技术前沿
我国研制成功面向 3mm 波段的 InGaAs/InP
双异质结双极型晶体管
近日，中国科学院微电子研究所微 波器件与集成电路研究室（四室）金智 研究 员 领 导的 课 题 组 成功 研 制 出 面向 3mm波段的 InGaAs/InP双异质结双极 型晶体管。 毫米波频段是满足日益强烈的高精 度探测及高速率数据通信要求的关键资 源。继 8mm 波段（26.5～40GHz）之后， 3mm波段（75～111GHz）成为世界各国 高频技术竞争的制高点。基于固态半导 体技术的毫米波单片集成电路（MMIC） 由于具有体积小、重量轻、高性能及低成 本等优势而被广泛应用。InP基异质结双 极型晶体管是实现3mm波段MMIC应用 最主要的固态半导体器件，是国际工业 界和学术界研究的热点；但由于其技术 门槛高，所以目前只有美国和日本等少 数发达国家掌握了相关工艺技术。 在金智研究员的带领下，科研人员 对 InGaAs/InP 双异质结双极型晶体管 （DHBT）进行了深入的研究。在器件材 料结构方面进行了创新设计，采用较厚 的集电极层以保证较高的击穿电压，采 用 InGaAs 和双层 InGaAsP 复合结构对 能带结构进行剪裁设计，极大地提高了 DH B T 器件的高频性能；在工艺技术 上，开发了HBT的钝化和平坦化等关键 技术，有效提高了器件性能。在研究过 程中，开发了全套的亚微米 I nGaAs/ InP DHBT 工艺，研制成功的 DHBT器 件击穿电压大于6V，最高电流增益截止 频率达到 176GHz，最大振荡频率高达 253GHz，均创造了国内记录，并且满足 了进行 3mm 波段 MMIC 电路设计的要 求。高性能 DHBT 器件的研制成功，对 于推进我国 3mm 波段器件和电路的应 用和发展具有重要意义。更多信息请参 考 http://www.ime.ac.cn/。 ——王丽英美开发出可弯曲光线的新型隐身材料
近日，美国加利福尼亚大学伯克利 分校的研究人员开发出一种新型材料，可 在纳米尺度上让可见光弯曲，这使得人类 向梦想中的“隐身衣”又前进了一步。 要想制造出隐身衣，就必须使光线 绕开物体传播。就像河水流过岩石一样。 观察者可以看到被“隐形”后的物体后面 的光束，这就使它看起来好像消失了一 样。物质要达到这种壮举就必须将其周 围的光线很平滑的弯曲。而自然界中是 没有这种材料的。近些年来，研究人员曾 合成出类似的具有负折射率的“超级材 料”，试图利用材料特殊的光学特性，使 光弯曲。但先前的研究成果均存在局限 性。比如，有的只能使微波光线弯曲，而 这个波长范围内的光线对人眼来说原本 就不可见。有的则只能使光线实现二维 弯曲。 加利福尼亚大学伯克利分校最新研 制的这种“超级材料”在纳米尺度上实 现了可见光的三维弯曲。这被看做一项 突破性进展。据该研究小组介绍，这一 新材料可用于开发“超级透镜”，能够让 人们看清小到一个分子的目标。当然， 人们最感兴趣的还是它的“隐形”功能， 除了让科幻成真，这种隐形材料将来在 军事领域也将大有用武之地。 这 种 新 材 料 具 有 多 层 、 鱼 网 状 结 构，由银和镁的氟化物交替分层构成。 新材料可在范围极广的光波长中呈透明 状。研究人员说，虽然目前他们只是在 纳米尺度上实现了“隐形”，但从理论上 讲，同样的原理在正常尺度下也应该能 实现。更多信息，请参考http://www. berkeley.edu。 ——王丽英专题特写：软件设计
软件测试自动化的新进展
风河系统公司 韩青 如今的电子设备中所包含的软件代 码量动辄达到数百万行。用不了几年， 设备 软 件 代码 量 又 会 成倍 增 长 。因此 SQA (Software Quality Assurance， 软件质量保证)比以往任何时候都更为关 键，也更加困难。为了将设备质量缺陷 消灭在萌芽状态，从而大幅降低设备上 市后的风险，电子设备制造商需要更先 进的工具来管理、监控和优化其质量保 证工作。 而长期以来，软件测试是整 个设备软件生命周期中最薄弱的 环节。由于缺乏有效的测试解决 方案，设备制造商不得不自己拼 凑各种测试小工具，不仅要花费 大量的时间，而且使用成本也很 高。可喜的是目前，市场上出现 了一些专门针对此类矛盾的测试解决方 案。基于此类产品，设备制造商可将其 SQA(软件质量保证)自动化水平大大提 升，从而从整体上改善软件代码质量， 缩短代码测试周期。 为了满足软件测试与质量保证的特 殊需求，设备制造商发布了各种测试自 动化 解 决 方案 — — 如 美国 风 河 公 司的 Wind River Test Management，其 设计目标就是帮助设备制造商大幅缩短 测试时间、压低产品开发成本，并且更 快地将新产 品投放市场 。其中，T e s t Management 套件则是一个可扩展的分 布式软件测试系统，支持动态测试和缺 陷快速辨识。此外，它还将能够实现软 件质量控制（QA）流程的自动化，从而 全面提高代码质量。 解决方案中可扩展的分布式测试框 架部分，可以把设备软件开发人员与质 量保证人员整合起来，形成一个智能化 的协作型工作流程，从而使得整个开发 与质量保证团队可以有效地实施测试和 性能分析，并且快速解决在测试过程中 发现的问题。而且，这个新的测试流程 一旦形成，就可以重复性地运作，使软 件测试、缺陷检测和纠正工作越来越顺 畅。此类系统中有一个非常好的机制来 支持整个团队共享测试数据，打破了开 发团队与测试团队之间的隔阂，从而极 大地提高了协作水平。例如，当 QA 人 员发现一个问题，开发人员立刻就可以 获得详细的日志（Log）和故障数据，很 快地在自己的开发环境中再现发生问题 环境。 总结一下，大部分的各种软件测试 自动化解决方案主要通过以下 4 个方面 来加速软件测试进程： 第一、测试。提升功能、性能和代 码覆盖方面的测试效率； 第二、自动化。自动实现嵌入软件 加载，自动部署测试套件； 第三、诊断。利用诊断数据 从根本上实现缺陷、死锁和崩溃 原因的隔离； 第四、解决。直接采用打补 丁的方式解决问题，不需要系统 重建，从而节省了宝贵的 QA 时 间资源。 如果一个测试人员可以同时编写、 执行和管理更多的测试项目，他就可以 发现更多的缺陷。软件测试套件提供一 个更 容 易 创建 、访问 和 部 署测 试 的 框 架，而且解除了与远程设备互连和报告 结果是所遇到的种种麻烦。此类套件还 可以帮助测试人员组织和分配工作量， 一边他们在同一个时间段里面完成更多 的测试任务。最有意思的是，软件可以 帮助测试人员编写出更高水平的测试任 务，发现更多的缺陷。专题特写：软件设计
许多 QA 团队只是把产品作为“黑 箱”来进行测试，因为以这种方式他们 不必花精力去理解软件代码的细节。采 用类似Wind River Test Management 的此类套件，QA 团队可以采用效率更 高的“白箱”法，了解更多的内部结构， 却不 必 耗 费太 多 的 时 间去 了 解 代 码细 节。例如，测试人员可以观察代码覆盖 概貌，标示出尚未进行测试的那些功能 模 块 ， 然 后 采 用 “ 故 障 注 入 （ f a u l t injection）”技术设定新的条件去执行和 测试这些功能。 在使用此类测试软件的过程中建立 的测试及数据库可以方便地用于设备投 入使用后的支持与服务。例如，Wind
