通通讯讯通通信信企企业业管管理理与与执执法法全全书书

家 用 电 器

(三)

郭雅 主编

吉林摄影出版社

图书在版编目(CIP)数据

通讯通信企业管理与执法全书/郭雅主编. 长春 吉林摄影

出版社 2004

ISBN 7-80606-737-X . 通 .郭 . 电信 邮电企业 市场竞争 中国

. F632.3

中国版本图书馆 CIP 数据核字(2004)第 112282 号

出版发行 吉林摄影出版社

(长春市人民大街 124 号 130021)

责任编辑 李乡壮 经销 全国各地新华书店

印刷 北京施园印刷厂

版次 2004 年 8 月第 1 版

书号 ISBN 7-80606-737-X / F 297

定价 912.00 元 本卷定价 16.00 元

I

目 录

基于 TMS320C55X 电子耳蜗语音增强的实现 ..................1

无线收发数传 MODEM 模块 PTR2030 及其应用.............7

双电源信号电平转换的优势 ......................................... 11

利用 DSP 智能电机控制提高能量效率..........................15

集成化为运动控制提供新选择......................................21

选择传统电机还是直接驱动旋转电机 ...........................26

对医学应用至关重要的高可靠性连接器........................32

开关电源电感值的确定 ................................................35

为电源设计选择适合的功率因数校正电路结构 .............38

燃料电池 下一代移动设备电源 ..................................41

第二季中国数码相机销量同比增长 279.8%...................50

索尼 蓝光 阵营 DVD 设备明年下半年进入市场......54

澄清真假之争 标准缺失下的 变频空调 .................57

3C 融合系于消费电子 解读 2004 年青博会.................63

抢占市场先机 透视中国平板电视产业发展.................68

智能卡 市场四大问题众高手理智评说 ....................74

税控收款机 … … … .......................................................79

中国彩电业主流趋势 得 液晶 者得天下.................80

从富氧膜技术谈氧吧空调.............................................82

II

给 1.6 版本帝霸数字卫星接收机增加 0/12V 切换功能 ...85

蓝牙通用模块 JBM100 简介 .........................................89

形声兼备的劲浪时尚家庭影院音箱...............................92

高性能 VGA芯片 AD8367 原理及应用 .........................94

IC 卡电子语音书 … .................................................... 101

MPEG 的发展动态及其未来预测 ................................ 106

网络变互式数字电视机顶盒硬件平台设计 .................. 118

语音识别在家电遥控器中的应用 ................................ 135

TMS320C5402 在电视数字传输复用器中的应用 ......... 144

汽车无线电 DSP 推动汽车音响发展 ........................... 158

松下新型电源 IC 电磁噪音降低为 1/20....................... 164

数字电视热潮席卷全球 HDTV芯片方案不断 ........... 165

NEC 电子面向模拟传感器的 8 位微控制器 ................. 167

NEC 开发成功可在片上检测芯片线路波形的电路....... 170

安捷伦上市测量 IP 电话服务品质的工具.................... 171

瑞萨科技推出小型 PIN 二极管................................... 172

德率先使多晶硅太阳能电池转换率达 20.3%............... 175

飞兆半导体推出超低 THD 模拟开关........................... 176

松下电工推出预防住宅侵入的警报照明器具............... 178

智能型电话 微型技术革命的产物 ......................... 179

音频芯片 采用子系统的取向 ................................ 180

III

射频识别技术 RFID 令人期待的技术.................... 186

IDC 中国 IC 设计公司 5 年后将仅有 5%可存活 ........ 195

LED 初露锋芒 … … .................................................... 196

国务院发展研究中心 使用变频空调利国利民 ........... 208

我国成功研制出超高强度高导电性纳米孪晶纯铜........ 210

中国集成电路产业持续看好 ....................................... 212

专家称 2005 年全球电子工业将进入纳米时代............. 216

我国 HDTV的过去 现在与未来 ............................... 226

无触点电源传输模块备受瞩目.................................... 227

美国家电业消费电子协会发表未来五大焦点技术........ 231

半导体照明取代白炽灯成趋势加快产业化迫在眉睫 .... 237

家用电器

1

基于TMS320c55x电子耳蜗语音增强的实

现

耳蜗通过植入电子耳蜗(Electronic Cochlear)

为几乎丧失了所有听力的人恢复部分听力 它模仿人

的内耳人为地产生电信号刺激听觉神经 电子耳蜗发

展是令人鼓舞的 有些失聪的人已经可以通过电话进

行交谈 电子耳蜗的设计者面临的一个挑战就是发展

能够完整模仿人内耳功能的语音信号处理技术 这其

中的研究方向之一就是发展语音增强技术来帮助接

受耳蜗移植的人在噪声环境中更好地沟通 目前的电

子耳蜗还没有很好地实现人的内耳所具有的语音增

强功能 因此 我们首先从选择合适的语音增强算法

入手 再用 TI 的 DSP(数字信号处理器)实现增强算

法 由于篇幅所限只介绍基于子空间方法的增强算

法

为了选择合适的语音增强算法 最终经过反复对

比验证 我们决定使用基于子空间方法的增强算法对

纯净语音信号进行估计 再使用基于人耳听觉特性的

语音增强算法对语音信号进行增强 基于子空间方法

的增强算法主要是利用数据协方差矩阵的特征值分

解 利用特征值的大小 将协方差矩阵的特征子空间

分为信号子空间和噪声子空间两部分 数字信号处理

家用电器

2

中的一个关键问题是特征提取 它指的是数据空间变

换到特征空间的过程 一般而言 理论上这是一种等

维数的变换过程 而实际上 我们更乐于使数据矢量

能够用更低维数的 有效 特征表示 但仍然保留了

数据矢量的内在信息 其流程见图 1

为了便于语音增强算法向 DSP 上移植 又考虑到

目前多数 DSP 开发环境均提供对 ANSIC 的支持 因而

首先将算法由仿真用的 Matlab 程序改写为 C 语言

其中主要包括以下两方面的问题

(1)语音信号的实时分帧处理 由于算法理论上

是对语音信号以语音帧为单位进行处理的 但实际

Matlab 仿真程序中在处理每一帧时都使用了其他所

有帧的信息 因而要将算法改写为适合于分帧处理

(2)算法的运行速度和存储空间占用问题 基于

子空间方法的语音增强算法中大量用到矩阵运算 将

使算法的速度受到很大影响

针对以上两个问题 我们对算法进行了部分的改

进 使其适应实时分帧处理 程序调试过程中进行了

优化 提高运行速度 减小存储空间 其中具体改进

措施如下

对噪声功率的估计方法 仿真程序中估计噪声的

方法为寻找语音信号中能量最小的几帧 将其平均能

家用电器

3

量作为噪声平均功率 显然这种方法不适合与实时分

帧处理 因而改为寻找当前帧以前的所有帧(包括当

前帧)中能量最小者的能量作为对噪声功率的估计

实践证明这种方法简便易行 效果与仿真结果相差无

几

程序中分帧方法的改进 具体为在基于子空间的

增强算法中使用的帧长为 32 因为基于子空间的增强

算法其时间复杂度与帧长平方成正比 所以使用的帧

长较短

CIS(连续分段采样)方案是对人耳听觉系统的一

种模仿 CIS 方案按照在人的内耳的耳蜗 不同频率

的声音信号在不同的位置被 带通滤波 传送到那

里的听觉神经上 将频率分量转换成生物电流 传输

至大脑 最后形成听觉这个原理 选择了以有限的频

率点为中心频率的一组带通滤波器 将声音信号分成

几个通道 经过一定的调制和处理 将输出信号传送

到相应位置的电极上 刺激耳蜗内相应位置的听觉神

经 从而产生听觉 经过测试选取 16 通道的 CIS 方

案 每个通道内 带通滤波器的输出再经过波形校正

(Rectifier) 即用语音增强算法语音处理后 然后

经过低通滤波再调制相应的正弦波形 得到相应电极

上的电刺激信号 所有的这些电极信号合并在一起就

家用电器

4

是系统的输出信号 目前大多数基于 CIS 方案的电子

耳蜗在安静环境下可以使聋人获得一定语音信息 但

是在噪声环境下 这种信息传递就会大打折扣 这不

是一个简单的干扰问题 正常人在噪声环境下仍然能

获得相当准确的语音信息 但是电子耳蜗在噪声环境

下传递给聋人很可能就是不可懂的语音 所以抑制噪

声对 CIS 系统的干扰是重要的课题

TMS320C54 系列 DSP 是 TMS320 家族的定点 DSP

C54x 适用于很多方面 满足了实时嵌入应用的需要

如电信 无线应用 语音处理等等 C54x 的 CPU 通过

使用改进的哈佛结构 实现了最小化的核心电源消耗

和高度的并行运算能力 同时 多种寻址模式和完善

的指令集提高了整个系统的性能

C54x 主要有如下特点

1 增强的哈佛结构 一条程序总线和三条数据

总线

2 高度并行的先进 CPU 设计 性能更好的面向

应用的硬件逻辑

3 为快速算法和高级语言优化设计的专用指令

集

4 标准化的模块结构 适于快速开发

5 先进的 IC 处理技术 提高了性能 降低了电

家用电器

5

源消耗

TMS320C55xDSP代表了TI公司最新的一代C5000

系列 DSP C55x 是在 C54x 基础上发展起来的 代码

向下兼容于 C54x C55x 在电源效率 低系统消耗和

并行度方面做了很好的优化

集成开发环境采用的是 TITMS320 VC5410

Evaluation Module SystemKit 的一整套硬件 以及

TI 公司的集成开发环境(IDE)Code Composer Studio

IDE for C5000 软件

集成开发环境提供从代码开发 代码优化 可执

行代码生成 软件仿真 硬件仿真等等丰富的功能

我们的一切工作都是这上面开展的 这也是现代 DSP

开发的发展方向 TI 公司大力推广的 ExpressDSP 开

发技术的就是以集成开发环境为中心 配以其他的软

件和硬件实现快速的 DSP 代码开发

1 信号先经过一个预加重滤波器处理 滤波器

截止频率是 2000Hz

2 上一步的输出信号被带通滤波分为 n 个频带

(n=16) 这里使用的带通滤波器是二阶 butterworth

滤波器

3 对上一步的输出信号进行全波整流

4 通过低通滤波取出第三步信号的包络 所用

家用电器

6

的滤波器为二阶 butterworth 滤波器 截止频率为

400Hz

5 产生幅度为包络算术平均值 频率为带通滤

波器中心频率的正弦信号 每个频带的正弦信号最后

被叠加起来得到合成语音信号 合成语音信号段的电

平被调节到和原始语音信号具有相同的算术平均值

1 信度限制 为了防止处理过程中的溢出 我

们必须限制语音信号幅度 否则会有难以预料的错

误

2 精确保证 必须使用一些通用目的函数 例

如 FFT 运算和正弦运算 因为有 TI 的 DSP 定点库函

数 我们直接在程序中调用这些库函数 取得了较好

的效果

3 数据输出的模拟实现 借助集成开发环境的

DATAI/O 功能实现了从文件输入处理数据 处理后的

数据也放到一个文件中 模拟实现数据的实时 I/O

运行结果 我们的试听结果证明基于 CIS 的语音

增强算法能提高电子耳蜗在噪声环境下的性能 实验

用 16 个电极的结果完全是可以为人接受的

由于篇幅的限制 具体的代码就不附在这里

家用电器

7

无线收发数传 MODEM 模块 PTR2030 及

其应用

引言

由于无线收发模块的种类比较多 如何在设计中

选择所需要的模块非常关键 正确的选择可以少走弯

路 降低成本 更快地将产品推向市场 本文将介绍

一种新型的无线收发模块 PTR2030

PTR2030 是超小型 超低功耗 高速率无线数传

MODEM 它采用串口传输 应用及编程非常简单 传

送的效率很高 所需的外围元件少 产品开发的成本

低 功耗小 管脚少 封装小 有利于减少 PCB 板面

积 降低成本

PTR2030 由单 IC 组合而成 接收发射合一 采用

FSK 调制 抗干扰能力强 标准的 DIP 引脚间距 更

适合嵌入式设备 另外 由于它采用了低发射功率

高灵敏度设计 因而可满足无线管制的要求且无需使

用许可证 是目前低功率无线数传的理想选择

PTR2030 的主要特性

PTR2030 模块的引脚图如图 1所示 各引脚说明

如图 1

PIN1 VCC 正电源 接 2.7 3.3V

PIN2 CS 频道选择端 必须设为高 即 CS=1

家用电器

8

即选择工作频道为 315MHz

PIN3 DO 数据输出端

PIN4 DI 数据输入端

PIN5 GND 电源地

PIN6 PWR 节能控制端 当 PWR=1 时 正常工

作状态 当 PWR=0 时 待机微功耗状态

PIN7 TXEN 发射接收控制 当 TXEN=1 时 模

块为发射状态 当 TXEN=0 时 模块为接收状态

PTR2030 的软件编程

在软件编程过程中 对 PTR2030 的工作模式和工

作频道的选择尤为重要 表 1给出了该模块的工作模

式控制及工作频道的选择方式

发送部分

PTR2030 的通信速率最高为 20Kbit/s 也可工作

在其它速率如 4800bps 9600bps 下 无需设置

PTR2030 的工作速率

在发送数据之前需将模块置于发射模式 即

TXEN=1 然后在等待至少 5ms 后(接收到发射的转换

时间需要)才可以发送任意长度的数据 发送结束后

应将模块置于接收状态 即 TXEN=0 发射到接收的转

换时间为 5ms

接收部分

家用电器

9

接收时应将 PTR2030 置于接收状态 即 TXEN=0

接收到的数据可直接送到单片机串口或经电平转换

后送到计算机

待机模式

当 PWR=0 时 PTR2030 进入节电待机模式 功耗

大约为 8 A 但在待机模式下不能接收和发射数据

PTR2030 在温度测控系统中的应用

由PTR2030构成的系统可完成数据采集的点对点

传输 可构成点对多点的双向数据传输通道 图 2所

示是 PTR2030 用于温度测控系统中的电路图

在该系统中 PTR2030 将温度传感器采集到的温

度数据传送给计算机 同时将计算机发出的控制信号

传送给单片机 从而实现了单片机与计算机之间的无

线数据通讯 PTR2030 可直接接单片机的串口或 I/O

口 连接时 PTR2030 无线 MODEM 的 DI 端应接单片机

串口的发送端 DO 端应接单片机串口的接收端 利用

单片机的 I/O 可以控制模块的发射控制 频道转换和

低功耗模式 PTR2030 与计算机相连时 必须经过电

平转换 将TTL电平转换为RS232电平 用一片MAX232

即可达到电平转换的目的

由于无线收发模块的特点 在对系统进行软件设

计时应该特别注意通信协议的制定及纠检错的处理

家用电器

10

无信号时 PTR2030 串口输出的是随机数据 所以协

议的第一件事就是能够识别噪声和有效数据 通过测

试和试验发现 0xFF 后跟 0x00 在噪声中不容易发生

因此 单片机发送数据的开始应该以一个任意内容的

字节(这是因为第一个字节的数据在发送时容易丢

失) 然后是 0xFF 后跟一个 0x00 接收协议规定只接

收以 0xFF 后跟一个 0x00 开始的包 另一点需要注意

的问题是数据的纠检错 在本系统中检错采用校验和

方式 纠错采用连续传送三次的方法 同一数据连续

发送三次 在接收端 比较三个数据中的每一位 若

至少有两个数据该位相同 则该位即为正确的 综上

所述 一个完整的无线传输协议是 [开始 1][开始

1][开始 2][数据 1][数据 2][数据 3][校验和] 开始

1是 0xFF 开始 2是 0x00 如果校验和正确 则说明

数据传输完整 再比较数据 1 数据 2 数据 3 取其

两个相同者 并给出应答信号 如果数据本身传输不

完整 不应答 系统会重新发送数据

结语

由PTR2030构成的系统可完成点对点传输的数据

采集 点对多点双向数据传输 因此 PTR2030 可广泛

用于遥控 遥测 无线抄表 门禁系统 小区传呼

工业数据采集系统 无线标签 身份识别 非接触 RF

家用电器

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智能卡 小型无线数据终端 安全防火系统 无线遥

控系统 生物信号采集 水文气象监控 机器人控制

信息家电 无线 232 无线 422/485 数据通信等系统

双电源信号电平转换的优势

很多电子系统继续向更低的电压信号水平转移

这个发展潮流背后的动力是对减少功耗的需求 更快

的整流速度和降低信号噪声等方面的进步既方便了

设计者 也向他们提出了新的挑战

微处理器在向较低的电压水平进军的过程中一

马当先 处理器 I/O 电压正从 1.8V 转移到 1.5V 而

内核电压能够低于 1V 下一代微处理器甚至将采用更

低的电压 外围设备组件的电压虽然也在降低 但水

平通常落后于处理器一代左右 电压降低方面的发展

不均带来了系统设计者必须解决的关键性难题

如何在信号电平之间进行可靠的转换 正确的信号电

平可以保证系统的可靠工作 它们能够防止敏感 IC

因过高或者过低的电压条件而受损

信号电平转换的问题和优点

未能达到供电电平的输入/输出电压会减少信号

噪声的余量 信号要求精确定时也会引起占空度失真

问题 超过最大输入电平的输入信号会造成过多的能

量消耗 在电池供电的系统中特别不希望出现这种情

家用电器

12

况 在最坏的情况下 过压甚至会导致装置失效 超

过最大电平几百mV的信号就足以损坏一个微处理器

鉴于信号采用轨 轨形式而且在大多数情况下

采用单个器件 双轨器件成为最简单 最可靠 最有

效利用空间的转换方式(图 1) 然而 双轨转换器亦

有一些常采用的替代办法 每一种方法都具有各自的

优 缺点

有时 可能没有必要采用特殊的转换电路 当电

压更低的装置有过压容限(over-voltage tolerant

OVT)输入时 就可以选用单向的 由高到低的转换

此外可以在信号通路中添加一个OVT缓冲器或者总线

开关 来提供这一功能 在此种应用中 OVT 缓冲器

具有简易 低成本和低功耗的优点 然而 对于双向

转换而言 低电压输出信号必须跨越高电压输入的开

关门限 缺点包括占空度失真和高电压侧噪声裕度降

低(图 2)

对于要求由低向高或者双向转换电平的应用 可

以将漏极开路缓冲器和外接上拉电阻组合起来使用

利用这种方法 缓冲器以较低电压工作 通过使用外

部上拉电阻把输出电平设置为高电压(每路输出有一

个上拉电阻) 虽然能解决双向和由低到高的转换问

题 但这种做法也增加了元器件的数目 电路板的占

家用电器

13

用空间 能量消耗 而且常常影响到占空度失真

定制的转换器也能基于分立式的场效应管(FET)

来设计 定制设计通过提供精确的比特宽度和所要求

的功率而具有灵活的特点 但是定制也增加了器件数

量 由于装配成本上升 系统成本和所需的板上空间

也随之增加 定制还会拖长设计时间 增加了开发进

度不能按时完成的危险

最可靠方便的选择是双轨转换器 它保证在装置

的两端都能有正确的输入/输出电压 通过将独立的

电源管脚连接到适当的电源上 可以设定信号电平

于是 转换器输入/输出电平就可以相应的随着电源

电压而变化 双轨转换器消除了设计和成本的难题

提供了一种经过检验的 现成的装置 允许设计者配

置元件每一端的输入/输出信号 使其恰好变化到所

需的电压上 同时尽量减少需要外加的器件数 由电

压摆动引起的问题 比如没有达到信号电平 或者超

过了额定值 都将由此而消除

双轨转换系统设计要考虑的问题

然双轨转换器提供了最简单的电压电平转换方

法 但是其具体实现还存在问题 双轨转换器产品的

获得越来越方便 而且品种也越来越多样 然而 供

应商和产品不同 其器件性能指标和功能性就会有所

家用电器

14

不同 在系统设计中考虑采用转换器时 必须考虑到

器件的工作性能指标

对系统时序的影响是需要考虑的主要问题之一

缓冲器给系统增加了传播延迟 由于它们的复杂性

这个传播延迟对于双轨转换器是重要的 尤其是对较

早的工艺 或者当转换需要跨越一个宽的电压范围

时 当转换的幅度低于 1.5V 时 传播时间可能超过

10ns 由于速度是重要因素 因此新式的转换器产品

将减少延迟

系统设计者需要考虑的另一个参数是输出驱动

大多数双轨转换器以 3.3V(24mA)的高压进行驱动 允

许元件被用于要求使用电缆或者线路驱动的应用 然

而 一般而言 驱动电流是随元件的电源电压降低而

成比例减少的 额定电压为 3.3V 输出驱动为 24mA

的元件 在 1.9V 时可能仅提供 6mA 的电流 输出负

载和时序预算的设计必须考虑到电源电压和输出驱

动间的关系

对具有双电源的装置而言 要考虑的最后一个问

题是电源被施加到 VCC 和控制管脚的顺序 转换器控

制管脚由双电源中的一个电源进行供电 因此 大多

数转换器要求对每个电源和控制管脚的供电要遵循

一定的次序 如果电源先施加到输入/输出管脚 而

家用电器

15

后再施加给控制管脚 则有可能导致不可控的振荡

如果控制管脚首先掉电 相同的问题也会出现 这个

不可控状态的可能结果包括 过大的功耗和系统损

坏 因此 上电和掉电的先后次序必须得到严格地保

证 新型的转换器产品则让输出在两个电源都达到有

效水平之前保持在高阻抗状态 从而解决了供电次序

的问题

结语

虽然还有其它一些可用于双电源器件信号电平

转换的方法 但它们的使用局限于单向的由高到低转

换 而另外的一些选择方案要求通过多个分立组件来

解决转换问题 对于空间有限的 由低到高或者双向

转换的应用 这些方法都不是最好的选择 利用双轨

转换器实现设计 就可以保证转换不出差错且能防止

系统受损 双电源转换器能确保两个端口上的信号达

到整个摆幅 消除了电压高于或者低于电压限带来的

问题 并且提供了简单的 节省空间的转换方法 以

满足任何性能方面的需求

利用 DSP 智能电机控制提高能量效率

目前 工业用电的三分之二为电机所消耗 而在

居民用电中这一比例亦高达四分之一 有鉴于此 电

机的效率问题继续受到更大的关注 标准的电机应用

家用电器

16

完全能以更高的能量效率运行 就电能到机械能的转

换而言 大多数电机的效率较低 这意味着它们浪费

了大量的能量 以发热的形式散失掉 而未能变换为

有用的机械能

此外 既然一个未受控制的电机必须克服瞬态机

械负载的影响 设计者除了加大电机尺寸外很难作出

其它的选择 而一个尺寸过大的 AC 感应电机(最常用

的电机类型) 其效率必然更低 因为电机是在小于

其设计负载的条件下工作

提高电机的效率

这些问题可以通过智能控制来克服 智能控制可

以从两个方面大大提高电机的效率 首先 智能控制

采用了先进的算法来提高电机的运行性能 最常见的

方法是对 AC 感应电机的运行进行矢量控制 可以让

电机采用合理的尺寸 以实现最优的效率 此外 速

度可调也使系统能以更高的效率运行 例如 一个矢

量控制的可调速驱动可避免使用传动 从而减少系统

机械部件带来的能量损耗

其次 由于系统采用智能控制 就有可能将现有

的电机更换为效率更高的电机 在电器中逐步采用永

磁电机就是这一发展趋势的体现

永磁同步电机从本质上来说比 AC 感应电机的效

家用电器

17

率更高 因为它们没有后者与感应转子电流相关的传

导损耗 它们还具有更优良的机械特性 如力矩纹波

更低 运行更加安静 而且在产生同样的机械功率输

出时 它们的体积更小 开关磁阻电机在一个固定或

者中度变速的应用中也可以表现出极高的效率 而这

些应用需要 DSP 控制器才具备精确 复杂控制能力

所有这些解决方案都有一个共同点 它们利用了

密集的数值计算来提高系统的性能 矢量控制算法需

要先对转子磁通量的方位进行测量或者预测 然后对

一个多相绕组产生的定子通量位置进行优化 在给定

的通量结构下产生最大的力矩 对于一台永磁电机而

言 定子通量需要隔开 90 度(电角度) 这是产生力

矩的最佳方式 因为所产生的力矩直接与两个通量间

夹角的正弦成正比(在 AC 感应电机中 由于通量磁化

分量的缘故 通量间的关系更为复杂 但基本原理是

相同的)

