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航空電子技術論文范文第1篇

關鍵詞：綜合航空電子系統 救援直升機 引導

中圖分類號：V275 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0030-01

1 救援直升機概述

當前所謂的救援直升機，主要是指將原有的直升機進行改裝。救援直升機將普通的直升機改造成適應于各種惡劣條件，同時還增加了新的設備。這些新的設備主要包括新型的無線電導航以及氣象雷達等。救援直升機還有一個很明顯的特點，就是便于救生擔架的進入和抬出。

在自然災害發生之后，航空救援是最重要同時也是最快捷的災后救援方法。這是因為航空救援能夠忽略地理環境等因素的影響，最快速地到達災害現場。因此，航空救援具有救援速度快等特點。在航空救援中，救援直升機是很重要的一種手段。全世界的航空救援做的最好的當屬美國和俄羅斯，以及瑞典和澳大利亞等發達國家。他們形成了相對完善的救援體系：具有救援速度快，完成多種救援任務，不受復雜地理環境的制約等特點[1]。

我國自然災害頻發，因自然災害帶來的損失十分巨大。我國社會安全、事故災難等也頻繁發生。這些事件具有地域上的離散型，在空間上也是離散分布的。這就使得救援工作的難度很大，因此如何能夠快速、準確、高效率地對災害等事故現場進行救援已經成為了一個非常重要的課題。救援直升機就是十分普遍有效的救援應急手段。

2 綜合航空電子系統

2.1 航空電子系統概述

航空電子系統是航空飛機信息獲取能力的基礎，能夠減輕駕駛員的負擔，幫助駕駛員做出決策，同時還能夠降低飛機的成本[2]。綜合航空電子技術是救援直升機的性能關鍵所在。

2.2 航空電子系統工作要求

在惡劣環境下執行救援任務，對直升機航空電子系統提出了一系列苛刻的工作要求。

第一，航空電子設備必須能僅由一個駕駛員來管理，因為另一個駕駛員經常進行其他的救援工作。因此單個駕駛員工作是很實際的。這一事實要求雙駕駛員飛機中的任何一個駕駛員均能控制所有的系統功能。除了駕駛工作負擔要小這個明顯的要求之外，系統必須對故障有一個柔性響應，從而使駕駛員在機動飛行的任何時刻采取局部手動控制。這一要求強調飛行顯示器的重要性。

第二，系統必須是安全的，單個故障不會引起災難性的后果。而且，任何故障或各種限度要使駕駛員十分清楚。這一，駕駛員可以重新配置系統，并把有害影響減到最小程度。

第三，即使是在有故障的情況下，系統也應該能夠繼續執行任務并且保持較高的任務成功率。

第四，系統會受到嚴格的尺寸和重量的限制。這些限制最主要的原因是救援直升機的任務是救援災難現場。救援過程中向前和向下的座艙角度是非常重要的[3]。

克洛威爾――柯林斯公司基于救援直升機的航空電子系統的工作要求以及任務，逐步發展了滿足上述要求的系統。這個系統概念能夠使得救援直升機的原圖搜索、救援的能力得到提高。為了滿足這些系統要求，現存的每個不足都應該得到充分考慮。

3 救援任務中的引導和控制

飛行引導和控制系統僅僅包括了整個航空電子綜合系統的一部分。航空電子系統的其他部分是飛行管理系統、雷達系統、通訊系統和導航系統。飛行引導和控制系統與這些系統共用許多公用部件，從而簡易管理性，減少硬件。飛行管理系統的控制顯示單元（KDU），任務計算機（FMS）以及各種傳感器系統都有多種用途。

駕駛的易管理性是最最重要的。廣泛的環境工程研究結果和救援工作分析已經用在顯示格式、控制算法、狀態反饋和駕駛員輸入的實現中，從而保證駕駛員是受系統的支援而不是被系統所征服。

4 如何提高綜合航空電子系統

今年來我國的航空電子系統發展很快，但是仍然存在可以進步的地方。我國航空電子系統各子系統的研制生產分散，各類傳感器、平視顯示器等并不是由同一個單位部門生產研制的。為了提高我國航空電子技術的水平，縮小與國外先進技術的差距，就需要各單位打破行業界限，實現資源、技術共享，在行業內部進行強強聯合，共同開發關鍵設備，使航空電子系統產品實現模塊化、通用化[4]。

5 結語

為了使直升機能夠適應各種惡劣的環境，能夠在各種環境下進行救援，就不能單單只靠先進的顯示器和傳感器。將這些航空電子系統相互補充，才能充分發揮它們的作用。我國的綜合航空電子系統發展開始于20世紀80年代中期，對于救援直升機的引導和控制航空電子系統，仍需要投入資金和精力進行研究。

參考文獻

[1] 陳德煌.F-22戰斗機的綜合航空電子系統[J].電光與控制，2003，10（1）：50-53.

[2] 徐盛，李家云.我國海上救援直升機現狀和分析[J].直升機技術，2010，161（1）：68-71.

航空電子技術論文范文第2篇

關鍵詞：電氣工程；應用型人才；課程體系；實踐教學

作者簡介：黃文力（1974-），男，河南孟州人，鄭州航空工業管理學院機電工程學院，副教授；何琳琳（1972-），女，河南鄭州人，鄭州航空工業管理學院機電工程學院，副教授。（河南 鄭州 450015）

基金項目：本文系河南省教育廳科技攻關計劃項目（項目編號：2010B470010）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）08-0005-03

近年來，由于隸屬機制由原中國航空工業總公司轉變為中央與地方共建、日常管理以河南省為主，同時學生的就業形勢也由定向培養轉變為雙向選擇、自主擇業，因此為適應新形勢發展要求，鄭州航空工業管理學院改變過去單一管理類的專業設置，調整設立了“管工結合、文理并重、管理學科優勢明顯、多學科協調發展”的辦學方針，大力發展工科專業。于2001年籌建了電氣工程及其自動化專業，其后根據河南省區域經濟發展的特點，對電氣工程及其自動化專業進一步細分，于2008年新設置了自動化專業，從而引起了對電氣專業原有的專業特色、人才定位、課程設置等一系列新的思考。本文主要介紹鄭州航空工業管理學院電氣工程及其自動化專業發展的特點，討論相應課程體系的建設，及突出實踐教學環節對本專業工程應用型人才的培養。