River Field Diagnostics 模块是 Wind EPC
River Test Management 套件中的一 个产品，能为技术人员提供一个用于监 控设备运行状态和健康度的综合平台， 便于快速地诊断和修复设备故障。它将 设备的运作信息以加密的方式进行采集 和管理，能够支持上千个客户端设备的 同时部署，同时它基于安全的标准化等 级体 系 架 构，全面 支 持 各种 关 系 数 据 库、J2EE 应用服务器和 Web Service 技术，实现了企业级的可扩展性。在产 品投 入 使 用后 ，可以 支 持 产品 用 户 和 OEM 厂商协作进行维修维护。这种方 法 将 D S O ( D e v i c e S o f t w a r e Optimization，设备软件优化)的概念从 产品的研发阶段延伸到了产品的使用和 售后服务阶段。 结束语 软件是一项高复杂度的、不断演变 的产品。软件管理、监控和质量测试的 方法与过程也是不断变化的，而且常常 是难以捉摸的。因此，软件测试和质量 保证是设备制造商的一项严重的挑战。 大量的设备制造商都表示，软件测试是 他们产品研发工作中最大的痛点（Pain Point）,软件质量保证是一个持续变化并 且难以达到的目标。通过具备上述功能 的一些套件，设备制造商将会大幅缩短 测试时间、压低产品开发成本，并且更 快地将新产品投放市场。同时，它还可 以提高软件质量控制（QA）流程的自动 化程度，全面提高代码质量。
专题特写：软件设计
针对 S698 系列处理器的 Windows 平台
集成开发环境
Orion4.0
的设计和应用
珠海欧比特控制工程股份有限公司 龚永红 王超 李付海 颜军 目前S698系列处理器在电子、通信 以及航空航天等领域有着广泛的应用， 但还没有基于这种架构的 Windows 平 台集成开发环境，Orion4.0正好填补了 这一空白。本文主要介绍如何利用可扩 展 的 J a v a 开 发 平 台 插 件 机 制 实 现 Orion4.0，同时演示如何利用这个集成 开发环境进行高效率的开发。 传统的开发流程 文本编辑器编写程序→选择编译工 具编译→选择调试工具调试(Debug)→ 再编译→再调试……编译通过→连接→ 运行。如果要烧写程序，还需要选用额 外的烧写工具。 这种开发流程的缺点是程序非常复 杂，而且调试困难。它的操作都是通过 命令行完成的，让人有种难以接近的感 觉。举个简单的例子：当执行完编译操 作后，控制台只是麻木地把编译信息打 出，告诉你第几行出了错误，你要返回 去逐行检查，找到出现错误的行数，然 后再调试；或者你发现错误的原因只是 把一个关键字给拼写错了……这样无形 中延长了开发的时间，也影响了开发人 员的情绪。 新的开发流程 用工程管理器选择开发的工程类型 →源码编辑器编写代码(自动编译)→调 试→运行→烧写。这就是使用Orion4.0 进行嵌入式开发的开发流程，它为针对 S698系列处理器的嵌入式软件开发提供 了一整套的解决方案。 Orion4.0的操作都是图形化的，不 需要使用命令行，对新手来说，非常容 易上手。 流程的简化，得益于以下这些功能 部件的有机结合。 工程管理器：图形化的工程管理工 具，负责 应 用 源程 序 的 文 件组 织 和 管 理，自动帮你选择好需要的编译、连接 工具。 源 码 编 辑 器 ： 标 准 的 文 本 编 辑 功 能，支持语法关键字、关键字色彩显示 等（这样就会提醒你关键字的录入是否 有错误），还可以显示行数、支持函数和 编译的搜索，这对大型开发项目来说非 常重要。 编译工具：专门针对S698系列处理 器的 sparc-rtems-gcc 编译器和 GNU 的 GCC 编译器，并经过优化和严格测 试。 调试器：源码级调试，提供了图形 和命令行两种调试方式，可以进行断点 设置、单步执行、异常处理，也可以查 看修改内存、寄存器、变量等，还可以 查看堆栈和进行反汇编等。在跟踪调试 时可以任意切换C语言级调试或汇编级 调试。这些功能已经完全可以满足一般 使用者的要求，但Orion4.0并不仅限于 此，它还提供了强大的软件模拟器让你 在没有硬件平台的情况下也能进行软件 调试开发。 简单为美的设计理念 软件学向来推崇以简单为美，因为 复杂的东西是难以操纵的，如何简化开 发的流程是 Orion 设计之初最先考虑的 问题。 下 面 用 O r i o n 4 . 0 的 工 程 向 导 （Wizard）部分举例，说明流程是如何 被简化的：在新建工程时，用户需要选 择工程类型，如图 1 所示，不同的工程 类型对应不同的工具链，如图2所示，工专题特写：软件设计
具链会指定在工程运行的时候所需要的 编译器、连接器、调试器等工具，以及 这些工具的默认最优参数。也就是说， 用户在开发的整个过程中对工具的选择 和配置只需要操作一次，这些信息会一 直保存，直到工程被删除。 为了方便用户的使用，Orion4.0还 设计了很多辅助功能，比如：图形化界 面设置 RTEMS 参数，图形化烧写参数 设置，一键烧写功能等。 当然，Orion4.0还提供了详细的帮 助文档。 1 解决方案的设计模型 用户操作如何传递给编译器？编译 完成后错误和警告标志如何能正确无误 的出现在对应的代码行上？这些都需要 非常复杂的处理过程。但大致来讲，它们 都是按照图 3 所示的设计模型完成的。 根据图 3 所示模型图，可以推断出 使用工具链(ToolChain)管理的设计思 想。以下是对模型图的简要说明： ①UI是用户接口，这部分是交给用 户自己来控制影响 Build model，最简 单的例子就是在同一个工程里面，可以 通过图形界面指定哪些文件编译，哪些 文件不编译；② Makefile generator 是 Makefile 生成器；
③ CDT Parser 是二进制解析器， 这是 Windows下用 GNU工具编译程序 所必须的；
④ Tool Integrator 是 GNU 工具链 集成器和其他东西，比如编译器 sparc-rtems-gcc。 设计工作主要是依照这样一个模型 来完成，模型中有要处理的工程的配置 管理信息，然后 Makefile generator 采 集这些信息，让它的Project工程中每个 子目录生成对应的 Makefile，模型的配 置是可以变化和影响的，而默认的配置 是由 plugin.xml 文件指定的。 2 开发应用实例 ① 具 体 的 应 用 例 子 现在简单列举一个编程例子来演示 此开发平台的功能效果。按照一般教程 的惯例，我们选择列举 Hello World 这 个例子，向世界问好。 如果不想为一个入门的例子特意去 找一个硬件平台，可以使用软件模拟器 来模拟S698系列处理器的硬件平台；如 果程序涉及外设硬件操作，就只能连接 硬件平台并使用硬件调试器了。 首先，打开开发环境并选定一个工 作区，参照图 1，在Orion C下选择Bare C Project，新建一个 test 工程，然后单 击“NEXT”按钮。 Bare C Project 选项生成的工程， 就是纯粹的在 SPARC 架构平台上运行 的 C 工程；而 Rtems C Project 选项生 成的工程，就是带 RTEMS 操作系统运 行的 C 工程。它们的本质区别就是工具 链的配置不同。而用户可以通过自己的 配置来影响编译配置，这也印证了图 3 工具链配置管理模型图所表现的 UI 功 能。 在Project Type中已经默认选择了 工具链 O r b t a . i n c ( s p a r c - r t e m s toolchain，link whitout rtems-OS)， 继续单击“N E X T ”按钮，然后单击 Finish 按钮，建立工程。该工程里有自 动生成的代码，用户可以修改编辑。就 这样，用户没有写一行代码就生成了想 要的程序。 现在可以看到的是编辑器支持语法 关键字的色彩显示。其实编写程序代码 的过程中，编辑器具体的显示色彩可由 图 2 工具链
