电子工程师职称论文发表
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电子工程师职称论文发表篇1
浅谈电子工程设计的EDA技术
1EDA技术的基本概念
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。
2EDA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(Computer Assist Design)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(Computer Assist Engineering Design)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。
3EDA技术的特点
EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是采用高级语言描述,即硬件描述语言HDL(Hardware Description Language),就是可以描述硬件电路的功能。信号连接关系及定时关系的语言。它比电原理图更有效地表示硬件电路的特性,同时具有系统仿真和综合能力,具体归纳为以下几点:
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。
4EDA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:
4.1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。
4.2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。
4.3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。
5EDA技术的 软件
目前EDA技术的软件很多,如EWB、PROTELL等。
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)。
6EDA技术的 发展趋势
高层次设计技术是近几年来国际上在EDA技术领域研究、开发、应用的热门课题,并且发展非常迅速,成效异常显著。这一领域主要包括功能强大的硬件描述 语言、高层次综合技术、高层次模拟技术以及测试设计的综合技术等。相信随着 科学技术水平的不断进步,作为EDA发展方向的高层次自动化设计技术必将取得更辉煌的成绩。
电子工程师职称论文发表篇2
谈GPS技术在中小型水库地形图测量中的应用
摘 要:对GPS技术应用于中小型水库地形测绘进行了分析,尤其是实时动态(RTK)定位技术在较为复杂地形中的应用,并结合作业流程及工作效率,经济效益等提出了相关建议。
关键词:GPS RTK,数字化成图,作业流程
0 引言近几年来,随着GPS载波相位差分技术(RTK)的发展,GPS RTK技术越来越成熟,已被广泛应用到数字化测图中。尤其是中小型水库建设初期,由于所处测区多为山地,通视困难,地形复杂给传统野外测绘工作带来了一定的困难。利用动态(RTK)定位技术的优越性,测图速度快和精度高,能消除累积误差,操作简便,用人少等优势取代了原有的平板仪测图及全站仪测图。工作效率和经济效益明显得到大幅度提高。
1 GPS RTK技术的原理
RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据链,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,用户输入相应的坐标转换和投影参数,可以实时得到精度达厘米级定位结果。GPS RTK技术的关键在于数据处理技术和传输技术。
2 野外工作
利用GPS RTK进行数字化测图作业流程包括控制点测量、图根点测量、碎步点测量和数字化成图。
2.1 标石选埋
标石选埋按《水利水电工程测量规范》标准,采用普通混凝土标石,每对标石间相互通视,且牢固稳定可靠。标石所埋位置尽量选择地势高,不易破坏,没有遮挡的位置。
2.2 星历预报
作业之前首先做星历预报。根据星历预报选择最佳作业时间,避开卫星数量少、popo数量过大的时段,制定可行、效率高的作业计划,保证基线的顺利解算,提高网平差精度。
2.3 控制点布设
由于GPS RTK定位技术数字化测图方法不在需要布设常规测量控制网,只要通过GPS静态联测国家点来测设测区控制点即可。控制点布设需注意以下两点:1)控制点应位于地势较高,有利于卫星信号接收和数据链发射的地方。需要避免无线电发射塔等电磁波干扰和大面积水域等有强反射物体而造成多路径效应影响的地方。
2)水库测区内控制点位置应均匀布置,边长大于500 m,这样有利于数据采集时基站重置,便于控制RTK的比列误差。
2.4 图根点及碎步点数据采集