一、應用型人才培養的定位

1.電氣工程及其自動化專業的特點

電氣工程及其自動化專業是1998年教育部在高等學校專業目錄調整時，把原來的“電力系統及其自動化”、“電機電器及其控制”、“高電壓與絕緣技術”及“電氣技術”四個強電類專業合并而成的專業，是新專業目錄中合并調整原有專業最多的新專業之一。[1]新專業的建設遵循“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的原則，改變了過去專業設置過多、過細的做法，強調本科階段對專業基礎知識的掌握，具有強電與弱電、電工技術與電子技術、軟件與硬件、元件與系統相結合的特點。由上述的發展可以看出，電氣工程及其自動化專業應該是一個以強電為主、強弱電相結合的專業，應該體現以“強電為體、弱電為用”的理念，培養的學生既要懂強電又要懂弱電，既搞硬件也搞軟件，既掌握電氣技術的專業知識，亦了解計算機與電子技術的應用。[2]

鄭州航空工業管理學院電氣工程及其自動化專業的培養目標是：培養德智體全面發展的，適應社會主義市場經濟需要的，具有良好的文化科學素質及電氣工程專業知識和應用能力的，能夠從事與電氣工程有關的系統運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗分析、研究開發、經濟管理以及電子與計算機應用等領域工作的寬口徑、創新型、復合型高級工程技術人才。該專業的學生由于受到電工、電子、信息控制及計算機等技術的基礎訓練，既具有電氣工程方面的專業知識，又具有自動化與計算機方面的基礎知識，使其在今后的就業中具有較大的優勢。

2.電氣工程及其自動化專業面臨的發展機遇

我國電力工業經過多年的快速發展，現今無論是發電裝機總量還是年發電量在世界上均居第二位，僅次于美國，但人均裝機量與人均年發電量都遠遠落后，仍有很大的發展空間。電力工業的“十一五”發展規劃提出了特高壓的發展戰略，并且提出構建智能型堅強電網的概念與目標，為電力工業、電氣設備制造業及相關的機械、材料工業提供了無限的發展潛力。[3]

河南省在第十一個五年發展規劃中指出：“加強電網建設，增強電力輸送能力。加快計算機技術、自動化技術和信息技術的推廣應用，提高城網的自動化水平”與“重點發展高壓超高壓輸變電成套設備，電站輔機以及中高端電工專用設備，風能、低溫余熱發電設備”。現如今，發展循環、低碳經濟，建設環境友好型、資源節約型社會成為經濟社會可持續發展的戰略目標，電力工業必將在其中扮演更重要的角色。

事實表明，高質量的電能供應是中國社會現代化建設的重要保障，也是河南區域經濟快速發展的基礎條件，需要有大量合格的電氣工程師，而這正是電氣工程及其自動化專業的根本使命與發展前景。因此，鄭州航空工業管理學院電氣專業緊密跟蹤我國電力工業的發展規劃，結合地區經濟發展的特點，及時調整專業的辦學方向，力爭辦出專業特色，培養出更多的電氣工程技術專門人才。

3.電氣工程及其自動化專業的現狀

鄭州航空工業管理學院是一所按二本招生的普通本科院校，是面向地方經濟和航空工業生產第一線，培養輸出復合型應用人才的重要基地。電氣工程及其自動化專業于2001年籌建，根據電力工業發展現狀與區域經濟特點，提出了電氣工程及其自動化專業的應用型人才培養目標，并且結合鄭州航空工業管理學院工科發展的水平及電氣工程及其自動化專業的師資力量，編制了偏于電機電器及其控制的課程體系。電氣工程及其自動化專業經過數年的建設，并且與21世紀電力工業的迅猛發展相適應，于2008年對原有的電氣工程及其自動化專業進行了細分，新設置了自動化專業，并且該專業在師資方面也有了較大的進步，這些都促進了電氣工程及其自動化專業強電本色的回歸，推動了對相應課程體系及專業定位的思考。

雖然近幾年鄭州航空工業管理學院電氣工程及其自動化專業有了較大的發展，但是專業基礎與兄弟院校相比還很薄弱，實驗條件與師資力量還很有限，仍然處于快速發展時期，總體仍處于較低水平。因此，目前的電氣工程及其自動化專業仍需且必須定位于工程應用型人才的培養，學生畢業以后可以到電廠、電力設計單位、電氣制造企業及各工礦企業從事與電氣相關的設計、運行、管理等工作。

4.應用型人才的特點與培養

應用型人才的特點是學科基礎知識扎實，實踐能力與創新意識強，除了具有較好的科學素養外，還具有良好的工程素養，具備解決工程實際問題的能力，畢業以后主要在生產第一線從事運行與管理等工作。應用型人才首先是一種創新人才，具有把理論知識和技術轉化為實踐生產力的創新能力；其次也是一種復合型人才，因為應用型人才的工作是以解決實際問題為根本，而要解決一個實際問題往往不能僅靠一種專業知識，實踐的創新多出現在學科邊緣或者各學科的交叉處，因此應用型人才也是一種復合型創新人才。[4]

對應用型人才的培養，不是簡單地增減幾門課就能做到的，構建科學的課程體系是培養合格應用型人才的基礎。如何建立以強電課程為主，滲透電子技術、信息技術與計算機技術的電氣工程及其自動化專業的課程體系，是一項系統性的工程，需要透徹理解相關的課程及經受實踐的檢驗。

二、課程體系的建設

在電氣專業新課程體系的設置上著重突出“以強電為主，弱電為輔，強弱電、軟硬件、電氣控制與信息技術相結合”的專業特色，主要依據四個基本原則：一是突出強電特色，并且結合電力發展前景與現有師資力量，設置了電力系統及其自動化與電機電器及其控制兩個專業方向的課程模塊；二是緊密結合自動化技術在電氣工程領域的應用，保持電子與計算機技術相關課程教學四年不斷線；三是強化本專業應用型人才培養的特色，保持實踐教學環節四年不斷線；四是激勵學生的個性化發展，結合學生就業需要，注重課程安排的科學性與系統性。