图3 工具链配置管理模型图(Build Model schema)
专题特写：软件设计
用户自由编辑，同时具有程序语法的自 动纠错功能。这样既方便了代码编写， 又提高了代码的编写质量。 如果程序没有出现预期的结果，就 需要进行调试。Orion4.0强大的调试功 能允许用户对程序进行单步跟踪，设置 断点，观察变量，察看堆栈等。 Orion4.0 支持以下的调试方式： ● Simulator 调试模式； ● SMON 调试模式； ● Debug monitor 调试模式。 ② 调 试 现在大概了解一下调试的方式。 在工程生成的EXE文件中点右键，选 择“Debug As”，选择“Debug”，在弹出 窗口中的“C/C++ Application running on Simulator/SMON”项中右键选择 New（或双击）以新建调试环境，然后根 据不同的调试模式做好相应的设置，设置 完成后直接在“Debug”设置窗口单击 “Debug”按扭启动调试，如图 4 所示。 因为要展现工具的功能，我们稍微 修改了一下程序，增加了一个 int 的变 量。从图 5 可以看到单步调试的浅绿色 亮条，反汇编的代码，还有追踪变量的 窗口。当然这些只是Orion4.0的一小部 分的功能。 结束语 作为术开发人员，总是希望自己手 中的工具既方便又强大，从而摆脱琐碎 的操作环节，专注于编程，而 Orion4.0 就能够实现这个想法。另外，该开发平 台是可以扩展的，你可以在这个开发平 台上使用任何一种编程语言。 图4 调试环境设置 图 5 debug 界面 EPC专题特写：软件设计
改变设计方法
Altium 公司 Marcelle Latrise-Douglas
智能且长期的解决方案 在良好的设计实践和公司业务之间 保持平衡以保护公司未来的发展，是一 个充满挑战的过程。以前，电子设计人 员通过洞察本行业将要发生转变的时机 并在成为开发人员和系统架构师之前首 先成 为 精 明的 生 意 人 来保 持 其 竞 争优 势。然而技术创新一直不断地推动着设 计工艺的发展，在其成为主流技术之前 仍然必须被行业广为接受才行。 发生变化的是所有这些创新所带来 的复杂程度。电子产品设计更为成熟， 产品技术市场化的动力增加了。压力不 仅仅 来 自 于应 对 这 种 日益 增 加 的 复杂 性，而且还来自于寻找到更为智能且长 期的解决方案，以保持这种竞争优势并 保护这种增长性。 改变设计方法 由于微处理器的出现，许多改进使 得产品具有更小的体积、更快的速度， 而设计的复杂程度也随之增加。由此带 来的结果是设计电子产品不再是一件容 易的事情——现已成为一个如何创新地 管理不断增长的设计复杂程度的问题。 不幸的是，电子设计和开发工具并未经 历如此空前快速的变化。昔日的解决方 案已不能满足我们的需要，而今天的设 计方法即将达到收益递减点。 我们面临的危险情况是：对复杂性 的管理已经转移了我们进行创新设计的 注意力。这种影响是多重的，因为当前 可用的器件技术和市场需求一并将我们 转移到现有的设计方法和工具可扩展性 之外。寻遍现有选项，我们仅有几种选 择，其中的大多数并不依赖于对未来增 长或增长潜力的任何形式保护。提高现 有工具的特性集只会使集成过程更为复 杂和困难，而雇佣具有适当技能的工程 师费钱又耗时。 着手电子开发重新评估为时过晚。 也许，最大的障碍是在我们的心里，还 有就是我们如何感知硬件和软件之间的 差异。 一切归结：软件问题 解决方案的复杂开发问题在于通过 隐藏设计器的复杂程度，提高板级工程 师们进行设计工作的抽象级别。于是， 可以全新的方法来处理较大的系统，并 且不会延长相同集成电路的开发时间， 如：在板级和简化软件工程师们开发工 作的高级编程语言级别上降低复杂性所 带来的那样。其中的创新也就是将集中 于硬件上的注意力转到软件上来，而开 发时间并未因此而延长。 由于硬件同软件之间的界线日益一 体化，从而使得设计不再是单独地基于 硬件。通过使作为物理硬件的组成部分 被一次性集成至器件中的东西，成为现 在的 可 编 程部 分 ，低成 本 、高容 量 的 FPGA 便具有了改变我们设计方法的潜 力。这种“软设计”将注意力集中在电 子产品开发上，因此符合逻辑，其将器
本文提出了一个构建更加智能的电子产品的全新观点。软
硬件领域之间界线的模糊，及其对设计工程师们的统一设计方
法产生的实际意义，均将在本文中进行讨论。
图 1 PCB 到 FPGA 流程图专题特写：软件设计
件智能分离于被编程的物理硬件，并且 避免了许多长久以来同依赖硬件的解决 方案有关的电子陷阱，例如，无法轻易 在开发末期作任何改变。 于是，同硬件结合的软件就成为新 型统一设计范例的一个固有部分。诸多 可重新配置硬件平台正推动对电子开发 范例进行重新定义，并说明了“软设计” 潜力日益增长的重要性。 电子产品的进化见证了分立器件使 微处理器直至 FPGA 成为可能。最近可 编程硬件的大发展具有将更为一体化的 概念扩展到更广泛的电子产品应用的潜 力。 以一种新视角看待硬件 此类方法可以让我们探索许多现有 技术以外的技术，而所需要的就是一个 合适的设计环境。到目前为止，对于电 子设计的观点并未统一，并且都将注意 力集中于器件，因此开发工具发展也是 遵循这一模式。一般的印刷电路板设计 观点均是基于选择配置在其上面的处理 器或 FPGA。例如，使用传统的硬件方 法和工具，并且不用经过重写低级代码 或带入高效运算法则这一不可避免和令 人痛 苦 的 过程 时 ，尝试 提 升 系统 的 性 能。这样做既费时又费钱。但是到目前 为止，硬件平台（即合并所有预构建电 路，包括微处理器和逻辑芯片）的设计 已成为一个独立于实际器件智能创建的 过程。 采用“软”方式带来了一些主要优 点，例如，更全面的设计同步、设计复 用和一个统一的方法。由于设计人员可 以在不必构建硬件来支持设计功能性并 且不必对其做太多考虑的情况下，混用 其硬件及软件方法，因此更高一层次的 抽象和设计自动控制可以得到较为高效 的运用。在软件开发工作开始之前，不 再需要“固定”硬件平台设计，也不再 需要在一个紧促的开发周期内费时费力 地做一些微小的改动。取而代之的是一 个互动的设计方法，在不增加设计时间 情况下容许进行多次试验及开发的种种 “如果”假定。注意力、努力及资源可以 转移到更高一层次的设计实践中，而这 才是其价值所在。实现这一研发过程所 须的只是合适的设计环境。 尽可能通用的解决方案 在可选用的解决方案中，大多数都 是一些针对具体厂商的点工具，如果这 些工具的部署是作为公司中一个统一、 集成设计流程的组成部分，其潜能几乎 都没有完全发挥出来。电子设计的确可 以受益于新思维，例如，将互利技术集 成到一个单一设计环境中，而非数个单 独的设计环境中。通过容许在一个单一 系统中对电子产品开发的所有方面进行 设计和管理，极大地促进了主流开发工 作，从而加速设计到产品的转化。使用 传统的点工具不能实现新型创新设计， 同时 ，应考 虑 运 用更 多 的 全 新设 计 流 程。 一个更为统一的方法容许设计人员 将注意力集中于更高层次的应用，并在 不牺牲创新或增加设计次数的情况下重 复使用其已有工作以及第三方技术。为 了实现这个概念，必须具有支持其设计 的系统和基础架构，并需要重新定义我 们对设计流程的看法。 EPC中国闪联标准成国际标准