智能控制的实现

要实现经济性的智能控制时 面对的挑战就在于

涉及的算法在数学上的复杂性 这是因为大多数微控

制器(MCU)不能以实时方式处理如此复杂的计算 然

而新一代廉价的数字信号处理器(DSP)控制器提供了

智能控制所需的计算能力 以及片上系统(SOC)集成

家用电器

18

方式和有助于简化电机控制系统设计的软件开发支

持

运行智能控制软件的DSP控制器使得应用能够以

尺寸更小或效率更高的电机来应对负载的变化 减小

成本 空间占用和冷却方面的要求 尺寸更小的电机

其售价也更低 而且由于功率电子线路需要承受的电

流也低 故这部分线路的成本得以缩减 基于 DSP 控

制器的智能控制 具备经济性好的优点 而汽车 工

业设备 家用电器 加热 通风和空调(HVAC)系统及

多种其它电机应用都将从中获益

先进控制能为最终设备作些什么

除了能让电机运行效率提高外 先进的控制技术

还能让系统设计者进行革新 改进系统并降低成本

在复杂的电机应用中 对嵌入式智能控制的需求是显

而易见的 例如 组装流水线上的定位伺服电机必须

能适应皮带摩擦力 负载重量及其他因素的变化 用

于 HVAC 系统中提供恒定气流的风扇电机的转速 必

须不断得到调整 以补偿门禁开启 关闭所带来的压

力变化

从本质来说 智能电机控制需要对转子的磁通位

置和速度进行即时计算 以便对流经电机绕组的电流

进行适当的调整 确保较低的力矩波动 但是 虽然

家用电器

19

智能电机控制设计的基本要求是转子的定位和速度

但并不局限于此 其他的挑战包括 为消除电源的瞬

态尖峰而提供的功率因数修正(PFC) 力矩纹波效应

的消除以及对电磁兼容性规范的遵守

用智能控制进行设计

微控制器缺乏至关重要的数值处理能力 故此就

系统成本和性能而言 对智能控制来说是一种效率较

低 经济性较差的解决方案 高性能 DSP 控制器可以

实时完成转子定位和速度计算 而无需进行查表操

作 由于 DSP 控制器可以从内部在线传感器提供的电

压 电流反馈中计算出这些矢量 故没有必要采用外

部的传感器 DSP 控制器的处理能力使得面向现场的

控制(field-oriented control FOC)成为可能 让

定子的磁场正交于转子的磁通量 以实现动态性能优

良的机器 连同反馈在内的整个 32bitFOC 算法循环

可以在 10ms 内完成 为通量估算器 PFC 和其它算法

处理留下了充裕的时间 此外 基于同一种 DSP 控制

器平台的其它产品可以复用这些算法 从而降低了开

发成本 缩短了新电机推向市场的时间

高水平集成 开发支持

新一代 DSP 控制器提供了外围集成 与那些基于

MCU 的产品相比使用更为方便 实例之一是 TI 公司的

家用电器

20

150MIPSTMS32 0F2812 数字信号处理(见图 1) 它采

用了一个单循环 32bit 多重累加(MAC)数据通路或者

双 16bitMAC 将 DSP 所能保证的性能和精度与高端

MCU 的灵活性结合起来 快速中断处理能力 再加上

用于普通控制的操作代码(如位操作和分支) 使得该

器件适用于多用途 多任务环境 片上的功能模块包

括 闪存器 模/数转换器 脉宽调制输出和 CAN 总

线支持等

DSP 的软件开发支持是由集成化的开发环境(IDE)

保证的 效率极高的 C编译器使得开发者可以生成几

乎和汇编一样紧凑的目标代码 经过快速的学习曲线

后可以实现出色的性能 IQMath 等工具给编程者提供

了一种自动的在线代码编辑器和一个用于浮点函数

的库 简化了控制算法中实运算功能的使用 为了实

现更快速的开发 厂商和第三方提供了现成的电机控

制模块

结语

单片式 DSP 控制器解决方案 包括易用的软件

使得制造商能以最小的开发投资实现智能控制功能

的嵌入 因此 设备制造商和最终用户可采用合适尺

寸的电机 成本更低 功耗更小 可靠性更高 高性

能可编程 DSP 控制器所实现的智能控制技术 将为电

家用电器

21

机系统的设计者提供开发新一代环境友好 绿色 电

机所需的方法

集成化为运动控制提供新选择

今天 由消费需求驱动的市场逼迫制造商在工艺

方面要满足一系列要求 这些要求囊括了制造工艺的

方方面面 这就使得他们对机器的柔性和性能提出越

来越高的要求 对设计工程师而言 这大概意味着要

设计出一台能独立对多种材料进行各式加工的机器

而且这种机器还要能完成全方位的调整 这些要

在极短的时间内一气完成

设备的设计必须要有足够的灵活性 以便能跟上

不断变化的需求 同时要有足够的精度 以满足精密

材料及加工工艺的要求 同时 现在的制造者还要求

其机械有更高的速度和可靠性 而这类挑战的核心

就在于对运动的控制

过去 在设计机器时 设计工程师惯于选用复杂

的专用逻辑和 I/O 控制器 而通过另一个控制器来实

现运动控制 很少考虑这些控制器适应复杂制造过程

的能力 例如 包装和整饰机械需要用到许多复杂的

机构 这些机构必须受到严密的控制 而硬连线式的

连接和串行接口使得通信速度快不起来 而且系统的

同步和过程编程极为复杂 耗时甚长 此外 分离运

家用电器

22

动 顺序和机械控制使得工艺的改进无论在理解还是

实施上都更加困难重重

如今 设计工程师可以巧妙利用近来在运动控制

方面出现的新进展 把运动和顺序控制功能集成为一

体化 多任务的控制平台 从而实现更高的系统性能

更快的应用开发 保证维护更加简便 并降低成本

这种方法让设计工程师和最终用户能按照需要灵活

的进行扩展 它也可以成功的应用于多重控制领域

消除多重编程和冗余的必要 在更大程度上实现成本

的节约

集成化的新进展

一些控制运动元件制造商 包括 Rockwell

Automation 公司 正在进一步推动集成运动控制概念

的发展 它 们 把 顺 序 控 制 和 运 动 控 制 器

SERCOSInterface 伺服驱动与电机 以及执行器无

缝地集成在一起 使得集成运动 从控制器到执行

器 成为运动控制新标准

与传统的双控制器系统相比 集成控制系统的购

买与使用成本更低 而且安装 编程和维护更加方便

比如说 用户不用购买多个控制器和软件程序 而只

需购买一台集成化的顺序和运动控制器和一套软件

包即可

家用电器

23

部件更少 则意味着面板机箱更小 在控制机柜

成本和占地面积上都大为节省 此外 集成化的运动

系统是可扩展的 具备了极大的灵活性 例如 模块

化的存储器 网络和多处理器体系架构使用户能根据

不断变化的应用要求来调整控制器的规格

集成化的运动控制也可以减少安装时间 与模拟

的终端模块不同 集成化的运动系统 如 Rockwell

Automation 的 Kinetix 可以在驱动和控制器之间使

用光纤式 SERCOS 接口连接 这样就减少了轴模块卡

的数量而且不需安装外接线卡 对每个驱动来说 两

个光纤连接器可以取代 18 路分立的连线 消除了每

个轴向上的 36 个外接端 相应的 系统的成本更低

连线更为方便 通过运用一定的 SERCOS 接口运动控

制模块 用户能以与双轴运动控制相同的成本控制 8

个轴向 这样在未付出更多成本的情况下获得了另外

6个轴向的控制能力

集成化系统的故障检查也更为方便 这是因为其

诊断能力得到了改善 例如 可以提供详细的驱动和

电机状况报告 而且图形化的趋势分析也使得用户能

搜集并洞察到重要的运动参数 具有远程诊断功能

后 驱动可以将详细的驱动状态送出 发给控制器

并实现反向传送 这样用户就可以从一个中心位置远

家用电器

24

程管理各应用

很高的运动性能是其本身具有的另一项优势 例

如 控制器中的高分辨率反馈选项可以提高定位精

度 减少运动循环时间 绝对反馈选项则消除了耗时

甚多的归位循环 数字指令取代了范围有限的模拟信

号 而集成化的控制器设计同时消除了网络延迟和同

步化逻辑 大大增强了性能

运动设计的系统化方法

集成化运动控制方法的实现 为设计工程师提供

了一种可升级的系统 它把问题的焦点从单个机器组

件转化为整个机器控制的挑战 其影响范围从基本的

运动控制一直到运动控制市场最高端部分 这些设计

和产品有助于设计工程师满足以下几方面需求 速

度 成本经济性和灵活性

速度随着加工机械的设计者寻求提高速度的方

法 他们在大多数情况下转向高性能伺服驱动的运动

控制 将其作为主要技术手段

成本效率制造商在提高成品率方面最着重的地

方常常是机器的效率 也就是说 努力采用停机时间

短而出现废品概率少的机型 这意味着从复杂的机械

驱动的工艺转向基于电子伺服控制的机器 后者则可

以实现新的 更有效且重复性更好的工艺 它还意味

家用电器

25

着模块化和可设置程度更高的制造机械 足以满足各

种国内外的标准 而且复制成本并不高

灵活性精度和产量固然是机器重要的性能参数

但也要注意有时会被忽略的一个参数 灵活性 也

就是说机器必须保证尽可能大的可调范围和模块化

让用户能够从一项产品的生产快速切换到另一项产

品的生产上 以满足市场的需求 以一台整饰机

(Converting machine)为例 采用集成化的运动控制

后 它经过调整就可以完成多种整饰任务 包括层剥

涂覆及印刷 而且适应的产品范围很宽 其功能特色

也各式各样 同时机器还能严格遵循工艺流程的规

定 切换时间几乎为零 这种灵活性的真正价值在于

减少了推向市场所花费的时间

集成化运动控制的应用

要实施集成化的运动控制 就需要摆脱那些专用

的 黑箱式的控制 而去了解单体化 集成化控制架

构的固有价值 设计者还需要放弃固定化的机械组

件 而转向专门为电子化运动控制而设计的新机制

对这些应用还比较陌生的新手们 即使通过将这一技

术应用到更低层次的工艺模块上而不是整台机器上

的做法 也可以从中获益 通过对分步工艺的管理

设计者可以提高产品性能和灵活性 同时开发新方法

家用电器

26

来完成老任务 掌握这些新的 更小的子系统 难度

更低 而且将其在车间里实施也会更快 然后用户可

以确定在这些新的集成化控制概念方面所需要的合

理投资水平

最后 设计者还应该考虑到集成化控制在信息搜

集和网络化方面的优势 随着制造者对其控制系统进

行新的工程化改造 集成控制已成为数据共享和利用

数据来改善工艺效率的一项工具 过去 人们的努力

都放在了对机器的诊断上 一般都是复杂的专用工

具 用于处理机器的可靠性问题 如今 这种做法基

本被视为一种低效率的方法 机器从本质上讲应该是

简单 而且有自诊断功能的 为了实现工艺的不断改

进 应该在软件上进行投资 而且所用工具对集成控

制系统来说应该是浑然一体的 控制箱之间可以用网

络连接 然而 信息的获得应该无需复杂的网络编程

结语

现在 设计者在满足运动控制方面的需求时可以

比以往更为轻松 集成化的运动控制正在帮助他们设

计出各种灵活而精确 足以跟上市场需求变化的设

备

选择传统电机还是直接驱动旋转电机

封闭式和开放框架式直接驱动旋转电机 在多种

家用电器

27

应用中已经取代了传统的 带机械传动的伺服电机系

统 而如今一类全新的 称为模块化(cartridge)DDR

的直接驱动旋转(DDR)技术 将开放框架式直接驱动

电机在性能方面的优势与全框架电机安装方便的优

点结合起来 其价位则比传统的直接驱动技术低得

多

传统的电机/传动系统

今天的大多数伺服应用采用了传统的带机械传

动的伺服电机系统 传统系统的初始成本具有吸引

力 而且性能已经在各种不同应用中得到了验证 这

些应用包括 电子组装 包装 航空和国防 然而

人们往往没有注意到这类系统在设计和集成方面额

外的支出成本 这些附加的开支用于滑轮 变速箱和

皮带等需要添加的机械部件 这些部件在整个机器寿

命中不断磨损 这也增加了总寿命成本

定位误差和调谐困难是这些系统中常见的问题

它们是由传动的柔性和无效间隙引起的 皮带 滑轮

和变速箱的维护以及这些易磨损部件的更换都需要

付出昂贵的代价 首先 用户不得不对更多的部件进

行库存管理 其次这些附加的部件所造成的系统故障

会增加系统计划外停机时间 使得机器的产量出现下

降

家用电器

28

直接驱动旋转电机

可以直接产生驱动作用的旋转电机本质上不过

是一种大力矩的永磁电机 它直接与负载连接 这种

设计消除了所有机械传动部件 如齿轮变速箱 皮带

滑轮和连轴器 直接驱动旋转系统为设计者和使用者

带来了许多好处

因为一个机械传动需要定期的维护而且会频繁

地造成计划外停机 所以 直接驱动旋转电机技术从

根本上提高了机器的可靠性 减少了维护时间和开

销 通过消除机械传动带来的柔性 直接驱动设计避

免了对电机和负载进行惯性匹配的麻烦 同时 定位

和速度精度也可以提高 50 倍 直接驱动电机还带来

另外一个好处 听觉噪声降低高达 20dB

DDR 电机对半导体工艺设备来说是一个理想的解

决方案 因为电机直接与被驱动的负载相连 消除了

传统伺服电机系统中通常必须采用的皮带 滑轮和齿

轮箱 零部件数目的减少也使得机器的总体尺寸减

小 生产管理人员就可以在一个工艺隔间里放置更多

的 附加值高的工艺设备 机械传动部件的消除带来

了一种无需维修的系统 而且这种系统的工作更为安

静

无框架 DDR 电机

家用电器

29

无框架直接驱动旋转电机是 DDR 技术的 祖父

毫无疑问 它们提供了目前最紧凑的机械伺服解决方

案 无框架直接驱动旋转电机采用了独立的转子和定

子 而未使用轴承 这些零件成为机器的一个整体组

成部分 另外还包括了必要的反馈装置 它们对于机

器预留空间有限或者总重量有着关键影响的应用来

说是理想的选择

这些电机就本质上来说是专门定制的 因此更为

昂贵 需要数周 甚至数月的设计和集成时间 此外

一旦系统出现故障 电机或者反馈装置的取出更换过

程也极为复杂 因此 无框架 DDR 技术并非适用于每

一种应用 它最广泛的应用是在机载和地面车辆方

面 如夜视装置 雷达系统和武器系统的瞄准控制

以及那些对尺寸 重量和/或性能有着较高要求的高

端工业应用 如机器人或者精密研磨机

封闭式 DDR 电机

带外壳的(封闭式)直接驱动旋转电机 则是将转

子 定子和在出厂前完成对准的反馈装置集成到一个

带有精密轴承的外壳中 属于一种完整的解决方案

封闭式直接驱动旋转电机对于负载可以骑跨在电机

轴承上的应用来说极为理想 对于已经使用了轴承的

电机而言 用户需要把电机连接到负载上 或者让 3

家用电器

30

个或更多的轴承完成对准 这将是一项繁重 费时的

工作 因此 封闭式 DDR 电机一般用于分度和速率转

台应用

模块化直接驱动旋转电机

模块化(Cartridge)DDR 电机是一种全新的直接

驱动解决方案 其结构包括一个独特的无轴承外壳以

及外壳中集成的转子 定子和出厂前完成了对准的高

分辨率反馈装置 圆筒式 DDR 技术的应用消除了机械

传动部件 既保留了直接驱动所有的优点 又避开了

传统的封闭式或者无框架DDR解决方案复杂而昂贵的

缺点 模块化的直接驱动旋转电机利用新颖的压缩联

结装置来将转子与轴连接到一起 并且附带提供一种

独特的夹头设计 从而实现了 即装即用 所花时

间不到 30 分钟

模块化技术的优势 连同其有竞争力的价位和总

寿命成本方面的显著降低 将加速直接驱动技术在诸

多领域中的新机器设计中的应用 如冶炼 包装 印

刷 半导体和工厂自动化 请见如下的一个例子 一

家正在努力使其机器的产量超过 150 件/分钟的包装

OEM 他们所面对的挑战是 齿轮箱在一个关键轴上

存在的柔性在他们试图提高产量时引入了机械干扰

通过在这个轴向上安装模块化直接驱动旋转电机 消

家用电器

31

除了机械柔性 使得这家 OEM 能将其机器的产量提高

到 180 件/分钟 除了提高产量 这家 OEM 还体会到

了如下的好处 零维修工作量 可靠性的提高和听觉

噪声的降低

再举一个模块化直接驱动的应用实例 一家 OEM

为轮胎和汽车工业服务提供测试/测量设备 该公司

发现 使用直接驱动技术提高了测量质量以及机器的

可靠性 其原因就是消除了无效行程和其它由皮带和

滑轮系统带来的外部影响 他们最初的设计采用了一

个无框架直接驱动电机 与传统解决方案相比 它带

来了多方面的好处 但也存在组装和安装困难的缺点

事实上 无框架电机的组合及反馈装置的对准需

要花费一整天 于是 该公司转向了模块化的直接驱

动技术 发现由于其安装方式简单 集成只花费了约

30 分钟 时间和费用都大为节省 此外 他们还很高

兴地看到 与无框架直接驱动型号相比 模块化电机

的力矩密度更高

由于其独特的设计 模块化 DDR 电机与机械传动

的传统伺服电机相比 在价格方面显得更有竞争力

即使其初始成本稍微要高一些 但就 5年的总使用期

来看 这一新技术的运行成本要大大低于传统系统

家用电器

32

对医学应用至关重要的高可靠性连接器

医疗仪器要求极高的可靠性 而一般电子设备很

少有如此高的可靠性要求 医疗仪器可用来测量病人

的体温 监视血压或者绘制心电图 这些操作都不允

许出现任何差错 普通市场上可以买到的连接器不能

提供坚实可靠连接所必须的性能 都或多或少存在着

一些问题 例如比较高的故障率 丢失关键数据 需

要经常维修和昂贵的价格 这些问题都使医疗设备的

拥有者感到沮丧 最重要的是当生与死将取决于仪器

采集到的数据时 医疗仪器的可靠性对病人而言是生

死攸关的 假如连接器不能提供可靠的数据连接 病

人有可能需要再次进行昂贵和痛苦的检查 甚至可能

发生更糟糕的情况 即根据错误的数据 接受不正确

的治疗

高可靠性连接器

在电路中 大多数信号和电源连接器应该尽可能

感觉不到 连接器在连接电路时不应该在电路中增加

任何电阻 电容 电压 电感等 连接器的表现应该

与直接连接的导线一样好或更好 不可靠连接器的接

触电阻不稳定 时大时小 看起来象在电路中出现了

一个可变电阻 有可能产生错误的读数

连接器应该主要是机械装置 这些装置可以使电

家用电器

33

路暂时断开 以便进行清洗 杀菌 探查电路的改变

或电缆的替换 另外 连接器还可以使电路暂时合上

以便进行充电 下载或电路测试 该机械连接应该是

一种 看不见 的电气连接

高可靠性的连接器必须满足应用的需求 包括很

长的生命周期 低接触电阻 高额定电流 低插拔力

防震动和防机械力冲击 可靠性可以根据不同的应用

场合 用多种方式进行定义 在手机电池连接的场合

这与医疗电子仪器的连接不同 可靠性意味着以相对

较高的接触电阻能进行好几百次的插拔连接 如果电

源的连接不那么可靠 出现时好时坏 问题还不会太

严重 因为许多用户会准备换一部采用最新技术的手

机 还有些用户为了省钱 不准备买新的手机 他们

愿意忍受电源接触不良所带来的不方便 但是对精密

的医疗仪器 例如心脏电击去纤颤器(起搏器)而言

高接触电阻或接触不良会造成生命危险

因为这种连接器是用于医疗仪器的 所以需要插

拔许多次 要求具有很长的有效使用期 相对于连接

器的体积而言 又需要提供很低的接触电阻和(或)很

大的电流载荷能力 在需要许多次插拔的场合 低插

拔力往往是至关重要的 它能避免由于过大的机械插

拔力对仪器设备可能造成的损坏 在有些场合 外部

家用电器

34

环境存在着强力的振动或机械的冲击 需要连接器能

在这一类条件下保持可靠的电气连接

我们可以买到的连接器产品有许多种 其设计方

案多种多样 分别针对不同等级的电气连接可靠性能

的要求 模压成型的连接器 虽然价格低廉 但只能

提供有限数目的接触点 当插拔次数多时或在有振动

或机械冲击的环境下叶状簧片常常不能很好地保持

紧密的接触 因而造成高接触电阻 不同种类的机械

接触设计方案可以减少接触电阻或改进防振动的性

能 但付出的代价是高的插拔力或减低连接器的插拔

生命周期

医疗仪器专用高可靠连接器

双曲面线篮状连接器 如由 Hypertronics 公司

生产的产品(见图 1) 提供了医疗仪器设备必需具有

的所有高可靠特性 双曲面篮子中的弹性金属丝被固

定在插座触点的两端 并被设计成能弹性地伸展 当

插针插入双曲面篮子中时 金属丝就紧紧包住了插

针 弹性金属丝的伸展特性减少了插拔力 大大延长

了连接器的生命周期 经过测试 插拔次数已经超过

10 万次 沿着篮子的每一条金属丝都有许多接触点

这些点大大减低了接触电阻 增加了电流负载的能

力 这些点以及 360 全方位包住插针结构显著地提

家用电器

35

高了接触点防振动和防机械冲击的能力

市场上能买到各种各样的连接器分别适用于不同的

医疗仪器设备 例如 电子导管的连接器 病人探针

连接器和用旧了的治疗仪器的连接器 70%以上的连

接器可以在市场上采购到(见图 2) 此外为了在电路

嵌板架上能很快地与电源 信号和射频电路板连接或

脱离 需要结实耐用又灵活的标准连接器 从 MRI(磁

谐振成像)轮床对接(gurneydocking)设备到实验室

的测试设备都有一些特殊要求的连接器 此外 如超

声波探测器的探头和心电图监视仪的探头等都需要

触点数目很多的互相连接的器件才能满足要求 市场

上可以采购到这一类高可靠连接器(见图 3)

随着人口的老年化程度的加剧和技术的进步 越

来越多的病人将被日益增加的电子医疗仪器所包围

因此 当不允许出现任何差错时 医疗仪器中连接器

的可靠性已经变为工程师们在产品设计时必须考虑

的最具决定性作用的方面

开关电源电感值的确定

开关电源是电源产品的主力军之一 但随着全球

范围内对节能型产品需求的日增 那些传统上采用价

格较低而效率亦较低的线性调节电源的应用 也将转

向开关电源(switch mode power supplies SMPS)

家用电器

36

这一转变必将推动业界不断的提高开关的频率 以满

足客户对于在更小空间中提供更大功率的要求 这为

SMPS 制造商打开了新的市场 而相应的又将有一些领

域的设计工程师面临如何满足 SMPS 设计要求这一难

题

本文将探讨如何为非隔离式 SMPS 选择相应电感

的问题 所给出的例子适用于薄型表面贴装式设计

如稳压器模块(VRM) 负载点电源(POL))以及更大的

机柜系统

图 1示出了采用 Buck(降压)型拓扑结构的电源

它常用于输出电压低于输入电压的场合 在典型的

buck 电路中 当开关(Q1)闭合时 电流开始流过输出

端 并稳定上升 其速率取决于电感的量值 根据 Lenz

定律 di=VL dt/L 即流过电感的电流的变化等于

电压乘以时间的变化然后除以电感的量值 随着流过

负载电阻 RL 的电流稳步上升 输出电压也成正比增

加

当电压或电流达到预定的极限后 控制 IC 把开

关关断 电感中的磁场就逐渐消失 使得正向偏置二

极管 D1 继续向输出电路馈送电流 直到开关再次闭

合 这一循环不断重复下去 其闭合和关断的次数由

控制 IC 决定 这样就可以将输出电压调节到所期望

家用电器

37

的值

图2示出了若干周期内流过电感及其他降压电路

元件的电压和电流波形 电感的量值对于在开关关断

时维持到负载的电流十分关键 为了能在最极端的输

出电压和输入电流条件下保证最小的电感值仍然支

持降压变换器的输出电流 从而向负载输出电流 这

个最小电感值是需要确定的一个量值 为了求出这一

最小电感值 需要下列信息 输入电压范围 输出电

压及其额定范围 工作频率(开关频率) 电感的纹波

电流和工作模式(连续或不连续)