新課程體系的主要特點是適應鄭州航空工業管理學院原電氣工程及其自動化專業細分為電氣工程及其自動化專業與自動化專業的發展需要，突出了電氣工程及其自動化專業的強電特色，根據“厚基礎、寬口徑、重實踐、強應用”的應用型人才培養模式而設置。

1.課程體系的改革

鄭州航空工業管理學院原電氣專業結合了電氣工程及其自動化與自動化兩個專業的內容，專業的特點為“強弱結合、適當偏弱”；新電氣專業的特點轉變為“強弱結合、強電為主”，專業課程的口徑相對變窄。新電氣專業的課程設置不再是電氣專業與自動化專業的區分，而是電氣專業內電力系統及其自動化與電機電器及其控制兩個方向的設立。由此考慮把原來的學科基礎課—專業基礎課—專業選修課—跨專業選修課—實踐環節的課程體系改為更符合新電氣專業特點的一級學科基礎課—二級學科選修課—跨二級學科選修課—跨專業選修課—實踐環節的課程體系，如表1所示。新的課程體系保證了學生的理論教學在滿足基本學分的前提下，能夠小于2500學時，同時優化了課程內容，擴大了選修課程范圍，擴展了學生的知識面，激勵了學生的個性化發展。

表1 電氣工程及其自動化專業新的課程體系

課程類型 課程名稱

一級學科

基礎課 自動控制原理（雙語）、模擬電子技術、數字電子技術、電路（雙語）、電磁場、微機原理與接口技術、復變函數與積分變換、電機學、電力系統分析、電力電子變流技術、信號分析與處理、專業技術講座

二級學科

限選課 電力系統自動化、電力系統繼電保護、電力系統遠動及調度自動化、發電廠電氣部分

電機設計及優化、電機與拖動基礎、電力拖動自動控制系統、電器學

跨二級學科

選修課 高電壓技術、發電廠動力部分、供配電技術、電力市場基礎、電力系統的MATLAB/SIMULINK仿真與應用；檢測技術及儀表、傳感器應用技術、樓宇自動化系統、微特電機、交直流調速系統與MATLAB仿真；單片機原理及應用、DSP原理及應用、電氣與PLC控制技術；機械制圖CAD技術、軟件技術基礎（雙語）、可視化程序、EDA技術（雙語）、工業組態技術；科技論文寫作

跨專業

選修課 管理學、市場營銷學；音樂欣賞、美術鑒賞；機械設計基礎、計算機網絡（雙語）

實踐教學

環節 金工實習、專業實習、專業調查、認識實習、軍事訓練、社會調查、公益勞動、畢業實習、畢業設計；單片機課程設計（選）、PLC課程設計（選）、電力系統繼電保護課程設計（選）、發電廠電氣部分課程設計（選）、電力拖動課程設計（選）；電氣專業制作實踐、電力系統分析課程設計、電機學課程設計、電力電子課程設計

2.課程內容的優化

新的課程體系在強電專業“寬口徑”的前提下，突出“厚基礎”的要求，公共基礎課與學科基礎課的學時比例達到總學時的74%。在實現了同一專業的通識教育課、專業基礎課完全打通，專業主干課程也基本相同，而專業方向的不同只體現在專業課程中的非主干課程及實踐環節的要求的基礎上，[1] 新課程體系既實現了對學生人文社會科學與自然科學知識的培養，又強化了對學生對本專業基礎知識的要求，同時還突出了不同的專業方向特色。

新課程體系在課程內容上更加突出強電特色，突出計算機技術與弱電控制技術在本專業領域內的運用。按照電力系統及其自動化與電機電器及其控制兩個專業方向，設置了兩個特色顯著的課程模塊作為任選的必修環節。另外，按照“拓寬”與“加深”的原則，開設總數達到19門的二級學科選修課，學生可以選修其中的5～7門。按照提高學生綜合素質的要求，設置了跨專業選修課與全校公共選修課，要求學生在人文社科、經濟管理等方面修習約6門課程。

3.授課時序的調整

按照先基礎后專業、由淺入深、循序漸進的原則，保持計算機教學、英語教學不斷線，科學分配各門課程的授課時間與學時。

（1）保持計算機教學不斷線。計算機課程按照教學次序包括：“計算機應用基礎”、“C++語言”、“機械制圖CAD技術”、“軟件技術基礎”、“微機原理與接口技術”、“工業組態技術”、“電力系統的MATLAB/SIMULINK仿真與應用”、“單片機原理”、“交直流調速系統與MATLAB仿真”、“EDA技術”、“可視化程序”、“計算機網絡”、“畢業設計”。

（2）保持英語教學不斷線。建議取消“專業英語”課程，增開雙語課程教學。用英語（或雙語）教學的相關課程包括：“大學英語”、“電路”、“軟件技術基礎”、“自動控制原理”、“EDA技術”、“計算機網絡”、“畢業設計”。

（3）科學分配各學期的課時量。如第一、第二學年學生的學習效果較好，可以適當增加基礎課與專業課的課時量；第四學年學生因社會實踐、找工作、考研等，學習效果下降，此時可以突出計算機與實踐教學環節，利用課程的強實用性平抑學生的浮躁心態，最大限度保證學習效果。

三、加強實踐教學環節

實踐教學是高等院校培養工程應用型人才的必備環節，是提高人才核心競爭力的決定性要素。各高校電氣工程及其自動化專業培養的人才水平的高低，取決于實踐教學水平的高低，包括實驗條件的完善、實驗內容的設計及實驗教師的素質。鄭州航空工業管理學院電氣專業的實踐環節主要由課程實驗、課程設計、生產實習與畢業設計等組成，組成了一個比較系統、由線到面、由基礎到綜合，分層次、全方位的內容體系。[5]

1.課程實驗與課程設計

課程實驗包括電工電路、電子技術、電力系統繼電保護、電力系統自動化、電力電子技術、電機與拖動、C++語言、單片機原理、電氣PLC原理等。

課程設計是工科專業實踐教育的重要一環，是培養大學生獨立思考、信息檢索、相互合作，初步從事科學研究能力的重要途徑。課程設計實踐環節主要由核心專業課程與部分實用性強的專業課程如“電機設計”、“電力系統分析”、“單片機原理”、發電廠電氣部分等的課程設計構成。

