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集成电路工程研究方向范文1
【关键词】微电子学 集成电路 半导体
微电子学与集成电路是现代信息技术的基础，各类高新行业在具体发展中，均会对微电子学和集成电路进行应用。其中，集成电路选择半导体镜片作为基片，并结合相关工艺，将电阻、电容等元件与基片连接，最终形成一个具备完整电路功能的系统或是电路。较比集成电路微电子学是在集成电路的基础上，研究半导体和集成电路的相关物理现象，并有效的对其进行应用，满足各类电子器件需求的效果。基于此，本文对当前微电子学与集成电路展开分析，具体内容如下。
1 微电子学与集成电路解读
微电子学是电子学的分支学科，主要致力于电子产品的微型化，达到提升电子产品应用便利和应用空间的目的。微电子学还属于一门综合性较强学科类型，具体的微电子研究中，会用到相关物理学、量子力学和材料工艺等知识。微电子学研究中，切实将集成电路纳入到研究体系中。此外，微电子学还对集成电子器件和集成超导器件等展开研究和解读。微电子学的发展目标是低能耗、高性能和高集成度等特点。
集成电路是通过相关电子元件的组合，形成一个具备相关功能的电路或系，并可以将集成电路视为微电子学之一。集成电路在实际的应用中具有体积小、成本低、能耗小等特点，满足诸多高新技术的基本需求。而且，随着集成电路的相关技术完善，集成电路逐渐成为人们生产生活中不可缺少的重要部分。
2 微电子发展状态与趋势分析
2.1 发展与现状
从晶体管的研发到微电子技术逐渐成熟经历漫长的演变史，由晶体管的研发以组件为基础的混合元件（锗集成电路）半导体场效应晶体管MOS电路微电子。这一发展过程中，电路涉及的内容逐渐增多，电路的设计和过程也更加复杂，电路制造成本也逐渐增高，单纯的人工设计逐渐不能满足电路的发展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的发展方向。
现阶段，国内对微电子的发展创造了良好的发展空间，目前国内微电电子发展特点如下：
（1）微电子技术创新取得了具有突破性的进展，且逐渐形成具有较大规模的集成电路设计产业规模。对于集成电路的技术水平在0.8～1.5μm，部分尖端企业的技术水平可以达到0.13μm。
（2）微电子产业结构不断优化，随着技术的革新产业结构逐渐生成完整的产业链，上下游关系处理完善。
（3）产业规模不断扩大，更多企业参与到微电子学的研究和电路中，有效推动了微电子产业的发展，促使微电子技术得到了进一步的完善和发展。
2.2 发展趋势
微电子技术的发展中，将微电子技术与其他技术联合应用，可以衍生出更多新型电子器件，为推动学科完善提供帮助。另外微电子技术与其他产业结合，可以极大的拉动产业的发展，推动国内生产总值的增加。微电子芯片的发展遵循摩尔定律，其CAGR累计平均增长可以达到每年58%。
在未来一段时间内，微电子技术将按照提升集团系统的性能和性价比，如下为当前微电子的发展方向。
2.2.1 硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）
CMOS电路将成为微电子的主流工艺，主要是借助MOS技术，完成对沟道程度的缩小，达到提升电路的集成度和速度的效果。运用CMOS电路，改善芯片的信号延迟、提升电路的稳定性，再改善电路生产成本，从而使得整个系统得到提升，具有极高研究和应用价值。可以将CMOS电路将成为未来一段时间的主要研究对象，且不断对CMOS电路进行缩小和优化，满足更多设备的需求。
2.2.2 集成电路是当前微电子技术的发展重点
微电子芯片是建立在的集成电路的基础上，所以微电子学的研究中，要重视对集成电路研究和分析。为了迎合信息系统的发展趋势，对于集成电路暴露出的延时、可靠性等因素，需要及时的进行处理。在未来一段时间内对于集成电路的研究和转变势在必行。
2.2.3 微电子技术与其他技术结合
借助微电子技术与其他技术结合，可以衍生出诸多新型技术类型。当前与微电子技术结合的技术实例较多，积极为社会经济发展奠定基础。例如：微光机电系统和DNA生物芯片，微光机电系统是将微电子技术与光学理论、机械技术等结合，可以发挥三者的综合性能，可以实现光开关、扫描和成像等功能。DNA生物芯片是将微电子技术与生物技术相结合，能有效完成对DNA、RNA和蛋白质等的高通量快速分析。借助微电子技术与其他技术结合衍生的新技术，能够更为有效推动相关产业的发展，为经济发展奠定基础。
3 微电子技术的应用解读
微电子学与集成电路的研究不断深入，微电子技术逐渐的应用到人们的日常生活中，对于改变人们的生活品质具有积极的作用。且微电子技术逐渐成为一个国家科学技术水平和综合国力的指标。
在实际的微电子技术应用中，借助微电子技术和微加工技术可以完成对微机电系统的构建，在完成信息采集、处理、传递等功能的基础上，还可以自主或是被动的执行相关操作，具有极高的应用价值。对于DNA生物芯片可以用于生物学研究和相关医疗中，效果显著，对改善人类生活具有积极的作用和意义。
4 结束语
微电子学与集成电路均为信息技术的基础，其中微电子学中囊括集成电路。在对微电子学和集成电路的解析中，需要对集成电路和微电子技术展开综合解读，分析微电子技术的现状和发展趋势，再结合具体情况对微电子技术的当前应用展开解读，为微电子学与集成电路的创新和完善提供参考，进而推动微电子技术的发展，创造更大的产值，实现国家的持续健康发展。