下式用于确定一个 buck 变换器所需的电感值

式中 对于连续模式来说 dI<I

确定在所有可能的工作条件范围内都适用的最

小电感值时 必须设法保证电感能提供所需的负载电

流 且同时保证在各参数均为最差条件时纹波电流仍

处于规定的指标范围之内 对于 buck 型降压电源来

说 最差的条件出现在输入电压和频率均为其最小值

的情况下 让输出电压等于其所允许的最小值就可以

得出维持电压调节所需的最小电感值 设计者可以根

据对可能出现的最坏条件的承受能力来选择所需的

电感值

利用表 1给出的量值 可以通过下式计算出最小

家用电器

38

电感值

L1(Min)=10.6mh

于是 对这一特定的应用来说 可用的最小电感

值为 10.6mH 而电流额定值在最大的 20A 工作电流以

上仍具有让人放心的安全裕度 选用一个电感值更低

的电感 就可能导致 buck 变换器在规定的最大电流

下无法将其输出电压维持在所规定的范围之内

结语

一旦确定了电感值 就可以根据电气标准 尺寸

和系统安装方面的限制来设计实际的电感 很多磁体

供应商提供了可以满足大多数设计指标的标准化产

品 然而 若使用现成的产品 可能需要在性能或尺

寸方面作出妥协 在很多情况下 利用磁体制造商所

具备的专业技术能力来形成电感值 电气性能和物理

限制条件都让人满意的优化设计 就可以提高产品的

性能并缩短推向市场的时间

为电源设计选择适合的功率因数校正电路

结构

以往 大多数 D类设备电源都使用某种形式的有

源功率因数校正(PFC)电路来获得最高的功率因数

这是因为原来的 D 类设备包括了几乎所有采用 75

600W 电源的电子设备 现在 新法规规定 D类设备仅

家用电器

39

包括个人计算机 PC 监视器和电视接收机等 这意味

着对于许多原来属于 D类的设备 电源能否达到高功

率因数已经不再是关键性的要求 在许多情况下 对

于更宽松的 A 类谐波含量要求 特别是 250W 以下的

情况 可以避免采用有源功率因数校正方法

例如 在以前的 D类法规中 180W 的电源仅允许

0.765A 的三次谐波 而对于同样的设备 A类要求的

允许值提高到 2.3A 是原来的三倍 这一变化使得电

源不再需要复杂且昂贵的单级和双级有源功率因数

校正电路 设计人员可以利用简单的无源滤波器来满

足要求(参看表 1和 2) 这一变化促使电源设计人员

更细致地考察所有可用的功率因数校正电路结构

图1由于目前许多原来归入D类的设备被划分到

要求更为宽松的 A 类 针对 1U 高度单输出应用的采

用无源功率因数校正的开关电源可以为OEM带来很大

经济优势

图2无源功率因数校正技术可减少器件数量并提

高电路可靠性

图3双级有源PFC提供更高的功率因数以及更宽

的交流电压输入范围 但有源 PFC 需要的元件数量更

大 也降低了电路的可靠性 同时与其它 PFC 技术相

比成本也更高

家用电器

40

无源 PFC 技术

无源功率因数校正电路(图 2)采用低频滤波器元

件来减少谐波 这种方法通常可满足功率在 250W 以

下的企业网(EN)A 类设备法规要求 与采用有源功率

因数校正技术的开关电源相比 成本则要低得多 更

少的元件数量以及不再使用有源开关和控制电路也

意味着更高的可靠性以及更小的尺寸 同时 与有源

电路相比 无源滤波器的效率损失也较低

无源功率因数校正技术的缺点是功率因数通常

仅可达到 0.60 0.70 而且与有源结构不同 无源结

构需要电压倍增电路才能在高于150W的电源中使用

如果设计中需要考虑维持足够的保持时间的话 还需

要一个较大的电容器

当选用无源 PFC 技术时 设计人员需要考虑到大

多数无源滤波器是针对满足在给定输入功率水平(典

型公差为 20%)情况下的 A 类谐波要求而设计的 这

样 通过两个电源并联来提高或加倍系统功率的作法

就行不通了 因为两个或更多电源所吸入的电流会使

谐波增加超出 EN 要求 幸运的是 仍然可通过并联

的方式来提供一种电源冗余工作模式 由两个或更多

个电源共担负载并且仍然满足标准要求 条件是系统

消耗的总功率不能超过单个电源的额定功率值

家用电器

41

双级有源 PFC 技术

大多数双级PFC设计都采用了如图3所示的升压

变换器结构 该技术的优点包括高功率因数(典型值

可大于 0.98) 总谐波失真低(THD 典型值小于 5%)以

及可实现自动宽范围交流工作 高稳压总线电压

(400V 直流)允许采用较小的电容来获得所需要的保

持时间 以及更高效的进行下变换器设计

有源PFC变换器的缺点是需要成本更高也更复杂

的有源电路 典型的效率损失为 5 10% 同时为了平

衡功耗和所产生的 EMI 尺寸会变得更大 另一个缺

点是应用于采用 DC/DC 中间总线结构(IBA)或负载点

(POL)变换器的分布式电源结构(DPA)中时 系统会有

三或四级 从而影响到效率和总成本 尽管如此 在

250W 以上的大功率应用中 有源 PFC 仍然是最好的结

构选择

规定谐波失真的EN61001-3-2标准已颁布以及分

布式电源结构(DPA)越来越流行 这两个因素相结合

正在改变 OEM 电源制造商对于功率因数校正的看法

可以通过探索和实现现有以及新兴的技术来提高开

关电源(SMPS)设计的可靠性 性能和成本效率

燃料电池 下一代移动设备电源

燃料电池供应公司在今年年末至明年年初还不

家用电器

42

会作出什么大动作 但这并不意味着设计者在买得起

燃料电池以前就不去理会它 最终 燃料电池将出现

在市场上 工程师应该了解它们将对便携式和特种设

备的设计产生的影响

燃料电池最初于 1839 年问世 当时 William

Grove 对水进行电解试验 Grove 观察到 当电极与

分隔开来的氢气和氧气发生接触时 他的试验装置发

出了少量的电流 但是 把这种实验室里的新奇现象

转化为一种实用的电源却花去了相当长的时间和大

量的努力 如今数十家公司研发燃料电池技术 但却

只有少数几家能将产品推向市场

虽然很多化学反应都可以用于燃料电池中的电

能产生 但大多数开发都围绕着氢和氧的复合 要对

小型燃料电池中所使用的 经过压缩或液化的氢气进

行运输是不切实际的 而这种燃料电池将用于驱动消

费类装置 于是 对便携式电子装置的电源研究现在

围绕着氧气和甲醇(亦称为木精或木醇)的运用(图

1) 甲醇提供了氢 而空气提供了氧 直接使用甲醇

的燃料电池也因之得名直接甲醇燃料电池(DMFC)

大多数开发公司预计 最早的 DMFC 应用将在小

型化装置中实现 如军用品或必须长时间脱开电力线

而工作的设备 军品研究者力图减少士兵所负荷的重

家用电器

43

量 燃料电池是一种有吸引力的电池替代品或补充

物 DMFC 能以比电池轻的重量发出大量的能量 但需

要换气 以收集氧气和释放水汽 很多 DMFC 设计需

要小风扇和泵来移送气体及液体 因此其运行经常发

出噪声 而且到目前为止 很难用于水下或隐蔽使用

的场合

由于第一代 DMFC 的市场将由军工工程师 技术

方面的狂热爱好者和早期用户来支撑 这些电源将变

得更小 效率更高而且价格更低 DMFC 最终将进入主

流市场 不过就目前而言 它们的能量密度还不足以

与标准的锂离子电池相比

消费类产品电源

消费类市场确实需要 DMFC 电源 接收电视广播

的流行款式手机 只能工作约一个小时 因此 如果

厂商能提供实用的 廉价的 DMFC 消费者就会购买

可重新添加燃料的 DMFC 能让一个电视手机几乎无限

期的工作下去 MTI Micro Fuel Cells 公司的董事长

兼 CEO Bill Acker 估计 一加仑(3.8 升)甲醇能驱动

一个普通手机工作约 10 年

大多数 DMFC 供应商计划通过混合式电源来闯入

市场 就是将燃料电池和储能装置(如超级电容或电

池)组合 至少以之作为起步 DMFC 在恒定负载条件

家用电器

44

下运行情况最好 因此在一个混合式电源中 燃料电

池将提供恒定的功率 而靠电容或电池来满足峰值功

率方面的要求 如果装置消耗的平均功率为 0.5W

但需要的峰值功率达到 3W 就不要将燃料电池的额定

功率规定为 3W Bill Acker 说 相反 应该去设计

一个电源和能源组合 以满足总的功率需求

一个典型的 燃料电池 事实上是由一组单个的

电池单元串连而成的 单个单元的供电电压为 0.7V

0.9V(开路时) 约为其理论输出的 1/3 带负载后

输出跌落至约 0.3V 0.5V 一般来说 燃料电池需要

外接一定的功率调节电路

能源预算

首批由 DMFC 供电的商业化产品将比电池供电的

产品贵 10% 20% 但依然有良好的市场前景 Direct

Methanol FuelCell 公司的 CEODr.Carl Kukkonen 对

能源的成本进行了分析 一台 3000 美元的汽车引擎

可产生约 100kW 的功率 因此每 kW 成本为 30 美元

Kukkonen 说 一个笔记本电脑的电池可发出约 12W

的功率 成本是 130 美元 相应每 kW 功率成本为 11

000 美元 DMFC 的价格要低得多 1000 美元/kW

2000 美元/kW 业界将为汽车应用而把燃料电池的成

本降低到 30 美元/kW 但那将是一个重大的挑战 我

家用电器

45

们很可能实现不了目标

下面从另一个角度看 DMFC 的 潜力 甲醇的

总能量容量为 5 000Wh/l 但我们永远不能汲取出全

部能量 DuPont 公司的 DMFC 市场开发经理

DaveReichert 说 因为当谈论能量 密度 时 同

时必须把物理设备考虑进去 电池单元 燃料盒和容

器中的其它东西

2004 年末或 2005 年初 有望出现能产生

200Wh/l 350Wh/l 能量的 DMFC 系统 这一量值在目

前锂离子电池的输出范围中只居于较低的水平

Reichert 说 但这个量值只代表了市场上最早出现

产品的水平 我们将会制成 1000 1200Wh/l 的 DMFC

系统 锂离子电池的理论极限约为600Wh/l 因此DMFC

可以提供的功率密度将是其两倍

人们需要便携式设备时 他们会为这种方便性

而付出额外的费用 消费者不会因为笔记本电脑比台

式机便宜而购买它 他们之所以购买 是因为它方便

携带 DMFC 让他们能摆脱电力网络的束缚

燃料电池的发热问题

设计者也需要考虑发热问题 Motorola 实验

室的能源技术主管 JerryHallmark 介绍 如果燃料

电池效率为 25% 而需要 20W 的电能 那么在获得这

家用电器

46

20W 电能的同时却要付出 60W 的热量 这一发热超过

了电池的水平 因此需要把过多的热散发掉 那 20W

电能最后也会在功率器件中变成热量

要将笔记本电脑或者便携式仪器内部发出的热

量散发掉是一件困难的事情 因此 设计者不能简单

的用 DMFC 或者混合式电源来替换电池 不过 他们

可以用 DMFC 作为充电器或者独立电源

DMFC 对燃料的处置本身亦是工程上的一项挑战

将甲醇分发给用户而且要确保用户能安全的处理这

些燃料 人们在更换喷墨或激光打印原料盒时 并不

需要将墨水或颜料摇匀 甲醇的预包装也应该具有同

样的优点 为了帮助 DMFC 进行市场开拓 并确保甲

醇采用方便易用的包装而实现有效的销售 许多 DMFC

厂商与 Gillette 和 BIC 之类的公司建立了联系 但

是目前在便利商店的货架上还是找不到甲醇燃料盒

的

甲醇必须能带上飞机

甲醇的使用面临另一个障碍 安全方面的法规

如今 消费者尚不能将甲醇带上商业航班 因为没有

任何标准对消费者携带这种燃料进行管理 但在未来

18 24 个月中 这一情况将发生改变 (锂离子电池

在可以带上商用飞机前 也不得不经历了相似的认证

家用电器

47

流程

国际电子技术委员会和 Under writers 试验室

(UL)正在进行标准化方面的工作 美国交通部已经向

联合国提交了一份提案 以求将甲醇从 易燃液体

类(Class3)转移到 其他危险材料 类(Class9)中

这项更改一旦完成 燃料电池制造商和甲醇盒供应商

可以向民用航空团体申请批准携带 不过 不需带上

商业航班的设备和燃料盒则无需任何批准

DuPont 公司的 DaveReicher 认为 即使在长途商

业旅行中 大多数人还是会携带 500ml 600ml 的密

封甲醇 Reichert 指出供应商将能设计出足以通过国

际组织制定的安全标准的包装盒 包装通过了跌落

压力和其他测试后 它们盛装的易燃性甲醇本身就是

安全的了 在大多数情况下 消费者将使用一次性的

不可私自重新灌注的密封盒 一个自闭阀将能防止甲

醇的泼洒

崭露头角的革新

即便 DMFC 短期内还不能出现在市场上 人们的

研究还是带来了若干新的燃料电池设计 Motorola

实验室的研究者已经以陶瓷材料形成了微流体 3D 结

构 陶瓷可以起到小型反应器的作用 在其中 甲醇

将裂解而产生氢气 该过程称为重整 氢气在陶瓷的

家用电器

48

另一部分消耗掉 从而形成一个燃料电池 Motorola

公司并不制造燃料电池 相反 它将寻求合伙人 将

其技术开发成为燃料电池产品

ST Microelectronics 公司沿着类似的路线发

展 它对硅的微结构进行了探索 其电化学蚀刻工艺

形成了一种海绵状多孔硅 3D 结构 反应物可以扩散

到其中 催化剂通过单独的电化学工艺进行淀积 这

大大增加了化学反应所依附的表面积

ST Microelectronics 公司中央研发部的硅技术

主管 Dr.SalvoCoffa 认为 标准 DMFC 的能量密度约

为 50mW/cm2 但如果密度如此之低的话 就无法将燃

料电池运用到移动电话中 在我们的 3D 结构中 我

们让气体和膜紧密接触 而且为电子提供了一个运输

结构 我们预计 2004 年底前能用海绵硅的燃料电池

制成一个可以工作的样机 其功率密度达到

150mW/cm2 而到 2005 年 DMFC 的输出将达到约

500mW/cm2

Energy Related Devices 公司(ERD)通过在衬底

上钻小孔的办法制作出了用于 DMFC 化学反应的大表

面积结构 该公司的创始人 Robert Hockaday 介绍

我们没有将多层板层叠起来构成一个电池单元阵

列 这让人担心各单元间的密封性 我们是以制作印

家用电器

49

刷电路板的办法来制作燃料电池 ERD 在一个衬底上

印刷出多个小单元 并构成阵列 该工艺可以降低

DMFC 的制造难度(图 3) 我们推出产品还要等上一

年 我们的一台样机到目前为止在试验室里已经连续

工作了 24 个月

燃料电池的工作原理

在 DMFC 中 甲醇(CH3OH)和水(H2O)进入燃料电

池的一端并移动到催化剂(一般是 Pt)处(图 4) 催化

剂促使甲醇和水变为二氧化碳 氢离子(H+)和电子

(e-) 电子从阳极出发 流经一个电负载到达阴极

在阴极处 空气中的氧气 电子和阳极处产生的氢离

子发生反应形成水

2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 能量

氢离子穿过将两个电极分隔开的聚合物薄膜 大

多数膜需要一定的水 但多余的水将穿过薄膜并 淹

没 阴极 阻碍氧气与之接触 过多的水也减少了电

池的效率(约 2%0 45%)