2.實習基地

實習基地由校內與校外兩部分組成。校內實習基地主要由校辦工廠組成，完成金工實習、電工電子技術、計算機輔助設計等基礎性專業訓練；校外實習基地主要包括陜西航空電氣有限責任公司、成都飛機制造廠、貴州飛機制造廠等，學生在校外實習基地主要接受現代化企業的生產教育，培養工程實踐能力。

3.畢業設計

電氣工程及其自動化專業畢業設計的課題多來自于工程實踐。題目通常由導師自行擬定，或者來自于導師科研項目的某一模塊，或者來自于導師熟悉的專業領域，與工程實際結合緊密。針對畢業設計中存在的問題，如題目陳舊、知識面過窄、實驗條件較差、學生支差應付、成果可操作性不強等問題，現階段可積極采取以下措施：一是加強對教師和學生的管理。對教師尤其是青年教師中期抽查考核，組織討論，詢問學生等；對學生加強考勤，不定期考查，組織中期檢查與預答辯等。二是鼓勵和引導學生在學科知識范圍內自由選題，激勵他們選擇來自于生活實踐、能夠解決實際問題的課題。三是創造條件允許學生到實習或工作單位做設計，聘請企業中有高級職稱的人員參與畢業設計的指導工作。

除了以上基本的專業實踐環節之外，還可以積極組織學生參加“挑戰杯”、“電子設計”等全國大賽，鼓勵學生進行科技創新制作，建設專業的開放型實驗室，積極探索有助于提高學生創新能力、工程實踐能力的教育教學模式。

四、結束語

電力工業巨大的發展空間與鄭州航空工業管理學院辦學方針的轉變，為電氣工程及其自動化專業提供了良好的發展機遇。抓住此發展契機，基于“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的電氣專業的教育理念，構建了科學有效的課程體系，為今后培養大量合格的應用型電氣技術人才奠定了基礎。對該專業課程體系的建設與應用型人才的培養過程仍需經受實踐的檢驗。

參考文獻

[1]丁堅勇，向鐵元，張承學.電氣工程及其自動化專業教學改革之管見[J].中國電力教育，2000，（1）：34-37.

[2]華容.“電氣工程及其自動化”專業建設和課程設置的思考及探索[J].上海應用技術學院學報，2002，（2）：34-37.

[3]黃文力，張丹.構建和諧電力系統研究[J].鄭州航空工業管理學院學報，2009，27（3）：53-55.

航空電子技術論文范文第3篇

【Abstract】Along with the development of China's aerospace industry， the reliability of avionics communication equipment in the aerospace industry has attracted more and more attention from the relevant departments， the paper first introduces the significance of avionics communication equipment reliability design， and then analyzes the main influence factors of avionics communication equipment’s reliability， and finally puts forward specific measures to ensure aviation electronic communication equipment reliability design.

【關鍵詞】航空；設備；可靠性；技術

【Keywords】aviation； equipment； reliability； technology

【中圖分類號】V243.1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0141-02

1 引言

隨著我國整體科學技術的不斷發展，以及近年來在航天事業上的巨大發展，在航天產業中具備極大影響的電子通信設備其可靠性越發的受到人們的重視。目前眾多的電子通信生產企業在其生產理念上，已經逐漸建立起了以切實檢驗手段來進行產品質量保障的體系，可靠性、質量已經成為設備使用者的最重要的關注點。在此背景下，論文圍繞航空電子通信設備的可靠性，分三部分展開了細致的分析探討，旨在提供一些該方面的理論參考，以下是具體內容。

2 航空電子通信設備可靠性設計的重要意義

2.1 是通信電子設備使用壽命的直接影響因素

首先基于航空事業其本身的特點，往往使用的周期很長，這也就要求航空電子設備具備很長的使用周期。而電子通信設備的可靠性設計便是電子通信設備使用壽命的最直接影響因素。從整體上觀察，電子通信設備的設計、安裝以及使用和后期的維修過程，可靠性都參與其中，因此也可以說目前在通信電子設備設計上可靠性已經成為一個設計的重點所在。

2.2 是信息時代人們對電子通信設備的基本需求

隨著我國科學技術的整體抬頭，目前市場上的電子通信設備也越發的多元化和多樣化。而隨著通信電子設備數量的增多，在航空事業方面對通信電子設備的選擇要求也就相應提升，除了要求通信電子設備滿足基本的通信功能之外，在使用感受以及可靠性等方面，也提出了更多的要求，因此航空通信電子設備的可靠性設計是時代背景下的一個客觀要求。

3 航空電子通信設備可靠性的主要影響因素

3.1 制造技術及制造條件的影響

在航空電子通信設備可靠性方面的影響因素，首先便是生產航空電子通信設備的制造技術以及制造的條件。就目前的航空電子通信設備發展趨勢進行觀察，便捷化、智能化以及多功能化是未來的發展趨勢，而要實現這一趨勢就必須在航空電子通信設備的生產環節，保障一個良好完整的生產體系。目前存在著一部分生產廠家，在生產中并不具備完備的生產的條件，進而難以保障航空電子通信設備的生產質量，在可靠性方面就會存在一定不確定性。

3.2 惡劣天氣的影響

因為航空電子通信設備的使用往往位于外界，而地球的環境十分多變，在太空更是會受到諸多的宇宙因素影響。雷電天氣、雨雪天氣等都會對航空電子通信設備產生一定干擾和破壞，影響設備的正常工作狀態，而這些因素便會對航空電子通信設備的可靠性產生一定的影響。

3.3 外界電磁的影響

航空電子通信設備在使用原理上，電磁波是其最為主要的一環，但是在航空電子通信設備使用時常常會受到一些外界電磁的影響。地球本身就是一個巨大的磁場，而這些電磁場中的電磁波所產生的輻射，便會對航空電子通信設備的正常工作產生一定的影響，進而對航空電子通信設備的可靠性造成了影響。

