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航天電子技術(shù)分析范文第1篇

“商業(yè)化”的起爆點：

一切從球開始

在世界范圍內(nèi)，有許多私營航天科技公司成功的先例：2014年，F(xiàn)acebook與 Titan Aerospace 進行了一筆達 6000 萬美元的交易。Facebook 購買了多架該公司生產(chǎn)的近地面太空無人機，用于自己旗下的太空網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)播項目，屆時，全球都會被免費的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。而在民營航天成功先例中，最著名的恐怕就是 SpaceX 公司。

和美國不同，中國航天事業(yè)主要由國家掌控和運作，但這并不意味著私營航天在中國無從談起。

去年5月，“中國制造2025”規(guī)劃，在新常態(tài)的語境下，國家把目光再次聚焦到工業(yè)實體。有分析認為，僅衛(wèi)星應(yīng)用這一領(lǐng)域的產(chǎn)值就將在2020年達到5000億元，“十三五”末我國航天工業(yè)的整體產(chǎn)值將能達到8000億元至10000億元的水平。

據(jù)行業(yè)人士測算，商業(yè)航天領(lǐng)域每投入1美元，可獲得7至14美元的回報。經(jīng)過多年發(fā)展，商業(yè)航天已成為世界航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力。

“坐火箭20萬美元游太空”“推出太空專車、太空順風(fēng)車、太空班車等發(fā)射服務(wù)計劃”……事實上，曾經(jīng)頗顯神秘的中國航天業(yè)，已悄然開啟商業(yè)化的大幕。雖然讓公眾興奮的太空游還略顯遙遠，但作為交通工具的火箭其實已開始“專車”服務(wù)（指發(fā)射衛(wèi)星等）。

位于一間普通寫字樓的中國火箭有限公司（以下簡稱中國火箭公司）沒有過多國企做派和軍工的神秘，也還沒有互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)足夠的簡明高效，但這家企業(yè)已經(jīng)站上中國航天商業(yè)化的時代“風(fēng)口”。

作為商業(yè)航天發(fā)展的基礎(chǔ)運輸平臺，火箭正通過創(chuàng)新運營模式、打造專屬列車、提供定制服務(wù)等創(chuàng)新舉措，努力在商業(yè)航天市場的激烈競爭中搶得先機。布局并不止于目前披露的商業(yè)發(fā)射服務(wù)、亞軌道飛行體驗、空間資源利用三大業(yè)務(wù)板塊，“對標SpaceX只是近期目標。”

百度CEO李彥宏曾在2014年的全國政協(xié)委員會上遞交提案，建議國家相關(guān)主管部門鼓勵民營企業(yè)開展火箭、衛(wèi)星等的研制、生產(chǎn)和發(fā)射業(yè)務(wù)，促進航天技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，帶動其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

航天領(lǐng)域的民間機會

2015年12月22日上午九點，美國太空探索公司SpaceX成功將其自主研制的Falcon 9 FT火箭發(fā)射升空，成為首個成功進入太空的民間企業(yè)。這被視為私人航天時代即將到來的標志。

在中國，航天領(lǐng)域長期為國有力量主導(dǎo)。即便是國有機構(gòu)，要制造完整的火箭也非一家所能?；鸺牟煌Y(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的航天系統(tǒng)中有著嚴格的分工。

但在民營航天愛好者的眼中，只要技術(shù)操作與基本工藝到位，使用民用級別的原材料進行航天器制造，并非不可能。

2013年，大三學(xué)生胡振宇與科創(chuàng)廣州項目組成員一起，到內(nèi)蒙古發(fā)射了一枚火箭。

胡振宇曾在中科院空間所實習(xí)了1個多月，而這家機構(gòu)是航天四院的主要客戶之一。他聽到的最大抱怨是“太貴了”，“貴到以至于中科院自己都想做探空火箭，忍無可忍了”。幾年后，他創(chuàng)辦了翎客航天，計劃把價格拉低至200萬元，同時提供更好的性能。其中的關(guān)鍵是縮短供應(yīng)商鏈條，減少分包成本，避免層層倒手、加價，以確保毛利潤率。

按照胡振宇的規(guī)劃，他創(chuàng)建的翎客航天將是國內(nèi)首家提供探空火箭發(fā)射服務(wù)的私人企業(yè)。與公眾更加熟悉的“”等運載火箭相比，他的探空火箭體型更小，通常長度不超過10米，箭體直徑不超過300毫米，有效載荷數(shù)十公斤。它的作用是將搭載的儀器送到幾十至幾百公里的高空，進行幾分鐘的科學(xué)觀測，相對簡單的結(jié)構(gòu)和功能，讓民間科研力量有望參與其中，甚至成為市場的主要玩家。

2015年7月，中國民間航天組織中規(guī)模最大的 “科創(chuàng)航天局”主席羅澍等人做的衛(wèi)星研制方案得到了投資人的認可。投資人認為，沒有民間及商業(yè)化的航天就沒有人類航天的飛躍?，F(xiàn)在人類處于技術(shù)空前平民化的階段，所以會出現(xiàn)幾個年輕人在短短幾年間通過互聯(lián)網(wǎng)改變數(shù)億人的生活，“沿著平民化路線看看有沒有突破口。”

民間的商業(yè)航天行為，最終落點還是“商業(yè)”，在國家大力推動軍民融合、“航天+互聯(lián)網(wǎng)”的信息產(chǎn)業(yè)變革，以及全球新一輪的工業(yè)革命的大背景下，越來越多的企業(yè)將通過航天的“商業(yè)化”道路，尋求新的投資機會。