参考文献
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作者简介
胥亦实（1994-），男，陕西省榆林市人。大学本科学历。现供职于吉林大学。主要研究方向为集成电路工程。
集成电路工程研究方向范文2
【关键词】计算机技术；技术创新；创新原因
一、电子计算机发展中的突破性进展及其技术原因
由于现代社会对于复杂计算量任务的需求日益增加，人们迫切需要一种能够进行精确计算的电子设备，于是电子计算机应运而生，在随后的几年中，电子计算机技术得到了更加迅速的发展，并取得了很多里程碑式的突破，其主要表现和原因如下：
（一）晶体管技术与晶体管计算机的发明
在第二次世界大战以前，贝尔实验室的科研人员发现了一种能够使得微弱电流少量的变化，能够对另外的电流产生很大影响的材料，人们称之为“晶体管”；后来，人们逐渐发展晶体管在工作上不仅能够替代原有部件的作用，而且能够更好地提高计算机的性能，于是一些科研人员开始研究以晶体管计算机代替原有的电子管计算机，并确立了读写方便的二进制，同时人们从中得到启发，发明小型的供个人使用的计算机将会成为未来计算机的发展方向之一。采用晶体管作为主要部件的计算机被成为“第二代电子计算机”，并在随后的时期被广泛地运用，同时为以后的发展提供了契机。
（二）集成电路与PC机时代的到来
通过在发明晶体管计算机中的启发，通过当时的科学技术人们已经能够将晶体管、二极管和电阻等一些元部件和电路连线在一块集成电路板上，与普通的电子电路相比，集成电路具有体积小、重量轻、易携带、功耗低等优点，而且其可靠性也在逐步提高。后来，人们逐渐认识到集成电路的好处，并将集成电路运用到电子计算机的技术中来，同时将集成电路进行规模化生产，不仅促进了电子计算机的发展，而且使得计算机的成本降低，为未来计算机的普及奠定了良好的基础。
集成电路的发展不仅推动了电子计算机技术的发展，而且为PC时代的到来开辟了道路，随着集成电路被广泛的应用到电子计算机中，IBM公司首先建立了自己的集成电路工厂，并且在不断的摸索中，终于制造出了以集成电路为基础的电子计算机，从而使得计算机的发展到了第三时期。
（三）微处理芯片与英特尔系列
微处理器与集成电路和晶体管并称为计算机发展过程中的三大发明，可见微处理器对于计算机发展的推动力是不可或缺的，这三项发明分别使得电子计算机进入了新的时代。
当时微处理器的发明人员认为可以将复杂的芯片设计方案更加简洁化，在这一启发下，计算机的芯片主要是由只读存储器、随机存取器和输入输出接口和中央处理器组成，在这一结构的启发下，研发人员开始投入到微处理器的试运行过程中。
微处理器最终成功地研发并投入生产，使得整个计算机产业向着更加微型化的方向发展，尤其是在PC机领域，微处理器的产生，使得很多设想成为可能。
二、影响现代计算机技术创新的科学技术因素
科学家认为，电子计算机的集成度已经到达一个瓶颈时期，在集成电路板上如果再放置具有更强计算能力的部件，容易使得芯片散热不好，从而影响计算机的使用寿命。但是，人们对于电子计算机的要求却在不断提高，这一矛盾就导致了科学家开始寻找其他的路径来不断推进现代计算机的技术创新，主要包括以下几点：
（一）人工智能技术的发展
随着计算机功能和计算性能的进一步提高，人们开始思考能否让计算机模拟人类的思考和解决问题的模式，从而变得更加智能化，使得能够进一步解放人类劳动。目前为止，计算机技术在人工智能的领域已经取得了重大的成就，例如：一些专家系统已经能够利用已有的知识帮助人们解决问题，另外一些语音识别技术能够解放人们的双手，通过声音的录入就能够生成文字等等，这些技术虽然能够在一定程度上，使得电子计算机模拟人脑的行为，但是还远远无法跟人类的智能相媲美，因此在人工智能的道路上，我们还需要更多的研究和突破。
（二）量子力学的研究推动着量子计算机的发展
当人们认识到传统的综合性应用的计算机的发展已经到达一个瓶颈时期的时候，人们开始探索能否将计算机向着专用的方向发展，例如：人们可以利用量子计算机进行量子计算，但是从传统的综合性应用的计算机到量子计算机的改造是一项复杂的过程，这一过程中必须要攻克以下几个难题，例如：去相干的问题和纠错的问题等等，随着科学技术的发展，人们发明了量子计算机并且使得它的应用走向成熟，目前，对于量子力学的不断研究为量子计算机的发展提供了坚实的基础，成为未来电子计算机发展的新方向。
（三）光学为光子计算机的研究提供可能
光学的概念来自于爱因斯坦对于光学的研究，他在研究中发现与电子相比，光具有以下特点：光子的分辨率比较高；光子的速度更加快；光子的这些特点使得其未来具有更广阔的应用前景。而对于光学的研究，例如：激光、光纤、光存储和光显示等等，以及光学与光电子学的结合，标志着现代光学的诞生，这些技术的发展都有力地推动了光子计算机的发展。
作为一种全新的计算机，光子计算机是以光子作为信息的载体，而且能够进行光运算的新型计算机；在光学研究的基础上，目前光子计算机能够“与”、“或”、“非”三种基本的运算，同时还支持加法的运算等等，虽然目前光子计算机还没有正式的诞生，但是人们已经逐渐认识到其优势，也成为计算机未来发展的方向之一。
（四）DNA分子逻辑门奠定了DNA计算机发展的基础