4 保障航空子通信設備的可靠性措施

4.1 不斷優化、簡化電子線路

不斷進行航空電子通信設備電子線路的優化和簡化，便可以極大化的減少外界磁場對航空電子通信設備可靠性的影響。而在航空電子通信設備可靠性設計時，必須在滿足基本的航空電子通信設備功能以及質量的基礎上，通過不斷地進行技術創新，實現制造流程的優化，從而達到航空電子通信設備電子線路的簡化和優化，具體而言可以從以下幾個方面入手：①在元器件的使用通道設計上，可以設計為幾個元器件共同使用一個通道，進而實現線路通道的減少[1]；②在元器件的使用數量上，可在保障基本功能之上，通過技術創新，盡可能減少對元器件的使用數量；③在設備組成上，盡可能使用軟件對硬件進行代替；④對于設備中的一些模擬電路可使用數字電路進行代替。但在整體的線路簡化、優化的過程中必須注意，不能為了最大化的簡化路線，而導致元器件在使用過程中出現集成電路板被過載燒壞的現象，更不能將一些成熟性不足的技術和設計方案使用到航空電子通信設備電子線路的優化和簡化中。

4.2 深化低耗功率設計

目前在航空電子通信設備可靠性提升設計方面，低耗功率設計已經得到了一定的應用，但是從整體上進行觀察，低耗功率設計還有很大的進一步深化空間，因此在提升航空電子通信設備可靠性方面，可以進一步對低耗功率設計進行深化。從航空電子通信設備性能上進行觀察，航空電子通信設備正逐漸朝著高密度化以及微型化的方向發展，而這一趨勢直接導致了航空電子通信設備中元器件數量的增多以及集成電路在能耗方面的提升，進而在航空電子通信設備的使用過程中持續發熱的現象越發凸顯，而這一問題就可能會導致，航空電子通信設備使用可靠性受到影響。因此在目前已有的低耗功率設計基礎上，還需要進一步深化低耗功率設計，保護航空電子通信設備電路安全，也提升航空電子通信設備的可靠性[2]。

4.3 依托維修性設計提升設備可靠性

除了設計制造環節提升航空電子通信設備可靠性之外，面對航空電子通信設備機械化工作環境和惡劣天氣導致的航空電子通信設備損壞，還需要通過維修性設計，在航空電子通信設備的后期使用上提升其可靠性。具體而言，航空電子通信設備的制作人員必須保障航空電子通信設備在故障出現后的檢查和拆卸十分方便；此外對于航空電子通信設備的一些元器件必須是可以在市場上買到的，不能大量使用一些不再生產和使用的元器件。

5 結語

綜上所述，隨著我國航天事業的整體抬頭，以及通信電子設備的不斷多元化和多樣化，人們逐漸對通信電子設備的可靠性提出了新的要求，而通信電子設備的可靠性設計本身，也直接對通信電子設備的使用壽命產生影響，也是時代背景下的一種必然要求。航空電子通信設備可靠性方面，制造技術及制造條件、機械化工作環境、惡劣天氣、外界電磁都會對其產生影響，基于這些影響因素以及結合航空電子通信設備的特殊性，不斷優化、簡化電子線路、深化低耗功率設計、依托于維修性設計提升設備可靠性是切實有效保障航空子通信設備可靠性的具體措施，值得相關企業充分合理地參考使用。

【參考文獻】

航空電子技術論文范文第4篇

關鍵詞：CDIO工程教育；實驗設備；航空電子專業；實驗體系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）40-0167-03

一、引言

航空機務維修工程是應用多學科知識，從事復雜系統的運行、維護的工作，內容涵蓋相關理論、工程技術、技能、規范、流程、人為因素等，維修質量的好壞直接關系到飛行安全及航空公司的經濟效益。隨著民用航空技術的飛速發展，我國要實現從民航大國向民航強國的轉變，高素質人才的培養無疑是重要的因素之一。這要求學生不僅應具有堅實寬廣的基礎理論知識，而且更應注重對綜合能力和創新能力的培養。對航空機務維修人員而言，工程技術應用能力的培養顯得尤為重要和緊迫，傳統實驗教學體系已越來越難以滿足現代人才培養的需求。因此，根據民航發展對航空工程機務維修人員的實際需要，建立適合民航專業人才培養模式的實踐教學體系、教學內容、教學方法、教學手段、考核方式是一項亟待研究和解決的課題。

二、建設背景

目前，民航院校人才培養的主要問題是與航空企業的實際脫節，不能很好地滿足企業需要，為企業提供滿意的“產品”。中國民航大學作為國內民航特色專業門類齊全的唯一高校，在硬件設施及專業教師等方面有一定的優勢，但也存在實踐課程體系、教學內容、教學方法手段等方面不能很好地滿足民航對專業人才培養的要求[1-5]。因此，電子信息工程專業實驗教學綜合改革借鑒CDIO工程教育理念，構造集系統性思維養成、工程實現意識鍛造、創新精神激勵為一體的人才培養模式，在實訓環節探索國際合作、企業參與的工程訓練模式，建立了天津市航空電子電氣實驗教學示范中心。

中國民航大學歷來重視實驗教學改革，2011年，學校了《中國民航大學教育教學改革與發展規劃綱要（2011—2020）》，到2020年基本形成凸顯中國民航大學特色的以工程應用型為主的人才培養體系。以樹立“大工程觀”為理念，以創新人才培養模式為主線，深化高等工程教育改革，著力提高學生工程實驗能力。多項舉措從不同的側面與角度促進實驗教學改革和建設，對提升實驗教學質量，培養學生的實驗能力、綜合素質與創新精神均起到了重要的作用。

三、建設思路

遵循“面向機務工程實際，以學生為主體，教師為主導，知識、能力、素質全面發展”的教學理念，基于CDIO工程教育的航空電子專業實驗體系的建設思路，是構建層次完善、結構合理的基于“大工程觀”教育理念的航電一體化實驗體系。以學生為主體，加強對學生人文素養、工程能力、創新能力、社會責任、團隊協作、環境意識的綜合培養，加強學科交叉和特色專業綜合，借助航空機務專業科研成果轉化，推動實驗教學和科研協同發展。新的實驗體系體現了以下特征。

1.構建航電一體化的專業實驗教學體系。完善實驗教學層次和類型，以飛機系統基本構成和原理—飛機電子電氣設備單元設計—飛機電子電氣系統測試、維護與綜合應用為主線，建立由淺入深、由表及里、由單元到系統，涵蓋知識、能力、素質，航電一體化的專業實驗教學體系，在學科專業設置綜合化的條件下，探索提高實驗課程體系的科學性和柔性適應能力的有效途徑。