中國航天的山東元素

在神舟十一號任務(wù)中與天宮二號空間實驗室成功實現(xiàn)自動交會對接后，513所承擔(dān)了多項保障工作。

513所即山東航天電子技術(shù)研究所，隸屬于中國航天科技集團公司第五研究院，始建于1966年。1986年由山西太谷搬遷至山東煙臺。是目前山東省唯一一家從事航天高科技研究的科研事業(yè)單位。513所先后參與了我國從神舟一號到神舟十一號、天宮一號、天宮二號等所有載人航天工程型號的研制，均圓滿完成任務(wù)。

10月19日3時31分，神舟十一號載人飛船與天宮二號空間實驗室成功實現(xiàn)自動交會對接。6時32分，航天員景海鵬、陳冬先后進入天宮二號空間實驗室。據(jù)了解，2名航天員將按照飛行手冊、操作指南和地面指令進行工作和生活，按計劃開展有關(guān)科學(xué)實驗。完成組合體飛行后，神舟十一號撤離天宮二號，并于1天內(nèi)返回至著陸場，天宮二號轉(zhuǎn)入獨立運行模式。

據(jù)報道，在航天員空間實驗的過程中，513所研制的多項產(chǎn)品將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。其中，513所研發(fā)的氧分壓調(diào)理電路、二氧化碳分壓傳感器、艙內(nèi)氣體采樣裝置將凈化空氣，確保太空沒有“霧霾”；液路斷接器和封氣裝置是載人飛船的安全衛(wèi)士；失重生理效應(yīng)實驗裝置、骨丟失對抗儀、無創(chuàng)心功能監(jiān)測儀為航天員提供了完善的健康保障體系；無線語音系統(tǒng)將實現(xiàn)航天員與地面的天地通話。

作為航天電子重要研制單位，在發(fā)展中，513所逐漸形成了信息系統(tǒng)與綜合電子、測控與通信、電力電子、計算機應(yīng)用以及部組件五個專業(yè)領(lǐng)域，建成了完整的適應(yīng)宇航和武器產(chǎn)業(yè)要求的電子產(chǎn)品科研、生產(chǎn)、實驗體系，形成了從前沿技術(shù)跟蹤、論證，到原理樣機研制、產(chǎn)品工程化實現(xiàn)，以及技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的完整鏈條。研制的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、飛船、火箭和防務(wù)裝備領(lǐng)域。

航天電子技術(shù)分析范文第2篇

關(guān)鍵詞　專業(yè)定位　課程體系　人才培養(yǎng)　職業(yè)能力

新加坡南洋理工學(xué)院是一所世界公認的、一流的職業(yè)技術(shù)綜合性學(xué)院。新加坡經(jīng)發(fā)局領(lǐng)導(dǎo)下的跨國合作技術(shù)培訓(xùn)中心、跨國合作科技學(xué)院及跨國科技伙伴，在1992年經(jīng)過整合成立了南洋理工學(xué)院。這種特有的歷史背景影響并造就了這所學(xué)校，使其在辦學(xué)策略和人才培養(yǎng)方面具有鮮明的特色。下面以電子、通訊和計算機專業(yè)為例，分析其課程體系的特點以及給我們的啟示。電子、通訊和計算機專業(yè)的定位

該專業(yè)定位于日新月異的電子技術(shù)領(lǐng)域?qū)挿旱穆殬I(yè)。學(xué)生在校期間學(xué)習(xí)工業(yè)上所需關(guān)鍵技術(shù)的重要知識和技能，有機會學(xué)到航空航天電子、嵌入式系統(tǒng)、IC設(shè)計、無線寬帶、HDTV技術(shù)、納米技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等重要技術(shù)。學(xué)校提供機會進行技能訓(xùn)練，包括產(chǎn)品創(chuàng)造、系統(tǒng)集成和創(chuàng)造性思維、組織管理能力以及外語表達能力等訓(xùn)練。

畢業(yè)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，提高了自身的素質(zhì)，能勝任如航空航天、電子、國防、遠程信息服務(wù)和媒體等工業(yè)部門技術(shù)人員、工程師、管理者的工作。這個專業(yè)也獲得了一些國內(nèi)外高等學(xué)府的承認。這些國內(nèi)外大學(xué)還提供機會，吸收這些畢業(yè)生進入本學(xué)校，并使其以最短的時間獲得學(xué)士、碩士甚至博士學(xué)位。

寬而厚的基礎(chǔ)，體現(xiàn)了“高起點”打造人才

從電子、通訊和計算機專業(yè)課程體系的設(shè)置來看，明顯注重夯實基礎(chǔ)。第一、二學(xué)年的基礎(chǔ)課涵蓋了工程數(shù)學(xué)及電子、通訊和計算機領(lǐng)域的基礎(chǔ)課。這些課程是相對固定的經(jīng)典模塊，包括強電和弱電、模電和數(shù)電、數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)、基本的工具(工程制圖、電子繪圖、電子設(shè)計自動化、編程技術(shù))以及若干課程項目。這些基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)為學(xué)生在電子、通訊和計算機領(lǐng)域的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)(參見右表)。

第一學(xué)年的課程及學(xué)時安排，共15門必修課，累計840個學(xué)時，其中有兩門課為人文素質(zhì)教育課程：交流技巧(45學(xué)時)、創(chuàng)造與創(chuàng)新(30學(xué)時)。此外，要從外語、商業(yè)和科技創(chuàng)業(yè)中選修兩門課。第二學(xué)年課程分布及學(xué)時安排與第一學(xué)年大體相近。