薄膜也必须阻止甲醇从阳极一侧扩散到阴极一

侧 这是一个很难解决的问题 因为甲醇和水有相似

的特性 无人会认为世间存在一种完美的 无甲醇沾

染 的膜 但几家公司已经开发出了能减少甲醇和水

互混的薄膜

家用电器

50

在某些设计中 轻微的甲醇混溶是有益的 甲醇

在阴极发生氧化 并发出少量的热 这可以提高整个

燃料电池的反应速率

电极也是工程开发方面的一个难题 它们不仅要

为电子提供一条通路 而且必须能容纳少量的催化

剂 并容许甲醇 水和氧气的扩散 提供到膜的有效

界面 从而让反应废物排出

第二季中国数码相机销量同比增长279.8%

数码相机各大品牌新品推出不断 产品种类继续

增多 越来越多的厂商参与数码相机市场的争夺 竞

争加剧 价格持续下降 是刺激数码相机市场高速发

展的两个主要影响因素 同时主流厂商加大宣传和促

销力度 加深了消费者对数码相机的了解 扩大了整

个市场总量 由于第二季度属于两个销售高峰的间隔

期 尽管有四 五月的节日消费冲击 本季度中国数

码相机市场较第一

季度有所消退 2004 年第二季度 中国数码相机

市场销售总量为 61.60 万台 环比增长(与 2004 年第

一季度相比) 6.2% 同比增长(与 2003 年第二季度

相比)高达 279.8%

数码相机产品技术不断升级成熟 新品推出的频

家用电器

51

率加快 市场竞争日益激烈 产品价格出现下降趋势

但是由于厂商加大对新品的宣传 使得消费结构得到

升级 与上季度相比 销售总额并没有与销量一样出

现同幅下滑 而只是稍有下降 本季度中国数码相机

市场销售总额为 12.62 亿元 与 2003 年同期相比销

量 与 2003 年同期相比增长 213.2% 与上一季度相

比下降了 0.1%

CCD 产品仍然占据绝对优势地位 CMOS 产品

比例下降

虽然随着 CMOS 技术的不断成熟和高端单反数码

相机国民化(一些高端单反数码相机采用了CMOS传感

技术) 在高端采用 CMOS 技术的数码相机供应有所增

加 但由于低端相机市场需求大幅下降 国内厂商联

想 方正都收缩了数码相机战线 几乎没有新品推出

CMOS 元器件的量产优势并没有得到充分发挥 本季度

数码相机厂商对采用 CMOS 芯片的数码相机产品供给

量没有明显变化 总量不大 与前一季度相比 CMOS

产品所占比例略有下降 由 2004 年第一季度的 8.02%

的比例下降到本季度的 7.91% 而 CCD 产品不断更新

价格不断下降 产品综合性能不断提升 使得其仍然

占据绝对市场主流位置

三百万级像素产品依然占主流 四百万和五百万

家用电器

52

像素迅速增长

本季度 300 399 万级像素级别的数码相机产品

仍然占据市场主流位置 市场份额合计达到 43.32%

但较 2004 年第一季度已经开始出现下滑 而中高端

产品 400-499 万像素 500-599 万像素和 600 万像素

以上的产品的比重有所上升 特别是四百万级像素的

产品比重上升了近 10 个百分点

赛迪顾问分析认为 由于技术更新加快 中高端

产品价格下降迅速 为广大消费者所接受 低端产品

逐渐被淘汰 销量减少 同时由于广大三 四级市场

产品的普及还会释放出一定的市场空间 还会有一些

需求 但是 200 万像素以下的数码相机淡出市场 300

万像素成为数码相机市场的起跳级别业成为不争的

事实

400-499 万像素及 500 599 万像素的产品在广

告宣传和新品推出上的力度都很大 但是并没有如预

期的一样代替300-399万像素的产品 成为市场主流

我们认为有两方面的原因 一是随着市场不断成熟

消费者消费趋于理性 像素不再成为购买的唯一指

标 另一方面受数码相机存储介质容量限制和数码相

机伴侣价格居高不下的影响 高像素的相机的普及还

需时日

家用电器

53

市场集中度较高 国产品牌依然处于边缘地带

本季度 中国数码相机市场仍然主要集中在国外

知名品牌 按市场份额计算的市场集中度(CR4)为

72.53% 佳能 索尼 柯达和奥林巴斯占据了近 3/4

强的市场份额 整个中国数码相机市场处于垄断竞争

的市场结构 而且这种市场结构具有固性 会在相当

长时间内如此 国内品牌收缩战线 只能依托自己的

区域市场渠道优势和借助原有优势产品的捆绑销售

维持生存 销售业绩下滑 华旗资讯推出国产首款高

端产品 P710 并借助于其强大的渠道优势 杀入了前

十名

IT 卖场依然是主流 但渠道多元化趋势明显

本季度数码相机市场销售渠道销量比重与 2004

年第一季度相比 商场和家电连锁和网上商城这些新

型销售渠道的销量比重有所增长 特别是家电连锁取

代相机专卖店成长为第二位 而传统的电脑商城和相

机专卖店的销量比重都有所下降 中国数码相机市场

销售渠道多元化趋势越来越明显 一方面 电脑商城

相机专卖店等传统数码相机分销渠道仍然占据了数

码相机销售的主流渠道地位 同时 数码相机品牌专

卖店 家电连锁商城 综合商场 网上商城等新兴销

售渠道也表现得异常活跃 对主流渠道形成有益的补

家用电器

54

充

2004 年第三季度是暑假期间 暑假促销历来是各

大厂商必争之地 预测下季度将是数码相机销售的又

一个高峰 中国数码相机市场将会有不俗的表现 赛

迪顾问预测 2004 年第三季度 中国数码相机市场销

量将达到 68.45 万台 销售额将达到 14.03 亿元 同

比增长 117.2%和 128.5% 预计 2004 年全年销量将达

到 264.7 万台 销售额将达到 49.52 亿元 同比增长

95.49%和 69.0%

索尼 蓝光 阵营 DVD 设备明年下半年

进入市场

8 月 3 日 包括索尼与松下在内的一家行业集团

表示 它认为与蓝光(Blu-ray)只读磁盘格式兼容的

DVD 播放器/刻录机在 2005 年下半年将会进入市场

蓝光阵营由 13 家全球技术公司组成 迄今为止

该阵营只确立了一种基于蓝光技术的可刻录磁盘格

式 只读磁盘格式用于 DVD 电影软件 而可刻录磁盘

格式则用于录制电视节目

据蓝光阵营成员松下公司的一位顾问人员

ShunjiOhara 称 该集团计划将于今年秋季确立其只

读磁盘格式 他表示 届时各制造商都将推出基于可

刻录与只读蓝光磁盘格式的 DVD 播放器/刻录机

家用电器

55

Ohara 在东京的一次新闻发布会上表示 但从格

式的观点来看 制造商可能要到 2005 年下半年才能

推出相应的蓝光设备

这也许意味着 对于目前 DVD 的后继产品 其竞

争在明年可能更加激烈

东芝与 NEC 也在力推一种它们合作开发的 HD(高

分辨率)DVD 产品

东芝高级副总裁YoshihideFujii在上个月表示

该公司计划将于明年推出两款家庭用 HDDVD 设备 一

款是 DVD 播放器 另一款是配备硬盘驱动器的 DVD 播

放器/刻录机

微软上个月表示 它已经决定在其下一代

Windows 操作系统 Longhorn 中集成 HDDVD 格式

但现在对于蓝光格式还不能有所作为

除了索尼与松下之外 蓝光技术还得到三星 飞

利浦 惠普 戴尔等全球电子产品制造商的认可

索尼 蓝光 阵营 DVD 设备明年下半年进入市

场

8 月 3 日 包括索尼与松下在内的一家行业集团

表示 它认为与蓝光(Blu-ray)只读磁盘格式兼容的

DVD 播放器/刻录机在 2005 年下半年将会进入市场

蓝光阵营由 13 家全球技术公司组成 迄今为止

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该阵营只确立了一种基于蓝光技术的可刻录磁盘格

式 只读磁盘格式用于 DVD 电影软件 而可刻录磁盘

格式则用于录制电视节目

据蓝光阵营成员松下公司的一位顾问人员

ShunjiOhara 称 该集团计划将于今年秋季确立其只

读磁盘格式 他表示 届时各制造商都将推出基于可

刻录与只读蓝光磁盘格式的 DVD 播放器/刻录机

Ohara 在东京的一次新闻发布会上表示 但从格

式的观点来看 制造商可能要到 2005 年下半年才能

推出相应的蓝光设备

这也许意味着 对于目前 DVD 的后继产品 其竞

争在明年可能更加激烈

东芝与 NEC 也在力推一种它们合作开发的 HD(高

分辨率)DVD 产品

东芝高级副总裁 Yoshihide Fujii 在上个月表

示 该公司计划将于明年推出两款家庭用HDDVD设备

一款是 DVD 播放器 另一款是配备硬盘驱动器的 DVD

播放器/刻录机

微软上个月表示 它已经决定在其下一代

Windows 操作系统 Longhorn 中集成 HDDVD 格式

但现在对于蓝光格式还不能有所作为

除了索尼与松下之外 蓝光技术还得到三星 飞

家用电器

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利浦 惠普 戴尔等全球电子产品制造商的认可

澄清真假之争 标准缺失下的 变频空调

随着我国对节能产品呼声的日益高涨 引入中国

近 10 年而始终未能被普遍接受的变频空调 在今年

可谓是迎来了久违的推广高潮 主推变频空调的厂家

们亦是应时而变 大幅下调价格并加强推广力度是其

一变 与此同时 在变频空调市场份额逐渐增大的前

提下 空调厂家试图开始在此领域精耕细作 调整产

品结构便是其二变 近日新科空调宣布旗下变频空调

全部转产直

流变频空调就是厂家求变的具体表现 为了紧跟

变频空调市场的细微变化并对该市场有一个全面的

了解 本报将从本期开始推出 变频空调系列报道

就变频空调展开讨论 本期首先澄清变频空调领域的

真假之争

真变频无以 正身

自 20 世纪 90 时代中期变频空调引入我国以来

有关变频空调的 真假之争 就一直甚嚣尘上 这与

其相对低迷的市场占有率之间形成鲜明的对比

厂家抑或是业内专家习惯于将变频空调未被普

及的现状归结于厂家之间的相互拆台及消费者对变

频空调的信心不足 这两点无疑是变频空调难以普及

家用电器

58

的关键原因 但潜藏在这两点背后还有一个颇为关键

的原因却很少被提及 那就是 变频空调标准的缺

失 业内人士认为 这才是变频空调市场混乱的真正

原因 也是假变频空调得以滋生的温床

据北京工业大学环境与能源工程学院制冷学科

部高级工程师李红旗博士介绍 变频空调标准的缺失

主要体现在两个方面 其一 在我国国家标准评价体

系中 对纳入其中的产品均有着准确的定义和相应的

技术规范 测试方法 测试条件说明 但变频空调至

今尚未有产品标准 也就是说 究竟什么样的空调才

是变频空调以及变频空调器如何测试与评价等没有

任何规范 其二 受产品标准的影响 在正在起草中

的空调器能效标准中 同样只有关于定速空调的能效

标准 而没有关于变频空调的能效标准 因为能效标

准是建立在产品标准基础上的

可以看出 变频空调在我国虽然已经有近 10 年

的历史 但始终缺乏一个统一的规范 变频空调市场

也因此相对比较混乱 各厂家自行其是

近日有消息称 正在上报中的国家空调器产品标

准(GB7725)中已经纳入了变频空调的内容 记者从李

红旗博士那儿也得到了证实 不过 变频空调器的能

效标准仍需开展相关的技术研究工作 一时尚无法推

家用电器

59

出

李红旗表示 按产品类型分类确定能效标准的指

标并不十分合适 也不利变频空调的发展 他进一步

解释道 在空调能效标准中目前仅规定了定速空调的

能效标准 这是不利于其发展的一个方面 另一方面

即使将来加入变频空调的能效标准 但是标准中定速

空调与变频空调能效指标的分类制订也使得两者不

具备可比性 变频空调的节能优势体现不出来

假变频高招迭出

标准的缺失 在无法给真变频以 合法身份 的

同时 却给了假变频肆意横行的自由空间 在变频空

调引入中国的早期 某些厂家甚至将仅仅加了一个几

十元变频电源的空调称之为 变频空调 前几年空

调厂家发起的 砸变频 行为虽然带有某些偏激因素

但是也可以说明变频空调领域真伪难辨的事实

这一年来 随着变频空调推广范围的不断扩大

尤其是国内变频压缩机技术的不断成熟及其价格的

日益走低 变频空调市场基本已不再出现用变频电源

冒充变频空调的低级作假现象 而是出现了更加隐

蔽 更高级别的作假现象

据记者观察 目前变频空调市场的产品问题主要

有三类 第一 没有技术研发和生产变频空调能力的

家用电器

60

厂家 采用东拼西凑的办法 从不同的上游生产厂家

那里购买到变频压缩机 变频控制器等零部件 然后

将其组装成所谓的 变频空调 第二 空调厂家利

用变频空调自身技术的特点过分追求利润最大化 如

1匹变频压缩机在高速运转下可以达到 1.5 匹变频压

缩机的制冷量 有些空调厂家便将 1匹的变频压缩机

用于 1.5 匹的变频空调 价格自然也相应抬高 第三

变频空调的制冷量是一个范围 有些厂家就用该范围

内的较高值来标示其额定制冷量 而空调又是根据制

冷量来定价格的 由此厂家获得了较高的利润

第二和第三种现象虽然卖的也是变频空调 但已

经严重影响了变频空调在人们心目中的节能特点 因

为这种 小马拉大车 的做法不可能达到变频空调应

有的节能效果 变频空调的节能优势更是无从体现

交 直流变频之争

近日在新科提出其变频空调全面转产直流变频

空调之后 有关交流变频和直流变频的争议便又重新

被提起 业内曾经有人认为 直流变频空调才是真正

的变频空调 交流变频空调则不是 针对这一争议

李红旗博士表示 如果仅从技术角度来说 交流

才可以 变频 直流 只可以 调速 但无论是

直流调速技术还是交流变频技术最终都可以达到 根

家用电器

61

据用户负载调节制冷量 的功能 因此两者均具备同

样的功能 差异表现在调节的实现手段及节能效果

上 很明显 严格意义上讲 直流变频 的提法是不

科学的 但社会上已经沿用了这种说法

据了解 直流变频空调与交流变频空调的区别在

于使用何种压缩机(交流变频压缩机还是直流变频压

缩机)以及因压缩机的不同而带来控制器的变化 交

流变频压缩机本质上仍是三相交流异步电动机 通过

定 转子之间磁场的相互作用使转子旋转 但其特别

的设计使得可以在较大范围内通过改变电源的频率

和电压来改变电机的转速 因此称之为交流变频

交流变频压缩机转子采用了交流感应电机转子

结构 其工作原理为 定子产生旋转磁场 转子在定

子旋转磁场作用下感应电流产生感应磁场 经定子磁

场与转子磁场相互作用使转子旋转 交流变频压缩机

旋转的基础是定子与转子的电磁感应 使压缩机旋转

的同时也带来了电磁感应噪音与转子损耗等负面作

用

直流变频压缩机转子采用稀土永磁材料制作而

成 其工作原理为 定子产生旋转磁场与转子永磁磁

场直接作用 实现压缩机运转 可以通过改变送给电

机的直流电压来改变电机的转速 直流变频压缩机不

家用电器

62

存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用 克服了交

流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗 具有比交流变

频压缩机效率高与噪音低特点 直流变频压缩机效率

比交流变频压缩机高 10% 30% 噪音低 5分贝-10 分

贝 但是 直流变频空调的成本要高于交流变频空调

消费者认知最重要

李红旗认为 变频压缩机本身就比普通定速压缩

机的价格贵 控制器也存在较大的价格差异 因此无

论哪类变频空调其价格都要高于普通定速空调 变频

空调本身就是一种高端产品 但价格的差异可通过变

频产品使用过程中因节能而带来的电费节省得到补

偿 总体上对消费者还是有利的

因此 从这一角度出发 直流变频空调比交流变

频空调更有使用价值 不过 业内另一种声音却这样

认为 尚未走出普及期的我国变频空调 一旦再加高

价格 刚刚被煽动起来的 变频消费热情 是否因此

被重新冻结 到目前为止 还没有出现跟进新科转产

直流变频空调行为的厂家

业内人士认为 目前我国变频空调厂家最重要的

任务是让消费者清楚地认识变频空调 而不是厂家之

间的互相拆台 当然这种认识也只有在相关标准出台

之后才能真正地深入

家用电器

63

3C 融合系于消费电子 解读 2004 年青博

会

红瓦绿树 碧海蓝天 主题为 消费电子中国机

会 的 2004 青博会在凉爽的青岛夏日掀起消费电子

热浪

3C 融合加速

走进青博会展厅 海尔的整体厨房 现场炒菜

热浪逼人 海信的模拟机器人引来参观者频频与之合

影 TCL 白色灯光营造的科幻般展台和康佳等离子电

视墙大显平板电视魅力 而联通展台前的巨型手机模

型则极力彰显 CDMA 靓影

彩电已不是那个彩电 冰箱也不是那个冰箱 走

进青博会展馆 随处都可看到很多新面孔 具有电脑

显示器功能的数字高清电视机 具有电视功能的多媒

体电脑 带有网络功能的 智能化的冰箱和洗衣机

可以上网 拍照的各式手机 电子家电产品已全面

变脸 3C 融合 使传统意义上的家电产品被全面颠覆

成为各大家电生产企业争相抛出的 卖点 也代表

着未来消费类电子产品的发展趋向

信息产业部副部长娄勤俭说 通信 IT 家电都

在从各自的角度向 3C 整合 如可上网的电视 可拍

照的手机 可打电话的 PDA 具有视频功能的 MP3

家用电器

64

这是新一代消费类电子产品的主要特点之一

TCL 集团多媒体电子事业本部总裁史万文告诉记

者 消费类电子之所以这样炙手可热 获得全球 IT

通信 家电巨头的青睐 就是因为它顺应了 3C 融合

的趋势 消费电子也只有在 3C 融合这个大前提下

才能称为市场发展的主流 他说 人类追求自由与

简约的天性要求 3C 融合 所以消费类电子产品的发

展趋势是建立在 3C 融合下的自由与简约 而明基电

通数位媒体事业群总经理陈其宏也表示 消费电子的

发展目标就是要使各种数字家庭产品在一个共同的

平台上互联互通

在本届青博会上 国内家电企业康佳 TCL 海

信等都一举展出了配备 USB 接口的多媒体电视 可以

直接上网的信息网络电视等系列新品 据了解 康佳

正致力于实现电视 音响 个人电脑 手持设备 数

码影像设备之间的信息共享和协同工作 把数字电视

确定为数字家庭的娱乐中心 TCL 也与英特尔共同成

立了 3C 联合实验室 在消费领域 致力于新一代

针对宽带服务的多功能数字机顶盒产品 3C 智能电视

的研制和开发

专家指出 青博会集中传达出的消费类电子产品

3C 融合的信息 使我们对未来的电子家电产业的走向

家用电器

65

至少可做两点总结 第一 传统家电产品由 山重水

复 到 柳暗花明 几乎跌入 夕阳产业 的传统

电子家电行业此刻迎来新的发展机遇 第二 国内外

IT 通信等行业巨头纷纷加入消费类电子产品市场竞

争 使传统电子家电企业面临更多更严峻的挑战

触摸 大数字时代

青博会向人们展示 大数字时代

何谓 大 首先是数字化无处不在 正如娄勤

俭所指出 新一代消费电子产品的重要特点之一是数

字化步伐加快

传统的模拟视音频产品将逐步被新的数字化产

品取代 DVD 数字电视 数字音响 数字相机 信

息家电等成为市场的热点 数字家庭 数字办公 数

字城市等数字幻境建设概念应运而生

平板电视引领主旋律 大 还体现在大尺寸上

本届青博会 视像产品的主旋律是数字化 高清晰

以等离子 液晶为代表的平板电视代表了未来的发展

方向 从 42 英寸到 63 英寸不等的等离子 15 英寸

20 英寸 37 英寸 40 英寸等十余种液晶电视 目前

从技术上来看 视像产品已经完成了从模拟显像管向

平板技术的过渡 下一步将降低成本 提高制造工艺

水平 逐步走向平民家庭 而图像显示的效果更趋完

家用电器

66

美 色彩对比度越来越大 颗粒越来越小 色彩种类

不断增多 此外 视像产品的功能更加多样化 日趋

扮演起家庭显示中心的角色

据权威咨询机构预测 2004 年至 2008 年 中国

数字电视用户规模将以 188%的增长率高速发展 未来

5年 包括机顶盒和数字电视机在内 数字电视终端

的市场规模将达到 3397 亿元 中国数字电视产业蕴

涵的巨大商机 也吸引国内外家电和 IT 巨头

打拼国际市场还需练招

2004 青博会顺应全球消费类电子技术流动的特

点 首次设立技术贸易展区 并举办电子产品国际贸

易发展论坛 亚 欧 美三大消费电子类版块中的跨

国公司 相关政府机构针对跨国贸易 知识产权转移

全球化管理等重大话题进行多层面多角度的研讨和

交流

娄勤俭说 经济全球化和中国加入 WTO 为国内企

业发展与 走出去 提供了更大的发展空间 但同时

越来越多地受到挤压 如跨国公司不断加大对知识产

权的开发 保护和经营力度 向各国用户收取高额知

识产权费 再有 跨国公司目前一般只是设计方案

而把产品制造 软件外层等外围业务委托给发展中国

家或外包给其他企业 然后以自己的品牌销售 从今

家用电器

67

后一个很长的时期来看 国内产业和企业将面临更为

严峻的挑战 如何趋利避害 利用国际规则保护自己

拓展国内外市场 是摆在我们面前亟待解决的问题

美国电子工业联盟主席 DaveMcCurdy 的认为 世

界电子产品的 15%将在中国生产 中国企业学会如何

避开壁垒走出去十分重要 在这方面 日韩的经验值

得借鉴 韩国电子产业振兴会副会长兼 CEO 李(金鉴)

烈说 韩国电子家电的发展史实际上见证了韩国的贸

易争端史 如 1983 年美国对韩国彩电 1992 年美国

对韩国 DRAM 提起反倾销诉讼 韩国的做法一是积极

应诉 二是加快建造海外生产线

国家知识产权局知识产权发展研究中心主任邓

军表示 中国企业知识产权意识还不够强 掌握 运

用知识产权的能力更是欠缺 他建议政府有关部门借

鉴美国 日本等国家的作法 实行明确有力的知识产

权政策导向 引导企业全面增强知识产权意识 大力

提升掌握和运用知识产权参与市场竞争的能力

国家认证认可监督管理委员会副主任孙大伟认

为 认证手段和成果对促进电子信息产品国际贸易

促进电子信息产业发展有着深远意义 安全标准

(UL/CE)认证中国事务专家何永正说 在我国加入 WTO

后 对于我们出口产品原有的诸多贸易管制正被逐步

家用电器

68

取代 但产品面临的技术壁垒则日益突出 我国出口

产品必须在权威机构的实验室按照国际标准完成检

测或取得相关认证 才能达到质量安全要求 合法销

售或被市场接受 产品取得国际保证检测认证 不仅

仅是得到一纸证明 更是企业自我规范 使产品和企

业自身都得到提升的的过程

抢占市场先机 透视中国平板电视产业发

展

飞速发展的平板电视市场 使平板电视不但成为

彩电市场新的增长点 也成为彩电企业的必争之地

为此 本报记者深入采访了国内主要彩电巨头 分三

期推出 透视中国平板电视产业 系列报道 全面剖

析国内企业在平板显示市场中的机遇与挑战 说实

在话 我们的目标就

是做国内平板电视的老大 海信集团副董事长

夏晓东说 这样的目标在海信高层已经形成了共识

虽然海信目前在国内 CRT 电视的市场占有率只是老

五 但现在海信有机会做平板电视的老大

当然设定这样目标的并不仅仅是海信 康佳 创

维 TCL 长虹等都有这样的打算 日前康佳就宣布

自己在国内的液晶电视市场占有率已经突破 40% 超

过夏普而位居全国第一 挑战平板电视新机遇已经成

家用电器

69

为国内彩电企业的共识 平板电视成国际潮流近年

来 全球平板电视市场得以飞速发展 2003 年 全球

PDP 电视的生产量为 100 万台 今年有望达到 200 万

台 增长速度高达 100% 预计 FHP(富士通和日立的

合资公司) 松下以及先锋和 NEC 合并公司的生产线

都可以达到年产 50 万台 而三星和 LG 的产量总和可

达到 50 万台

而到 2008 年平板电视的市场年销售收入会超过

400 亿美元 占整个电视市场的 60%以上 而传统的

CRT 电视只有 150 亿美元的市场份额 在此潮流的促

进下 众多传统彩电企业纷纷将主要力量放到平板电

视的研制上 并认为平板电视将是公司的主要利润增

长点 比如日本的电视生产商已经逐渐在国内停止生

产 CRT 电视 而转向平板电视的生产 其中日立已经

不生产 CRT 电视 NEC 不生产 CRT 整机 只是出售零

部件 其他的公司也在逐步减少 CRT 电视的生产 夏

普除了在中国生产 CRT 电视 在日本本土已经停止生

产 索尼和东芝有望今年停止日本国内 CRT 电视的生

产 国内企业虽然没有像国外彩电企业一样停止 CRT

电视的生产 但做出了相应的调整 虽然在动作上有

先后 但都已经非常重视平板电视的发展

比如创维集团就已经宣布不再生产逐行扫描电

家用电器

70

视 夏晓东说 中国由于市场差异比较大 既有比较

发达的东南沿海城市 也有相对落后的西部地区和广

大的农村市场 在这些地区 CRT 电视依然是消费者的

首选 但平板电视是彩电企业的希望 海信也不例外

今年海信就将平板电视的生产目标提高到 30 万台

创维集团董事会主席黄宏生说 目前平板显示关键

部件的技术都掌握在日本 韩国企业手中 国内企业

要靠单个力量赶超是无法办到的 只有依靠国家的投

入 才能摆脱这种落后的境地 否则我国的彩电企业

最终会成为廉价的 搬运工 但夏晓东认为平板电

视给予中国彩电企业的机遇要比以前CRT电视给予的

多 理由是平板电视的核心技术掌握单位要比 CRT 电

视分散 不仅仅是日本企业掌握 韩国 美国等国家

和地区的公司也掌握了相应的技术 国内企业完全可

以通过市场操作手法获取相应的技术 他说海信就通

过技术合作的方式积淀了足够的平板电视生产技术

已经掌握了 LCD PDP 和 LCOS 电视生产的关键技术

平板电视对于我们同样是机遇 国内企业厉

兵秣马中国市场正在成为全球重要的平板电视市场

之一 据权威部门预测 2004 年我国等离子电视 液

晶电视 平板电视的市场需求量都将突破 30 万台

而 2003 年 全球几大 PDP 销售市场为日本 美洲和

家用电器

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欧洲 它们 PDP 电视销售量分别为 24 万台 20 万台

和 12 万台 如果等离子和液晶的制造成本继续降低

我国的平板电视市场空间会进一步扩大 以 42 英寸

的PDP电视为例 2003年3月份的价格在3万元左右

今年 5月份已经降到 2万元以下 这是因为 PDP 屏的

价格由 150 美元/英寸下降到 100 美元/英寸 有专家

预言 如果 PDP 电视的价格能够降到 1万元左右 市

场的需求量将出现爆发式的增长 甚至有预测称 到

2007 年 我国的平板电视市场份额将超过 CRT 电视

为了争夺中国的巨大市场 国外著名厂商纷纷在中国

建立 PDP 电视组装厂 例如 东芝在大连 日立在福

建 三洋在东莞 LG 在沈阳 三星在大连等 而随着

PDP 电视厂的建立 PDP 屏的生产线建设日益受到关

注 已有松下(上海)生产线在上海建成 还有许多家

公司正酝酿生产线的建设

而液晶电视新增的 400%产能也在中国内地 在此

情况下 国内彩电整机企业也意识到平板电视的到来

是电视行业重新洗牌的好机会 都准备了利用自己制

造成本优势开始向平板电视进军的战略 因为 CRT 彩

电的利润已经被压缩到极低的程度 甚至被称是 卖

彩电的不如卖白菜的 如果国内彩电企业不能抓住

平板电视的机遇 不仅会丢掉新的利润增长点 还将

家用电器

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失去未来发展的希望 所以国内几大彩电企业都非常

重视制订平板电视战略 以海信为例 为了在平板电

视领域占据先机 海信首先是整合研发机构 将 PDP

研究和 LCD 研究从电视研究所独立出来 并将主要的

研究力量转移到平板电视研究上 其次将生产手段重

组 扩大海信平板电视的生产规模 通过整合 SMT 贴

片技术 将海信的生产规模扩大一倍以上 从而降低

单位生产成本 因为上规模就可以拿到最优惠的原材

料价格 第三与国内外的前端技术单位合作 海信高

层表示 通过与想进入中国电视市场的国际 IT 企业

合作 以及与国内前端技术研发的科研院所的合作

争取在 2年时间内解决前端的问题 为了占据比国内

竞争对手更好的市场先机 海信在保证产品质量优先

的前提下 在进入平板电视市场之初就开始采用价格

优先战略 想要抢先一步扩大市场占有份额

其他如康佳 创维也都采取这一类似战略 海信

集团营销公司总经理杨云铎说 在这个新生的市场

上 谁能做到准 狠 快 谁就能获得胜利 但要

使中国的平板电视产业能够迅速发展壮大光靠企业

的努力还远远不够 单靠某一个企业更难以有所成

就 产业的发展需要在政府的统一战略规划下 依靠

国内上下游企业的共同努力才能取得良好的效果 信

家用电器

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息产业部经济体制改革与经济运行司巡视员林元芳

说 虽然平板电视在中国形成主流还需要一定的时

期 但国家相关部门已经充分意识到平板显示产业在

信息产业中的地位和作用 并在制定相关的产业发展

政策措施 据介绍 我国相关主管部门发展平板电视

(显示)的政策措施 将包括抓好 TFT-LCD PDP OLED

LCOS 的开发和产业化 加大投资力度 发展规模经济

将发展平板显示器件列入国家专项 实行投资倾斜政

策 设立平板显示产业发展基金和风险基金 用于大

生产技术研究 科研成果商品化和重大引进技术的消

化和吸收 对发展平板显示产业实行优惠税收政策

加强利用外资工作 吸引国外先进技术和资金 注意

加强相关配套原材料 关键零部件项目的建设 做到

同步发展

而完善上下游产业链建设 最终形成我国平板电

视完整的产业链 是我国平板电视的主要途径 目前

在前端领域我国有京东方投资 12 亿美元在北京兴建

的LCD研发基地 其中有从韩国现代购买的第5代LCD

生产线 上广电与 NEC 共同出资 10 亿多美元在上海

建立了一条 54 万片 LCD 面板的第 5 代生产线 可以

说一旦上游产业中 我们的企业能够给整机商提供足

够的供货 我国的平板电视产业就会真正具有国际竞

家用电器

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争力

智能卡 市场四大问题众高手理智评说

2003 年 SARS 疫情的肆虐 造成了公用电话卡

交通卡等卡的发行量下降 尽管如此 2003 年中国

IC 卡市场由于 SIM 卡发行量的大幅上涨 总发行量达

到了 49307 万张 增长率高达 19.3% 2003 年中国 IC

卡市场规模大幅增长的同时 市场竞争格局也发生了

很大的变化 国内厂商实力增强 供给量首次超过国

外厂商 在二代身份证项目的带动下 中国 IC 卡市

场将继续稳定增长 未来随

着 EMV 标准迁移 智能标签大量应用等 中

国 IC 卡市场将呈现一片生机盎然的景象

6 月 1 日 第七届中国国际智能卡博览会又将在

京召开 针对目前大家关注的几个问题 本报记者特

意采访了几家参展的知名厂商 听听这些身处 卡

世界的他们如何评说

航天信息股份有限公司副总经理赵炜 公安系统

信息化建设提速

我国现有的居民身份证至今已经累计发证 10 亿

张 第二代身份证及相关机具的推行 无疑将促进公

安系统信息化建设的快速发展

航天信息股份有限公司在 IC 卡领域的基础研究

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和应用开发方面具有领先的技术优势 作为公安部指

定的 第二代身份证 制造企业之一 公司主要负责

第二代身份证 中非接触 IC 卡的元件层(INLAYS)