2.基于“大工程觀”，以學生為中心，加強學生工程實驗能力和創新能力的培養。積極探索實驗教學模式改革，以學生為主體，以教師為主導，提高學生綜合工程能力為宗旨，調動學生實驗過程中的積極主動性。轉變教學理念，在教學理念上淡化理論教學與實驗教學的界限，將理論教學與實驗教學有機的結合，融知識傳授、能力培養、素質教育于一體，實現原理、方法、應用的有機結合。

3.加強學科交叉和特色專業綜合，借助航空機務專業科研成果轉化，推動實驗教學和科研協同發展，建設國內領先的航電實驗室。加強實驗教學的系統性和綜合性，使跨專業知識在天津市航空電子電氣實驗教學示范中心各實驗平臺上完成系統性實驗教學。將科研成果與特色實驗教學緊密結合，研發先進系統性特色專業實驗實訓裝置，構建航空電子維修模擬環境。充分開放和共享專業實驗實訓資源。凝聚校內外各方力量，建立航空維修專業校外實習基地。

4.建立以培養綜合能力為目標的考核機制和管理體系。建設系列課程下的實驗技能綜合評價機制，按逐級達標要求，建立多元實驗考核方法，統籌考核實驗過程與實驗結果，對學生的實驗理論、基本技能、設計能力及創新能力進行更為客觀的評價。將個人能力考核與團隊成績相結合。

四、建設內容

1.實驗教學體系建設。航電一體化的專業實驗教學體系如圖1所示。該體系面向一個人才培養目標、基于一條主線、集成四大類實驗。

人才培養目標服務和服從專業培養目標，體現在專業教學計劃之上的實驗教學任務。該任務緊密圍繞飛機系統基本構成和原理—飛機電子電氣設備單元設計—飛機電子電氣系統測試、維護與綜合應用這一主線，并依托控制科學與工程學科基礎。航電一體化專業實驗教學內容歸為專業基礎實驗、專業實驗、創新實驗和行業實踐四大類。按照實驗階梯型層次規劃和設計，配置了課程基礎性實驗、設計性實驗、創新性實驗和行業綜合維修實訓。航電系統綜合實驗和綜合維修實訓則建立在網絡互連的平臺基礎之上，打破專業壁壘，構建的開放式實驗項目。

突出實驗教學與理論教學之間的密切關系，構建了以實驗目標為導向、實驗內容為載體、創新能力為核心的實驗教學體系。該體系層次清晰、目標明確。實驗內容與科研和工程應用緊密結合，并注重其趣味性、工程性和探究性。突出系統級實踐訓練和新技術實驗，實驗體系設計如下：（1）層次一：專業基礎實驗。專業基礎實驗包括電子專業基礎課程中各課程對應的實驗環節，是專業基礎性實驗，一般作為驗證專業基礎理論的實驗階段，如模擬電子技術、數字電子技術、自動控制原理等。（2）層次二：專業實驗。從這一層次開始逐步體現了CDIO工程教育思想。專業實驗包括航空電子、特色專業課程的課程實驗和設計性實驗，以及涵蓋航空電子、電氣、機械和發動機的綜合維修實訓。通過綜合性強的實驗項目設計，培養學生在理論學習過程中的實地構思、設計、實現與操作的工程實踐應用與團隊合作創新能力。專業實驗教學注重工程實踐訓練，特別設計了綜合維修實訓，從制作電子鐘、飛機防撞燈控制等小系統的基本工程技能訓練到特色專業課程實驗，再到綜合維修實訓。（3）層次三：創新實踐實驗。創新實踐實驗主要給學生提供第二課堂活動，有助于學生創造和創新能力的提高。在創新實踐實驗室，學生開展創造、創新活動，積極參加全國大學生電子制作競賽和智能車競賽等活動，并參加科研課題的申報及研究。通過加大對實驗室的開放，建立科學的課外活動體系，與課內緊密結合，培養學生的綜合素質。引導學生以工程觀學習專業知識，從系統觀的角度引導學生了解、掌握專業知識體系。由課題需求引導學習、激發學生探求知識的主動性和積極性，能良好地掌握相關的課程知識，提高分析問題、解決問題的能力。（4）層次四：行業實習基地。行業實習基地利用校外機務維修資源，建立天津航大雄英行業實習基地，其內容涵蓋從飛機電子、電氣各系統原理、構造、運行性能及其維護技能實習等多個環節，其中尤其強化了特色專業基本技能訓練和有效的專業維修基礎實習和系統維修實習環節。

將工程實際貫穿于學生的教育培養，促使學生帶著工程問題進入針對性的學習，增強學習的興趣。在學生的入學階段樹立工程創新意識，對他們整個培養階段的創新能力和成就極為重要。民航機務工程師維修技能的高低關系到維修人員能否盡快上崗，能否達到維修質量，是盡量減小維修差錯的關鍵。在認識實習階段，要強化行業及對人才需求的綜合能力要求，除了有很重要的工程實踐技能之外，還要學生了解航空法規和人為因素等方面對機務工程綜合能力培養的作用。

《機務維修實踐》課程是與民航維修聯系最緊密的實踐課程。同時，《機務維修實踐》課程的培訓內容按照民航局CCAR-147法規技能培訓標準制訂。具體實驗室建設如圖2所示。

2.考核方法與實驗成績評定。（1）實驗過程結構比例考核方法。為使綜合性實驗的考核環節貼近工程實際，嘗試改變以往以實驗態度和實驗過程為主，評定實驗成績的方法。在考核的過程中，注重對學生的課程專長加以考核和評價，依據學生的興趣進行綜合評價。通過實驗項目報告、設計評估等形式，學生也可以自評、互評等方式實質性地提出實驗過程考核結構比例，目的是讓學生通過實驗成績評定，自主建立起對學習和生活的品格的塑造，實現育人的目標。（2）團隊（與個人貢獻）加權考核方法。由團隊共同協作完成的實驗教學項目，采用新型的答辯考核方式，由課程教學團隊成員組成課程考核委員會，對學生的課程進行加權考核。考核委員會對團隊角色貢獻予以評價，得出每個學生實驗的總評成績。實驗實訓項目和開發創新實踐項目的階段工作研究報告，亦可以作為課程考試部分成績或設計性實驗、綜合維修實訓成績等。