DNA计算机是计算机科学与分子生物学相结合的产物，从此计算机的发展又开辟了一个新的领域。DNA分子具有较高的存储能力和强大的并行运算能力，所以DNA计算能够解决一些复杂的问题。DNA计算机的出现能够使得计算机的应用场合进入到人体内甚至细胞内，可以作为一种监控机制，发现DNA的变化等等，而且还能够合成一些药物，用来治疗人体的疑难杂症等等，具有非常广阔的应用前景，但是，目前DNA计算机的还处于研究过程中，完成对其真正的应用尚需时日。
（五）纳米技术的出现使得纳米计算机成为研究热潮
随着国际上对于纳米技术的研究，一些纳米材料正式诞生，使得全世界投入到了一股研究纳米技术的热潮中。同样，人们开始思考利用纳米计算机来实现一些传统计算机一些更加强大的功能，例如：可以利用纳米技术制作一些缩微计算机元件，而且这种纳米计算机一旦研究成功就有可能消耗很少的资源，在性能上也将获得更大的提高。目前，建造一个芯片生产工厂耗资巨大，使得很多厂商都不堪重负，但是如果利用纳米技术来制造和生产计算机的芯片，工厂的占地面积和所需资源等等都将大大降低。
三、影响现代计算机技术创新的社会因素
通过以上的分析和论述可知，在计算机的发展过程中，很多技术的研究为计算机的诞生和发展提供了契机，使得现代计算机朝着很多方向进行发展。但是，影响现代计算机技术创新的因素远远不止科学技术因素，还与社会因素密不可分，影响现代计算机技术创新的社会因素主要有以下几点：
（一）国家需求对于计算机技术的发展要求
随着目前世界上各个国家都处速发展时期，一些工程项目的数据和计算复杂程度逐步增加，采用传统的计算机已经无法满足这些需求。因此，必须要对计算机技术进行创新。例如：目前的加密技术正在逐步提高，密文在目前的计算量来讲是无法破译的，但是随着超级计算机性能的提高，运算速度的加快等等，密码必须进行更严密的运算，这就需要超级计算机来进行。超级计算机能够使得运算速度得到很大提高，可以在国防安全和信息安全等方面起着重要的作用。
（二）人们对于计算机的需求也是创新因素之一
目前，随着科学技术的发展，计算机已经被普遍地推广和应用，人们对于计算机的需求也在不断上升，这也成为计算机技术创新的重要因素之一，主要表现在以下几点：第一，体积微型化，为了能够打破时间和空间对于计算机使用的限制，人们需要一种能够便于携带的、体积更小、续航能力更强的计算机，这就促使着计算机技术向着更加完善的方向发展；第二，功能全面化，人们对于计算机的需求也向着功能更加全面的方向发展，希望能够利用一台计算机进行工作、学习和娱乐等等，所以现代的计算机也正在向着功能更加全面的方向发展着。
四、面对计算机技术创新的几点建议
人们的生活每时每刻都在变动，计算机技术的创新也无时无刻不在发展，面对日新月异的计算机技术创新，主要有以下几点建议：
第一，准确把握需求，一项新技术的产生肯定有一定的需求因素为推动力，明确需求才能更好地研究出符合相关需求的计算机技术。
第二，计算机技术有着众多的研究领域，每个研究领域都可能为计算机技术的创新提供启发，所以在通用计算机的基础上研究一些针对专业领域的计算机技术也非常重要，从而能够更好地促进计算机技术的创新。
第三，计算机在给人们带来方便的同时，也存在着很多隐患，例如：病毒、网络攻击、信息窃取和辐射等问题，不仅影响着人们的健康，而且还威胁着国家的安全，因此我们在致力于计算机技术的创新过程中，也需要考虑计算机带来的负面影响。
第四，信息时代的到来，为计算机技术的发展提供了另一个契机，随着人们逐渐认识到信息的重要性，人们开始利用计算机进行沟通和交流，所以计算机的携带、功耗、续航以及成本等问题也成为计算机技术创新过程中需要考虑的重要因素。
第五，由于目前计算机已经被广泛地运用到各个领域，所以计算机技术的发展不仅仅需要本领域相关知识的支持，而且还需要其他领域知识的配合，在此过程中需要研发和技术人员对于相关领域的技术有着深入的了解，才能够真正制造出跨领域发展的计算机。
参考文献：
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集成电路工程研究方向范文3
【关键词】太阳能;光伏发电;降压电路;TL494
引言
随着社会经济的发展和人口的增加，世界各国对传统能源的开发步伐也越来越大，传统能源变得越来越紧缺和昂贵，新能源，特别是可再生能源有着广阔的发展前景。近年来，太阳能光伏发电已经在越来越多的场合得到了应用。由于太阳能有着取之不尽，用之不竭的优点，并且绿色环保。世界各国均在太阳能技术研究开发投入极大的科技力量，从而在未来的发展更有优势。
太阳能光伏发电充电器是一种利用太阳能作为能源，通过光伏电池转换为电能，并进一步通过直流斩波电路变为目标电器设备所需的电压。其结构如图1所示。其实太阳能电池板在阳光的照射下可以产生20V左右的电压，降压电路把20V的电压变为12V以下电压，在输出端有反馈电路将输出电压信号与给定电压进行比较，并通过控制回路实现电压的自动控制。这样的降压充电电路结构简单、成本较低，因此这种降压充电电路具有良好的市场前景。
图1 太阳能光伏发电充电电路结构
1.降压斩波电路的工作特性
降压斩波电路是基本的直流变换器之一。目前的大部分太阳能光伏发电变换器输出电压一般在20V左右，而普通电子设备输入电压一般为12V以内，输出电压小于输入电压，因此关于降压型斩波变换电路研究非常重要。
图2是降压拓扑的电路图。电路中的开关管MOS1采用MOSFET;二极管D1起续流作用，在MOS1关断时为电感L1电流提供续流通路;L1为能量传递电感，C1为滤波电容，R1为负载;VDC1为输入直流电源。
图2 降压拓扑电路图
