学计划和教学质量。
（2）试验台试验模块的固化，只能完成验证性的试验，无法进行综合设计型的试验。
（3）采用现有的KHDG-1电工试验台，只能进行验证型试验，学生无法接触到实际的元器件，更谈不上进行综合设计试验，无法提高学生的试验技能和实践能力，也限制了学生的想象力以及创新能力的培养和提高。
根据我校2013版《电路基本理论》或者《电路分析基础》相关课程的教学大纲，结合新形式下培养学生创新精神和创新能力的要求对旧的实验平台进行了改造，彻底掘弃老的电工实验台，自制了新的试验台（箱），其功能如下：
（1）提供DC±5V、DC±25V、±0～30V连续可调直流电源，0～16V可调交流电源；
（2）提供多波形的信号发生器；
（3）测量用的数字电压表、电流表表头；
（4）常用的电阻、电容等元器件，IC插座和面包板；
（5）可以固定安装进行验证性试验用的实验电路模板。
另外，配套数字示波器、多功能信号发生器和数字万用表，制作进行少量验证性实验的电路板模块（可固定在实验箱上），改造后的实验平台通过面包板可以灵活搭建各种实验电路，并能够满足多种形式的创新实践需求。
引入该电路实验平台后，使得《电路理论》实践教学在实用性、新颖性、创新性、教师培养、促进理论教学和资源共享等几个方面得到了提高。
三、实验内容的完善
电路理论课程实验平台的改造，可以使实验的内容和形式多样化。改造后的实验包括计算机仿真实验和硬件实验两个部分。对多个教学对象，采取因材施教，实行分层次教学的方法。
将计算机仿真技术引入《电路理论》实验。在实验前给学生介绍仿真软件并进行演示，学生根据实验目的，自己首先上机实践，一方面，能够提高学生运用计算机分析和解决问题的能力，提高学生的学习兴趣；另一方面，学生在实物操作时对实验中出现的一些数据和现象能够完全了解，实验的目的性更加明确。计算机仿真实验安排两次实验。其中，将硬件实验分成基本实验、综合性实验和设计性实验三个层次。
1.基本实验
基本实验均为验证性实验，改造后的实践教学平台将保留少量1～2个验证性的电路实验，这部分实验的电路已做好在电路板上，实现了模块化。另外，安排1～2个自搭建电路的实验，由学生根据实验要求，用给定的元器件在面包板上搭建实验电路。基本实验要求所有的学生一人一组独立完成。基本实验项目要求学生在完成指定实验内容的同时，熟悉各种常规电子仪器仪表的使用及其对电路基本物理量的测量方法，熟练掌握常用元器件的识别方法，掌握搭建电路的基本技能，以及学会对实验数据的分析和处理方法。
2.综合性实验
综合实验安排1～2个实验内容。老师先提出实验任务和设计要求， 再由学生拟好实验电路、实验步骤、并估算各元件参数。这些实验可有目的地让不同层次的学生进行组合，不局限于一人一组，原则上是理论知识好与动手能力强互相组合，再搭配一至二个成绩较差的学生。也可以将实验项目分解成单元电路，由不同组的学生设计相应的单元电路，并在面包板上搭建实验电路。
3.设计性实验
设计性实验主要着重培养学生的灵活运用理论知识的想象力和创新能力，为社会的发展输送高素质的专业人才。设计性实验不再要求所有学生参加，对有潜力、学有余力的学生，可分成兴趣小组，由任课教师专门指导其完成设计性和自定项目实验，在开放性实验室用课外业余时间完成。
四、改造后的教学效果
改造后的实验平台可实现一人一组，在实验课学时普遍偏少的情况下， 一人一组方式上课是非常必要的。一人一组就必须人人动手做实验，杜绝多人一组部分学生只能旁观的现象， 学生普遍反映效果好。教学效果主要体现在以下方面：
1.规范和完善了教学体系和教材建设
为了适应面向新世纪的人才培养的目标， 根据教育部对课程总体要求， 对《电路理论》和《电工电子学》的教学内容和实验项目设置进行了合理的选择和规范，重新编写了完整的实验教材， 加强了基础性内容，增加了综合性、设计性的实验内容， 特别强调学生的实验预习与设计环节，以适应不同层次的需要。
2.学生的独立性、自信心和学习积极性得到了锻炼和提高
对基本实验，将以往两人一组的方式采用一人一组的方式，并要求他们在实验前充分预习，实验过程中不准互相串台，
极大地提高他们的独立性。
3.基本技能和理论水平明显提高
通过改造后的实验平台实行分层次教学，充分激发了各层次学生的学习兴趣和积极性，最大限度提高了对理论知识的掌握和实践能力，使他们真正牢固记忆并透彻理解电路的基本概念，切实掌握实验的基本技能和基本方法，为后续课程服务，为完成专业培养方案服务。
4.创新能力提高
综合提高型实验教学的实施是实验教学的延伸，通过自定设计实验项目实验，培养了学生的知识运用能力和创新意识，为大学生创新活动和竞赛活动输送了越来越多的人才。
5.计算机仿真及其应用能力的提高
将EWB计算机仿真技术引入电路实验， 一方面，能够提高学生运用计算机分析和解决问题的能力，提高学生的学习兴趣，从而大大地激发了学生的创新意识和能力；另一方面，学生可以对一个实验尝试多种电路实现，比较优缺点，优化设计方案，比较仿真软件的分析方法，在实物操作时对实验中出现的一些数据和现象能够完全了解，实验的目的性更加明确。
作为民族院校，我校的工科专业起步较晚，师资力量相对较弱，电子信息工程学院由物理系改建的时间不长，但在近几年的本科创新竞赛中都取得可喜的成绩，其中在飞思卡尔智能车竞赛和全国电子设计大赛中均取得了包括一等奖的多项奖项。学院组织参加省部级以上创新活动情况一览表如表1所示。五、结束语
通过对我院电气类13级学生使用新实验平台的实践教学情况来看，实验教学质量较之以前得到显著的提高。无论是学生的实践能力、思维判断能力培养，还是实验设计创新能力的培养，都取得良好的效果，为后续课程的教学打下了良好的实践基础。社会的发展对人才的需求提出了更高的要求，作为直接输送人才的高等院校，需要进一步转变观念，积极探索新形势下的实践教学规律，包括对实验教学内容、方法、手段等进行一定的改革与探索，才能适应社会发展对人才的需求。
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