總之，評價方式的改革和教學模式改革是相配套的。大部分課程的成績應由理論知識掌握的程度和做實驗的質量、實驗報告等幾部分組成，合理和綜合安排實驗實訓整個過程的各項成績所占的比例，突出考核學生的綜合能力，鼓勵學生勤于思考，克服困難完成實驗。實驗中既提倡小組合作，又鼓勵他們獨立研究。

五、結束語

在天津市航空電子電氣實驗教學示范中心的良好環境下，經過三年多來中心教師的不懈努力，形成了具有鮮明時代特征的實踐教育教學思想，重構了實驗課程體系，更新了教學內容，主持了9項省部級教研項目，發表了多篇論文，獲得了多項省部級科技進步獎和教學獎。高素質的師資隊伍，已有的建設成果及優良的天津市航空電子電氣實驗教學示范中心，為課程建設的可持續發展奠定了堅實的基礎。

實驗體系建設歷時三年，實踐證明在下列方面具有明顯的效果。

1.學生獲取信息和知識的能力普遍提高。例如：學生利用本?！按髮W生科技創新基金”的資助，在指導教師的指導下，借助創新實驗室提供的條件完成多項科技項目制作，設計方案新穎實用、富有創意，說明實驗教學體系改革后的大學生思想活躍、有進取心，綜合應用已學知識，實踐能力得到明顯提高。

2.學生自主選擇開發課題的意識和能力有明顯的提高。如學生參與的自行研制的教學設備，已用于本專業綜合課程實驗中。

3.優秀學生自愿參加老師科研活動的人數明顯增多。在近年舉行的飛思卡爾智能車大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生電子設計競賽中，本專業學生獲得多項全國和賽區的獎項。

參考文獻：

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航空電子技術論文范文第5篇

關鍵詞　微電子技術　集成系統　微機電系統　dna芯片

1 引　言

綜觀人類社會發展的文明史，一切生產方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發現和新技術的產生而引發的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發展。從50多年前晶體管的發明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發展歷史充分證明了“科學技術是第一生產力”。信息是客觀事物狀態和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數字化和網絡化作為特征。數字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數字化和網絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產業和行業，改變著人類的生產和生活方式，改變著經濟形態和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術。可以毫不夸張地說，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發展，微電子已經成為整個信息社會發展的基石。

50多年來微電子技術的發展歷史，實際上就是不斷創新的過程，這里指的創新包括原始創新、技術創新和應用創新等。晶體管的發明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結果。1947年發明點接觸型晶體管、1948年發明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、cmos技術、半導體隨機存儲器、cpu、非揮發存儲器等微電子領域的重大發明也都是一系列創新成果的體現。同時，每一項重大發明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產、生活方式產生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續發展幾十年。自1968年開始，與硅技術有關的學術論文數量已經超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（silicon age）〖1〗。因此可以說社會發展的本質是創新，沒有創新，社會就只能被囚禁在“超穩態”陷阱之中。雖然創新作為經濟發展的改革動力往往會給社會帶來“創造性的破壞”，但經過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創新循環，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發展。

在微電子技術發展的前50年，創新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發展仍將依賴于一系列創新性成果的出現。我們認為：目前微電子技術已經發展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發展趨勢和主要的創新領域主要有以下四個方面：以硅基cmos電路為主流工藝；系統芯片（system on a chip，soc）為發展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結合誕生新的技術增長點，如mems，dna chip等。

2 21世紀上半葉仍將以硅基cmos電路為主流工藝

微電子技術發展的目標是不斷提高集成系統的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以mos技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數目的晶體管，將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統的速度和可靠性也大大提高，價格大幅度下降。由于片內信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發明以來，為了提高電子系統的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發展基本上遵循了intel公司創始人之一的gordon e．moore 1965年預言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預測這種發展趨勢將減緩，但是微電子產業三十多年來發展的狀況證實了moore的預言[2]。而且根據我們的預測，微電子技術的這種發展趨勢還將在21世紀繼續一段時期，這是其它任何產業都無法與之比擬的。

現在，0．18微米cmos工藝技術已成為微電子產業的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64gdram產品將投入批量生產。

21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基cmos工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據科學技術的發展規律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發明晶體管1958年發明集成電路,到60年代末發展成為大產業也經歷了20多年的時間。另外，全世界數以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產業能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。產業能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內仍起重要作用，人們不會輕易放棄。

目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統結構等方面需要進一步的大力發展，這些技術的發展必將使微電子產業繼續高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產業將于2030年左右步入像汽車工業、航空工業這樣的比較成熟的朝陽工業領域。即使微電子產業步入汽車、航空等成熟工業領域，它仍將保持快速發展趨勢，就像汽車、航空工業已經發展了50多年仍極具發展潛力一樣。

隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會遇到器件結構、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發展初期所形成的經典或半經典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，sio2柵介質材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創新和重點發展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結構，高k柵介質材料和新型柵結構，電子束步進光刻、13nmeuv光刻、超細線條刻蝕，soi、gesi／si等與硅基工藝兼容的新型電路，低k介質和cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。

3 量子電子器件（qed）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域

在上節我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基cmos工藝技術，可稱之為“scaling down”，與此同時我們必須注意“bottom up”?！癰ottom up”最重要的領域有二個方面：

(1)量子電子器件（qed—quantum electron device）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對環境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極?。é羏），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。

因此，目前可以認為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（qca—quantum－dot cellular automata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。

量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據電子占據量子點的狀態形成“0”和“1”狀態。它在本質上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現互連。其基本優勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態，而ge、si只有一個。這些都使碳納米管（cnt）成為當前科研熱點，從1991年發現以來，現在已有大量成果涌現，北京大學納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的cnt并提出“t形結”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的cnt器件，更難以集成。