多專業(yè)方向，體現(xiàn)了“用未來的科技培養(yǎng)今天的人才”

專業(yè)在第三年分為多個方向，這些方向是根據(jù)相應(yīng)專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展來決定的，有些方向甚至是高精尖端的科學(xué)技術(shù)。學(xué)生通過兩年的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，可以結(jié)合學(xué)習(xí)成績并根據(jù)自己的興趣和發(fā)展方向，選擇相應(yīng)的專業(yè)方向進行學(xué)習(xí)。在電子、通訊和計算機專業(yè)中，具有航空航天電子、無線通訊、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、遠程信息服務(wù)、晶片制造技術(shù)、自動化設(shè)計等六個專業(yè)方向。這些專業(yè)方向是該領(lǐng)域的先進技術(shù)及其應(yīng)用。各專業(yè)方向的行業(yè)背景、服務(wù)面向各有側(cè)重，具體如下：

航空航天電子服務(wù)面向大氣中心、MRO、設(shè)計、制造和飛行服務(wù)；無線通訊針對產(chǎn)品設(shè)計員、生產(chǎn)和測試員等崗位；嵌入式系統(tǒng)設(shè)計面向手機、便攜式播放機、醫(yī)療設(shè)備以及自動化系統(tǒng)，由于對嵌入式系統(tǒng)持續(xù)增長的應(yīng)用創(chuàng)造了對軟件和硬件專家的大量需求，因此主要崗位是智能產(chǎn)品和系統(tǒng)的研究開發(fā)；遠程信息服務(wù)專業(yè)的崗位是遠程教育、航天、安全、保健、智能傳輸系統(tǒng)、精密制造自動化、安防、決策與供應(yīng)鏈管理及許多其他方面；晶片制造技術(shù)為從事晶片制造部門的職業(yè)做準備，包括半導(dǎo)體晶片制造、集成電路及分離電子元件；自動化設(shè)計專業(yè)培養(yǎng)有關(guān)自動化系統(tǒng)、機器和設(shè)備的電子和計算機技術(shù)人員，覆蓋了機器人、智能控制、計算機成像和視頻自動化的關(guān)鍵技術(shù)。

特色課程設(shè)置，一切為了學(xué)生的成長和發(fā)展

除了體現(xiàn)時展和前沿技術(shù)的專業(yè)課程，南洋理工學(xué)院還設(shè)置了一些有特色的課程，重在培養(yǎng)學(xué)生的社會能力。

交流技巧：主要針對學(xué)生在學(xué)術(shù)上和社會上所必需的口頭表達技巧和寫作技巧，幫助學(xué)生建立正面的自我意識和專業(yè)形象，掌握溝通策略以及做決策和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的沖突管理和協(xié)商技巧。

創(chuàng)造與創(chuàng)新：幫學(xué)生建立對創(chuàng)造和創(chuàng)新的理解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性思考的能力。把思想融入商業(yè)理念中，以示范意義突出的創(chuàng)新實例去激勵學(xué)生進行創(chuàng)造性思維，從而具備商業(yè)性創(chuàng)新及科技創(chuàng)業(yè)的意識。

團隊協(xié)作及溝通技巧：幫助學(xué)生理解并獲得在工作中所需的溝通技巧。學(xué)生得到相應(yīng)的求職技巧，包括撰寫簡歷、求職信和面試技巧等；培養(yǎng)學(xué)生的商業(yè)寫作技巧，包括會議記錄、備忘錄和商業(yè)洽談預(yù)約。學(xué)生將獲得對不同組織、合作文化、商業(yè)聚會等的認識，從而更容易融入未來的工作環(huán)境中。

科技創(chuàng)業(yè)項目：這個項目以團隊的形式，給學(xué)生提供在技術(shù)和商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用所需的知識和技能，以及實現(xiàn)創(chuàng)新的機會。重點在于產(chǎn)品原型開發(fā)、創(chuàng)新思想的評測、方法和方案、技術(shù)評估和商業(yè)計劃書。

企業(yè)實習(xí)：構(gòu)成課程實踐的一個整體，通過與企業(yè)接觸，在真實的工作環(huán)境中使學(xué)生獲得實際的工作感受。培養(yǎng)學(xué)生積極的工作態(tài)度、團隊協(xié)作及溝通技巧。

全日制項目：使學(xué)生把課堂上學(xué)到的知識和技能應(yīng)用到實踐中，形成真實的創(chuàng)新性方案。定制特別的項目，既符合工業(yè)需求，又適合學(xué)生實踐。學(xué)生被組織成項目組，當他們面臨一系列的目標時要發(fā)揮團隊精神。在項目開發(fā)的資深員工的組織和領(lǐng)導(dǎo)下，學(xué)生要一起工作。除了獲得項目開發(fā)的途徑、硬件和軟件的技巧，還給學(xué)生樹立終身學(xué)習(xí)的理念，為承受足夠的工作壓力做準備。

南洋理工學(xué)院課程設(shè)置的啟示

市場導(dǎo)向的專業(yè)定位是課程體系設(shè)置的前提。職業(yè)技術(shù)學(xué)院人才培養(yǎng)的定位要依據(jù)國家的發(fā)展，又要高于經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)狀，因為人才的培養(yǎng)需要一個過程，既要動態(tài)地適應(yīng)社會經(jīng)濟的發(fā)展，又要適度引領(lǐng)社會經(jīng)濟的發(fā)展。這就要合理地設(shè)置專業(yè)、動態(tài)地調(diào)整或新增專業(yè)。社會需要什么科技、未來需要什么科技，就設(shè)置什么專業(yè)。