当开关管导通时，电源向电感充电，电感电压左正右负;而负载电压上正下负，此时在R与L之间的二极管由于承受反偏电压而截止。电感充电电流为线性上升。另外，开关管截止时电容向负载放电，由于电容已经被充电且容量很大，所以负载电压基本保持恒定值。在开关管关断时，储能电感两端电势极性变成左负右正，二极管转为正偏，电感与电源一起为电容充电，同时向负载提供能量。
当电感电流连续时，根据电感充放电时吸收和释放的能量守恒，有：
（1）
进行变化可得输入输出电压关系，D为占空比。可以看出输出电压与输入电压和占空比成简单比例比例关系，可以通过调节输入电压或占空比来控制输出电压的打小。
（2）
而电感电流不连续电时输出电压会升高，这时输出电压与输入电压并不符合（2）式，这种情况必须重新设计电路与调整参数。本文电路设计为电流连续工作模式。
2.TL494集成电路主要特征
TL494集成电路是一种固定频率脉冲宽度调制（PWM）电路，它包含了开关电源电路自动控制所需的大多数功能，广泛应用于降压电路、升压电路以及隔离型开关电源电路。TL494有SO-16和PDIP-16两种常用的封装形式，以适应不同场合的要求。TL494内部电路如图3所示。TL494内置线性锯齿波振荡器和误差放大器，并且自带5V参考基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的0-70℃温度范围50mV温漂下，该基准电压源能提供±5%的精确度。输出由功率晶体管提供推拉两种输出方式，可提供500mA的驱动能力。
图3 TL494内部结构图
TL494内置了线性锯齿波振荡器，其工作频率通过外置振荡元件（一个电阻和一个电容）来调整。其振荡频率如下：
（3）
3.基于TL494降压电路设计
图4是一个为工作电压5V的电子设备设计的电路图。太阳能光伏电池板得到的开路电压为20V左右，必须进行降压才能供电。而工作过程中太阳能光伏电池板的电压会发生变化，因此必须设计控制回路。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽输出的脉冲宽度。两个误差放大器具有从较大的共模输入范围，通过回馈电压与基准电压进行比较，从而调整占空比，进而得到稳定的输出电压。
在降压电路工作模式下，为获得更大的驱动电流输出，将Q1和Q2并联使用，这时，将输出控制模式脚接地以停止双稳态触发器的工作。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。若误差放大器的输出端口处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲控制的双稳态触发器进行计时，同时停止输出驱动管的工作。
图4 输出5V的降压电路图
图5 输出电压与电感电流仿真波形
图6 实际电路
图7 TL494锯齿波
4.仿真与电路制作
仿真软件为电力电子的专用软件PSIM，输入电压为20V，输出为5V，采用了图2的电路结构，设置开关频率为21kHz，负载为10欧姆的电阻。电感工作于连续模式，仿真结果如图5所示。
实际电路根据图4进行制作，为获得更大的输出功率，采用了两块太阳能电池板进行了并联。如图6所示。
图8 开关管驱动电压波形
图7为TL494锯齿波，其工作频率即为开关管的开关频率。图8为开关管的驱动电压波形，可以看出，开关管严格工作于开关状态。
5.结论
分析仿真和实验结果可以看到，虽然太阳能电池板的输入电压不是恒定值，但是通过电路的自动调节占空比，输出电压相当稳定。此外，开关管工作于开关状态，本身耗能非常小，因此太阳能电池板所获得的大部分能量可以转换为电能供给负载。通过对实际电路进行测试分析，电路长时间工作稳定，无过热现象，可以适合多种电子设备。
参考文献
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[6]MOTOROLA TL494 Datasheet 1996.
基金项目：广东省教育部产学研结合项目 （项目编号：2012B091100042）。
作者简介：
集成电路工程研究方向范文4
【关键词】时序控制；伽马校正；DC-DC转换；液晶显示器
引言
TFT液晶屏采用行、列驱动的矩阵显示方式，需要在前端增加一个特殊的转换电路，就是“时序控制器”，将从外部供给的数据信号、控制信号以及时钟信号分别转换成适合于数据和栅极驱动IC的数据信号、控制信号、时钟信号。它的功能是色度控制和时序控制。时序控制电路是整个显示器动作时序的中心，配合每个图框显示的时机，设定水平扫描启动，并将由界面所输入的图像数据信号转换成源极驱动电路所用的数据信号，传送到源极驱动电路的寄存器中，并配合水平扫描，控制数据线驱动的适当时间，从而实现图像的显示。这个“时序控制器”就是我们常说的时序控制电路，也称为TCON电路，是TFT液晶屏可以正常显示目前视频图像信号的关键部件。
液晶屏加固设计时，由于原屏配的TCON板在功能、性能和尺寸等方面往往不能满足加固设计的要求，所以需要对TCON电路重新设计，以满足使用要求，下面以一款6.4寸液晶屏为例介绍TCON板的设计。
1 基础理论介绍
图像信号的转换，这是一个极其复杂、精确的过程，它需要先对信号进行存储，然后根据信号的标准及液晶屏的各项参数进行分析计算，根据计算的结果再按规定从存储器中读取预存的像素信号，并按照计算的要求重新组合排列读取的像素信号，成为液晶屏显示适应的信号。在这个过程中，图像信号的时间过程、排列顺序都进行了重新的编排，完全改变了原来像素信号的时间顺序关系，所以此电路称为“时序控制电路”，其英语为Timing-Control，缩写为TCON。TCON电路还要产生控制各个电路工作的辅助信号，重新编排的像素信号在辅助信号的协调下，施加于液晶屏驱动电路中，从而正确的重现出图像。