目前“bottom up”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“scaling down”的加工方法相結合以制造器件。這對于解決高集成度cmos電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。

qca和cnt器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創出一個新的天地。

4 系統芯片（system on a chip）是21世紀微電子技術發展的重點

在集成電路（ic）發展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現了集成電路單元庫（cell－lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了ic產業的發展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統才能發揮它的作用。ic芯片是通過印刷電路板（pcb）等技術實現整機系統的。盡管ic的速度可以很高、功耗可以很小，但由于pcb板中ic芯片之間的連線延時、pcb板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統的性能受到了很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展，系統對電路的要求越來越高，傳統集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。同時，由于ic設計與工藝技術水平提高，集成電路規模越來越大，復雜程度越來越高，已經可以將整個系統集成為一個芯片。目前已經可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發展，21世紀的微電子技術將從目前的3g時代逐步發展到3t時代（即存儲容量由g位發展到t位、集成電路器件的速度由ghz發展到燈thz、數據傳輸速率由gbps發展到tbps，注：1g=109、1t=1012、bps：每秒傳輸數據位數）。

正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現了將整個系統集成在一個微電子芯片上的系統芯片（system on a chip，簡稱soc）概念。

系統芯片（soc）與集成電路（ic）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發展起來的集成電路技術。

soc是從整個系統的角度出發，把處理機制、模型算法、芯片結構、各層次電路直至器件的設計緊密結合起來，在單個（或少數幾個）芯片上完成整個系統的功能，它的設計必須是從系統行為級開始的自頂向下（top－down）的。很多研究表明，與ic組成的系統相比，由于soc設計能夠綜合并全盤考慮整個系統的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現更高性能的系統指標。例如若采用soc方法和0．35μm工藝設計系統芯片,在相同的系統復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的ic所實現的同樣系統的性能；還有，與采用常規ic方法設計的芯片相比,采用soc設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數目約可以降低l～2個數量級。

對于系統芯片（soc）的發展，主要有三個關鍵的支持技術。

（1）軟、硬件的協同設計技術。面向不同系統的軟件和硬件的功能劃分理論（functional partition theory），這里不同的系統涉及諸多計算機系統、通訊系統、數據壓縮解壓縮和加密解密系統等等。

（2）ip模塊庫問題。ip模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結構設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。cmos的cpu、dram、sram、e2prom和flash memory以及a／d、d／a等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎，在速度與功耗上經過優化并有最大工藝容差的模塊最有價值?，F在,美國硅谷在80年代出現無生產線（fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現了一些無芯片（chipless）的公司,專門銷售ip模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括ip模塊間的膠聯邏輯技術（glue logic technologies）和ip模塊綜合分析及其實現技術等。

微電子技術從ic向soc轉變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發展的里程碑。通過以上三個支持技術的創新,它必將導致又一次以系統芯片為主的信息技術上的革命。目前，soc技術已經嶄露頭角，21世紀將是soc技術真正快速發展的時期。

在新一代系統芯片領域，需要重點突破的創新點主要包括實現系統功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發展起到了非常重要的作用,目前神經網絡、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結構可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結構已經不是傳統意義上的cmos結構，因此需要發展更靈巧的新型電路結構。另外，為了實現膠聯邏輯（glue logic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發展,在這一方面也需要做系統深入的研究。

5 微電子與其他學科的結合誕生新的技術增長點

微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。這種技術一旦與其它學科相結合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經濟增長點，這方面的典型例子便是mems（微機電系統）技術和dna生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的，后者則是與生物工程技術結合的產物。

微電子機械系統不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現了微電子與機械融為一體的系統。mems將電子系統和外部世界聯系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉換成電子系統可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統控制這些信號，發出指令并完成該指令。從廣義上講，mems是指集微型傳感器、微型執行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統以及電源于一體的微型機電系統。mems技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫學、材料科學、能源科學等〖3〗。

mems的發展開辟了一個全新的技術領域和產業。它們不僅可以降低機電系統的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統所不能完成的任務。正是由于mems器件和系統具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優異及功能強大等傳統傳感器無法比擬的優點,因而mems在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統（abs）、穩定控制和玩具；微流量系統和微分析儀可用于微推進、傷員救護；信息mems系統將在射頻系統、全光通訊系統和高密度存儲器和顯示等方面發揮重大作用；同時mems系統還可以用于醫療、光譜分析、信息采集等等。現在已經成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。

mems技術及其產品的增長速度非常之高，目前正處在技術發展時期，再過若干年將會迎來mems產業化高速發展的時期。2000年，全世界mems的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到1000億美元。

目前，mems系統與集成電路發展的初期情況極為相似。集成電路發展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新換代的速度，對cpu和ram的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發展。集成電路和計算機在發展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F階段的微機電系統專用性很強，單個系統的應用范圍非常有限,還沒有出現類似于cpu和ram這樣量大面廣的產品。隨著微機電系統的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產業，從而對人們的社會生產和生活方式產生重大影響。

當前mems系統能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統產業的發展。在mems發展中需要繼續解決的問題主要有：mems建模與設計方法學研究；三維微結構構造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；mems的表征與計量方法學；納結構與集成技術等。

微電子與生物技術緊密結合誕生的以dna芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結合進行加工生產，它是生命科學與技術科學相結合的產物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。目前最有代表性的生物芯片是dna芯片。

采用微電子加工技術，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種dna基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內檢測或發現遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉基因工程等具有極其重要的作用。

dna芯片的基本思想是通過生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前stanford和affymetrix公司的研究人員已經利用微電子技術在硅片或玻璃片上制作出了dna芯片〖4〗。他們制作的dna芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層dna纖維。不同的dna纖維圖案分別表示不同的dna基因片段，該芯片共包括6000余種dna基因片段。dna（脫氧核糖核酸）是生物學中最重要的一種物質，它包含有大量的生物遺傳信息，dna芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因學研究、生物醫學等，而且隨著dna芯片的發展還將形成微電子生物信息系統，這樣該技術將廣泛應用到農業、工業、醫學和環境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的ic芯片一樣無處不在。

目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構建的微分析單元和系統，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。

6 結　語

在微電子學發展歷程的前50年中，創新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現、新一代soc的發展、mems和dna芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創新成果的誕生。

回顧20世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創新，去勇敢地迎接這個挑戰，則有可能使我國微電子技術實現騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產權，促進我國微電子 產業的發展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！

參考文獻

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[3]張興、郝一龍、李志宏、王陽元?？缡兰o的新技術－微電子機械系統。電子科技導報，1999，4：2

[4]nicholas wade where computers and biology meet:making a dna chip.new york times,april 8,1997