部分 即 第二代身份证 最重要部分的相关工作

为了能在第一时间内开发出符合市场需求的产品 公

司集中了一批高素质 经验丰富的专家组成专门的项

目小组 经过两年多的研究开发和工艺试验 已经解

决了所有研发和设计方面的问题 航天信息将竭力为

第二代身份证及相关机具的推行工作做出最大的努

力

Infineon 公司高级市场工程师武志军 160 亿元

仅是冰山一角

如果一张 IC 卡身份证按 20 元计 预计到 2010

年如期更换 IC 卡身份证的规模将达 70% 届时将换发

约 8亿张 IC 卡身份证 市场规模就是 160 亿元

而这 160 亿元还仅仅是冰山一角 因为一旦 IC

卡身份证推行开来 将带动各种公共场所的终端需

求 如机场 银行 购物场所甚至警察的手持 Pos 机

等无线终端将大量涌现 再加上身份信息的网络传

输 数据存储系统 整个市场将大得令人难以置信

将远远超过 6年 160 亿元的市场规模 从而将形成一

个崭新的产业 并给芯片企业带来无限商机 以 2004

家用电器

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年为例 如果按照今年 5000 万张第二代身份证的更

换发行计算 包括外围市场就将为信息产业带来 30

亿元的新市场

英飞凌科技公司将同中国政府保持密切的联系

和沟通 力争凭借我们的安全技术和高端产品 为中

国第二代身份证做出我们的贡献

EMV 规 范 是 由 Europay( 已 于 2001 年 与

Mastercard 合并) Mastercard Visa 三大信用卡国

际组织于 1996 年联合制订的 IC 卡金融支付应用标

准 EMV 规范一面世 即受到很大关注 在 Visa

Mastercard 等国际组织的大力推动下 EMV 得到了广

泛的应用 仅法国从 2001 年到 2003 年中就有 57 万

台 EFTPOS 和 3 万台 ATM 迁移到 EMV 另有 160 万台其

它类型的付费终端如公用电话 机顶盒等也将迁移到

EMV 英国 德国 意大利 比利时 西班牙和北欧

国家也相继在进行大规模的EMV迁移 亚太地区韩国

日本和马来西亚已开展全国性的 EMV 迁移计划

百富科技有限公司总裁助理蔡颖 实行 EMV 迁移

是大势所趋

目前 国内普遍缺乏 EMV 的实施经验 但随着全

球 EMV 迁移的普及 以及中国越来越全面地开放 实

行 EMV 迁移也是大势所趋 各终端 卡片厂商 银行

家用电器

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及银联等都在学习 了解 EMV 并邀请国内外的专家

做培训讲座 受人民银行委托 去年中国银联进行中

国金融 IC 卡应用标准的修订工作 新标准中将包括

与 EMV 标准兼容的借记/贷记应用 这是类似于 VIS

的真正意义上的 EMV 实施标准

作为国内仅有的具有 EMV 实施经验 拥有国内首

家通过EMV96认证以及全球首家通过EMV2000认证产

品的公司 百富基于所拥有的 EMV 实施经验和亚太市

场的较大优势 必将为国内的 EMV 迁移做出应有的贡

献

Infineon 公司业务拓展工程师汪浩 我们拥有强

大的产品序列

中国银联目前正在对 中国金融集成电路(IC)卡

规范 (简称 PBOC 规范)进行修订 将 EMV2000 标准

也加到新标准中 预计今年 6-7 月份会最后通过 同

时也制定了非接触卡方面的一些标准 我国应对 EMV

迁移的计划是在 2004 年完成规范的制定 2005 年开

始在试点城市进行 EMV 终端的改造升级和布放工作

争取北京在 2006 年之前 上海在 2007 年之前建立和

完善 IC 卡的受理环境

英飞凌科技拥有强大的产品序列 能够提供各种

金融应用所需要的芯片产品 相信凭借我们先进的芯

家用电器

78

片技术及高安全机制必定会更好地推动中国银行业

向 EMV 迁移

大唐微电子技术有限公司智能卡产品总监向志

宏 银行卡应用跳过 PBOC 版本

当前欧洲已经开始推行 EMV2000 标准 而国内基

于 PBOC 的银行卡暂时还没有大批量应用 预期中国

的银行卡应用将会跳过当前的 PBOC 版本 直接进入

与 EMV2000 兼容的新 PBOC 版本 此外 从磁条卡向

IC 卡转换的过程蕴涵着比银行卡本身更大的商机 而

2008 年的北京奥运会将会成为这一商机的催化剂

关键词 智能标签

上海华虹集成电路有限责任公司产品经理关涛

价格须适合到位

智能标签的优点是可以异形 可以使用各种不同

的材料(纸 卡 不干胶 PET PP 等等 甚至在液体

中读写) 可以远程读写(大于 1米的范围 是非接触

卡类距离最大的一种) 可以多目标识别(每秒 30 个

以上) 可以达到终极的安全防伪(可以预先设置 数

字指纹 防伪造 防重复 可追踪) 根据实际需要

标签可以一次性使用也可以反复使用 由于上述特

点 智能标签的应用范围非常广泛 目前智能标签的

应用已经开始浮现 在国内就已经在特种设备管理

家用电器

79

动物管理 物流 证件等方面都有了不同程度的应用

在国外市场应用更加广泛 可以预计一旦芯片价格适

合到位 各行各业的应用前景将是非常广泛的

大唐微电子技术有限公司智能卡产品总监向志

宏 小商品流通中将发挥重要作用

智能标签的芯片成本已经下降到了一个可以接

受的范围 标签封装技术与封装成本已经成为智能标

签在小型商品上大批量使用的最主要障碍 尽管如

此 随着智能标签和相关系统在标准上逐步统一 以

及产品成本的下降 现在仅仅用于大宗物流上的智能

标签将会逐步在小商品流通中发挥越来越重要的作

用

税控收款机

航天信息股份有限公司副总经理赵炜 技术与服

务是航天信息的强项

税控收款机不仅是商业企业经营管理的得力助

手 更是国家严格控制税收的有效工具 该产品应该

拥有广泛的应用前景

航天信息股份有限公司按照税控收款机的要求

根据对国家税收系统的了解 对商家需求的分析以及

对海内外税控装置技术发展的把握 研制 开发了包

括 HT-TC (航天-税控 型)税控收款机在内的多款

家用电器

80

税控收款机 由于航天信息自身拥有强大的终端嵌入

式产品和税务端软件的技术优势 并具有对税务产品

多年的研发 生产经验 深入了解税务流程 使得公

司开发的产品在稳定性 可靠性 可维护性及性价比

方面都具有强大的竞争力 航天信息在全国 31 个省

市 自治区和 5 个计划单列市建立了 36 家省级服务

单位 700 余家基层服务单位 形成从中心城市延伸

到区县的覆盖全国的多级服务网络 充分保证了服务

的专业性 及时性和周到性

大唐微电子技术有限公司智能卡产品总监向志

宏 期待 税控收款机国家标准 的正式实施

据测算 全国对税控收款机的需求大约在 3000

万台到 4000 万台 如果再加上与之配套的相关软硬

件 设备 服务 培训等 预期税控收款机领域将会

形成一个至少 2000 亿元人民币规模的市场 但是由

于商户不能看到直接收益 国内税控收款机的应用推

广并不顺利 税控收款机国家标准 的正式实施将

会使当前的状况逐步改观

中国彩电业主流趋势 得 液晶 者得天

下

越来越多的迹象表明 液晶电视代表了彩电的主

流发展方向

家用电器

81

业界已经形成这样的共识 未来若干年内 平板

电视将大行其道 作为平板电视的代表作品 液晶电

视发展势头比等离子电视更为强劲 事实上 在美

日 欧等发达国家 液晶电视正在担当起彩电市场的

主力角色

因此 对于中国彩电企业来说 及早进行液晶电

视产业布局 并塑造良好的品牌形象至关重要 基于

这一认识 国内彩电巨头目前均已涉足液晶电视领

域 应该说这是具有战略眼光的选择

但是 因为在液晶电视核心领域 模块和面板

的供应上 对日 韩企业依存度过高 中国彩电企业

还谈不上液晶产业优势 虽然在小尺寸产品(以 15 英

寸为主)的销售上 中国品牌暂时领先 但应该看到

这种领先不是技术与产业领先所致 很大程度上只是

企业营销推广的结果

对于目前的中国彩电企业来说 当务之急是尽快

架构出完整而稳定的产业供应链 确保关键零部件的

生产所需 从采购 生产 研发三个方面入手 全面

建设自己的产业体系 技术的突破在短时间内难以实

现 中国企业前期不妨侧重于生产体系与采购体系建

设 确保在任何情况下元器件供应畅通无阻 然后

逐步向研发方向倾斜 最终达到完整建构中国液晶电

家用电器

82

视产业之目的

另外 中国彩电企业还需要对未来液晶电视发展

趋势有一个相对清晰地判断 那就是 随着第五代液

晶面板生产线产能的不断提高 及第六 七代生产线

的相继投产 液晶电视大屏幕化 趋势日益明显

换而言之 目前 中国市场 15 英寸液晶电视一统天

下的局面将提前结束 从卧室走向客厅 将是未来

3年液晶电视的发展趋势

世界著名技术市场研究公司 IDC 发布研究报告

称 到2007年 30英寸以上液晶电视销量有望从2003

年的 4%上升至 43% 如果加上 25 英寸 27 英寸 28

英寸产品 中 大屏幕液晶电视销量将超过整体产品

的一半 从这个角度看 谁拥有大中屏幕液晶 谁

将拥有未来 并非言过其实

从富氧膜技术谈氧吧空调

海尔氧吧空调推出后受到许多消费者的追捧 但

不少读者不清楚它的实质和原理 现笔者通过分析在

工作中接触到的工业用富氧膜技术原理 也许能解开

氧吧空调之迷

一 氧气的常规制备

工业上大量生产氧气采用冷冻空气分离法 实验

室 潜艇 家用制氧器采用化学制氧法

家用电器

83

二 富氧膜技术

富氧膜技术是空气在一定压力驱动下 透过对气

体分子具有选择渗透功能的高分子聚合物膜(富氧

膜) 利用氧气分子通过富氧膜的速度比其他气体分

子快的特性 使通过富氧膜的空气中的氧气浓度由普

通的20.9%提高到30% 富氧膜渗透法开发于80年代

氧 氮在聚合物膜中的渗透机理及过程是 首先氧

氮与膜接触 向膜表面溶解 然后氧 氮产生浓度梯

度 向前扩散 最后浓度梯度处于稳定状态 氧 氮

在膜的另一表面蒸发出去 透过膜的气量取决于气体

的溶解度 扩散系数和膜的厚度 膜越薄 气体透过

量越大 随着制膜工艺的改进 膜的厚度可做到

0.01 0.1 M 采用膜渗透分离法的最小产气量为

0.5M3/H 最大产气量可达 6000M3/H 以上 富氧浓度

可达 30% 45% 在富氧过程中 空气中的细菌和尘埃

被膜所阻隔 不能通过膜 因此 制取的富氧空气十

分清净 无菌无毒 特别适用于医疗保健 水产品养

殖和发酵过程 同时制取过程也不对环境造成任何污

染 目前主要应用于玻璃窑炉 柴油机助燃 水产品

养殖 环保等

三 氧吧空调

海尔集团利用富氧膜技术成功地研制出了我国

家用电器

84

第一台氧吧空调 解决了利用空调在室内保 氧 的

问题 其温度 氧气浓度 湿度都可调节的功能使空

调改善空气质量的作用大大增加 海尔氧吧空调产品

分为两类 一类是普通换气式氧吧空调(X 系列氧吧聪

明风) 采用防尘进风口吸进新风 改善室内空气中

氧气的不足 另一类是采用富氧膜技术的氧吧空调(Y

系列氧吧智慧眼 氧吧金元帅) 可实现室内氧气浓

度的调节 充分改善生活环境 海尔家用分体式氧吧

空调有 氧吧智慧眼 氧吧金元帅以及新鲜聪明风三

个系列 如 氧吧聪明风壁挂机 KFR 35GW/HK(XF)

氧吧智慧眼壁挂机 KFR 36GW/MK(YF) 氧吧金元帅柜

机 KFRD 68LW/K(XF 或 YF) 采用富氧装置的 Y系列

比换新风的 X系列贵 700 元左右 但通过富氧装置

能迅速过滤室外空气 将含氧 30%的空气引入室内

让室内空气保持 21% 22%的含氧量 有利于人体健

康 海尔还有一种氧吧家庭中央空调 其中一款型号

为氧吧 KR 75W/(BP) 其富氧模块功能参数为 制氧

能力 3LPM 氧气纯度 40 5% 氧气输出 3LPM 氧吧

家庭中央空调的富氧模块 用户可根据需求选择不同

的配置 每分钟氧气输入量 0.5 5 升 可供 3 8 人

使用 该空调 富氧 与空调制冷 制热相互独立

两套系统可同时运行 也可单独运行

家用电器

85

消费者在选购空调时应尽量排除各种促销活动

的干扰 坚持实用性与附加值并重的原则 辅以适当

的价格考虑 根据自己的实际情况作出选择 若确定

购买氧吧空调 应向商家详细了解产品是否有富氧模

块 其主要性能指标 使用寿命 膜组件更换费用

是否可以单独使用等 做到理性消费

以上仅从富氧膜技术角度简单分析了氧吧空调

至于它能否直接有效地改善室内的空气质量 有待消

费者评说

给 1.6 版本帝霸数字卫星接收机增加

0/12V 切换功能

早期进入国内市场的帝霸 D BOX 201H 数字卫

星接收机 门限低 灵敏度高 操作简单 图像质量

高 深受用户的一致好评 但由于该机功能较少 目

前已不能满足发烧友的收视需要 笔者使用的 1.6 版

本帝霸数字机虽然具备 0/22KHZ 切换功能 能够进行

双星接收 如要接收 3颗以上卫星 就只能靠手工拔

插电缆来切换天线 使用起来非常不便 为此笔者对

该机进行了简单改造 为其增加了 0/12V 切换功能

使用遥控器即可完成 0/12V 的切换设定 配合原有的

0/22KHZ 切换功能 可实现 4星接收

一 工作原理 0/12V 切换开关所需的 12V 电压

家用电器

86

可直接从开关电源中获得 设置 安装 菜单中 LNB

电源 选项的开或关时 CPU 可控制接通或切断 LNB

电源 而平时使用时接通或切断 LNB 电源只需按遥控

器上电源开关键(POWER)即可 一般不使用菜单设置

LNB 电源的开或关 因此只要从机内相关电路中提取

一控制信号 控制电子开关导通或截止 从而达到控

制机外 0/12V 切换开关动作的目的 当在菜单中把

LNB 电源 选项设置为 关 时 CPU 输出 3V 电压

该电压通过线路与 U503(LM2941C){2}脚相连 附图中

由 BG1 BG2 R1 R2 组成电子开关电路 将其控制

端 B与这一线路连接 当电子开关导通时 C点输出

12V 电压 使机外 0/12V 切换开关中的继电器触点吸

合 当在菜单中设置 LNB 电源 选项为 开 时

CPU 无 3V 电压输出 电子开关截止 0/12V 切换开关

中继电器触点释放 实现了天线间的切换

二 改制方法 在主板正面找到 CPU 与 U503{2}

脚的连线 切断此线 与 CPU 相连的一端和电子开关

控制端 B点连接 机内 12V 电源与 A点相连 在接收

机后面板上打孔固定一莲花插座 用于外接 0/12V 切

换开关 莲花插座芯线与 C点连接 把所增加的电子

开关电路元件引脚剪短 搭焊在莲花插座周围 连好

线不必调试即可正常工作

家用电器

87

三 使用方法 如使用增加的 0/12V 切换功能接

收两颗卫星时 应先将两面天线分别对准所要接收的

卫星 因接收机菜单中 LNB 电源 选项默认为 开

所以开机后不必进入菜单设置此选项 此时机外

0/12V 切换开关不动作 接收机已通过继电器常闭触

点与一面天线相连 只需按常规使用方法输入参数搜

索即可 要接收另一颗卫星上节目时 可按遥控器上

的功能键(MENU)进入主菜单 打开 安装 菜单 将

LNB 电源 选项设置为 关 再按 OK 键确认 接

收机即切换到另一面天线 1.6 版本帝霸数字机已具

备 0/22KHZ 切换功能 如把两只 0/22KHZ 切换开关与

0/12V 切换开关组合在一起 在设置 0/12V 切换开关

的开/关状态同时 分别设置 0/22KHZ 选项的开或关

就可实现 4星接收

质优价廉的 JZD 车载台

2003 年 第 11 期 类别 星网通信

笔者到电子市场闲逛时 偶然发现了一批清仓

处理的全新车载无线电话机(简称车载电台) 出于好

奇向货主询问 据介绍其性能还不错 虽然外观并不

那么时尚 但在查看了其说明书和拆机观察后 彻底

改变了 以貌取机 的观点

其出厂实测主要指标为 输出功率 9W(阻抗 50

家用电器

88

) 消耗电流 1.7A(12V 供电) 不失真音频输出功

率 0.5W 载波频率 137 167MHZ 频道间隔 25KHZ

频道数 6个 静噪开启灵敏度 1 V 工作方式为收

发同频单工(可根据要求改成异频工作) 如此性能在

平原开阔地带 车与车之间的通信距离应不小于

10KM

打开其外壳观察内部 该机所用的主要集成电路

有 MC3357(中频 解调) BA532(1W 不失真功率音频

放大器) LM386(语音小功率放大器) 该机的高频功

率三极管有 推动管 3DA191(600MHZ 5W 35V 0.8A

代用型号C1970) 末级功率放大3DA193(600MHZ 15W

35V 2.5A 代用型号 C1972) 除此以外 该机最大

的特点是采用了其他对讲机不常采用的价格昂贵的

腔体滤波器(一般又称螺旋滤波器) 所以其接收的选

择性很好 因腔体滤波器的带外抑制和带内平坦度均

比普通的 LC 滤波器好得多 所以大多用在高级的通

信机内 虽然该车载无线电话机其貌不扬 但却采用

了腔体滤波器 足见当初设计的严谨性

该无线电话机除了在外观上有点古板外 但从其

使用的角度来看一点也不亚于现在的车载台 其价格

还不足国产普通机的 1/2 进口机的 1/4 可谓是物

超所值 一时心动 购买了两台进行试验 看看究竟

家用电器

89

能传多远的距离

试验一 两车载台分别安装在不同的汽车上 均

采用车载吸盘天线 其中一辆车停靠在市郊 另一辆

车朝西边的郊县方向行驶 两车的距离慢慢地拉开

通话一直正常 当两车相距大约 10KM 的时候 通话

效果开始下降 噪音明显增大

试验二 其中一台车载台当基地台使用 天线架

设在某居民楼的 7楼顶上 用钢管作支撑 离楼顶 10

米高度 移动台安装在汽车上 采用车载吸盘天线

汽车缓缓启动 驶离市区大约 40KM 的郊县后仍能稳

定地通话 无明显噪音 试验结果令人满意

该车载台除了用于语音通话以外 如果用作远距

离无线防盗报警系统的无线传输等 效果一定不错

蓝牙通用模块 JBM100 简介

1 蓝牙模块相关技术特点介绍

由于蓝牙系统工作在全球通用的 2.4GHZISM(科

技 工业 医疗)开放频段 且该 ISM 频段的用户可

无须申请 自由地使用 因此在使用该频段时会遇到

不少干扰源 为了保证蓝牙系统能够正常工作 蓝牙

特别设计了快速确认和跳频方式(FHSS 跳频扩展频

谱)以确保该系统无线连接线路的稳定 同时提供了

可靠的安全性 蓝牙系统中主要采用设备鉴权和链路

家用电器

90

加密方式来保证蓝牙设备间的无线通信的安全性 因

此蓝牙技术成为当今短距离无线数据通信中最经济

安全 简单的解决方案

2 JBM100 蓝牙模块概况

JBM100 蓝牙模块 在其 PCB 板中集成了蓝牙收发

机 蓝牙基带及 RF 芯片 同时该模块中还将 CLASS1

天线及蓝牙底层协议集成于其中 经过对模块上 ROM

中软件的相应调整 该模块可支持 USB(通用串行总

线) UART(通用异步收发机)主机控制口协议 蓝牙

上层协议和串行通信应用程序以及通信速率

用户在JBM100中可实现完全的蓝牙操作(包括搜

索 连接及设备相互间认证) 并且该模块提供

USB/UART 接口以便用户主机来控制及配置蓝牙收发

机 使用这种模块用户可将其精力放在如何进行蓝牙

应用上 而不必关心在无线通信中令人头疼的 RF 设

计 同时 用户也不必花昂贵的费用去购买蓝牙上层

协议 总之 用户不需具备高深的蓝牙知识就可将蓝

牙技术应用到其产品设计中去 然后尽情享受蓝牙

咬断 电缆后为你带来的便捷和乐趣

3 JBM100 蓝牙模块主要性能及应用建议

(1)主要性能 符合蓝牙 1.1 设计规范并通过

认证 采用蓝牙 CLASS1 设计规范(操作距离可达

家用电器

91

100 米) 可编程控制功放增益 内置自动校频

内置 CLASS1 天线 USB/UART 主机控制接口

预留串口以便对模块进行编程和测试 支持点对点

及点对多点操作 模块已固化逻辑信道控制和适配

协议(L2CAP) 服务发现协议(SDP) 通用访问协议

(GAP)以及串行规范(SPP)

(2)应用建议 住宅小区的远程抄表(水 电

气)系统 民用及工业应用(主要是替代有线通信电

缆 例如替代传统的 RS232 RS485 通信中的线缆

使用蓝牙技术实现无线串行通信) 汽车行业中的

汽车遥控系统 车库门控制系统 停车场身份认证及

收费系统 防盗报警系统 会所 会场 运动场个

人身份认证系统 商场中 POS 机系统 医院收费系

家用电器

92

统 在家庭组建蓝牙网络(利用一个遥控器控制家

中所有蓝牙家电) 同时传统家电也可放弃其多年使

用的红外遥控方式而转为价廉物美的蓝牙方式 因为

蓝牙方式与红外方式相比 通用性更强 无方向性烦

恼

4 JBM100 模块硬件结构框图 如图 1所示

5 JBM 模块 RF 特性 见右表所示

6.JBM100 蓝牙模块典型应用图示

(1)电脑通过蓝牙模块与56KMODEM进行无线数据

通信 见图 2所示 (2)与蓝牙手机连接(爱立信 T39

和诺基亚 6310) 见图 3所示 (3)数据终端间通过蓝

牙无线传输数据 见图 4 图 5所示

形声兼备的劲浪时尚家庭影院音箱

凭借长期开发高保真音箱的经验 法国劲浪

(JMLAB)不久前推出了几款新型的家庭影院音箱 其

中的 SIB CUB 家庭影院音箱不仅音质较好 外形设

计也颇有特色 可谓是 形声兼备 的时尚家庭影院

音箱(如下图)