中国闪联标准日前以 96% 的高支持率顺利获得通过， 正式成为国际标准。这是我国在信息技术领域第一个国际 标准。目前，闪联产业联盟成员已达 115 家。 闪联标准的推广主要是为了克服不兼容难题，使用户 的各种3C设备可以智能互联。闪联公司总裁孙育宁透露，闪 联已经完成了 1.0 标准，目前启动了 2.0 标准的制定。 借助闪联协议，手机可以直接在大屏幕上演示 PPT 文 件；诺基亚 symbian 系统手机和使用了 windows mobile 系统的手机在下载免费的闪联软件后，也可以实现与其他产品的 互联互通。 据了解，截至去年年底，根据闪联标准生产的各种品牌 的闪联台式电脑、闪联笔记本、闪联电视、闪联投影仪等累 计销量突破 500万台。为了让更多人使用闪联产品，同时与 海外的标准争夺市场，“把鱼养大”，闪联标准目前是免费 授权企业使用的。
技术追踪
快速发展的电池充电器 IC
李晓延 锂离子电池因高能量密度的特点越 来越受到人们的欢迎。但是，再强劲的 锂离子电池也有能量耗尽的一刻，只有 跟充电器完美的配合，它才能发挥最大 潜能。于是，在锂离子电池大放异彩的 今天，充电器芯片也得到了越来越多的 关注。 多方面的挑战 锂 离 子 电 池 的 容 量 还 在 不 断 地 增 大。而且，在很多场合中，多节锂离子 电池要串联或并联在一起供电。在这种 情况下，快速充电能力就成为了衡量充 电器 IC 的重要因素。而充电器 IC 的充 电速度主 要由充 电电流 来决定， 所以各家厂商都在尽力加大充电 器 IC 的快充电流。其次，充电器 IC 的效率也是个重要问题。特别 是在能源紧缺的大环境下，如何 提高充电器的效率就显得尤为重 要了。第三，充电器 IC的灵活性。 因为锂离子电池的充电过程是非 常复杂的，这就要求充电器IC能有相适 应的办法。而且，各种终端设备的用电 情况也不相同，使得充电器要有很强的 适应能力。第四，则是充电的安全问题。 近两年内，有关锂离子电池自燃、爆炸 的事故经常出现。虽然大多事件跟充电 无关，但充电的过程中这个危险也同样 存在。过流或过压的情况都会使锂离子 电池的温度陡然升高，最后燃烧爆炸。 所以 ，安全 性 问 题是 绝 对 要 倍加 重 视 的。最后，充电器的小型化趋势明显，这 就同时意味着充电器 IC 在功能更加丰 富的同时，继续缩小自己的尺寸。 活跃的充电器 IC 市场 虽然挑战诸多，但充电器IC的市场 还是非常诱人的。据有关方面统计，中 国去年全年就生产了几亿个充电器，而 这个数字在今后还会继续增长。所以， 各个电源芯片厂家纷纷推出各式充电器 芯片。在本年内，就有多款芯片问世。这 其中，有 Freescale 公司的 MC3467x 系 列，M a x i m 公司 的 M A X 1 7 0 0 5 / MAX17006/MAX17015，Linear 公司 的 LTC4061，TI 公司的 bq24083 等。它 们除了具备快速充电，高效率和多重防 护能力外，并还有着自己的特点。比如， MC3467x系列就内置了寄存器，可以根 据客户的需求，在生产流程结束时对管 脚输出、功能集和充电参数、LED 指示 灯进行定制，从而组合成数百种配置， 满足多种应用。图 1 是 MC3467x的简明 结构。 精确控制 前面提过，锂离子电池的充电过程 比较复杂。在充电初期，充电器要以恒 定电流充电，直到电池电压达到充电电 压限度。该阶段一般能完成 60%～70% 的充电量。然后，电池再以恒定电压进 行充电。此恒压值一般处于4.1～ 4.2V之间，电压准确率要在±1% 之内。此处就是体现充电器 IC 功 力的地方，优秀的充电器 IC，其 电压准确率都很高。以 MC3467x 系列为例，MC34671和MC34673 在 -20～+70℃温度范围内的输 出电压精度为± 0.7%(室温下为 ± 0.2%)，在-40℃～+85℃温度范围内 的充电电流精度为± 5% 和± 6%。精确 的电压控制使得电池在不受损害的条件 下，可以充至最大电量。这样既延长了 电池寿命，又减小了能耗损失。 在恒流和恒压充电方式之外，锂离 本文由 飞思卡尔半导体公司 赞助 图 1 MC3467x 系列内部结构技术追踪
子电池还存在一种充电模式，那就是涓 流充电。这种方式存在的原因是存放很 长时间的已放电电池可能处于深放电状 态，对其进行大电流充电，会造成一定 损害。在这种情况下，在进行完全充电 过程之前要先来一段时间的小 电流充电。对于 MC3467x 系 列来说，当电池电压小于涓流 模式阈值电压的时候，涓流充 电模式启动，芯片以恒流充电 电流 20% 的大小来进行充电。 对于充电器 IC来说，对充 电过程的控制是最为重要的。 以 MC3467x 系列为例，在最 后的恒压充电过程中，当充电 电流降至 EOC（充电截至）电 流的时候，充电 IC 会通过 CHG 信号通 知用户电池已充满，但是充电过程并没 有终止，芯片会继续输出精确的锂电池 充电终止电压4.2V，并对电池电压继续 监控，当其低于再充电电压阈值时（负 载电 流 大 于恒 流 充 电 电流 导 致 电 池放 电，电压下降），充电器会重新发出充电 信号，将电池恢复到满充状态。整个充 电过程如图 2 所示。 对于充电器 IC来说，充电电流是可 以设定的。通过调整外接电阻，就可改 变输出电流。另外，像 EOC 电流、再充 电阈值、涓流充电压阈值也都是可以设 定的。这样，就使得充电器 IC 的适应性 大为增加。 多重防护 对于充电器来说，最容易出现的问 题就是错接 AC 适配器，过高的输入电 压会损害充电器。为此，很多充电器都 调高了可接收的输入电压。如MC3467x 系列，其能接收的输入电压就为28V。这 样就使用户不用担心错接 AC 适配器。 当然，防护的重点还是在充电过程 中。首先，要防止充电电压超过锂电池 额定电压。其次，要防止恒流充电时的 电流过大。再次，在大电流充电的场合， 充电器要有检测电池温度的电路及温升 速度(Δ T/ Δ t)电路，若电池达到某一 设定温度或温升速度时，会自动终止充 电，防止出现不安全情况；为 了安全，充电器还设有充电 定时器，以防止充电时间过 长所带来的损害。对于具体 的产品来说，像 MC3467x 系 列，其就具有过压保护、超时 检测、充电电流热过载保护 等功能。并且，这些功能的阈 值参数也可以设定，极大方 便了用户的调试和使用。 结语 充电器 IC的发展趋势就是精确、安 全和小型化。同时，还有更加多的数字 技术融入其中。像是 I2C 接口，已经出 现在很多芯片其中了。而且，取电方式 也从单一的适配器向 USB 兼容方向发 展。相信随着微电子技术以及电池技术 的发展，充电器IC还会有更大的发展空 间。 EPC 图2 充电过程电压曲线聚合物锂离子电池