基礎(chǔ)理論以“夠用為度”。南洋理工學(xué)院的課程體系設(shè)置體現(xiàn)了最大限度地挖掘?qū)W生的潛能，使學(xué)生既能個性化發(fā)展和又能可持續(xù)發(fā)展。對一個專業(yè)領(lǐng)域的全面了解是必需的，專業(yè)基礎(chǔ)的理論和技能是進一步學(xué)習(xí)的基點，最大限度地加強專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，建立牢固的基礎(chǔ)是專業(yè)人才提升自我、與時俱進的必要條件。從一定程度上講，基礎(chǔ)的厚度和廣度決定著未來的高度。

航天電子技術(shù)分析范文第3篇

關(guān)鍵詞：電子工程 EDA技術(shù)

1、EDA技術(shù)概念及現(xiàn)狀介紹

EDA是電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀90年代初從計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計算機為工具，設(shè)計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。是計算機信息技術(shù)、微電子技術(shù)、電路理論、信息分析與信號處理的結(jié)晶。

現(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、通信、電子、航空航天、礦產(chǎn)、化工、醫(yī)學(xué)、生物、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。EDA在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計與制造等各方面發(fā)揮著重要的作用。在教學(xué)方面，現(xiàn)在幾乎所有理工科類的高校都有開設(shè)了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語言編寫規(guī)范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進行電子電路課程的實驗驗證并從事簡單系統(tǒng)的設(shè)計。一般學(xué)習(xí)電路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD開發(fā)工具（如Altera/Xilinx的器件結(jié)構(gòu)及開發(fā)系統(tǒng)）?？蒲蟹矫嬷饕秒娐贩抡婀ぞ撸╩ultiSIM或PSPICE）進行電路設(shè)計與仿真；利用虛擬儀器進行產(chǎn)品測試；將CPLD/FPGA器件實際應(yīng)用到儀器設(shè)備中；從事PCB設(shè)計和ASIC設(shè)計等。在產(chǎn)品設(shè)計與制造方面，包括計算機仿真，產(chǎn)品開發(fā)中的EDA工具應(yīng)用、系統(tǒng)級模擬及測試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線的EDA技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品測試等各個環(huán)節(jié)。EDA軟件的功能日益強大，原來功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機械及建筑設(shè)計，也擴展到建筑裝璜及各類效果圖、汽車和飛機的模型、電影特技等領(lǐng)域。

2、EDA技術(shù)的特點

EDA技術(shù)之所成為今天電子信息工程中的重要技術(shù)，具有“自頂向下(Top―Down)”的設(shè)計程序，這就確保設(shè)計方案整體的合理化；由于EDA采用高級語言描述，有語言公開可利用、描述范圍廣、可以系統(tǒng)編程和現(xiàn)場編程等特點；自動化程度高所以可以進行各級的仿真、糾錯和調(diào)試工作。這些特點促使EDA技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。

3、EDA技術(shù)的作用

EDA技術(shù)中的溫度分析和統(tǒng)計分析功能可以分析各種溫度條件下的電路特性，便于確定最佳元件參數(shù)、最佳電路結(jié)構(gòu)以及適當?shù)南到y(tǒng)穩(wěn)定裕度，真正做到電路特性的優(yōu)化設(shè)計。

由于受到測試手段和儀器精度限制，測試的時候會出現(xiàn)很多問題,DEA技術(shù)方便得全功能測試解決了數(shù)據(jù)測試和特性分析的問題。

4、EDA常用軟件

EDA軟件發(fā)展很快，目前被我國廣泛應(yīng)用的有：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。下面簡單介紹一下PCB設(shè)計軟件、IC設(shè)計軟件、PLD設(shè)計工具及其它EDA軟件。

4.1 PCB設(shè)計軟件

PCB（Printed-Circuit Board）設(shè)計軟件更是種類繁多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（與LiveWire配套的PCB制作軟件包）、ultiBOARD7（與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包）等等。

4.2 IC設(shè)計軟件

IC設(shè)計工具也很多，ASIC設(shè)計領(lǐng)域有名的軟件供應(yīng)商主要有Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。中國華大公司也提供ASIC設(shè)計軟件（熊貓2000）。

4.3 PLD設(shè)計工具

航天電子技術(shù)分析范文第4篇

關(guān)鍵詞：雙余度 無刷直流電機 控制系統(tǒng) DSP

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0029-03

1、引言

無刷直流電機是電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和永磁材料技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，高性能永磁體的采用簡化了電機結(jié)構(gòu)，提高了電機的功率密度，電子換向線路取代機械換向線路提高了電機的可靠性和易維護程度，同時電機的轉(zhuǎn)速升高不再受機械換向的影響[1]。是國內(nèi)外公認的新一代航空、航天電機的重要發(fā)展方向，其驅(qū)動和控制技術(shù)的研究被廣泛研究[2]。

余度技術(shù)是提高系統(tǒng)可靠性和安全性的一種手段，在故障出現(xiàn)時仍能完成系統(tǒng)任務(wù)[3]。這在航空航天、井下礦用等工作環(huán)境中，不能或者很難維修的情況下，雙余度無刷直流電機對于提高工作的可靠性就起到很大的作用[4]。

本文依據(jù)雙余度無刷直流電機的特點，設(shè)計了一種雙余度無刷直流電機的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效的解決了兩套余度同時工作的問題，測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的控制性能和動態(tài)性能。

2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制器的核心為DSP芯片，它完成霍爾信號邊沿跳變的捕獲，換向邏輯的計算，功率管脈寬調(diào)制信號的輸出，電壓電流傳感器輸出模擬信號的AD轉(zhuǎn)換。上位機與主控芯片DSP之間通過RS232總線進行通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測和控制指令的傳輸。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1　主控芯片