液晶屏的整体驱动电路包括时序控制电路、灰阶电压（伽马校正）发生电路、DC-DC转换电路、屏源极驱动（列驱动）电路、屏栅极驱动（行驱动）电路等，其构成框图如图1所示。
我们平时所说的“TCON电路板”是图1中的时序控制电路、灰阶电压发生电路、DC-DC转换电路三部分，它们通常做在一块独立的电路板上。这块电路板把前端送来LVDS格式的图像信号，转换为液晶屏周边源极驱动和栅极驱动集成电路所需的RSDS格式的图像数据信号，同时还输出源极驱动、栅极驱动电路工作必须的驱动控制信号（STV、CKV、STH、CKH、POL），这些信号加到屏周边的驱动电路上，最终实现图像在液晶屏上的显示。
2 TCON板电路设计
2.1 DC-DC转换电路设计
驱动电路是一个独立系统，这部分电路工作需要各种电源供电，如（Vmain供电、栅极驱动电压VGH、VGL）、伽马校正基准电压（VDA）等。为了保证该系统的稳定工作，在T-CON电路中，专门设置了一个独立的开关电源电路，该开关电源把主板送来的电源，经过DC-DC转换电路，产生逻辑驱动电路所需的Vmain、VDA、VGL、VGH等电压。这个DC-DC转换电路输出要求无干扰、电压精度高，是一个专门为逻辑驱动系统供电的开关电源电路。
本DC-DC转换电路设计采用TI公司的TPS65101电源芯片，该芯片能产生LCD需要的电压Vmain、栅极开启电压VGH及栅极关断电压VGL。芯片内部集成有3个DC-DC转换器，其中包括两个充电泵和一个升压转换器，可以为小型TFT液晶屏提供高效的调节电压。
DC-DC转换电路如图2所示，升压转换器产生行列驱动电压Vmain，一个充电泵产生正电压，作为TFT的开启电压VGH；另外一个充电泵产生负电压，作为TFT的关闭电压VGL，Gamma基准电压VDA采用Vmain。
2.2 伽马校正电路
显示屏的其源极驱动电路会向屏列电极施加一个幅度变化的像素信号电压，而该电压的变化与屏产生光点亮度的大小是一个严重畸变的非线性变化关系，呈现一个类似S形的曲线，如图3所示。
从图3可以看出，当电压等分变化时，液晶屏透光率变化中间拉长，两边压缩。在图像信号电压低亮度和高亮度时，出现了液晶屏透光率变化迅速的现象，而在图像信号电压在中等亮度时，屏透光率变化非常缓慢，这样重现的图像会出现非常难看的灰度层次失真，是需要解决的。因此，在液晶屏的T-CON电路中，针对这种失真现象专门设计了一个电压校正电路，它采用一系列幅度变化不成比例的预失真电压，对失真曲线进行校正。这一系列的电压我们称为灰阶电压，而产生灰阶电压的电路称为灰阶电压发生电路。灰阶电压组成的校正曲线如图4所示。
从图4可以看出，当液晶屏透光率等分变化时，校正电压在图像中间亮度区域进行压缩，变化加速，而在图像信号低亮度和高亮度区域时，校正电压变化缓慢。用这一系列变化的灰阶电压对图像像素信号所携带的不同亮度信息进行赋值，以纠正液晶屏的图像灰度失真。伽马校正就是这个矫正过程，相关电路也称为伽马校正电路。
本伽马校正电路设计采用TI公司的BUF16821电源芯片，BUF16821提供16个可编程的GAMMA通道和2个可编程VCOM通道，所有通道都提供轨到轨的输出且支持I2C接口编程。生成的GAMMA和VCOM值可以存储在芯片的非易失性存储器上。BUF16821支持多达16个的片上存储器的写操作。
伽马校正电路如图5所示，GAMA1-GAMA10提供GAMMA电压，VCOM提供Vcom电压，电压值可通过I2C写入芯片，并存储在入芯片的非易失性存储器。
2.3 时序控制电路设计
时序控制电路主要由一片专业TCON处理芯片构成。该电路把前端送来的LVDS信号经过逻辑转换，产生RSDS图像数据信号，以及后级驱动电路所需的各种控制信号。
LVDS信号包括图像的RGB基色信号、行同步、场同步信号及时钟信号，这些信号进入时序控制电路后，RGB基色信号转换成为RSDS图像数据信号，行、场同步信号转换转变成相关控制信号。
时序控制电路采用专业TCON处理芯片DTC34LN00R，如图6所示，芯片将由CN1输入的LVDS视频信号转换成液晶屏能显示的信号，由CN2传给液晶屏。
3 设计测试结果和显示效果
按照上述介绍设计出TCON板，设计出TCON板各电压测试值如表1所示，设计的TCON板安装在加固显示器，显示效果如图7所示。
4 结论
针对设计加固显示器时需要对液晶屏的时序控制板重新设计的问题，采用本文介绍的方法，通过选用DC-DC电源芯片产生液晶屏的驱动电压，选用TCON芯片产生液晶屏的时序控制信号，设计开发出TCON板，实现液晶屏的驱动功能。TCON板随加固显示器进行了高低温、振动的性能试验，试验表明设计能满足加固显示的要求。
【参考文献】
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集成电路工程研究方向范文5
（邯郸派瑞节能控制技术有限公司 河北 邯郸 056000）
【摘 要】本文详细地综述了近年来微装配技术的国内外发展现状以及其发展过程中面临的一些关键技术，并对微装配的发展进行了展望。
关键词 微机电系统；微装配；微夹持器；显微视觉
1. 引言?