聚合物锂离子电池是指电解质使用固态聚合物电解质 （SPE）的锂离子电池，由于 SPE 质轻、易成膜、粘弹性好， 避免了电解质的泄漏，与液态锂离子电池相比，具有安全性 能高、重量轻（比同等规格的液锂电池轻 20%～40%）、容 量大（比同等规格的液锂电池高 5%～15%）、体积小、易 塑性高等优点，尤其适用于通讯产品如手机、PDA、笔记本 电脑等，被公认为是最具发展潜力和应用市场的电池产品， 与其他可充电电池相比，其重量能量密度、体积能量密度和 寿命几个电池关键技术指标优于其他电池。 日本索尼公司于 1991 年率先商业化生产锂离子电池、 1999 年生产聚合物锂离子电池，至今，包括聚合物锂离子 电池在内的锂离子电池市场约每年 12 亿美元。其中，聚合 物锂离子电池占据锂电池市场份额由1999年的1.22%增长 到 2005 年的 11.76%，未来两三年内有望增长到 20%～ 25%，产品市场保持稳步发展的趋势。技术追踪
霍尔效应及其非线性修正
田亚平 霍尔效应 当一块通有电流的金属或半导体薄 片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就 会产生电位差，这种现象就称为霍尔效 应。两端具有的电位差值称为霍尔电势 UH，其表达式为 UH=K·Ia·B/d 其中 K 为霍尔系数，Ia为薄片中通 过 的 电 流 ， B 为 外 加 磁 场 ( 洛 伦 兹 力 Lorrentz)的磁感应强度，d 是薄片的厚 度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低 与外 加 磁 场的 磁 感 应 强度 成 正 比 的关 系。其中，磁场中金属板的霍尔效应，纯 金属的霍尔系数比较小，而半导体材料 的霍尔系数要大几个数量级，因此一般 使用硅、锗、砷化铟、锑化铟等半导体 材料作为霍尔元件。 其中，无接触传感将是大势所趋， 在无接触型传感器中，凭借着高可靠性 等优势，霍尔效应传感器(Hall Effect Sensor)在汽车领域也赢得广泛的应用空 间。霍尔电流传感器的优点是电路形式 简单，成本相对较低。缺点是精度，线 性度较差，响应时间较慢，温度漂移较 大。本文主要针对霍尔电流传感器的非 线性问题讨论了减小非线性度的修正方 法。 修正方法分析 现以集成 S-5711ANDL-I4T1G霍 尔传感器为例说明修正方法。 1 S-5711A 简介 S-5711A 系列是采用 CMOS 技术 开发的高灵敏度、低消耗电流的霍尔IC (磁性开关 IC)。可检测出磁束密度的强 度，使输出电压发生变化。通过与磁石 的组合，可进行各种设备的开/关检测。 ① S - 5 7 1 1 A N D L - I 4 T 1 G 引脚 排 列 图 如 图 1 所 示 。 ② S - 5 7 1 1 A 工 作 特 性 S-5711A 系列霍尔 集成传感器 的工作特性 曲线如图 2所示。若将磁 石 靠 近 传 感 器 I C ， 针对此 IC的标记面，当垂 直 方 向 的 磁 束 密 度 超 过 BOPN或 BOPS时，VOUT从 “H”转变为“L”；若将磁 石远离此 IC，当磁束密度 低于 BRPN或 BRPS时，VOUT 从“L”转变为“H”。 由霍尔开关集成传感器的一般工作 特性可知，磁滞BH对开关动作的可靠性 非常有利。霍尔开关集成传感器的工作 特性曲线反映了外加磁场与传感器输出 电平 的 关 系。当外 加 磁 感应 强 度 大 于 “开”的磁感应强度时，输出电平由高变 低，传感器处于开状态。当外加磁感应 强度小于释放点“关”的磁感应强度时， 输出 电 平 由低 变 高 ，传感 器 处 于关 状 态。 此类传感器的优点是：不受磁石极 性影响，可减少在生产组装时的人为出 错；从机械式转到 IC 开关，其消耗电流 低也是一个优点。而其应用环境也很广 泛，主要包括手机（滑盖 / 开合盖 / 翻 盖）等须以感应开合盖或开合组件实现 整机系统或模块开关功能的各种场合。 2 修正方法 S-5711ANDL-I4T1G集成传感器 本文由Seiko Instruments (HK) Ltd. 精工技术有限公司赞助 图 1 S-5711ANDL-I4T1G 引脚排列图 图 2 S-5711A 工作特性技术追踪
具有高灵敏度，工作温度范围宽(-40～ +85℃)等特点。通常，霍尔电压 VOUT与 磁感应强度 B 为非线性关系，其绝对线 性度为 29%。且存在不平衡电压 UHe，如 果使用不当，必定会影响检测系统的精 度。S-5711ANDL-I4T1G 芯片内部电 路原理如图 3 所示。 其输出电压由下式所确定: UH=KHIHBcos θ +KeIH 式中 KH——霍尔灵敏度 IH——霍尔传感器驱动电流； B ——磁感应强度； Cos θ——元件平面法线与 B 的夹 角； Ke———不平衡系数。 KeIH=UHe称为不平衡电压，（UHe/ UH））×100%称为不平衡率，设其为Re。 一般霍尔元件的 Re为± 10% 左右。KH 和由被检 电流产生 的 B 均为非线性因 素。消除不平衡电压和改善的非线性度 的电路如图 4 所示。图 4 中的电流 I 相当 于被检测电流，芯片 3 脚不用。改变电 流 I就是改变了磁感应强度B。测试曲线 如图 5 所示。 图 5 中：曲线 1：R14=0；曲线 2：R14 →∞；曲线 3：R14=100 Ω。直线 4 称为 理论线性度拟合曲线，是原点（0，0）和 限量点 Q（3.8，2.4）的连线。曲线 1 没 有加校正电位计 RP1，这时不平衡电压 UHe=0.3V，不平衡率为 Re=（UHe/UH） × 100%=(0.3/2.4)× 100%=12.5%。 对线性度进行分析如下。 线性度是测量系统静态特性对选定 拟合直线 y=b+kx 的接近程度。 δL=（| Δm|/Ym）× 100% 式中Δm——静态特性与选定拟合直线 的最大拟合偏差； Ym—— y 的限量值。 确定拟合直线的方法不同，δL也不 同。本文采用绝对线性度方法，这种方 法得到的值一般比最小二乘法线性度的 要大。 图3 S-5711ANDL-I4T1G芯片内部电路原理 图4 消除不平衡电压和改善的非线性度的电路 对于图 5 中曲线 1：| Δm1|=0.7V，限 量值 Ym=UHm=2.4V，由式δL=（| Δm|/ Ym）× 100% 可知线性度δL1=29%，即 对霍尔传感器不加校正电路时，绝对线 性度为 29%，比较大。电路经过校正后， 最佳工作状态为图 5 中曲线 3 ，有 | Δ m3|=0.13V，同理δL3=7.6%，可见线性 度得到很大的改善。图 5 中曲线 2（R14 →∞）：消除了不平衡电压，又获得了良 好的线性度。但同时在同样磁感应强度 下即同强度被检测电流情况下，输出电 压下降，即传感器灵敏度下降，但这个 不足可由后级放大器来弥补。 结束语 通过非线性修正，此设计的霍尔电 流传感器具备了较高的精度和良好的线性 度，实用性强。通过实验和理论分析，文 中设计的电路能找出霍尔传感器的最佳线 性工作状态，并消除不平衡电压。 图 5 测试曲线 EPC霍尔元件及其应用领域
霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其 变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔 效应为其工作基础。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重 量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达 1MHz）， 耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触 点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精 度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件 的工作温度范围宽，可达－ 55℃～150℃。 按照霍尔器件的功能可分为: 霍尔线性器件和霍尔开关 器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象 的性质可分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受 检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为 设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它， 将许多非电、非磁的物理量转变成电量来进行检测和控制。专题特写：测试测量
接地电阻测试仪简介
福禄克公司 何学农 接地电阻测试仪是检验测量接地电 阻的常用仪表，也是电气安全检查与接 地工程竣工验收不可缺少的工具，近年 来由于计算机技术的飞速发展，因此接 地电阻测试仪也渗透了大量的微处理技 术，其测量功能、内容与精度是一般仪 器所不能相比的。目前先进的电阻测试 仪能满足所有接地测量要求。运用新式 钳口法，无须打装桩防线进行在线直接 测量。一台功能强大的地阻测试仪均由 微处理控制器控制，可自动检测各接口 连接 状 况 及地 网 的 干 扰电 压 、干扰 频 率，并具有数值保持及智能提示等独特 功能。 接地电阻测试与发展 最初人们对接地电阻的测量是用伏 安法，这种实验是非常原始的。用安培 计、伏特计的测量方法，在测定电阻时 须先估计电流的大小，选出适当截面的 绝缘导线，在预备实验时可利用可变电 阻 R 调整电流，当正式测定时，则将可 变电阻短路，由安培计和伏特计所得的 数值可以算出接地电阻。 伏安法测量地阻有明显不足之处， 烦琐、工作量大。试验时，接地棒距离 地极为 20～50m，而辅助接地距离接地 至少 40～100m。另外受外界干扰影响 极大，在强电压区域内有时简直无法测 量。 20世纪五六十年代前苏联的E型摇 表代替了伏安法，携带方便，又是手摇 发电机，因此工作量比伏安法简单。 20 世纪 7 0 年 代国产接地电阻仪 问世，如：ZC-28， ZC-29，无论在结 构、体积、重量、测 量 范 围 、 分 度 值 、 准确性，都要胜于 “E”型摇表。因此， 相当一段时间内接 地电阻仪都以上海 六表厂生产的 ZC 系列为典型代表。上 述仪器由于手摇发电机的关系，精度也 不高。 20 世纪 80 年代数字接地电阻仪的 投入使用给接地电阻测试带来了生机， 虽然测试的接线方式同 ZC 系列没什么 两样，但是其稳定性远比摇表指针式高 得多。 而真正接地电阻仪的一个创举是在 20世纪90年代钳口式地阻仪的诞生，它 打破了传统式测试方法。如福禄克公司 生产的 GEO30钳式接地电阻测试，其最 大特点是不必辅助地棒，只要钳住接地 线或接地棒就能测出其接地电阻。上述 地阻测试仪属单钳口形式，具有的快速 测试、操作简单等优点，但也存在精度 不高的缺点，特别是接地电阻在小于 0. 7Ω以下，无法分辨。单钳口式地阻仪主 要用于检查在地面上相连的多电极接地 网络，通过环路地阻查询各接地电阻测 量。GEOX 双钳口接地电阻仪测量范围 和精度均有所提高，比较完善地结合了 传统伏安法测量的特点与钳口法新技术 原理，再运用先进的计算机控制技术， 从而成为当代首屈一指的智能型接地电 阻测量仪。它具有精度高，功能齐全，操 作简便的特点，可广泛应用于电力电信 系统、建筑大楼、机场、铁路、油槽、避 雷装置、高压铁塔等接地电阻测量。目 前在国内邮电、电力、航空等行业都进 行了配置。 图 1 GEO30 钳式接地 电阻测试仪专题特写：测试测量
圆片级测试 MEMS 器件的解决之道
相比传统的 IC 器件，MEMS 器件的特性要复杂得多，在封装之前就需要进行测试
SUSS MicroTec 公司 Frank-Michael Werner 和 Joshuam. Preston
MEMS 产业发展十分迅速，但是人 们常 常 忽 视对 其 的 早 期测 试 。乍一 看 来，MEMS 器件和传统 IC 器件的制造 十分相似，但是，由于 MEMS 器件具有 额外的机械部分（大多是可活动的）和 封装，这些部分的成本通常占其 总成本的大部分，因此 MEMS 器 件的特性比传统 I C 器件要复杂 得多，而且各不相同。 有 很 多 原 因 都 可 以 说 明 在 MEMS封装之前进行测试是有好 处的：封装工艺的成本很高。在 最终封装之后经过测试发现失效 的器件浪费的不仅是资金，而且 包括研发、工艺利用和投片的时 间。在生产的早期就进行功能测 试、可靠性研究和失效分析对于 微系统的商业化是至关重要的，因为它 能够降低生产成本，缩短上市时间。 分段测试目标 在 ME MS 产品开发周期三个阶段 的每 一 阶 段都 有 独 特 的测 试 目 标 和需 求，会产生截然不同的结果。 在产品的研发阶段，要验证器件是 否能够正常工作以及是否可制造。在这 一阶段，圆片级测试能够对器件进行早 期的特征分析，这最高能够将研发时间 和研发成本降低到 15%。此外，可靠性 问题是 MEMS 器件成功实现商业化应 用的关键。因此，在研发阶段进行圆片 级测试是非常必要的。 在试生产阶段，目标是验证大量生 产情 况 下 的可 制 造 性 ，并形 成 一 个生 产 - 设备解决方案，制订量产的测试需 求。这里，通过圆片级测试可以减少研 发时间和成本。 在量产阶段，目标是实现最大的产 能并降低成本。由于 MEMS生产的典型 成品率比IC生产低得多，并且成本分解 表明制造成本的 60%～80% 都是在封装 过程中以及封装之后引入的，因此对于 MEMS 的量产而言，早期测试能够大幅 度降低成本（如图 1 所示）。具体节约的 成本取决于实际生产环境和 MEMS 元 件的类型。 然而，有利于早期测试的标准的、 现成的测试设备对于大多数制造商 而言是很难获得的。除了电气仿真 和电气测量之外，可能还需要利用 光、振动、流体、压力、温度、化 学或应力仿真对器件进行测试。 对于某种输入的仿真，测试人 员除了要检测并测量这种仿真产生 的机械、光学或电信号之外，可能 还需要测量所有这些分类信号。器 件可能需要在一种受控的环境下进 行测试，以保护该器件免受环境的 损坏，或者正确模拟该器件被封装 之后所在的工作环境。 MEMS 测试设备的类型 自从2000年以来，SUSS MicroTec 公司就提供了圆片级测试技术和设备， 支持压力传感器、射频 MEMS、谐振器、 微镜、气体传感器、微辐射热测量计等 器件的圆片级测试。该设备采用了最新 的 MEMS测试技术研制而成，主要受用 户需求的驱动。 图1 MEMS器件的早期测试能够降低成本提高成品率