本控制系統(tǒng)的核心部件是DSP　TMS320F28335，具有高性能外設(shè)的32位浮點型微處理器。它集成了浮點單元簡化了開發(fā)過程并將控制應(yīng)用的速度平均提高50%。28335是目前廣泛使用的2812的換代產(chǎn)品[5]。

3.2　系統(tǒng)電源設(shè)計

系統(tǒng)要求一路270V直流供電，需要對控制系統(tǒng)各部分進行電源轉(zhuǎn)換。除3.3V轉(zhuǎn)1.9V的電源芯片外，其它芯片都為DC/DC模塊。270V轉(zhuǎn)24V電路原理圖如圖2所示。

3.3　DSP電源和時鐘

圖3為DSP電源電路原理圖。

電源包括內(nèi)核電源、IO引腳電源和FLASH電源。采用TPS76801Q將3.3V轉(zhuǎn)換成1.9V。外部晶振產(chǎn)生30M的時鐘，接入外部時鐘輸入引腳XCLKIN。引腳X1接地。

3.4　I/O電路

輸入信號包括按鈕開關(guān)、霍爾信號，輸出信號為PWM和故障指示信號。IO電路如圖4所示。

S1、S2、S3為開關(guān)信號，分別控制A余度啟停、B余度啟停和正反轉(zhuǎn)信號。為復(fù)位信號。輸出PWM1～PWM6控制電機A余度，PWM7～PWM12控制電機B余度。ECAP1～ECAP3為A余度霍爾位置信號，ECAP4～ECAP6為B余度霍爾位置信號。D1～D7為系統(tǒng)指示燈，可用于指示系統(tǒng)的運行情況。

3.5　驅(qū)動電路

驅(qū)動電路采用三相橋?qū)Ｓ玫募沈?qū)動芯片IR2130。門極驅(qū)動供電壓為10～20V。A余度的驅(qū)動電路的原理圖如圖5所示。

3.6　電流檢測電路

為了能夠使用電流分析法進行電機故障識別，需要設(shè)計高精度的電流檢測電路電流檢測電路如圖6所示，分別為相電流檢測和線電流檢測電路。

3.7A/D轉(zhuǎn)換電路

DSP的AD模塊為12位，可以對模擬信號快速進行多路AD轉(zhuǎn)換。進行AD轉(zhuǎn)換的信號有模擬的轉(zhuǎn)速給定信號，母線電壓信號和線電流、相電流信號。AD轉(zhuǎn)換的原理圖如圖7所示。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計

主程序聲明和初始化系統(tǒng)變量，聲明中斷服務(wù)程序和需要調(diào)用的子函數(shù)。主程序程序流程圖如圖8所示。

聲明變量和函數(shù)，并將中斷服務(wù)程序與中斷向量表聯(lián)系，使能中斷，初始化外設(shè)模塊。系統(tǒng)初始化完成后，主程序查詢標志位的改變，執(zhí)行相應(yīng)的操作。標志位的改變通過按鍵輸入、SCI接收數(shù)據(jù)以及程序自身的運行實現(xiàn)。

5、實驗結(jié)果

對由TMS320F28335　DSP芯片構(gòu)成的雙余度無刷直流電動機控制系統(tǒng)進行了試驗，試驗對象為一臺雙余度無刷直流電動機，額定轉(zhuǎn)速2000　r/min，額定電壓270V，4對極。

其空載雙余度開環(huán)電流如圖9所示。

在帶0.4N/m的負載時，其電流波形如圖10所示。

兩個余度的空載和負載電流波形顯示，兩余度的電流形狀和幅值一致性好。

6、結(jié)論

采用TMS320F28335　DSP芯片設(shè)計了雙余度永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制電路結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)試和工程實現(xiàn)。實驗證明該系統(tǒng)實時性好，響應(yīng)快，具有良好的控制性能及動態(tài)特性。同時該系統(tǒng)還具有體積小、重量輕，可靠性高等優(yōu)點，非常適合于防爆、防腐、航空、航天等可靠性要求高的特殊場合。

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航天電子技術(shù)分析范文第5篇

關(guān)鍵詞:總劑量效應(yīng);電子空穴對;氧化物陷阱電荷;界面態(tài)

中圖分類號:TN43文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)02-171-04

Total Dose Effects in Modern Integrated Circuit and Hardening Technologies

CHU Zhongqiang,XU Xi

(Institute of Electronic Engineering,Chinese Academy of Engineering Physics,Mianyang,621900,China)

Abstract:Along with the development of nuclear technology and space technology,more and more electronic equipments are used in all kinds of radiation environments.Two important radiation environments,the mechanism of total dose effects for integrated circuit,including the generation of electron_hole pairs,oxide trapped charge and interface traps are introduced.The advantages and application foreground of advanced technology are discussed,as dielectric material,HfO2 has a wide foreground,and in future the smart_cut material would become the SOI mainstream material.