这一套家庭影院音箱包括一个体积较小的有源

超低音箱和五个卫星音箱 外形新颖 奇特的卫星音

箱 SIB 完全改变了 常规 音箱的造型 微凹的面板

流畅弧形的箱体 使这一款音箱具有非常独特的风格

家用电器

93

和颇具现代感 这款音箱箱体虽是采用工程塑料压

制 但外观效果相当好 仿木质面板外饰和新奇的外

形 配合特别设计的底座 不仅安放起来很方便 还

可调整俯仰角度 用这个底座还可将音箱安装到墙壁

上 这就让这一套家庭影院音箱可以不占用太多室内

的有限空间 从放音性能来看 劲浪的 SIB 音箱的频

率响应范围达到 75HZ 20KHZ 灵敏度为 90DB

承受功率为 75W 额定阻抗为 6 从实际测试的频

响曲线上可以看出 此音箱的频率响应特性相当平

直 灵敏度也相当高 而且是一款容易推动的音箱

该套音箱中的 CUB 超低音箱仅从外形看起来并

无独特之处 但仔细看在设计方面却包含不少巧妙的

地方 此音箱的体积小巧 尺寸仅为 30CM 33.3CM

30CM 一个 20CM 口径的低音单元安装在音箱的

底部 音箱的箱体制作精细 结构牢固 外观的银灰

色调显得沉稳而富有时代感 音箱的后部设置了音量

控制 低通滤波器频率调整 连接扬声器和超低音信

号的输入端子 以及一个相位反转开关 此音箱内置

了 75W 的超低音功放电路

实际试听时 这一套音箱能够放送出音质优美的

电影音乐和影视片插曲 以及清晰的人物对白 播放

环绕声影视片时的现场感表现得十分真实 自然 播

家用电器

94

放出的低频力度也较为充足 移动声像效果平滑 清

晰 显示出这一套音箱的高超表现力 不过 它的售

价比一般的国产或日本产卫星式音箱的售价要高得

多

高性能 VGA 芯片 AD8367 原理及应用

1 主要特点

AD8367 是 AD 公司推出的一款可变增益单端 IF

放大器 它使用 AD 公司先进的 X AMP 结构 具有优

异的增益控制特性 由于在片上集成了律方根检波

器 因此 它也是全球首枚可以实现单片闭环 AGC 的

VGA 的芯片 该芯片带有可控制线性增益的高性能

45DB 可变增益放大器 并可以在任意低频到 500MHZ

的频率范围内稳定工作

AD8367 具有以下主要特点

单端输入 单端输出

输入阻抗为 200 输出阻抗为 50

3DB 带宽为 500MHZ

输入端为零电平时 输出端电平为电源电压的一

半 且可调

具有增益控制特性选择和功耗关断控制功能

片上集成了律方根检波器 可以实现单片 AGC 应

用

家用电器

95

增益控制特性以 DB 成线性

可以通过外部电容将工作频率扩展到任意低频

2 工作原理

AD8367 的功能框图如图 1所示 该芯片主要由可

变衰减器 固定增益放大器和律方根检波器组成 它

的输入级是总衰减量为 45DB 的可变衰减器 其中包

含一个 200 单端梯形电阻网络和一个高斯内插器

该电阻网络由每级衰减量为 5DB 的 9 级衰减网络组

成 并可由高斯内插器选择衰减因子 每级梯形网络

以固定的分贝数衰减输入信号 当衰减量不是 5DB 的

整数倍时 在控制电压的作用下 相邻两个衰减节点

均会导通 通过离散节点衰减的加权平均值来获得与

控制电压相对应的衰减量 并以这种方式获得平滑

单调的衰减特性 它在大于 40DB 的增益控制范围内

工作频率为 200MHZ 时 可提供优于 0.5DB 的线性误

差 而在 400MHZ 时可提供优于 1DB 的线性误差

紧跟衰减器的是固定增益放大器 该放大器主要

用于保证 AD8367 具有 42.5DB 的增益和 500MHZ 的带

宽 它实际上是一个具有 100GHZ 增益带宽积的运算

放大器 因此 当其工作在高频时 仍具有良好的线

性度

AD8367 在输出端集成了一个律方根检波器 可检

家用电器

96

测输出信号电平并与内部设置的354MVRMS电平(对应

于 1VP P 的正弦波)相比较 当输出电平超过内部设

置电平时 将产生一个差值电流 用接在 DETO 脚和

地之间的外部电容 CAGC(包括 5PF 的内建电容)对该

电流进行积分可产生与接收信号强度成比例的 RSSI

电压 这样 在 AGC 应用时 该电压可以用作 AGC 控

制电压

AD8367 最适合工作在 200 阻抗系统 并可通过

电阻或电抗无源网络来实现与其它通用阻抗系统(从

射频系统的 50 到数据转换器的 1K )的转换 一般

情况下 转换网络的设计选择取决于特殊的系统要

求 如带宽 回损 噪声系数和绝对增益范围等

AD8367 内含无源可变衰减器和固定增益放大器

其电路噪声和失真性能均是增益和控制电压的函数

且输入折合噪声随衰减量成比例增加 电路在最大增

益时具有最小为 7.5DB 的噪声系数 增益每降低 1DB

噪声系数增加 1DB 在接收系统中 如果接收到的信

号很弱 则会有最大增益和最小噪声系数 而当接收

到的信号电平较高时 系统将具有较低的增益和较大

的噪声系数 因此 电路噪声系数随增益的变化不会

对系统造成明显的影响 电路的失真性能与噪声性能

相类似 当 AD8367 工作在 200 源阻抗系统时 它的

家用电器

97

输出级是一个低输出阻抗电压缓冲器 此时具有 50

阻尼电阻 可以降低对负载电抗和寄生参数的敏感

性

3 典型应用

3.1 通用 VGA 放大器

AD8367 是一款通用型 VGA 放大器 适合于大控制

范围的压控增益应用 由于其具有从任意低频到

500MHZ 的工作带宽 它不但可以处理高达 500MHZ 的

高频信号 而且可以通过频率扩展来适应音频系统

图 2 所示是 AD8367 在 VGA 工作时的基本连接电路

图 2 中 电路增益 AV 与控制电压 VGAIN 成正比 由

于 AD8367 的增益控制率为 50DB/V 所以 在 VGAIN

以 V 为单位时 电路增益 AV 可由下式计算

AV 50VGAIN 5

当电路的线性增益控制范围为 2.5DB 42.5DB

时 从上式可以推算出 VGAIN 所对应的取值范围为

50MV 950MV

将电容器 CHP 连接到抵消信号路径 DC 平衡变化

的内部漂移控制环 可设置信号通道的高通截止频

率 在不使用该电容时 可由内部电容提供一个

500KHZ 的缺省高通截止频率 CHP 与高通截止频率的

关系式为

家用电器

98

FHP 10/(CHP 0.02)

式中 FHP 的单位为 KHZ CHP 的单位为 NF 这

样 只要增大 CHP 的值就可以将 AD8367 扩展应用到

音频领域

3.2 用作 AGC 放大器

利用内部集成的精确律方根检波器 AD8367 可以

方便地配置成单片 AGC 放大器 其基本连接如图 3所

示 AD8367 用作 AGC 放大器时 需选择反向增益控制

模式 当输出信号的有效值超过 354MV 时 检波器将

以 20MV/DB 的比例从 DETO 端输出与输入信号成比例

的 RSSI 电压 将该 RSSI 电压作为 AGC 控制电压加到

增益控制端 GAIN 便可构成控制率为 20MV/DB 的简单

单片 AGC 放大器 当使用低于 5V 电源时 检波器的

输出起点和比例都不会发生变化 即电源电压在

2.7V 5.5V 的范围内变化时 电路的 AGC 特性能够保

持不变

按图 3 的连接方式 在大于 35DB 的输入范围内

可以获得优于 0.1DB 的控制线性度 电路的时间常数

AGC 可简单地由 AGC 电容 CAGC 设定 事实上 AGC

是由 AGC 电容 CAGC 和 10K 的片上等效电阻 RAGC 共

同作用的结果 所以 时间常数如下

AGC RAGCCAGC

家用电器

99

需要说明的是 采用误差积分技术的 AGC 环存在

一个共同的弱点 当用一个逐渐增大的信号驱动时

AGC 控制电压增加会降低增益 当增益降低到它的最

低值后 与输入成比例的控制电压增加将对增益不产

生影响 因而将造成输入过载 实际上 用 AD8367

配置成的 AGC 放大器也存在输入过载的问题 由于它

的最小增益为 2.5DB 因此 输入幅度超过起控点

2.5DB 以上的输入都会造成过载 也就是说 输入信

号功率超过 6.5DBM 均会造成输入过载 因此 实际

使用时 最好将最大输入电平控制在低于过载电平

5DB 处 以形成一定的过载保护带 在 AGC 应用时

同样可以通过频带扩展应用到音频领域 当 CHP 高至

1 F 时 电路便可处理频率低至 10HZ 的音频信号

将图 2 中的 CHP C4 CAGC 的取值改为 1 F 后即可

构成一款高稳定 低失真的音频稳幅电路

当需要的 AGC 起控点不同于电路内部的设定值

时 应使用外部检波器 利用输出端检出的直流电平

经放大 分压后加到增益控制端 便可获得需要的 AGC

起控点

3.3 信号功率检测应用

使用律方根检波器的另一个好处是其输出作为

RSSI 电压来反映信号功率 从而实现任何给定源阻抗

家用电器

100

的绝对功率测量 因此 AD8367 还可以作为功率检测

芯片来设计功率计 或者作为以分贝数读出的 AC 电

压计 其功率检测范围为 45DB 如不使用图 2中的增

益控制 从 DETO 端输出的 RSSI 电压便可作为输入信

号功率的检测电压 在用于输入信号功率检测时 只

有当输出信号电平达到 354MVRMS 时才有指示电压输

出

家用电器

101

IC 卡电子语音书

所谓 IC 卡电子语音书 即读取 IC 卡中的信息

再将其转换成声音信息 用以取代现有的书籍的电子

装置 可供不便于视觉阅读的人群(如老年人 盲人

或患者等)使用

目前 国内市场销售的 IC 卡的容量可达 500K 字

节 如直接存储语音信号(以 8K/秒采样率计) 可存

储约 62.5 秒的直接语音信息 虽然所存储的音质比

较好 但显然还不能满足一般书藉大量信息存储的要

求 笔者以汉字的语音编码(自定义)形式存储 存储

一个汉字只占用 1.5 个字节(12 位) 则 500K 字节的

IC 卡可存储的汉字不少于 33.3 万个 可连续播放近

30 小时 足以满足实用要求

本文给出的设计方案以 AT89LV51 单片机为微处

理机 配以 ISD4004 作语音支持 采用 AT45D041 型

IC 卡作为电子书籍信息存储载体 AT45D041 型 IC 卡

是由美国 ATMEL 公司于近年推出的大容量存储卡(4M

位) 是目前市场上易于购得的容量最大的 IC 卡 随

着技术的进步 改用容量更大的其它类型 IC 卡时

只要通讯方式不变 本设计方案仍然适用 即使是通

过方式有所改变 亦只需对本设计方案销作修改即

可

家用电器

102

该装置的基本工作过程如下 首先将汉字文本文

件(如 三国演义 )转换成语音编码文件存储于 IC

卡中(这一工作由 PC 机完成) 然后 当 IC 卡电子语

音书工作时 播放装置中的 CPU 将从 IC 卡中读出语

音编码 最后 CPU 再按此编码控制 ISD 单片语音录

放电路 播放出相应的语音

本设计方案是一个经济实用型电子语言书基本

设计方案 虽然在音质方面不如语音直接存储的方

案 但具有装置成本低廉 体积小巧 用电省和连续

播放时间长的优势

1 硬件设计

播放装置的电气原理图如图 1所示

图 1IC 卡电子语音书电气原理图

本设计中设有 6 个按键 分别为 播放

(BUTTON0) 快进 (BUTTON1) 慢进 (BUTTON2)

快退 (BUTTON3) 慢退 (BUTTON4)和 停止

(BUTTON5)

为了能够在下一次开机时从上一次中止处继续

播放 需要一个掉电保持的数据存储器 本文中使用

了 AT24C01A

为使播放装置的体积和重量尽可能减小 本装置

仅使用一节 AA 型(即 5 号)电池 因此需采用升压式

家用电器

103

开关型稳压电源 本文采用的是 MAX856 为了节省电

池消耗 本装置应具有自动断电的功能 按下 播放

键时 MAX856 芯片 1脚将抬高为高电平 装置上电

以后每隔16秒由单片机向MAX856芯片1脚发送一个

高电平脉冲 让装置继续被供电 当定时时间(60 分

钟)到时 装置停止向 MAX856 芯片发送高电平脉冲

则装置自动断电

本设计中采用的AT45D041型大容量IC存储卡的

主要功能和技术参数如下

(1)具有与 SPI 兼容的串行接口

(2)4325376 位

(3)低功耗 动态电流为 15mA 静态待机电流为

20 A

(4)最大时钟频率为 10MHz

AT45D041 型大容量 IC 存储卡的引脚及命令请参

阅参考文献[1] 图 1 中 IC_CARD 的 1 8 脚对应于

AT45D041 的 1 8 引脚 9 和 10 为 IC 卡座的辅助触

点 用于检测 IC 卡是否已插入

本设计中采用的ISD4004语音芯片的主要功能和

技术参数如下

(1)16 分钟语音录放 最小段长 200 400ms(本

设计采用 300ms)

家用电器

104

(2)最大段数 2400 段

(3)SPI 接口方式

ISD4004 语音芯睡的主要引脚及与单片机的连接

方法描述如下 AUDOUT 输出音频信号 为了得到

较大的输出 采用功率放大器 LM386 进行放大再提供

给耳机或喇叭 SS 片选 低电平有效 两条指令

之间为高电平 MOSI 串行输入端 主控制器应在

串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端 MIS0

串行输出端 SCLK 串行时钟输入端 由主控

制器产生 用于同步 MOSI 和 MISO 的数据传输 上述

4个端子分别接单片机的P1.7 P1.4 /INT 中断

本端为漏极开路输出 在任何操作中检测到 EOM 或

OVF 时 本端变低并保持 接单片机的 INT0 RAC

行地址时钟 漏极开路输出 用于存储管理 接单

片机的 P1.3

2 语音码文件的形成

ISD4004 语音芯片是按段存放声音的 每段一个

音 每个音 300ms 但应注意到有许多字具有相同的

发音(如 ye3 也 冶 野) 而有些发音并无汉字(如

wai2 sai3 ka2 等) 对于每一个不同的音 又有 5

个基本的发声(即阴平 1 阳平 2 上声 3 去声 4和

轻声 5)顺序 只要有汉字与之对应(相同发音只取一

家用电器

105

个) 则赋予其一个编码 如此即可得到全部语音码

汉字现有发音共计 1311 个 设计时 把所有不同的

音按英文字节和发声顺序排列 共有 1337 个(1311

汉字+26 英文字母)语音码 亦即 1337 个语音 用 1.5

个字节可存储一个语音码(亦即 1个汉字读音) 则 4M

位的 IC 卡可存储近 349500 个汉字语音 语音码确定

后 即可将 1337 个语音按语音码的顺序写放 ISD4004

语音芯片中

首先按GB2312-80给出两级汉字的内码与语音码

的转换表 参见表 1 对于给定的文本文件中的每个

字 只需查出其区位码 然后通过查表即可得到其拼

音码 最后将拼音码写入大容量 IC 卡 对于标点符

号 将其处理为停顿(不发声) 值得注意的是 有些

汉字(如 和 he2 he4 huo2 huo4 hu2)有多种

发音 对于这些汉字将有多个语音码与之对应 究竟

转换为哪个语音码 则需参考该汉字的前一汉字或后

一汉字 仍不能确定时 应取出现概率为最大的音(如

和 取 he2)

表 1 区位码与拼音码的转换表(片段)

区 位

码

汉

字 发音拼音码(16进制)

拼音顺序号 (十进

制)

… … … … …

家用电器

106

1712 爆 bao4 01F 31

1713 杯 bei1 020 32

1714 碑 bei1 020 32

1715 悲 bei1 020 32

1716 卑 bei1 020 32

1717 北 bei3 021 33

… … … … …

采用 VB 程序将电脑中的文本文件转换成本文的

语音码 并将其写入 IC 卡中 从而形成了 电子语

音书 不同 IC 卡装有不同的内容 即不同的 书

注意到 IC 卡的内容是可以改写的 一本书听过之后

还可以到特约的服务点换一本新的 书 来听

按照本文给出方案所设计的 IC 卡电子语音书插

放装量的体积约为 120mm 80mm 14mm 本装置的语

音发音略显生硬 如能进一步引入智能处理算法 使

各汉字发音之间的连接变得柔和一些 发声效果将得

到改善

MPEG 的发展动态及其未来预测

MPEG 压缩技术已是目前视频压缩的重要技术之

一 它解决了以往硬盘容量有限及计算机总线瓶颈效

应 因而扩大了多媒体应用空间的自由度及灵活度

家用电器

107

它开拓了很多不同的数字影像应用 VCD 节目制作就

是运用了 MPEG 压缩技术 VCD 盘上存储的影视图像和

声音是采用 MPEG 算法压缩的数字信息 并按 MPEG 的

格式交错存放在 VCD 盘上 在数字多媒体压缩(特别

是视频压缩 )领域内的国际标准有很多 如

ISO/ITU-T(国际标准化组织/国际电信同盟)技术委

员会下的 JPEG(Joint Photographic ExpertsGroup)

标准 CCITT(国际电报电话咨询委员会)制定的 H.261

标准等 而著名的 MPEG(Moving Pictures Experts

Group 运动图像专家组)是 ISO(国际标准组织)和

IEC(国际电工委员会)内动作的一个工作组 它组建

于 IEC(国际电工委员会)内动作的一个工作组 它组

建于 1988 年 开始时只有 15 位专家

MPEG 的任务是开发运动图像及其声音的数字编

码标准 专家组最初的任务有三个 实现 1.5Mb/s

10Mb/s 40Mb/s 的压缩编码标准 即 MPEG-1 MPEG-2

MPEG-3 但因为 MPEG-2 的功能已使 MPEG-3 为多余

所 M 以 MPEG-3 于 1992 年撤消 MPEG-4 项目是 1991

年 5 月建议并于 1993 年 7 月确认 到现在为止 MPEG

公布的标准有 MPEG-1 标准 1993 年 8 月公布

用于传输1.5Mb/s数据传输率的数字存储媒体运动图

像及其伴音的编码 MPEG-2 标准 1994 年 11 月公

家用电器

108

布 其全称为 运动图像及其伴音的编码 主要针

对高清晰度电视(HDTV)所需要的视频及伴音信号 传

输速率为 10Mbps 与 MPEG-1 兼容 适用于 1.5Mbps

60Mbps 甚至更高的编码范围 MPEG-4 标准 2002

年 10 月公布 该标准的目标为 支持多种多媒体应

用(主要偶重于多媒体信息内容的访问) 可根据应用

的不同要求现场配置解码器 目前 MPEG 将研究重点

转向了交互性更加高级的形式 在未来的几年里 技

术的发展将使这种高级形式成为可能

1 MPEG 的发展及其特点

1.1MPEG-1

在 MPEG 出现之前 关于图像压缩已经有两个标

准 即用于静态图像数据压缩的 JPEG 和用于电视电

话 会议电视图像压缩的 H.261 但是他们都与计算

机数据标准无关 这就要求制定一个图像 伴音 存

储和传输四个方面的计算机系统和广播电视都统一

的标准 从而有利于各种媒体广泛交流 因此 MPEG

就应运而生了

MPEG-1 标准完成的基本任务就是质量适当的图

像(包括伴音)数据必须成为计算机数据的一种 和已

有的数据(如文字 绘图等数据)在计算机内兼容 并

且这些数据必须在现有的计算机网络和广播电视等

家用电器

109

通信网络中兼容传输 MPEG-1 标准有 3个组成部分

MPEG 视频 MPEG 音频 MPEG 系统 所以 MPEG 涉及的

问题是视频压缩 音频压缩及多种压缩数据流的复合

和同步问题 MPEG-1 标准是适用于传输 1.5Mbps 数据

传输率的数字存储媒体动力图像及其伴音的编码标

准 可以处理各种类型的活动图像 其基本算法对于

压缩水平方向 360 个象素 竖直方向 288 个象素的空

间分辨力 每秒 24 至 30 幅画面的运动图像有很好的

效果 与 JPEG 不同 它没有定义产生合法数据流所

需的详细算法 而是在编码器设计中提供了大量的灵

活性 另外定义已编码位流和解码器的一系列参数都

包含在位流本身当中 这些特点允许算法可以用于不

同大小和宽度比的图像 也可以用在工作速率范围很

大的信道和设备上

MPEG-1 标准压缩首先对色差信号进行亚采样 减

少数据量 采用运动补偿技术 减少帧间冗余度 利

用二维 DCT 变换云除空间相关性 对 DCT 分量进行量

化 舍去不重要的信息 将量化后 DCT 分量按照频率

得新排序 将 DCT 分量进行变字长编码 最后对每个

数据块的直流分量(DC)进行预测差分编码 MPEG 视频

的编码和解码框图如图 1所示

MPEG-1 的压缩目标是先对分辨率为 30 帧/秒

家用电器

110

(NTSC 制式)或 704 576 25 帧/秒(PAL 制式)的视频

图像在水平方向和垂直方向上使象素减少一半 即变

成352 240(NTSC制式)或352 288(PAL制式)的SIF

图像格式 再对其与立体声伴音进行压缩

1.2MPEG-2

MPEG-2 标准全称为 运动图像及其伴音的编码

主要针对高精晰度电视(HDTV)所需要的视频及伴音

信号 传输速率为 10Mbps

MPEG-2 标准分为八个部分 统称为 ISO/IEC1318

国际标准 第一部分 系统 描述多个视频 音频和

数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式 第二

部分 视频 描述视频编码方法 第三部分 音频

描述与 MPEG-1 音频标准反向兼容的音频编码方法

第四部分 符合测试 描述测试一个编码码流是否符

合 MPEG-2 标准的第一 二 三部分的软件实现方法

第五部分 数字存储器体-命令与控制 描述交互式

多媒体网络中服务器与用户间的会话信令集 第六部

分 非向后兼容的音频 规定不与 MPEG-1 音频反向

兼容的多通道音频编码 第七部分 10 比特视频 现

已停止 第八部分 实时接口 规定了传送码流的实

时接口

MPEG-2 视频编码标准是一个按等级划分的系列

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111

按编码图像的分辨率分成 4 个 级 低级(LL

lowlevel) 输入信号的像素为 ITU-R601 格式的四分

之一 主级(ML mainlevel) 输入信号的像素为

ITU-R601 高级-1440(H14L high-1440level)为 4

3 模式电视高清晰度格式 高级(HL highlevel)为

16 9 模式电视的高清晰度格式 按所使用的编码工

具的集合分成5个 类 简单类(SP simpleprofile)

只有基准帧 I和预测帧 P 主类(MP mainprofile)

比 SP 增加了双向推测帧 B 信杂比分层类(SNRP

SNRscalableprofile) 空 间 可 分 层 类 (SSP

spatialscalableprofile) 高类(HP highprofile)

级 与 类 的若干组合构成 MPEG-2 视频编码标

准在某种特定应用下的子集 对某一输入格式的图

像 采用特定集合的压缩编码工具 产生规定速率范

围内的编码码流 MPEG-2 的编码码流分为 6个层次

从上至下依次为 视频序列层(Sequence) 图像组层

(GOP GroupofPicture) 图像层(Picture) 像条层

(Slice) 宏块层(MacroBlock)和像块层(Block)