1)RTK测设图根点。在RTK测设图根点前,必须正确输入前期解算过的坐标转换参数,并在已知点上进行坐标和高程校核,确认无误后方可进行图根点的测设。
2)RTK测设碎步点。在接收信号能达到固定解时完全可以用RTK进行碎步点数据采集,利用RTK进行数据采集的过程大致为:启动流动站开始测量并进行点校正工作后, RTK接收机便可实时接收到所需坐标系下的三维坐标点。
3 内业工作
GPS RTK内业工作主要包括高程拟合,GPS平面控制网解算和数字化成图。
3.1 高程拟合
由于GPS所测得的高程是测站相对于WGS84椭球面的大地高,而我国所采用的高程系统是相对于类似大地水准面的正常高系统。地面点大地高与正常高存在以下关系:H=Hg-ξ。其中,H为正常高;Hg为GPS测得的大地高;ξ为高程异常。从上式可知,Hg可由GPS相位测量方法精确测定,如何求得正常高,关键在于求解各点的高程异常值ξ,为了求定精确的高程异常值ξ值,可在GPS网中选择一定数量均匀分布的点,采用几何水准方式测定其高程,然后利用这些重合点进行数值拟合,求得各待定点的正常高。根据拟合方式的不同,有不同的拟合方程式,它们分别为:ξ(Xe+Yi)=Xi+Yi+C(1)ξ(Xe+Yi)=aXi+bYi+C(2)ξ(Xe+Yi)=Xi+Yi+dXiYi+C(3)ξ(Xe+Yi)=Xi+Yi+dXiYi+eX2i+eY2i+C(4)其中,a, b, c,d, e,f均为多项式系数;Xe+Yi为相对GPS网重心的平面坐标分量。
从上面4个数字模型的拟合方程式的待定系数可知,要解高程GPS网至少要联测三个重合已知点高程。利用这些重合已知高程点的高程异常值Δξ和坐标值,即按最小二乘法求出拟合高程的待定系数及待定点正常高。
3.2 GPS平面控制网解算
采用商用随机软件存储在GPS接收机中的观测数据传输至便携式计算机中,进行数据预处理。全部观测任务利用三角形同步环观测完成,同时组成多个边数不等的异步环,对所用三角形同步环和异步环进行三维闭合差统计。同步环闭合差限差按下式计算:
Wx≤( n /5)σ。
Wy≤( n /5)σ。
Wz≤( n /5)σ。
W=W2x+W2y+W2z≤(3n /5)σ。
其中,Wx,Wy,Wz均为各坐标差分量闭合差;n为同步环的边数;σ为相应级别规定的精度即弦长标准差(按平均边长计算)。
同步环闭合差限差按下式计算:
Vx≤3nσ;Vy≤3nσ;Vz≤3nσ;V≤3 3nσ。
其中,Vx,Vy,Vz均为各坐标差分量闭合差;n为同步环的边数;σ为相应级别规定的精度即弦长标准差(按平均边长计算)。在预处理的基础上,利用随机处理软件进行单基线处理,得到所用基线的固定解,对所用解出的基线,其整周模糊度分解fa-tio值均大于3. 0,并对每条基线中参与计算的卫星状况进行筛选和优化,让所有参与计算的卫星均为健康状态,对不合格的基线予以剔除。对检验符合要求的基线边进行组网,参与后处理计算。
3.3 数字化成图
利用南方“工程之星”软件将采集的原始数据转化成CASS软件可以直接使用的DAT格式文件,并复制到计算机硬盘上。利用CASS8. 0软件结合外业绘制的草图,可快速完成数字化成图工作。具体步骤如下:1)打开南方CASS8. 0成图系统,单击屏幕顶部菜单的“绘图处理”项,选择“展野外观测点点号”,输入对应的坐标数据文件名,便可在屏幕上展出野外测点点号。2)通过CASS8. 0软件里坐标定位下的工具,根据野外所绘制的草图和展出的点号可以汇出地物地貌。3)单击“绘图处理”菜单下的“展绘高程点”,将会弹出数据文件对话框输入对应的坐标数据文件名,高程点自动展绘出来。点击工具栏中“等高线”菜单下“建立DTM”项,弹出对话框后选择“由数据文件生成DTM”,输入文件相应名后,按确定即可生成DTM。4)点取工具栏中:“等高线”菜单下“绘制等高线”项将生成等高线,删三角网,修改等高线。
4 结语
中小型水库一般都在地形复杂、地势险要,植被茂盛、通视困难的山区。如果采用常规仪器和方法去布设控制网,测绘地形图费时费工,生产效率低。采用GPS RTK定位技术数字化测图既留了基础测绘的特点,又解决了常规测绘缺点,提高了整体测图的精度和速度的同时降低生产成本,收到事半功倍的效果。利用GPS RTK定位技术在中小型水库前期的控制网布设,观测,到后期的内业计算,数字化成图,效果都比较理想。
参考文献:
[1] 许绍铨.GPS卫星测量原理及应用[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社, 2004.
[2] 潘正风.数字测图原理与方法[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社, 2008.
[3] 刘普海,梁 勇,张建生.水利水电工程测量[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.
[4] GB/T 7929-1995,全球定位系统GPS测量规范[S].
[5] 南方测绘仪器公司.CASS8. 0用户手册[Z].
4.电子工程技术论文