（1）自从20世纪80年代以来，微机电系统(MEMS)以飞快的速度发展成为一个集微型机械、微传感器、微能源、微致动器、微控制器、微执行器、信号处理、智能控制于一体的新兴研究领域，如微型药泵、微传感器、微驱动器、微加速度计以及其他光电子医学器件等。微机电系统(MEMS)如果按照外形尺寸大小可分为：1～10 mm的微小机械，1μm～1 mm的微机械以及1nm～1μm的纳米机械。由于具有在狭小空间内进行作业而有不扰乱工作环境和对象的特点，微机电系统的意义和应用将涉及航空航天、军事、生物医学工程、太空探险、深海探查等诸多领域。如果一旦技术上成熟并形成产业化，必将对国民经济建设、国防建设乃至社会发展产生深远地影响，因此被誉为20世纪十大关键技术之首，21世纪最具代表性的技术。?
（2）微机电系统具有体积小、精度高、质量轻、性能稳定、可靠性高、能耗低、灵敏性和工作效率高、多功能和智能化、适合大批量生产、制造成本低廉等特点。其基本技术主要有微机械系统设计技术、复杂可动结构微细加工(高深宽比多层微结构加工)、微机械材料、微装配和封装、微操作、微测量、微系统的集成与控制、微宏接口等技术。微传感器、微致动器、微控制器，是微系统的基础单元。?
（3）随着微机电系统技术的深入发展，微机械技术的研究已经从基础研究阶段逐步发展到研制开发与实用阶段，许多微传感器、微执行器和微光学部件已经在许多行业获得应用。国外也正在从微型机械电子系统向微型光机电系统方向发展和扩展，在尺寸上会向更微型化电子机械系统逼近。而且，这些微机电系统日趋复杂，其中许多包含了不同的材料或者需要经过多种工序来实现。因此，针对微机电系统的微装配和微操作的研究日益引起国内外研究人员的高度重视。
2. 微装配的国内外发展概况?
（1）微装配主要指对亚毫米尺寸(通常在几μm～几百μm之间)的零部件进行的装配作业。目前针对微米级的操作和装配问题，主要有2种解决方法：一是用带有超精密控制系统的一般操作手和系统，另一是将操作手微型化。利用集成电路工艺制造微装配系统是未来发展的方向，但目前还有许多问题要解决。在传统的宏观技术上实现微装配是目前许多学者研究的内容，其系统类型大致分为远端操作方式和自动操作方式。近年来，越来越多的微装配领域的学者把注意力放在了自动微装配系统的研究上。?
（2）鉴于微装配系统技术的优势和广阔的发展前景，各先进的工业化国家为了维持自身的竞争优势都对微机电系统技术表现出了足够的重视，纷纷投入巨资开展研究。日本、德国和美国在微装配系统的研究方面比较突出，已具有一定的成果。它们研制成功的微装配系统大致可分为2类：一种是基于SEM的装配系统，另一种是基于传统光学显微镜的装配系统。前者具有放大倍数高、焦深大、分辨率高等特点，相比之下是一种理想的装配方法，但其不足之处是操作复杂且设备昂贵。而后者则有操作简单，成本低廉等优点。美国在微装配系统的开发研究方面取得了显著的进展，他们利用AFM(原子力显微镜)和高精度反馈技术，成功地感知了超光滑表面原子级尺寸的凹凸不平，同时还实现了原子迁移，展示了惊人的成就。?
（3）日本东京大学研制的纳米机器人是由右腕、左腕和基座三部分组成，是在电子显微镜下工作的系统。右腕由压电元件驱动3轴，左腕由粗动和压电元件驱动3轴，基座有2轴机构。其使用金刚石刀或用电解的钨针作为工具，该纳米机器人已做过LSI表面的铝配线切断实验。?
（4）日本岛津制作所研制的生物细胞微操作器，具有2套三轴粗动、微动的作业腕。粗动作业腕由步进电机驱动，微动作业腕由音圈电机驱动。?
（5）名古屋大学研制在血管中操作的有源导管，利用3个SMA(形状记忆合金)细丝来控制前端的导向。瑞典Uppsala大学研制的微机器人也是在电子显微镜下工作的，该机器人有两个作业腕，分别有4个和3个自由度。其工具为针状的镊子．利用该机器人已进行了切割200μm硅片、硅片熔接、制作硅单晶微型针等工作。?
（6）我国的微装配系统的研究工作起步于九十年代初，10多年来，国家自然科学基金委员会、国家科技部、中国科学院、国家教育部、总装备部和地方立了10余项与MEMs相关的重点和重大课题以及若干面上课题，总投资约1亿元人民币，其中也包括微装配系统的研究。目前，清华大学、大连理工大学和中国科学院长春光学精密机械研究所、北京大学、上海交通大学、重庆大学、中国科技大学、中国科学院电子所、中国科学院半导体所、南开大学、东南大学、复旦大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、北京航空航天大学、浙江大学、华中理工大学、中国科学院高能物理研究所、中国科学院力学所、中国科学院物理所、华东师范大学等，在微系统方面开展了微装配装置、生物细胞转基因微操作系统、微型光谱仪、微电泳芯片及细小管道微机器人等研究工作。其中，上海交通大学在成功研制2 mm微动电机的基础上，自建了一套微型装配实验系统，主要是用来提供精密定位装置的操作平台；北京航空航天大学机器人研究所利用微机器人对微观领域的操作技术开展了实验研究；清华大学精密仪器与机械学系仪器科学与技术研究所自1996年以来从事微装配技术与系统方面的实验研究，并取得了一定的成果。这些工作都为真正的微装配系统的构建奠定了基础。
3. 微装配系统的关键技术?
随着微加工技术、显微技术和集成电路技术的发展，微装配的概念发生了根本性的变化、产品的范围和应用领域被拓宽，出现了许多新的技术。因此，微装配技术的发展是与微机电系统(MEMS)、纳米技术等相关技术密切相关。?