MPEG-2 的编码流程 在帧内编码的情况下 编码

图像仅经过 DCT 量化器和比特流编码器即生成编码

比特流 而不经过预测环处理 DCT 直接应用于原始

的图像数据 在帧间编码的情况下 原始图像首先与

家用电器

112

帧存储器中的预测图像进行比较 计算出运动矢量

由此运动矢量和参考帧生成原始图像的预测图像 而

后 将原始图像与预测像素差值所生成的差分图像数

据进行 DCT 变换 再经过量化器和比特流编码器生成

输出的编码比特流

1.3MPEG-4

MPEG-4 标准的目标是 支持多种多媒体应用(主

要侧重于对多媒体信息内容的访问) 可根据应用的

不同要求现场配置解码器 MPEG-4 旨在为视(音)频数

据的通信 存取与管理提供一个灵活的框架与一套开

放的编码工具

在 MPEG-4 图像与视频标准中 视频表示工具的

目标 是为多媒体环境下的纹理 图像和视频数据的

有效存储 传输及管理提供标准化的核心技术 尤其

强调这些工具对图像和视频内容的原子单元(称为视

频对象 VO)的编解码能力 对任意形状的视频对象进

行有效的表示 以支持所谓基于内容的功能集 而此

功能集支持内容(即场景中的物理对象 VO)的单独编

码和解码 这一特性为交互性提供了有力的底层机制

支持 也为在压缩域对图像或视频的 VO 内容进行灵

活的表示和管理提供了有利条件 MPEG-4 图像与视频

标准统一支持传统矩形和任意形状图像与视频的编

家用电器

113

解码 对于基于内容的应用 输入的图像序列可能具

有任意形状和位置 形状可以用8位透明分量表示(一

个 VO 由多个其它对象构成时)或用一个二值掩模描

述 另外 通过对场景中每个物理采用适当的和精细

的基于对象的运动预测工具 可以大大提高某些视频

序列的压缩比 对于 MPEG-4 扩展的基于内容的编码

可视为传统的 VLBV 内核或 HBV 工具由矩形输入向任

意形状输入的逻辑延伸 从这个意义上 基于内容的

编码是 VLBV 和 HBV 内核的超集

MPEG-4 标准在原有的基础上增加了七个新的功

能 增加的各个功能的特点

(1)基于内容的操作与比特流编辑支持无需编码

就可进行基于内容的操作与比特流编辑

(2)自然与合成数据混合编码 提供将自然视频

图像同合成数据(文本 图形)有效结合的方式 同时

支持交互性操作

(3)增强的时间域随机存取 MPEG-4 将提供具有

效的随机存取方式 在有限的时间间隔内 可按帧或

任意形状的对象 对一音 视频序列进行随机存取

(4)提高编码效率 在与现有的正在形成的标准

的可比拟速率上 MPEG-4 标准将提供更好的主观视觉

质量的图像

家用电器

114

(5)对多个并发数据流的编码 MPEG-4 将提供对

一景物的有效多视角编码 加上多伴音声道编码及有

效的视听同步 在立体视频应用方面 MPEG-4 将利用

同一景物的多视点观察所造成的信息冗余 在足够的

观察视点条件下有效地描述三维自然景物

(6)错误易发环境中的抗错性 灵活多样 是指

允许采用各种有线网和各种存储媒体 MPEG-4 将提高

抗错误能力 尤其是在易发生严重错误环境下的低比

特应用中(移动通信链路) MPEG-4 是第一个在其音

视频表示规范中考虑信道特性的标准 目的不是取代

已由通信网提供的错误控制技术 而是提供一种对抗

残留错误是紧韧性

(7)基于内容的尺度可变性 内容尺度可变性意

味着给图像中的各个对象分配优先级 基于内容的尺

度可变性是 MPEG-4 的核心 因为一旦图像中所含对

象的目录及相应的优先级确定后 其它的集内容的功

能就比较容易实现了 对甚低比特率应用来说 尺度

可变形成一个关键的因素 因为它提供了自适应可用

资源的能力

以上七个新的功能可以归纳为三类 基于内容的

交互性 高压缩率和灵活多样的存取模式 前三个功

能为基于内容的交互性 四 五为高压缩率模式 最

家用电器

115

后两个为灵活多样的存取模式

1.4MPEG-7

MPEG-7 标准称为 多媒体内容描述接口 它将

扩展现有内容识别专用解决方案的有限能力 特别是

还包括了更多数据类型 换言之 MPEG-7 将规定一个

用于描述各种不同类型多媒体信息的描述符的标准

集合

MPEG-7 对定义其它描述符及其结构(描述方案)

和他们之间关系的方法进行标准化 这种描述(也就

是描述符和描述方案的组合)将与内容本身关联起

来 以便对用户感兴趣的素材进行快速高效的搜索

MPEG-7 标准化了一种用来定义描述方案的语言 即描

述定义语言(DDL) 加之相关的 MPEG-7 数据的 AV 素

材 就可以被加上索引 并可进行检索

MPEG-7 像 MPEG 家族中其他成员一样 是针对满

足特定需要的音 视频信息的标准化表述 MPEG-7

的描述符并不依赖于描述的内容是编码的或存储的

方式 可以把 MPEG-7 的描述说明附加到模拟制的电

影里或使用纸张打印出来的图片上 然而 尽管

MPEG-7 描述不依赖于所处理素材的(编码)表示方式

但由于在一定程度上它是在 MPEG-4 的基础上发展起

来的 而 MPEG-4 采用了按照具有一定时间关系和空

家用电器

116

间关系的对象来进行音 视频编码的处理方式 因此

用 MPEG-4 编码有可能把描述说明附加到场景中的成

员(对象) 所以 MPEG-7 在描述中要提供不同的程度

才可能实现不同等级的识别

因为描述特征必须在应用环境中才有意义 所以

会因用户范围的不同和应用领域的不同而有所区别

这就意味着 同样的素材 因为要和应用范围相匹配

可能会使用不同类型的特征来描述 当然 所有这些

描述都会以高效方式进行编码 业绩能提高搜索的效

率 同时 中间也可能存在过渡的抽象等级 抽象等

级与提取特征的方式有关 许多低等级的特征可以用

全自动的方式提取出来 而高等级的特征就需要更多

的人工交互

2 MPEG 的未来展望

MPEG 视频压缩系统是一个技术含量很高的复杂

集成系统 在世界上也只有少数极有实力的公司才能

推出商业产品 由于 MPEG 视频压缩系统的技术复杂

设备昂贵 故至今为止普及程度很低 但随着技术的

进步 工艺的成熟和价格下降 其应用面正在拓宽

过去需要花费上百万元才能做成的事 现在几万元即

可实现 如果你已有这样的 MPEG 视频压缩系统 就

可以很容易地把录像 照片 图片 电影等节目加以

家用电器

117

压缩存放在计算机中生活录像 档案管理等各类视频

制作中

MPEG 制定的是一系列的标准 实际上很多情况下

并没有给出具体的实现 最后的实施还要通过各个厂

商和研发人员实现 MPEG 的研空主要集中在两方面

(1)对 MPEG 实现的研究

(2)进一步研究图像压缩方法已获得更大数据的

压缩比并且实现人机对话的功能

从现在 MPGE 标准来看 作者认为主要将集中在

基于对象的处理方法上 也就对于不同的数据 内容

要求将根据情况选择不同方法处理 首先这是满足人

机对话最基于要求 也是满足以人为本宗旨的要求

每一个人都可以根据自己的需求而要求采用不同的

处理方法 其次 这是进一步获得更大图像数据压缩

比的要求 以前基于数据本身和其交换与统计个性的

压缩方法很难满足高速公路上的数据流速度 而基于

对象的处理方法 要是现实基于模型的压缩方法 可

以针对不同对象(内容)采用不同的压缩方法 从而获

得巨大的压缩比 而且满足人的视觉要求 在 MPEG-4

和 MPEG-7 标准中已经注意到这个问题 引入了甚至

对象或称为内容的研究 因此 笔者认为基于对象的

图像处理方法将是未来 MPEG 的发展方向

家用电器

118

MPGE 视频压缩技术和 VCD 制作为我们开拓了一

条发展的新路 MPEG 视频压缩技术的推广应用 可能

会产生一个新行业 即多媒体制作 这方面的市场刚

刚启动 在教育 培训等方面几乎是空白 是一个有

很大发展潜力的行业 有待于开拓 未来是信息化的

社会 各种多媒体数据的传输和存储是信息处理的基

本问题 本文仅仅从 MPEG 标准方面进行了详细的阐

述 还有很多这方面的技术有待于研究和开发 希望

有志于此研究的人士共同探讨

网络变互式数字电视机顶盒硬件平台设计

从硬件发展上来看 交互式机顶盒 数字电视已

从早期的由分立器件构成而发展到由现代单芯片解

决 这是数字大规模集成电路制造工艺技术进步的结

果 也是最大程度降低系统成本的必然要求 现代单

芯片解决方案的机顶盒一般集成了 CPU 解复用 音

频视频解 二维图形处理 编码和外设端口等模块

为节省芯片面积 这些独立部分是通过总线方式连接

在一起的 改进系统的性能 通常是从提高 CPU 的速

度 增强二维乃至三维图形的处理能力 增加外设端

口的接口数目和类型等方面着手 从而从总体上提高

系统的交互处理能力 但由于视频解复用器和音频视

码器对存取数据总线实的性要求严格 增加了 CPU 处

家用电器

119

理等待时间 形成了所谓的总线瓶颈 有关测试表明

总线瓶颈使得 CPU 的执行指令时间达到了 76% 这种

单纯依靠提高 CPU 性能来克服处理能力的不足 并不

能提高性价比 改善总线瓶颈可以通过改进或增加系

统互连总线来完成 如松下公司的 GrossSwitch 解决

方法 使等待时间减小到 50% 但这些必将增加芯片

制造中互连线的复杂度 从而增加成本

除了总线瓶颈带来的问题是 随着用户对接入方

式多样性以及图形图像处理要求的日益提高 通过电

话线回传的交互式机顶盒 数字电视的窄带接入方式

以及有限的计算能力也越来越不能满足人们的要求

随着有线 HFC 网的双向改造以及它与电信网 互联网

三网合一进程的加速 为用户添加 CableModem(CM)

Ethernet 等灵活可选的宽带接入方式以及增加高级

2D 乃至 3D 高级图形处理 便成为机顶盒应用的一个

重要方面

1 基于 ST40GX1 与 STi5514 的双 CPU 解决方案

为 解 决 上 面 提 出 的 总 是 选 择 了 ST

Microelectronics 公司最近推出的基于 STi5514 单

芯片解码器和ST40GX1二维图形处理器的双处理器解

决方案 该方案避免了外设模块倍增带来的总线拥挤

以及解码实时性要求带来的等待延迟 STi5514 和

家用电器

120

ST40GX1 内部都采用了高速的先进 STBus 实现互联

前者负责实时性要求较高的硬件解复用 视频音频解

码 与解码相关联的外围 I/O 设备控制等 后者负责

宽带交互式应用以及高级图形处理 两者之间的高速

数据通信通过 MPX(Memory Peripheral Exchange)总

线以及存储映射的邮箱(Mailbox)来进行 通过主频

达 100MHz 的 MPX 总线 STi5514 能直接存取 ST40GXI

上可高达 256MB 的 DDRSDRAM 存储资源

1.1STi5514 功能特点及接口

STi5514 主要完成 MPEG-2 视频 音频信号的解压

缩 其内部集成了一个 MP@ML 标准清晰度的视频解码

模块和一个杜比 AC-3/AAC/DTS 音频解码模块以及

VideoEncoder和AudioDAC模块等 内部32位RISCCPU

工作主频为 120MHz 在外接 V.90 的硬件 Modem 条件

下 可以通过电话线进行窄带交互式应用 如进行基

于电话线回传的视频点播 低速 Internet 浏览等

与 ST 公司早先推出的单芯片解码器 STi5512 相

比 除一般功能接口相同外 其突出特点是 指令和

数据缓冲都增加了一倍 同时并发处理三路

TS(TransportStream)流输入 支持多种解扰模式(包

括 DVB DES ICM Fast-I) 直接支持杜比

AC-3/AAC/DTS 音频解码 提供 ATAPI 硬盘电路接口

家用电器

121

并直接支持Ultra-DMA66高速数据传送模式的硬盘以

实现数字电视节目的实时录制 视频解码流可以以

ITU-R601_656 格式数据流输出或者以复合视频信号

(CVBS) 分量信号 RGB 和 YUV 等不同模拟模式输出

支持 Teletext 解码输出 同时提供对两路 SIM 卡接

口 利用扩展银行卡等高级应用 由于 STi5514 去掉

了 1394 接口 故需外接 1394 控制器(如 STE422 等)

来扩展基于 1394 的视频输入

1.2ST40GX1 功能特点和结构

ST40GX1 集成了 SH-432 位 RISC 处理器内核

Gamma2D 图像处理 混合模块以及其它视频电路接口

逻辑

ST40GX1 是交经式应用的处理核心 包括系统设

备和外设两个方面

1.2.1 系统设备

ST40GX1 系统设备包括中央处理器(CPU) 用于

DSP 功能的浮点运行单元/加乘处理单元(FPU/Mac)

存储管理单元(MMU)以及 DMA 控制模块

其中 CPU 为 32 位 SuperHRISC 2 通道超标量体

系结构 主频 166MHz 16 位指令定长 Load-Store

结构 8KB 直接指令缓存 16KB 直接操作数缓存 带

有一个片上乘法器

家用电器

122

存储器支持 4G 的存储空间 支持单块或多块虚

拟内存模式 页面大小可以为 1KB 4KB 64KB 或 1MB

支 持 4 通 道 全 相 关 指 令 ITLB(Instruction

Translation Lookaside Buffer) 64 通道全相关指

令以及操作数 UTLB 支持软件控制的更新算法及随机

计数的更新算法 这为 32 位保护模式下的操作系统

提供了完备的硬件平台

通用 DMA 控制器支持 5个通道的数据传输 其中

4个通道可以用于存储器到存储器哉存储器到外设之

间的数据传送 另外一个通道为带缓冲的多路复合通

道 支持 2D 块的搬动以及链表操作 两个通道的 DMA

握手信号和 EMI 接口信号被用于 MPX 总线操作

图 1基于 STi5514 和 ST40GX1 的系统结构图

1.2.2 外设接口模块

外设接口模块包括通用接口模块和视频专用接

口模块

通用接口模块包括两个的 ST40 系列处理器兼容

的全双工异步串行通信端口 中断控制器 符合

IEEE1149 规范的调试控制器 实时时钟 4个用户可

编程的PLL 24位输入输出方向可配置的并行I/O口

两个符合 v1.1 规范的 USB 主控制器和收发器 Modem

模拟前端接口 MAFE 两上可配置为支持 I2C 或 SPI

家用电器

123

总线接口标准的同步串行控制器(SSC0 SSC1)

Teletext 输入接口 两个使用异步协议的 SmartCard

接口 用于和外部微处理器通信的存储映射邮箱

(Mailbox) 符合 PCI2.1 规范的 PCI 接口控制器 两

路音频 PCm 输入接口和一路 PCM 输出接口等

视频专用接口以及处理模块包括字视频输入端

口和 2D 图像处理器

两个 CCIR601-656 视频输入端口(DVP0 DVP1)可

以同时输入 YCbCr4 2 2 格式的视频数据 并将其

装入局部存储器 对没有内嵌同步信号的视频还根据

SAV/EAV 协议提供了外同步信号支持 用户可以从输

入的视频图像中设定视频捕获窗口以及活动窗口的

子窗口 数字编码器(DENC)将数字视频流转换为标准

的模拟基带 PAL/SECAM/NTSC 信号以及 RGB 和 YUV 模

拟分量信号 如果在 LMI 上使用 32 位的 DRAM 则可

以获得 RGB24 位的数字视频流

2D 图像处理器(或图像块传送引擎)拥有两个

2DDMA 图像数据输入源 可完成一整套强大处理操作

除了完成普通 2D 图形加速功能外 还可完成不同图

形格式(RGB/YUV 等)之间的转换 其中包括块填充

块拷贝 异步复合 色彩变换以及 2D 缩放处理等功

能

家用电器

124

2 基于 STi5514 和 ST40GX1 的系统构成

根据STi5514和ST40GX1的功能特点提出的系统

总体结构方案如图 1所示

2.1 前端解码部分

由于 STi5514 内置三路 TS 流解扰通道 故采用

双路的Turner+STV0297QAM解码器同时解调两个频道

的基件解扰 控制处理以及解码能力 可以实现画中

画功能 其中 Turner 可以采用 MicroTune 的 MT2040

单芯片调谐器以节省空间和成本 此外 通过外接

STE422 对 IEEE1394 接口输入提供支持

2.2 后端解码部分

后端解码由STi5514完成 STi5514通过外接8MB

共享的 SDRAM 完成在信道解调 解复用以及解码过程

中所需要的存储资源 STi5514 通过 MPX 总线共享位

于 ST40GX1EMI 接口上的 16MBFLASH 通过 ATA 接口外

接硬盘存储器以扩展 VCR 应用 STi5514 解码后的符

合 ITU-R601_656 标准的视频数据通过视频输出端口

直接输入到 ST40GX1 的两路视频输入端口中的 DVP0

STi5514 向 ST40GX1 发送 27MHz 的像素时钟以及同步

信号 以确保 STi5514 视频数据正确接收

2.3 图形处理及便于交互式应用的网络接口

交互式应用硬件实现部分由ST40GX1以及相应的

家用电器

125

网络接口完成

2.3.1ST40GX1 二维图形处理

ST40GX1 接收来自 STi5514 输入的解码视频流

并经过插值 色彩空间坐标变换后 与网页浏览等其

它视频流进行透明度处理(Alphablending) 饱和度

处理(Gamma Processing)等复合处理 形成统一的视

频帧缓存数据 并通过内部的 DENC 将其编码为模拟

电视能接收处理的复合视频信号 CVBS SVideo 或分

量信号 RGB YUV 等输出

由于 ST40GX1 只支持 3.3V 的 PCI 接口 可通过

Intel 的 SB21150BC 扩展 3.3V 或 5V 的 PCI 插槽 在

需要 3D 图像处理的情况下 可以外插 PCI3D 图形加

速卡来实现

2.3.2 网络接口

考虑到网络接口的宽带接入方式需求 利用

ST40GX1 对外部提供的 PCI 总线接口 集成

CableModem Ethernet 等高速接口

2.3.2.1CableModem

选择符合 Docsis1.1/Euro-docsis1.1 规范的

CableModem 前端单芯片接口芯片 STV0396 作为

CableModem 解决方案 这一部分既可以作为一个独立

的 PCI 卡来设计 也可以将其直接嵌入母板上

家用电器

126

STV0396 是一个高度集成的调制解调系统 包括支持

上行和下行符合 DOCSIS1.1 规范的物理层规范接口

媒体接入控制(MAC)以及功能强大的 32 位 ST20RISC

处理器 PCI EMI/MPX 等与 ST40GX1 相兼容的外部接

口 STV0396 采用 316 管脚的 BGA 封装 除需外接双

向调谐器外 还需要添加下行方向的声表面波滤波器

(SAW) 上行方向的线路放大器以及的时钟等 才能

实现与线缆头端设备(CMTS)之间的通信连接 其典型

接口电路如图 2所示

2.3.2.2 以太网接口

选择基于RTL8139C的3.3V以太网芯片组作为接

口芯片 主要考虑到该芯片具有高度集成 在嵌入式

系统中使用广泛以及 10/100M 自适应特性 自带 PCI

接口 在类 Linux 操作系统下驱动程序容量找到等优

点 RTL8139 采用 128 管脚的 QPF/LQPF 封装 并通过

PCI 总线接口与 ST40GX1 相连接

2.3.2.3V.90 软件 Modem 的支持

对 V.90 软件 Modem 的支持 直接利用 ST40GX1

的 Modem 前端接口 MAFE 来完成 不使用硬件 Modem

是考虑到充分利用ST40GX1的运算处理能力以降低成

本

2.4 启动及通讯

家用电器

127

ST40GX1 与 STi5514 通过配置各自 MPX 总线接口

的主/从(Initiator/target)方式来决定系统的启动

顺序 在这里 由于系统启动代码位于 ST40GX1 的局

部 FLASH 中 故将 ST40GX1 配置为主(Initiator)

将 STi5514 配置为从(target) 具体的启动顺序为

ST40GX1 首先控制 MPX 总线并且先启动 在启动期间

阻止STi5514使用MPX总线 直到其完全完成从Flash

里面读取启动代码和初始化为止 接着 ST40GX1 利用

MPX 总线拷贝 STi5514 的启动程序以及应用程序代码

到自己的 LMIDDR 内存中 拷贝完成后 ST40GX1 释放

并允许 STi5514 控制 MPX 总线 STi5514 从 ST40GX1

的DDRSDRAM中拷贝自己的启动程序及应用程序代码

借鉴这一点 通过 MPX 总线可以实现多 CPU 之间的存

储共享

STi5514 通过 MPX 总线可以访问 ST40GX1 上的

Mailbox 寄存器 Mailbox 被固定映射于 ST40GX1 存

储空间的基地址 0x1B150000 处 该寄存器对两个 CPU

都能产生中断信号 通过 Mailbox 寄存器 ST40GX1

与STi5514能实现进程同步 信息传递等进程间通信

本文较为详细地介绍了基于 ST40GX1 和 STi5514

的高性能网络交互式数字电视机顶盒的系统构成及

实现 虽然低端的基本付费/免费数字电视机顶盒会

家用电器

128

在很长时间内成为消费者的选择 但随着用户对功能

需求的增加以及有线运营商服务内容的丰富 为用户

提供此类高端应用的数字电视机顶盒也会得到日益

广泛的应用

适于语音处理的 SDA80D51 芯片及其数字录放音

系统

目前市场上有很多语音录放系统 如录放音玩

具 录音笔等 大多采用了单片机控制一个语音芯片

再接一个 FLASH 存储器的结构 由于语音芯片都是

固定的编码算法 使得系统用途单一 不利于进一步

改进 缺乏灵活性 如日本 OKI 公司的 MSM6588 只

能完成 ADPCM 编码

用 SDA80D51 芯片实现的语音录放音系统 系统

硬件简单 工作可靠 所有的编解码算法都由软件来

完成 设计者可以编制自己的软件 完成不同的功能

它既可以作为简单的数字录放音系统 也可以通过改

变程序做语音识别 语音合成等多种系统 用途灵活

功能强大 该系统选用 G.723.1 语音编解码算法来完

成语音的录放

1SDA80D51 芯片介绍

SDA80D51芯片是德国 Infineon公司生产的适合

语音处理的芯片 它采用 0.18ìm 工艺 核的工作电

家用电器

129

压为 1.8V I/O 电压为 3.3V 模拟 Codec 部分电压

2.5V 功耗是 150mW 该芯片相当于一个片上系统

(SOC) 内部集成了许多功能模块 如图 1 所示 由

于它集成了许多功能模块 如图 1 所示 由于它集成

了许多功能块 几乎只需要一片芯片就能完成语音处

理和系统控制

该芯片含有两个处理器 分别是 16位DSP(OAK)

和 8 位 MCU(M8051E-Warp) M8051E-Warp 核由美

国 MentorGraphics 公司设计 它是与一般 8051 兼容

的 MCU 具有很多的增强功能 最高工作速度可达

50MIPS(Million Instruction per Second) 是目前为止

最快的增强 8051 传统 8051 的一个机器周期是 12

个时钟周期 而这个核心只需 2 个时钟周期 速度传

统 8051 的 6 倍 许多指令都能在一个机器周期内完

成 由于指令与 8051 兼容 使得程序员不用花许多

时间学习新指令 而直接采用传统的 8051 编程方式

就行 芯片集成有 JTAG口 用 Mentor Graphics 公司

的 FS2(First Silicon Solutions)仿真器就可以实现在线

仿真

OAK 核是美国 DSPGroup 公司设计的 16 位低功

耗 低电压和高速定点 DSP 采用双金属 CMOS 在

0.6ìm 或 0.5ìm 以下工艺生产 工作电压范围在

家用电器

130

2.7V 5.5V 在 5V80MHz 工作条件下 消耗电流

38mA 在 3.3V80MHz条件下 消耗电流 25mA 该

核采用 Harvard 总线结构 工作速度可达 100MIPS

Codec 部分由 I2S ADC 和 DAC 组成 I2S 口可

用来外接一些通用的模/数芯片 两路的 12 位 8kHz

采样率的 ADC 可接峰峰值为 1.03V 的差分电压

片内有数字 AGC 可放大 0 到 42dB(8 档 6dB步长)