专题特写：测试测量
当前的圆片级 ME MS 测试系统基 于两种平台：开放式和封闭式。在半导 体行业，圆片级测试是采用圆片探针来 执行的。圆片上的器件必须与探针卡或 单个探针形成可靠的接触，从而与测试 仪形成电气连接。 这种系统执行 ME MS 测试方面的 能力是有限的，但是通过增加适当的模 块进行非电气仿真和 /或检测非电气输 出，圆片探针可以扩展成开放式统一测 试平台，这种平台根据测试需求很容易 进行重构（如图 2 所示）。这种开放式平 台非常适合于测试微分和绝对值压力传 感器、麦克风和微镜。 工作在真空或某些特殊气体环境下 的 MEMS 器件在圆片级测试阶段就需 要这种环境。此外，生长可靠性问题的 研究无法在开放式系统上进行评估；它 们需要精确控制的测试环境。 要想在圆片级进行这些测试工作， 必须将圆片探测器放在一个测试容器中 （如图 3 所示）。该容器可以是真空的或 者充满不同的气体，在测试过程中容器 内的气压可以在高真空和小幅正气压之 EPC 间调节。同时，真空探测器中 的 圆 片 温 度 可 以 控 制 在 -60～200℃之间，或者降低到 77K（液氮）或 4.2K（液氦） 的低温。 与开放式平台类似，封 闭式平台中可以适当增加某 些非电气仿真模块和 / 或非 电气输出值检测模块。这种 封 闭 式 平 台 尤 其 对 于 射 频 MEMS、MEMS 谐振器、微 辐射热测量计和惯性传感器（如加速度 计和陀螺仪）的测试非常有用。 进行之中的工作 今后 ME MS 领域的任务包括最终 封装测试和圆片级测试的标准化、制订 设计规则以简化 MEMS器件的测试、扩 展设 备 和 技术 平 台 以 覆盖 今 后 的 新型 MEMS 器件。 为了应对圆片级 ME MS 测试面临 的挑战，来自业界、研究机构和学术界 的一些 MEMS 测试专家组成了一个开 放式 团体 —— M E M U N I T Y 。利用 MEMUNITY提供的专家资源和技术实 力，过去两年中圆片级测试技术领域取 得了多项研究成果，包括全球唯一的压 力容器探测系统。 最近，ME MU N I T Y 完成了协同 PAR-TEST 项目的工作，该项目的研 究目标是定义 MEMS 器件生产中所用 材料的特性，使工程人员可以利用这些 特性。更明确的是，人们研究了一些高 级测 量 技 术，能够 使 工 程人 员 判 断 出 MEMS器件生产中所用材料的质量参数 ——这些参数对于工艺控制是非常关键 的。 MEMUNITY 协同的 PAR-TEST 项目的一项成果是开发出了一种集成式 圆片级 MEMS器件测试系统，该系统采 用了一种活动的膜片（membrane），例 如在压力传感器中。该测试系统是一种 半自动探测系统（SUSS PA200），具有 精确、自动的定位和圆片绘图功能，通 过一个静电探针卡驱动膜片，利 用一个激光多普勒计（Polytec MSA-500）测量面外（out-of-plane）运动。通过测量本征频率 可以提取到该膜片的特征参数， 所得到的数据结果用于优化器件 设计和制造工艺，以及确定好坏 的管芯测试。 MEMUNITY通过经常举办 研 讨 会 和 有 关 学 术 活 动 ， 推 动 MEMS器件从研发实验走向实际 应用，保持其在这一领域的主导地位。 要想了解有关MEMUNITY的更详细情 况，请访问 www.memunity.org。 图 2 诸如 PA20 0 之类的开放式测试系统配合 PPM 和 MSA-500可以通过重构满足这些测试需求 图3 真空探测器为可靠性评测提供了一种高 度受控的封闭式环境 EPC专题特写：节能
专题特写：节能
通过优化变换器的 FET 开关
来改善能量效率
Fairchild 公司 Guy Moxey
在计算和消费电子产品中，效率已 经有了显著的提高，重点是 AC/DC 转 换上。不过，随着 80 PLUS，Climate Savers 以及 EnergyStar 5 等规范的出 现，设计人员开始认识到，AC/DC 和 DC/DC 功率系统都需要改进。 A C / DC 平均系统效率在 6 5 % 左 右，而 DC/DC 平均系统效率为 80%，所 以不难理解为什么大家侧重于 AC/DC 系统。不过，现在应该重新检查DC/DC 系统，找出改善效率的新方法。 计 算 、 通 信 和 消 费 应 用 系 统 中 的 DC/DC负责转换、管理并分配功率，为 显卡、处理器芯片以及内存等功能提供 电能，而所有这些功能都面临着提高性 能的需求，因此就比任何时候都需要更 高的效率。已经有研究利用MOSFET的 最新进展以及先进的热封装技术来提高 现有的开关电路和相关的功率晶体管器 件的效率。 仔细选择电源部件，特别是车载的 同步降压变换器，可以大幅度改善新平 台的功率密度、效率以及热性能。例如， 如果有 5 0 万台服 务器都 完全符 合 8 0 PLUS能源规定的要求，那么所节省的能 源足以供应超过377 000户家庭的用电。 电路和损耗 降压或同步降压电路是所有低电压 DC/DC 功率管理系统的重负荷部件， 而所有同步降压电路中的主要功率损耗 来自 MOSFET 的开关和传导损耗。 在任何台式电脑中都可以找到常见 的降压整流器（VRM），如图 1 所示，这 种整流器在满载时可以提供超过25A的 电 流 和 1 . 2 V 的 输 出 。 因 此 ， 1 个 MOSFET 将位于主通路中或高边插槽， 而2个并联的MOSFET将位于飞轮或底 边插槽中。将12V的输入降压为1.2V的 输出，那么占空比 是 1 0 % ，所以高端 MOSFET将调节为低开关损耗，而低端 MOSFET 对将把 RDS(ON)调节到最低，以 最小化传导损耗。 由分立的驱动器和 MOSFET 实现 的多相 VRM VCORE 方案的典型峰值 效率是 90%，出现在每相额定电流 10A 处，而在满载 30A 电流时，效率降低到 85%。对于今天的设计人员而言，完整 的 VRM系统通常输出功率为 100W，效 率为 85%，也就是说功率损耗为 15W。 硅基 MOSFET 的逐步改进 MOSFET 厂商主要通过两种方式 来优化工艺的发展。首先，为了改善产 品的开关特性（开关速度），他们实施了 先进的栅极结构设计，降低了栅极电荷 （Qg）效应。其次是增加单元密度，也就 是说，在大小相同的晶片上，导通电阻 显著降低。RDS(ON)和电流是 MOSFET传 导损耗的两项决定因素，传导损耗的计 算公式很简单： Ploss=I2× R DS(ON) 传导损耗 Ploss=1/2V × I ×(Tr+Tf)× F 开 关损耗 图 2显示了 Fairchild公司≤ 30V的 N 沟道 MOSFET单元密度的进步。每个 条形都表示新的工艺进步。可以看到， 图1 台式电脑中常见的电压整流器 图 2 小于 30V 的 N 沟道 MOSFET 中单元密度 的进步 继无铅专题之后，《今日电子》杂志在 2007 年推出有关节能的系列文章，重点讨论如何利用半 导体技术提高能源效率，开发和利用新能源。欢迎业界厂商和节能方面的专家投稿。
专题特写：节能
专题特写：节能