3.1 微装配技术的发展阶段。?
3.1.1 手工装配。
经过特殊培训的操作技术人员可以手工装配一些精密的光学和电磁器件。一些小型光纤、用于小型SCM的Electron Columns也在Illinois大学的微工艺应用实验室手工装配实现。但随着零件的更加微形化，公差变得越来越小，手工装配将受到很大局限。?
3.1.2 自动化的装配。
为了减小操作者的劳动强度，降低微系统的制造成本，自动化的装配是一个合适的选择。例如：使用一个视觉和力混合的机械手在操作杆控制下实现多自由度运动，进行装配工作。使用自动化装配不仅使得装配效率提高，而且可以进行批量装配，降低装配成本。微器件就是因为它体积小成本低才有广阔的发展前途，因此自动化装配应该是微装配的发展目标。?
3.1.3 微机械手的装配。
机械手因具有柔性好、操作灵活、能适应各种作业的特点，被广泛应用于现代工业中。微装配要求较高的定位精度，就必须使得微机械手有高的制造精度，零件的公差必须被限制在纳米范围内。目前，使用微机械手以及微机器人进行微装配是研究的主要方向。?
3.2 微装配中的视觉技术。?
（1）微装配的部件尺寸大多在几μm～几百μm之间，对于装配精度的要求就需要提高，通常为亚微米级。由于这个精度要求已经超出了一般工业应用的开环精密装配系统的标定精度，那么在微装配中使用精确的闭环定位系统是必要的。因此，对于微装配系统，视觉系统作为其柔性反馈系统，所具备的功能应该能够满足装配的要求。?
（2）目前显微视觉研究主要集中在大学和科研单位。美国加利福尼亚大学研制了使用AFM的显微视觉系统进行微装配中高精度定位研究；美国麻省理工大学利用光聚焦显微镜、机器视觉技术和图象处理开发了可靠和廉价的MEMS测试系统；德国斯图加特大学，利用SLM双目立体成像的特点研究了SLM条纹投影系统；韩国科技学院研发出三目立体视觉的微机器人，主要应用于微夹持、微装配和微操作等领域。在国内，南京航空航天大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学机器人研究所和清华大学都开展了与显微视觉相关的研究。?
（3）通过目前国内外的研究情况来看，显微视觉的研究方向主要集中在视觉信息获取和视觉引导、位置和运动的自动控制以及力的传感和控制。前者是微操作系统的基础，因此是目前研究的热点。其研究重点是基于平面显微图象的视觉引导和基于立体显微图象的视觉引导。?
3.3 微夹持器。?
（1）微装配过程中微夹持器的合理设计和制造是一个关键环节。由于微夹持器不仅需要满足微操作条件下复杂的力不确定性，而且必须具有一定的自由度以满足各种不同操作。在微夹持器设计上，灵活抓取目标必需的运动学要求、稳定和安全抓取的力要求、传感和驱动方式以及可控性等特点是必须考虑的。?
（2）微夹持器是一种典型的微执行机构，它在微机械零件加工、微机械装配和生物工程等方面部有较好的应用前景，近来发展十分迅速。目前，按驱动力类型不同，见表1，已经研制出静电力驱动、电磁力驱动、功能材料驱动的种类众多的微小尺度操作和微小尺寸的夹钳，其中一些已研究成功，体现出现时和潜在的应用价值。?
（3）微夹持器的制作技术主要有：一是基于传统工艺技术，如：Shimada等人采用了一种应用传统工艺制成的单自由度微夹持器；另一是LIGA(Lithographic Galvan forming Ab-formung)技术，如Carrozza等制作了一种以镍为基，表面覆盖金的微夹持器厚度只有200μm。该工艺首先使用同步加速器产生的软X射线，通过掩摸照射在光敏聚合物上留下部件的立体模型，再提高电场将金属迁移形成金属结构。在此基础上又出现了不需要昂贵的同步辐射X光源的准LIGA技术，并且与集成电路工艺有更好的兼容性。?
3.4 微驱动技术。
驱动技术也是微操作和微装配领域的关键技术之一。它不仅要求有非常好的响应特性，而且还有工作空间和部件尺寸的限制。国内外研究人员把许多基础效应和新型材料应用到微驱动和精确定位上，做了大量的工作。如压电材料、静电材料、电磁材料以及形状记忆材料等。目前应用的最广泛的还是压电效应技术，如Carrozza等的微夹持器由压电材料驱动。
4. 微装配技术发展展望?
4.1 微装配技术的研究从90年代初始到现在，已有10余年的时间，并且在这10年里取得了长足的进步，但随着微细加工技术等半导体集成电路工艺的发展，微装配和微操作技术中一些不足之处也将日益显示。主要在微装配系统中各个关键技术的研究还不够，如视觉反馈手段、微夹持手的设计、控制以及驱动方式等方面都还有许多问题没有得到完全解决。微装配技术研究的最终目标是实现微器件的全自动装配操作，但到目前为止，这一目标还仍未能实现，其主要原因有以下三方面：
(1)微器件操作的许多关键技术还未被完全掌握；(2)微观领域中出现的特殊现象及其物理机制仍需不断深入研究探讨，如微机械粘附等；(3)简便、廉价的微器件加工设备没有得到开发，这也是由于微装配技术、策略等多方面因素所致。?
4.2 未来的发展方向应当是融合微电子、材料、机械、计算机等多学科技术来解决微观领域的问题。
参考文献
［1］ 温诗铸；李娜微型机械与纳米机械学研究［J］.中国机械工程，1996(02).
［2］ SHIMADA E；YAN J；WOOD R Prototyping millirobots dextrous micro-assembly and folding 2000.