Keywords:total dose effects;electron_hole pairs;oxide trapped charge;interface traps

0 引 言

隨著核技術(shù)和空間技術(shù)的發(fā)展,越來越多的電子設(shè)備不可避免地要用于各種輻射環(huán)境中。目前,對MOS器件影響最大的輻射環(huán)境包括空間輻射環(huán)境和核輻射環(huán)境兩類。這兩類輻射將會對各種元器件及電子系統(tǒng)構(gòu)成威脅。輻射對MOS器件的影響主要體現(xiàn)在電離輻射對柵介質(zhì)的破壞上,因此在分析電離總劑量效應(yīng)產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上,指出選擇柵介質(zhì)材料和改進工藝是MOS器件輻射加固的重點。采用被稱為“21世紀微電子技術(shù)”的SOI材料來制作CMOS和雙極電路,可實現(xiàn)全介質(zhì)隔離。這與PN結(jié)隔離的體硅相比,在抗單粒子特性、抗瞬態(tài)輻照和抗中子輻照等方面有著體硅電路不可比擬的優(yōu)勢。

1 輻射環(huán)境

1.1 空間輻射環(huán)境

隨著空間和航天技術(shù)的發(fā)展,人們在外層空間的活動日益增多,處在外層空間的電子系統(tǒng)則必須要考慮宇宙空間輻射環(huán)境的影響。外層空間輻射主要來自宇宙射線(主要成分是高能粒子),圍繞地球的內(nèi)、外范•艾倫輻射帶(主要成分是高能質(zhì)子和高能電子),以及太陽耀斑輻射(主要成分是高能質(zhì)子)等。此外,還有太陽風(fēng),極光輻射等。

從輻射觀點看,電離總劑量是一個非常嚴重的問題,一個地球衛(wèi)星的電子系統(tǒng)每年所接受的累計輻射劑量可達100 Gy以上,對于暴露在外表面的元器件則更高,這將大大降低衛(wèi)星的壽命。

1.2 核輻射環(huán)境

除天然輻射環(huán)境外,核武器爆炸會造成最惡劣的核輻射環(huán)境,對各種元器件及電子系統(tǒng)構(gòu)成嚴重威脅。它可以使處于破壞半徑以內(nèi)的地球衛(wèi)星、戰(zhàn)略轟炸機、艦艇、雷達和通信系統(tǒng)以及一切軍事設(shè)施的電子系統(tǒng)受到核輻射和電磁脈沖的影響而遭破壞。核輻射環(huán)境中的高能粒子主要有快中子流、高能電子流、γ射線、X射線、α射線和β射線等。其中,α射線和β射線易被大氣吸收,射程很短;對電子設(shè)備及其元器件威脅最大的是快中子(指能量大于0.5 MeV的中子)流和γ射線(能量在1 MeV左右)。

一個帶有能量的光子或粒子(離子)與靶物質(zhì)相互作用,以不同的方式損失能量,沉積的能量不僅取決于光子或粒子的質(zhì)量和能量,也取決于靶材料的原子序數(shù)及質(zhì)量。每1 g物質(zhì)沉積的能量稱為劑量(D),單位為:拉德(rad)或戈瑞(Gy)表示,且有:

1 rad=100 erg/g=6.24×1013eV/g(1)

1 Gy=1 J/kg=100 rad(2)

一般對于硅及其氧化物分別用rad(Si)和rad(SiO2)表示,且1 rad(Si)=0.58 rad(SiO2)。

2 電離總劑量效應(yīng)產(chǎn)生機理

MOSFET及以其為主體的CMOS集成電路,由于其功耗低,集成度比雙極電路的高,抗中子輻射能力最強等特點,已經(jīng)成為數(shù)字集成電路的主流技術(shù)。電離輻射會在半導(dǎo)體材料內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對,對于MOS器件,最關(guān)心的是氧化層中產(chǎn)生的電子空穴對。在電場作用下,電子很快遷移出SiO2,而空穴則一部分被SiO2中的深空穴陷阱俘獲成為固定正電荷,一部分在Si/SiO2界面形成界面態(tài)。電離輻照產(chǎn)生正空間電荷和界面態(tài),是CMOS器件電離輻射效應(yīng)的主要機理[1]。形成的正電荷和界面態(tài)會使器件性能下降,從而導(dǎo)致集成電路功能退化。

2.1 電子空穴對的產(chǎn)生

高能電子(包括次級電子)和光子能使原子電離,產(chǎn)生電子空穴對。只要產(chǎn)生的電子和空穴的能量比生成一個電子空穴對所需的能量高,它們就可以產(chǎn)生額外的非熱平衡電子空穴對。如此,一個高能入射光子,電子或質(zhì)子可以產(chǎn)生大量的電子空穴對。表1給出Si,SiO2和GaAs三種材料中產(chǎn)生一個電子空穴對所需的最小能量Ep,以及各材料中每沉積1 rad的能量時所產(chǎn)生的初始電荷對密度g0。

表1 Si,SiO2和GaAs中產(chǎn)生一個電子空穴對所需的

最小能量Ep及初始電荷對密度g0

材料Ep /eV密度/(g•cm-3)g0/(pairs•cm-3)

GaAs～4.85.32~7×1013

Si3.62.3284×1013

SiO2172.28.1×1012

2.2 氧化層正電荷

射線在MOS器件氧化物中的電離輻射損傷的物理過程可以歸納為以下四個過程:電子空穴對的產(chǎn)生;部分電子空穴的瞬時復(fù)合;電子空穴在氧化物中的傳輸;空穴被SiO2中的深陷阱俘獲形成固定電荷,空穴在Si/SiO2界面形成界面態(tài)。

氧化層俘獲正電荷是由氧空位和E′中心俘獲空穴而形成的[2,3]。最近的研究已經(jīng)確定了三種最主要的E′缺陷類型:Eδ′,Eγ4′,Eγ5′。在電子俘獲或發(fā)射過程中,由于中心原子硅原子的弛豫特性,這些缺陷的微結(jié)構(gòu)看起來似乎在自由度方面有差異[3]。缺陷結(jié)構(gòu)是通過二維傅里葉變換(DFT)計算得到的,如圖1所示。而對這些結(jié)構(gòu)的辨識是通過對大量的氧空位加入一個α石英超晶胞和四個不同類型的無定形SiO2超晶胞進行DFT計算獲得。