在最近的十年中，单元密度从 3200万单 元 / 平方英寸增加到现在的 10 亿单元 / 平方英寸。 MOSFET 性能系数 在业界，常用的性能测量方法始终 是性能系数（FOM），而从根本上讲，这 只不过是综合考虑了晶体管导通电阻和 栅极电荷。 FOM=RDS(ON)× Qg RDS(ON)直接与传导损耗有关，而Qg直 接与开关损耗有关。FOM越小，性能越好。 图3显示了低电压MOSFET工艺发 展中 FOM的进步。对于 2004 年实施的 PowerTrench3而言，最好的FOM是240， 而今天的 PowerTrench5 硅工艺中最好 的 FOM是 126。 遗憾的是，FOM降低 50% 并不意味 着 MOSFET 损耗减少 50%，因为它们的 关系不是线性的。不过，通过仔细的选 择和优化，今天的MOSFET仍然可以显 著降低系统的功率损耗。 系统级效率 因此，功率 MOSFET 是 DC/DC 功 率电路中功率损耗的罪魁祸首，通过采 用先进的器件，可以将这一损耗大幅降 低。那么这与系统总体效率有什么样的 关系呢？ 设计人员寻求方法来改善负荷分别 为低、中等、高时整个机器工作范围内 的系统效率。在满载时，例如在计算机 启动或者处理工序繁忙时，功率系统中 传导损耗占主导。只需选择 RDS(ON)较小 的MOSFET就可以显著降低损耗。非常 有趣的是，大多数 PC 在工作使用期中 大部分时间处于待机或睡眠状态，因此 低负荷时的效率非常重要。 图 4 显示了实际的效率图，数据取 自台式机电源整流器模块相位管柱。这 4 条曲线是将 2 个不同的 MOSFET 器件 分别在 300kHz 和 550kHz 处得到的结 果。我们可以看到整个负载电流范围内 的效率。 注 意 上 面 的 两 条 曲 线 ， 在 满 载 （30A）时，可以看到最新的器件的效率 有 1.5% 的改进。同样还是这两条曲线， 在负荷较小（15A）时，可以实现 0.69% 的改善。如果对整个负荷范围积分，那 么与今天常见的方案相比，使用最新的 MOSFET器件时平均功率损耗可以降低 8 % ～ 1 0 % 。 即 使 在 较 高 的 开 关 频 率 541kHz 处，可以看到在负荷小时系统 级效率仍然高于 80%，而在满载时效率 大于 70%。如果频率继续增加，那么开 关损耗将急剧增加。 大多数 DC/DC 变换器的最佳工作 频率是 250～300kHz，因为这样的频率 所产生的开关损耗和传导损耗都可以承 受，而且输出到负载的纹波也足够低。 工作在250kHz以下时效率会更高一些， 但是电压输出的偏差可能太大，因此无 法用来给 Pentium 芯片组供电。 同样的想法可以用于笔记本电脑处 理器的电源、游戏机，还可以用在置顶盒 和其他家用消费电子产品，尽管它们的 电流要小得多。每一毫瓦的能源节省看 起来都举步维艰。不过，它可以为今天的 环境问题造成全球的改善。许多方法上 的小的改进都会产生显著的效果。 图 3 低电压 MOSFET 性能系数（FOM）的进步 图 4 VR11.1（Intel 主板电源规范）VCORE 管腿的效率对比 EPC经典产品大拆解
本栏目信息来源：Electronic Product AUGUST 2008。
Tom-Tom One
第三版便携式导航仪
Tom-Tom One 第三版是一款带有高精度 GPS 芯片的便携式 一体化导航设备，它的其他强大功能包括：3.5 英寸全彩色 TFT LCD 触摸式显示屏(320 × 240 分辨率, 64000 色彩)，一个内置的可 充电锂离子电池，1GB 内置嵌入式闪存。该设备在设计上主要是面 向车载应用，但它的外型尺寸仅 3.8 × 3.2 × 1.0（英寸），小巧 轻便，因此，也适合手持应用。其他可选的功能和附件包括一个USB 接口家用充电器和一个RDS-TMC交通天线，这个天线可以帮助用 户在路上行驶时及时获得路况信息的更新。不同装配区的器件在总成本中所占的百分比
电池 5.65% Box Contents 6.31% 其他封装 9.03% Main PCB 39.91%不同类型的器件在总成本中所占的百分比
光学半导体 0.02% 分立半导体 0.58% 无源元件 3.65% 机电器件 4.55% 电池 6.03% 集成电路 33.51% 显示器 41.74% 机械器件 9.92% 显示模块 39.10%不同功能的器件在总成本中所占的百分比
CPU 10.78% 用户接口 2.76% 电源管理 3.62% 电池 6.03% GPS 6.96% 机械 / 机电器件 14.46% 内存 13.65% 显示器 41.74%经典产品大拆解
更多信息，请参考：
http://electronicproducts.com/whatsinside
产品大比拼
产品大比拼
Anritsu MS271xB
系列频谱分析仪
MS271xB 系列频谱分析仪包含三种型号的产品，涵盖 9kHz～7.1GHz、9kHz～ 13GHz 及 9kHz～20GHz频率范围。可提供出色的 RF 测量性能及全套测量功能，是无线、 航天 / 国防及大学市场中使用的微波元件、子系统及系统的测试台测试的低成本方案。 这些产品具有 1Hz～3MHz 的 RBW、高于 +/-1.3dB 的振幅精度，以及在 10kHz 偏 移时 -114dBc/Hz 的低相位噪声，动态范围典型值为 100dB。 所有这三种型 号均提供了可 选的 W C D M A / H S D P A R F 测量法，以及可支持 WCDMA 解调的可选 IQ 解调硬件。7.1GHz 的 MS2717B 具有可支持滤波器和放大器测量 的可选跟踪信号发生器，以及可由固定 WiMAX 设备制造商使用的可选 WiMAX 测量法。 MS271xB 系列产品的外形精小，仅为 242mm（高）× 372mm（宽）× 339mm（深），重量为 5.6kg。这些分析仪在制造环 境中具有极大灵活性，它具有 256M CF 驱动器、256MB USB 闪存驱动器、以太网及 USB2.0 连接，可存档设置，更新固件以 及传输结果。MS271xB 系列在生产线上工作时能够安静运行，其功耗仅为 35W。 关于本产品的更多信息可参考 http://www.anritsu.com.hk/sc/，或致电 010-6590-9230。 你说你的好，我说我的好；究竟谁的好，大家来比较！《今日电子》 杂志从 2008 年开始，推出产品大比拼栏目，选登网友对产品的评 价，供读者朋友参考。 以上为网友个人评论，不代表本杂志观点，更多评论请参考http://www.semiapps.com.cn/pk.php, http://www.epc.com.cn/pk/ IP:203.32.85.*** ：这台仪器功耗很低，我们在生产线上用，操作蛮简单的。IP:202.91.47.*** ：配合那个 TD-SCDMA 测量选件，MS271xB 可以完成对 TD-SCDMA 器件和设备的全面测 试，包括射频性能以及调制性能测试等。
IP:123.112.216.*** ：Antitsu MS271xB 就是功能比较多。
IP:61.10.134.*** ：MS271xB 前面板 USB 连接器非常方便,用闪存盘就可以直接拷贝测试数据。
IP:202.108.130.***：操作比较方便，最关键是它后来增加了一个 GPIB 接口，连接起来非常方便。