［3］ CARROZZA M C；DARIO P；MENCIASSI A Manipulating biological and mechanical micro-obiects ising LIGAmicrofabricated end-effectors［J］ 1998.
［4］ 席文明；吴洪涛；朱剑英装配技术的发展现状［J］.机械科学与技术 2002(06).
集成电路工程研究方向范文6
关键词：天线效应；跳层；反偏二极管
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)05-10ppp-0c
1 引言
在ASIC设计流程中，自动布局布线会产生天线效应，造成栅的击穿。而且设计在检查中可以通过后仿真验证，但是流片出来后，会发现片子已经被击穿，造成流片的失败。事实上EDA工具在自动布局布线时可以有效的减少天线效应。如在使用Encounter时加载LEF文件，这个LEF文件中除了包含了DRC设计规则信息外，对于天线效应LEF文件中包含了门的面积、有效掺杂区面积、比率信息、二极管信息等。工具在布局布线的同时会计算天线效应的产生，并可以通过命令进行修复。在布线资源充足时天线效应问题基本可以自动布线解决。然而在实际设计中，总是想办法降低成本，减小芯片的面积，布线资源捉襟见肘，总是会产生一些天线，此时我们就可以在布局布线完成后，在版图编辑工具里对设计进行手工修复。
2 天线效应的产生及计算方法
小尺寸的MOS管的栅极与很长的金属连线接在一起（图1所示）。
图1
在刻蚀过程中，这根金属线有可能象一根天线一样收集带电粒子，升高电位，而且可以击穿MOS管的栅氧化层，造成器件的失效。这种失效是不可恢复的。不仅是金属连线，有时候多晶硅也可以充当天线。关于天线原理产生的微观机制，已经有很了很成熟的研究[1,2,3,4] 。
计算天线效应的算法通常都是用与栅相连的金属线或多晶硅的面积与MOS管栅面积的比值来计算的。可以用下式表示:
ωα/gα
ωα与gα分别为连线的面积和栅的面积；ratio是一个与工艺有关的常数。例如在文献[5]中列举了一种情况，ratio取值为290:1，当这一比值大于ratio时，我们就认为有可能产生天线效应。
在实际应用中，各个EDA工具的算法是不同的。根据要求和工艺的不同，可以分为TopMostOnly，Cumulative，Sum三种不同的模式。TopMostOnly模式下只考虑顶层金属的有效面积；Cumulative模式下则是要分别求出顶层金属和其下层金属的对栅的比值然后求和；Sum模式下则要把顶层金属及其以下所有相连的金属面积求和，再求总的比值。Sum是最保守的算法，太保守就会用掉很多的布线资源，特别是布线资源很紧张的时候这种算法会带来很多麻烦，一般用芯片生产厂家给出的是TopMostOnly模式。当然在router时可以考虑天线效应，以减少对栅极的破坏，但是这是以牺牲布线时间为代价的[6] 。
3 天线的修复
当在版图中出现天线效应时可以有跳线和加反偏二极管两种方法来解决。
3.1 向上跳层
图2
图3
连线是修改时多为这种情况。因为布线时较高层的布线资源要比低层的资源丰富，但有时存在天线效应的区域上层有block阻挡(block内部的不允许移动的)，此时可以选择向下跳层。
3.2 向下跳层
图3所示的为向下跳层，此方法不常用，因为较低层的资源相对紧张。 通常作为向上跳层的补充。若向上向下都没有机会跳层，则可以选择下一种方法。
3.3 加反偏二极管
图4
注意二极管是反偏的，当电路在工作时，二极管是截止的，不会影响到电路的正常功能；只有当静电高压产生时，二极管导通，泄漏电流，保护栅极。
理论上增加栅的大小，和增加栅氧化层的厚度，也是可以防止静电击穿的，但现代COMS工艺的趋势是栅的尺寸越做越小，沟道越来越短，而氧化层厚度通常为沟道的1/50到1/25之间[7]，也就是说增大栅的尺寸和增加氧化层的厚度都是不可能的。所以只有通过切断与栅相连的互连线，或泄漏电流来实现对天线效应的解决。
4 结束语
可以看出在满足当前工艺的条件下，要解决天线效应的症结在于怎样有效的把薄的栅氧化层和与之相连的互连线断开。同时随着CMOS工艺的发展，天线效应将变得更加突出。通过手工修改版图的方法将变得更加复杂，这就要求IC设计者在布局布线时合理的设置约束和编写LEF文件，以求最大限度的解决天线问题。
参考文献：
[1]F.Shone et al.Gate oxide charging and its elimination for metal antenna capacitor in VLSI CMOS double layer metal technology[J].Symp VLSI Tech Dig Paper,1989:73-74.
[2]S.Fang,J.MeVittie.Thin-oxide damage from gate charging during plasma processing[J].IEEE Electron Device Lett.,vol.13,no, 5,May 1992:288-290.
[3]S.Fang, J.MeVittie.A model and experiments for thin oxide damage from wafer charging in magnetron plasmas[J].IEEE Electron Device Lett,vol.13,no.6,June,1992:347-349.
[4]H.shin, C.Hu.Thin oxide damage by plasma etching and processes[J].Proc, IRPS,1992:37-41.
[5]Rakkhit, Heiler, F.P,Fang,P Sander.Process induced oxide damage and its implications to device reliability of submicron transistors[J].Reliability Physics Symposium, 31st Annual Proceedings., International, 23-25 March,1993:293-296.
[6]Shirota H, Sadakane T, Terai, M,Okazaki, K,A new router for reducing "antenna effect"[J].in ASIC design Custom Integrated Circuits Conference, 1998., Proceedings of the IEEE 1998:601-604.
[7]William J.Bowhil,Frank Fox,Anantha Chandrakasan.Design of high-performance microprocessor circuits[J]:27-40.