Eδ′中心是一個“調(diào)解”空位,在氧化物中對空穴會形成淺陷阱,大部分Eδ′中心的能量位于SiO2能帶隙,其能量位于價帶以上0.5～1.0 eV。由于Eδ′的淺陷阱能級,使它成為最佳的缺陷類型,這也是造成電離輻射后空穴在SiO2傳輸?shù)臅r間相關(guān)性的原因。Eδ′中心因此成為電離損傷動態(tài)傳輸過程中的一個突出因素。第二類缺陷Eγ4′可以很容易地進行電荷交換,這類缺陷的能級大于4 eV,它的這種亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)可以使其很容易俘獲和發(fā)射電荷。第三類空穴俘獲缺陷Eγ5′比其他兩種俘獲中心要穩(wěn)定得多,如同所有的Eγ′中心,這類缺陷的能級大于3.5 eV,但是這種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使它與Si之間的電荷交換變得不是那么容易。與Eδ′和Eγ4′不同的是,Eγ5′更容易俘獲氧化物中的固定電荷。這些固定電荷對MOS器件最重要的影響是引起閾電壓的負漂移,對N溝道MOSFET,這種漂移可以是過零電壓,使CMOS器件一直處于通導(dǎo),引起CMOS器件的漏電流增加;而對P溝道MOSFET,閾值電壓向負電壓方向漂移,到一定程度就會引起CMOS器件截止。

圖1 缺陷結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 界面俘獲

輻射引起的界面俘獲Nit受Si/SiO2界面的硅懸掛鍵缺陷中心Pb支配,最重要的這類俘獲中心被稱為Pb0中心,次要的被稱為Pb1[4]中心。圖2是Pb0和Pb1界面陷阱缺陷在硅(111),(110)和(100)方向的示意圖。

導(dǎo)致產(chǎn)生氧化物俘獲電荷的三類初始過程與Nit形成的初始過程很相似,但是最終形成懸掛鍵卻依賴于其他的幾個反應(yīng)。最主要的反應(yīng)是傳輸?shù)目昭ū缓瑲涞娜毕莘@釋放出H+,雖然說空穴與缺陷的直接反應(yīng)可以產(chǎn)生界面俘獲,但是實驗上已經(jīng)驗證了在接近和超過室溫溫度時大部分的界面俘獲是由質(zhì)子產(chǎn)生的。此外通過密度函數(shù)的計算也可以證實由空穴直接作用形成的界面俘獲在很多情況下不是主要的。因此Pb中心的產(chǎn)生主要是依賴界面附近存在的H+。

質(zhì)子的擴散或在電場作用下向電介質(zhì)的漂移會使靠近界面Si一側(cè)的氫鈍化懸掛鍵(D)中的氫原子移出形成H2,其反應(yīng)方程式如下[5]:

SiH+H+D++H2(3)

輻射引入的界面態(tài)會改變溝道載流子的散射,從而會使溝道載流子遷移率下降,MOSFET的跨導(dǎo)降低,還會增大截至電流和亞閾值電流,增大噪聲。

圖2 硅(111),(110)和(100)方向Pb0

和Pb1界面陷阱缺陷示意圖

3 先進半導(dǎo)體材料與器件

輻射對MOS器件的影響主要體現(xiàn)在電離輻射對柵介質(zhì)的破壞作用。因此柵介質(zhì)材料和工藝改進是MOS器件輻射加固的重點。隨著CMOS工藝不斷地按比例縮小,SiO2柵介質(zhì)層受到了越來越多的挑戰(zhàn),新興的先進半導(dǎo)體材料與器件也隨之大量涌現(xiàn)。

3.1 深亞微米MOS器件

現(xiàn)有研究結(jié)果表明,較薄的柵氧化層使器件抗總劑量性能變得更加良好。這是因為到深亞微米階段,已經(jīng)很薄的柵氧化層中產(chǎn)生的界面陷阱和氧化層陷阱很少,這就使大尺寸器件中影響輻射總劑量效應(yīng)的主要因素變得不再重要[6]。同時深亞微米CMOS工藝中由輻射引起的閾電壓漂移和跨導(dǎo)下降也減小了,主要是氧化層厚度減薄了,使得俘獲空穴與來自柵/Si界面的電子的復(fù)合加快。

然而隨著器件的按比例縮小,會產(chǎn)生一些輻射引入的新現(xiàn)象和新約束。比如:為了保持溝道電流有可接受的控制能力,必須考慮一些短溝效應(yīng),如漏感應(yīng)勢壘降低(DIBL),柵感應(yīng)漏電流(GIDL)[7]。這時與隔離有關(guān)的場氧化層變成了主要因素,場氧化層中的陷阱電荷,特別是淺能級陷阱電荷Eδ′中心就成為了深亞微米器件輻射效應(yīng)的主要來源。此外,深亞微米工藝采用了一些使柵介質(zhì)遭受輻照并產(chǎn)生電學(xué)損傷的加工步驟,如等離子刻蝕、電子束、離子束及X射線曝光等。它們在氧化物中可能產(chǎn)生直接或潛在的損傷,這些損傷是引入陷阱的原因。

3.2 高k柵介質(zhì)

如今高k柵電介質(zhì)已經(jīng)成為了一種很重要的先進的材料技術(shù),由于增加介電常數(shù)可以增加等效氧化物的厚度Teq。因此選用高k柵電介質(zhì),可以降低由SiO2超薄柵材料直接隧穿引入的柵源漏電流,提高可靠性。目前研究中的高k柵電介質(zhì)材料很多,其中有些材料很有希望,如Al2O3,ZrO2,HfO2,Ta2O5,它們的介電常數(shù)分別為8～11.5,22.2～28,26～30,25～45。

Al2O3具有非常好的穩(wěn)定性和機械強度。而且作為柵介質(zhì)層,它又有很多優(yōu)點,如它有很大的禁帶寬度,在高溫下的熱穩(wěn)定性相當好等。但是Al2O3的介電常數(shù)只有8～11.5。而對VIB族的化合物研究最多的,也最有應(yīng)用前景的是HfO2,由于在熱處理過程中,氧很容易通過HfO2擴散到HfO2和硅的界面與硅反應(yīng),所以HfO2柵極介質(zhì)層和硅襯底之間往往有一層二氧化硅[6]。研究表明,界面層的厚度達到0.5 nm,而二氧化硅的存在會大大降低柵介質(zhì)層的等效氧化層厚度Teq。同時,由于氧化層很薄,很容易產(chǎn)生大的漏電流,從而破壞高介電常數(shù)層。氮被普遍認為可以有效地減少界面態(tài),抑制雜質(zhì)擴散。研究結(jié)果表明,用等離子方法引入氮能夠得到更小的Teq、漏電流、更高的載流子遷移率,同時又能保證好的熱穩(wěn)定性和對硼擴散的抑制能力[7]。界面態(tài)密度和固定電荷密度隨著介質(zhì)層介電常數(shù)的升高而減小,亦隨著Teq的增大而減小。

雖然已經(jīng)廣泛地研究了大量的高k柵材料,然而目前尚無能夠最終取代SiO2的電介質(zhì)材料。因為從制造的角度看,每隔兩代或三代更換一種新的柵介質(zhì)是不實際的,關(guān)鍵的問題是要找到一種能像這樣有近50年歷史的柵介質(zhì)。

3.3 SOI工藝的輻射加固

SOI(Silicon On Insulator)技術(shù)是為了滿足航天電子學(xué)、導(dǎo)彈武器系統(tǒng)控制和衛(wèi)星系統(tǒng)研制需要而發(fā)展起來的一種新型硅材料,由于其獨特優(yōu)勢,能突破體硅材料和器件按比例縮小時出現(xiàn)的限制,SOI被公認為“21世紀的微電子技術(shù)”。采用這種材料制作的CMOS和雙極電路,實現(xiàn)了全介質(zhì)隔離,它與PN結(jié)隔離的體硅相比,具有無閉鎖、高速、低功耗、高封裝密度等優(yōu)點,在抗單粒子特性、抗瞬態(tài)輻照和抗中子輻照等方面也有著體硅電路不可比擬的優(yōu)勢。

SOI材料的制備方法主要有注氧隔離技術(shù)(SIMOX)、智能剝離技術(shù)(Smart_Cut)、硅片鍵合與背面腐蝕技術(shù)(BESOI)、外延層轉(zhuǎn)移技術(shù)(ELTRAN)、區(qū)溶再結(jié)晶技術(shù)、多孔氧化硅全隔離技術(shù)等,而其中SIMOX與Smart_cut是主流技術(shù)。目前比較廣泛使用且比較有發(fā)展前途的SOI的材料主要有SIMOX材料、BESOI材料和Smart_Cut SOI材料[8]。在這三種材料中,SIMOX適合于制作薄膜全耗盡超大規(guī)模集成電路,BESOI材料適合于制作部分耗盡集成電路,而Smart_Cut材料則是非常有發(fā)展前景的SOI材料,它很有可能成為今后SOI材料的主流。

與體硅材料的主要區(qū)別在于SOI材料的頂層硅下面存在一層絕緣埋層。因此,當SOI器件受到電離輻射時,除了在前柵氧化層中產(chǎn)生空穴陷阱電荷以及在氧化層與硅界面上產(chǎn)生界面態(tài)電荷以外,在埋層(即背柵氧化層)中也會產(chǎn)生空穴陷阱電荷,并在埋層與硅界面上產(chǎn)生界面態(tài)電荷[9]。這些輻射感生電荷不僅會使SOI MOSFET的背柵閾值電壓產(chǎn)生漂移,而且可能導(dǎo)致器件泄漏電流增加,使器件難以關(guān)斷。

關(guān)于SIMOX FDSOI(全耗盡SOI)工藝最新研究表明,在最差的配置條件下,當總劑量達到100 krad時前柵閾值電壓漂移大約為360 mV[10]。這種工藝的埋層氧化物厚度為330 nm,柵氧化層的厚度為15 nm。圖3所示為不同柵長SOI器件,當輻照總劑量達到100 krad和300 krad時測量得到的I_V曲線。NMOS/SOI總劑量的效應(yīng)會導(dǎo)致單個晶體管產(chǎn)生永久的閉鎖效應(yīng)。

圖3 不同柵長SIMOX FDSOI工藝,輻照總劑量為100 krad和300 krad時的I_V曲線

4 結(jié) 語

從已有的數(shù)據(jù)分析可以得出,未來電子設(shè)備的總劑量效應(yīng)仍然是存在的。對采用新工藝、新材料制備的電子器件,系統(tǒng)的測試和分析還是必要的,尤其是按比例縮小,對柵氧化層的加固,SOI,深亞微米CMOS器件能否通過輻射測試對未來電子學(xué)發(fā)展至關(guān)重要。

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