模/数转换采用 Sigma-Delta调制技术并经过一度的换

算 得到 16bit 的 PCM 码流 送往处理器 两路 11

位 8kHz 采样率的 DAC 可软件调节增益 可放大 0

到-18dB(-6dB 步长) 所有 Codec 部分可通过 ASI 接

口连到 OAK 或 M8051 上

SDA80D51 芯片还有 I2C SPI 和 PWM 接口模

块 可以通过 M8051 来控制 另外在不同版本的芯

片上还有多达 50 到 250 之间的 GPIO(通用的输入输

出口) 这可以保证系统控制的灵活性

该芯片最有特点的功能模块是存储器管理单元

MMU(Memory Manage Unit) 它可以管理两个核的存

储区映射 物理存储器(RAM 或 ROM)被看成由多个

块组成 每个块的大小在不同版本的芯片上定义是不

同的 本系统中 块的大小是 16K 字节(或 8K 节)

MMU 既可以把块(8K 字)映射给 OAK 的程序区或数

家用电器

131

据区 也可以把块(16K 字节)映射给 M8051 的程序区

或数据区 这些完全由写 M8051 的特殊功能寄存器

来完成 存储空间的自由挂接使得完成两个核之间的

数据转换变得非常容易 此外 程序装载和启动也需

要 MMU 的控制

整个芯片的工作方式是M8051作为主控制芯片

完成对各种接口的控制和系统的配置 OAK 作为协

处理器 完成语音编解码算法等计算 两个核之间还

有两个 64 字深的 FIFO 它们用于双核通信

2 G.723.1 语音编解码

语音编解码算法一般分为三类 波形编码 参数

编码(声码器)和混合编码 波形编码技术是在不建立

语音模型的情况下 直接对语音波形用编码方式逼

近 可有时域的脉冲编码调制和变换域编码 参数编

码是在一定的语音模型基础上 在编码端分析出该模

型参数 并选择适当的方式对其进行高效率的编码

而在解码端利用这些参数和语音模型 用合适的激励

源(excitation)重新合成语音 混合编码则保留了参数

编码的语音模型的假定 又利用了波形编码的准则优

化激励信号

G.723.1 算法属于混合编码 语音模型是基于线

性预测理论的全极点模型 输入是16bit的PCM码流

家用电器

132

然后采用合成分析 矢量量化等方法 以感觉加权后

的语音基音残差信号能量最小为准则进行编码 有两

种类型编码方式 一种是 6.3kb/s 多脉冲最大似然量

化方法(压缩率 20 1) 另一种是 5.3kb/s 代数码本激

励线性预测 ACELP(压缩率 24 1) 后者的压缩率高

编码速率低 这可以降低系统存储语音时所需存储器

的容量 而且解码算法简单 回放语音时不会有延迟

感 语音清晰

3 语音录放音系统硬件设计

语音录放音系统硬件电路的系统框图如图 2 所

示 由于芯片内(虚线内)集成了许多功能模块 使得

电路的结构变得非常简单

SDA80D51的RS232串行口通过MAX3222匹配

电压后 连接到计算机

芯片的启动支持 SPI I2C 和 RS232 串口三种方

式 本系统采用 I2C 启动方式 选用 ATMEL公司的

24C64 上电后 片内固化在 ROM 上的程序会从选

定的 I2C芯片拷贝 256字节客户启动程序到片内程序

区 ff00h ffffh 处 最后把程序指针指向 ff00h 开始

执行

系统程序存在 SST28LF040 中 由启动芯片中的

用户启动程序把系统程序装载到芯片内部的 RAM

家用电器

133

里 然后处理器会执行 RAM 中的程序指令

语音经过编码压缩后存储在三星公司的

KM29U128T(16M×8bit)内 它的寻址采用串行方式

即 8 根数据线既作地址线也作数据线 先输入地址

再传送数据 这样 用很少的 SDA80D51 地址线就可

寻址很大的空间 记录大量的语音数据很方便

用 8 根 GPIO 线实现一个 4×4 的小键盘 可用来

作为控制接口 在录放音时 可以通过对键盘的扫描

来决定下一步骤

4 软件设计

由于要对芯片内的功能模块 系统控制和编解码

算法进行编程 这使得软件设计量比较大 考虑到本

文的篇幅 这里只介绍总程序结构和录放音的控制部

分

总程序框架采用前后台的工作方式 前台轮寻各

个任务引擎 判断是否有任务需要处理 若有 切换

状态并执行该任务 若没有 就继续查询 后台主要

完成对硬件的接口 中断处理程序以及缓冲硬件数

据 前台和后台的通讯是靠共享缓冲区来完成的 这

种前后台的工作方式可处理多任务 每个任务只占用

一个时间片

数字录放音程序在整个软件设计中只有一个任

家用电器

134

务 它提供一个任务引警程序 由前台来调用 具体

工作过程是 OAK 接 CODEC 模块 负责采集数据

编码和解码算法以及语音的回放 M8051 负责配置系

统工作寄存器和对 FLASH 的读写 两个核之间通过

FIFO 发消息 消息的定义格式(C 语言)如下

typedefuniontag_FIFO_MESSAGE

{

struct

{

struct

{

BYTEbIdSource //发送方 ID

BYTEbIdDest //接收方 ID

WORDwMsgType //发送消息类型

WORDwDataLen //数据长度

WORDwSeq //消息序号

}uHead //消息头

WORDwData[27] //消息数据内容

WORDwCRC //校验

}uForm

WORDwBuf[32]

}FIFO_MESSAGE

家用电器

135

两个核的任务引擎程序分别用 C 语言编写 程序

结构基本相同 都采用状态跳转的方式 即每个子程

序模块都是一个状态 满足一定条件就跳到下一状

态 若都不满足 就退回到前台轮寻程序 由前台程

序在下一时间片继续调用停留在当前状态的程序

如图 3 所示 每个圆圈都是一个状态 两个核之

间的横向的箭头表示消息 向下的箭头表示状态的跳

转

在录音时 M8051 的 录音初始化状态 先做初

始化并发送 START 消息 表明录音开始 然后跳到

存语音数据状态 等待 OAK 的消息 OAK 的 录

音初始化状态 接收到 START 消息后 先做初始化

然后跳到 语音采集编码状态 在这里会不停地采

集语音并用 G.723.1 编码 采满 8K 字后 向 M8051

发送 STORE 消息 M8051 收到消息后 用存储器切

换程序 拷贝数据到 M8051 的 RAM 区 并存到

FLASH里 这由 存语音数据状态 来完成 若 FLASH

存满 M8051 会发送 STOP 消息 然后OAK 和 M8051

都进入 录音结束状态 OAK 结束后还会给 M8051

发送 DONE 消息 表明录音结束

语音识别在家电遥控器中的应用

家用电器发展的一个重要方面是让用户界面更

家用电器

136

加人性化 更加方便自然 做到老年人和残疾人可以

无障碍地使用 利用语音识别技术实现语音控制是提

高家电产品用户界面质量的一条重要途径 本文以语

音控制遥控器为例 说明语音识别技术如何应用在家

电器领域

适合家用电器应用的语音识别嵌入式系统结构

如图 1 所示 它由四个部分组成 第一部分为模/数

转换部分 其输入端接收输入的语音信号 并将其转

化成数字芯片可处理的数字采集信号 在输出端将解

码后的语音数字信号转换为音频模拟信号 通过扬声

器放声 第二部分为语音识别部分 它的作用是对输

入的数字语音词条信号进行分析 识别出词条信号所

代表的命令 一般由 DSP 完成 第三部分语音提示

和语音回放部分 它一般也是在 DSP 中完成的 其

核心是对语音信号进行数字压缩编码和解码 目的是

提示用户操作并对识别语音的响应 完成人机的语音

交互 第四部分是系统控制部分 它将语音识别结果

转换成相应的控制信号 并将其输出转换成物理层操

作 完成具体功能 语音识别与系统控制的有机结合

是完成声控交互的关键 下面将对语音识别算法及遥

控系统控制部分作详细的讨论

1 语音识别算法

家用电器

137

目前 常以单片机(MCU)或 DSP 作炎硬件平台

的实现消费类电子产品中的语音识别 这类语音识别

主要为孤立词识别 它有两种实现方案 一种是基于

隐含马尔科夫统计模型(HMM)框架的非特定人识别

另一种是基于动态规划(DP)原理的特定人识别 它们

在应用上各有优缺点 HMM 非特定人员的优点是用

户无需经过训练 可以直接使用 并且具良好的稳定

性(即对使用者而言 语音识别性能不会随着时间的

延长而降低) 但非特定人语音识别也有其很难克服

的缺陷 首先 使用该方法需要预先采集大量的语料

库 以便训练出相应的识别模型 这就大大提高了应

用此技术的前期成本 其次 非特定人语音识别很难

解决汉语中不同方言的问题 限制了它的使用区域

另外还有一个因素也应予以考虑 家电中用于控制的

具体命令词语最好不要完全固定 应当根据的用户的

习惯而改变 这一点在非特定人识别中几乎不可能实

现 因此大多数家电遥控器不适合采用此方案 DP

特定人识别的优点是方法简单 对硬件资源要求较

低 此外 这一方法中的训练过程也很简单 不需预

先采集过多的样本 不仅降低了前期成本 而且可以

根据用户习惯 由用户任意定义控制项目的具体命令

语句 因而适合大多数家电遥控器的应用 DP 特定

家用电器

138

识别的严重缺点是它的稳健性不理想 对有些人的语

音识别率高 有的人识别率却不高 刚训练完时识别

率较高 但随着时间的推迟而识别率降低 些缺点往

往给用户带来不便 为克服这些缺陷 对传统方法作

为改进 使识别性能和稳健性都有显著的提高 取得

令人满意的结果

1.1 端点检测方法

影响孤立词识别性能的一个重要因素是端点检

测准确性 在 10 个英语数字的识别测试中 60 毫秒

的端点误差就使识别率下降 3% 对于面向消费类应

用的语音识别芯片系统 各种干扰因素更加复杂 使

精确检测端点问题更加困难 为此 提出了称为

FRED(Frame-based Readl_time Endpoint Detection)算

法[3]的两级端点检测方案 提高端点检测的精度 第

一级对输入语音信号 根据其能量和过零率的变化

进行一次简单的实时端点检测 以便去掉静音得到输

入语音的时域范围 并且在此基础上进行频谱特征提

取工作 第二级根据输入语音频谱的 FFT 分析结果

分别计算出高频 中频和低频段的能量分布特性 用

来判别轻辅音 浊辅音和元音 在确定了元音 浊音

段后 再向前后两端扩展搜索包含语音端点的帧

FRED端点检测算法根据语音的本质特征进行端点检

家用电器

139

测 可以更好地适应环境的干扰和变化 提高端点检

测的精度

在特定人识别中 比较了常用的 FED(Fast

Endpoint Detection)和 FRED 两种端点检测算法的性

能 两种算法测试使用相同的数据库 包括 7 个人的

录音 每个人说 100 个人名 每个人名读 3 遍 测试

中的 DP 模板训练和识别算法为传统的固定端点动态

时间伸缩(DTW)模板匹配算法 两种端点检测算法的

识别率测试结果列在表 1 中

表 1

比较 FED和 FRED端点检测算法对 DTW 模板匹

配识别率的影响

端点检测算

法 第 1 人第 2 人第 3 人第 4 人第 5 人第 6 人第 7 人平均

FED 92.5% 87% 92.6% 95.6% 96.2% 96.8% 100% 94.4%

FRED 94.3% 89.9% 93.2% 99.4% 99.4% 98.8% 100% 96.4%

测试结果说明 使用 FRED 端点检测算法 所有

说话人的识别率都有了不同程度的提高 因此 本系

统采用这种两级端点检测方案

1.2 模拟匹配算法

DTW 是典型的 DP 特定人算法 为了克服自然

语速的差异 用动态时间规整方法将模板特征序列和

家用电器

140

语音特征序列进行匹配 比较两者之间的失真 得出

识别判决的依据

假设存储的一个词条模板包括 M 帧倒谱特征

R={r(m) m=1 2 � M} 识别特征序列包括 N 帧

倒谱特征 T={t(n) n=1 2 � N} 在 r(i)和 t(i)之

间定义帧局部失真 D(i j) D(i j)=|r(i)-t(i)|2 通过

动态规划过程 在搜索路径中找到累积失真最小的路

径 即最优的匹配结果 采用对称形式 DTW

其中 S(i j)是累积失真 D(i j)是局部失真

当动态规划过程计算到固定结点(N M)时 可

以计算出该模板动态匹配的归一化距离 识别结果即

该归一化距离最小的模板词条 x=argmin{S(N Mx)}

为了提高 DTW 识别算法的识别性能和模板的稳

健性 提出了双模板策略 即 x=argmin{S(N M2x)}

第一次输入的训练词条存储为第一个模板 第二次输

入的相同训练词条存储为第二个模板 希望每个词条

通过两个较稳健的模板来保持较高的识别性能 与上

面测试相同 也利用 7 个人说的 100 个人名 每个人

名含 3 遍的数据库 比较 DTW 单模板和双模板的性

家用电器

141

能差别 结果更在表 2 中

表 2DTW 不同模板数的识别率比较

DTW 第 1 人第 2 人第 3 人第 4 人第 5 人第 6 人第 7 人平均

单模板 94.3% 89.9% 93.2% 99.4% 99.4% 98.8% 100% 96.4%

双模板 99.4% 96.6% 98.5% 100% 100% 98.8% 100% 99.0%

测试结果说明 通过存储两个模板 相当大地提

高了 DTW 识别的性能 其稳健性也有很大的提高

因此 对特定人识别系统 采用 DTW 双模板是简单

有效的策略

综上所述 该嵌入式语音识别芯片系统采用了改

进端点检测性能的 FRED 算法 12 阶 Mel 频标倒谱

参数(MFCC)作为特征参数 使用双模板训练识别策

略 通过一系列测试 证明该系统对特定人的识别达

到了很好的识别性能 完全可以满足家用电器中声控

应用的要求

2 语音控制遥控器设计

目前家用遥控器主要为按键式 并有两种类型

一种是固定码型 每个键对应一种或几种码型 都是

生产厂家预先设定好的 用户不能更改 另一种是学

习型 具有自我学习遥控码的功能 可由用户定义遥

控器的每个键对应的码型 它能够将多种遥控器集于

一身 用一个遥控器就可控制多个家电 又可以作为

家用电器

142

原配遥控器的备份 由于现代家电功能不断增加 上

述两种遥控器都有按键过多 用户不易记住每个键的

含义等问题 将语音识别技术应用于学习型遥控器

利用语音命令代替按者对命令的记忆和使用 同时省

去了大量按键 缩小了遥控器的体积

语音控制遥控器的硬件框图如图 2 所示 它由两

个独立的模块组成 语音信号处理模块和系统控制模

块

语音信号算是模块由 DSP 快闪存储器

(FLASH) 编解码器(CODEC)组成 其中 DSP 是整个

语音识别模块的核心 负责语音识别 语音编解码

以及 FLASH的读写控制 DSP 的优点是运算速度快

内存空间大 数据交换速度快 可用来实现复杂的算

法 提高识别率 减小反应延时 得到较高的识别性

能 DSP 芯片选用 AnalogDevices 公司的 AD2186L

它具有如下特点 运算速度达 40MIPS 且均为高效

的单调周期指令 提供了 40K 字节的片内 RAM 其

中 8K 字(16Bit/字)为数据 RAM 8K 字(24Bit/字)为程

序 RAM 最大可达 4 兆字节的存储区 用于存储数

据或程序 3.3V 工作电压 具有多种省电模式

AD2186L 既能完成与语音信号算是相关的算法 又

适合使用电池作能源的遥控器 FLASH 和 CODEC

家用电器

143

也都选用 3.3V 工作电压的芯片 FLASH 为美国

ATMEL 公司的 AT29LV040A(4MBit) 它作为系统的

存储器 主要用于存放以下内容 提示语音合成所需

的参数 特定人训练后的码本数据 DSP 系统的应用

程序和学习和遥控码数据 CODEC 选用美国 TI 公司

的 TLV320AC37 用来进行 A/D D/A 变换 编码和

解码

系统控制模块由单片机 红外接收发送器 电源

管理电路组成 单片机负责整个遥控器的系统控制

单片机作为主控芯片 进行键盘扫描 根据用户通过

键盘输入的指令 分别完成学习遥控码 控制 DSP

进行语音训练 回放 识别 将识别结果转换成相应

的遥控码 通过红外发光管发射出去 单片机与 DSP

之间通过标准的 RS232 串行协议通讯

系统的控制软件流程图如图 3 所示 在使用前

按 学习键 进入学习状态 用户先对学习型遥控器

训练语音命令 并使其学习与各语音命令相对应的原

理控码型 使用时按 识别键 进入语音识别状态

等待语音处理模块返回结果 若返回正确的识别结

果 则把相应的遥控码发射出去 例如 原电视遥控

器数字键 1 对应中央 1 台 用户的训练命令为 中

央 1 台 学习了原遥控器的数字键 1 的遥控码

家用电器

144

并使其与训练命令 中央 1 台 对应起来 于是使用

时只需对着学习型遥控器的麦克风说出 中央 1 台

电视就会切换到中央 1 台 这样用户不需要记住每个

电视台与台号的对应关系 相对于枯燥的频道数字

用户自定义的命令更容易记住

若连续的 30 秒无正确的命令则遥控器进入休眠

状态 单片机控制电源管理电路切换 DSP 和 FLASH

电源 单片机本身也进入休眠状态 直至用户按键

唤醒单片机 再由单片机控制恢复 DSP 和 FLASH 供

电 重新开始工作 这是因为整个系统中 DSP 的功

耗最大 长时间不用时 关闭语音信号处理模块 可

以显著地降低整个系统的功耗

从实验室走向市场的过程中 可靠性与成本是遇

到的最大挑战 采用双模板的 DTW 和两组端点检测

FRED 算法 可在系统资源和反应延时增加极小的情

况下 有效地提高识别率和稳健性 该项技术成功地

运用在学习型遥控器上 展现了语音识别技术在家电

领域的广阔前景

TMS320C5402 在电视数字传输复用器中

的应用

引言

随着信息技术的发展 电视信号的数字化编码

家用电器

145

数字化存储 数字化处理已经越来越广泛 新开发的

数字有限电视广播系统主要包括 MPEG-2 编码器 数

字传输复用器 数字调制器以及机顶盒 复用器是该

系统的重要组成部分 完成对多路符合 MPEG-2 系统

层标准 ITU-TREC.H.222.1|ISO/IEC13818-1 的 TS 流

(Transport Stream)的复用 经过 64QAM 调制后 以

便在 1 路 6MHx 的带宽中传送多路数字化节目 考虑

到处理的实时性 我们使用美国德州仪器公司(TI)的

TMS320C5402(简称 C5402)DSP 作为主控芯片 本文

首先介绍 TS 流的结构 C5402 芯片 复有器的组成

然后重点介绍该芯片在复用器的应用 最后就利用

CCS 开发仿真器一经验介绍

1 TS 流简介

主要包括分组方法 程序特殊信息(PSI)表以及程

序参考时钟(PCR)的提取

(1)分组方法

传送流分组长度固定为 188 字节 分组由分组首

部及有效负载组成 如图 1 所示

(2)PSI

PSI 被分成 4 类表 如表 1 所示 每个表可被分

成 1 段或多段置于传送流中 这 4 类表是 程序关联

表 PAT(Program Association Table) 程序映射表

家用电器

146

PMT(Program Map Table) 网络信表 NIT(Network

Information Table) 条件访问表 CAT(Conditional

Access Table) 这 4 类表中包含进行多路解调和显示

程序的必要和足够的信息

表 1 程序特殊信息

结构名 流类型 保 留 的

PID# 描述

程序关

联表

ITU-TRec.H.222.0|

ISO/IEC13818-1 0x00 关联程序号与程序映射表 PID

程序映

射表

ITU-TRec.H.222.0|

ISO/IEC13818-1 赋值的

说明 1 个或多个程序组成部分的

PID 值

网络信

息表 私用 赋值的

物理网络参数 FDM 频率 发送器

号码等等

条件访

问表

ITU-TRec.H.222.0|

ISO/IEC13818-1 0x01

建立 1个或多个(私用)EMM流与每

个独立的 PID 值的联系

系统层解复用 首先要获取 PAT 表 PAT 表中包

含了该传送流中所有程序的一个清单 通过 PAT 表

就可获取该传送中所包含每个程序的 PMT 表

在每个程序的 PMT 表中 就有该程序中各个原

始流的信息 包括 PID 原始流类型以及该程序中包

含有效 PCR 字段的传送流中 PID 通过 PAT 及 PMT

表 就可掌握传送流中每个程序以及每个程序中各原

家用电器

147

始之间的关系

(3)PCR

在传送流中 解码的同步实现是靠相应的程序参

考时间 PCR 值 PCR 是将比特流本身的时序编码的

时间标签 它可以由同一道程序的视频和音频的 PTS

所用的共同时间基点推出 由于每道程序都有自己的

时间基点 所以含有多道程序的传送流的每一道程序

都有独立的 PCR 字段

2C5402 介绍

C5402 是 TI 公司 1999 年 10 月推出的性价比较

高的定点数字信号处理器 其主要特点如下

先进的改造型哈佛结构 操作速率可达

100MIPS

先进的多总线结构 3 条 16 位数据存储器总线和

1 条程序存储器总线

40 位算术逻辑单元(ALU) 包括 1 个 40 位桶形

移位器和 2 个 40 位累加器

1 个 17×17 乘法器和 1 个 40 位专用加法器 允

许 16 位带(或不带)符号的乘法

8 个辅助寄存器及 1 个软件栈 允许使用业界最

先进的定点 DSPC 语言编译器

家用电器

148

数据/程序寻址空间 1M×6bit 内置 4K×16bitROM

和 16K×16bitRAM

*内置可编程等待状态发生器 锁相环时钟产生

器 2 个多通道缓冲串行口 1 个 8 位并行与外部处

理器通信的HPI口 2个 16位定时器以及6通道DMA

家用电器

149

控制器

低功耗 工作电源有 3V 和 1.8V(内核使用)

3 复用器硬件框图及流程

复用器硬件框图如图 2 所示

(1)合成控制卡(主卡)流程

主卡流程 主要完成 6 块卡处理的实施监控 生

成 PSI 等信息并周期性发送 主卡的 PSI 信息 6 个

PMT 的 PID 以及每个子卡输入来的视频 音频 PCR

的 PID 号是事先规定好的

(2)单路 TS 流处理卡(子卡)流程

子卡流程 TS 流进入 FIFO 缓存 由 DSP 进行

PSI 信息的提取和码率的计算 将有关信息送入合成

处理卡进行分析 综合 根据需要从输入的流中提取

1 路视频 1 路音频和 PCR 包 并将它们的 PID 改为

事先规定的 子卡的功能相当于一个简易的码流分析

仪 而且可以提供 1 路单独的 TS 流

4 C5402 的几个典型应用

C5402 在该系统中的应用 对输入的 TS 流进行

分析 对 6 路码流进行均匀交织和 PSI 信息的重置

主卡与子卡之间通过 C5402HPI 接口进行通信 利用

C5402 串口与计算机 RS232 串口相连

4.1 输入的 TS 流分析

家用电器

150

DSP 从 FIFO 中读取 TS 流到内部 RAM 中去 如

图 3 所示 根据 13 位的 PID 号 0x000 找到 PAT 表

在 PAT 表中获得 PMT的 ID 号和 NIT 的 ID 号 根据

PMT_PID 获得视频 音频 PCR的 PID 号以及其它

私有信息的 PID 号 根据 PCR_PID 和 pcr_flag 找到

PCR 包 根据公式计算出码率

其中 i' i''为相邻 2 个 PCR 包 求得多个码率

然后求算术平均 获得平均码率 利用 FIFO 进行数

据传输 速率在 10 25MB/s 之间 由于 DSP 处理能

力为 100MIPS 子卡中 DSP 传输数据量是大为

2MB/s 约耦时 0.1 0.2s 这样处理时间足够(0.8

0.9s) 子卡输入 FIFO 采用 8KB 大小 在其半满时

DSP 等待时间最大为(188/10000)×6=0.1128ms 期间

FIFO 的填充量为 0.1128×1=0.112KB 远不能输入码

流将子卡的输入 FIFO 填充满而导致溢出

4.2 码流交织和 PSI 信息配置

为了将 6 块子卡输入的 TS 流复合成 1 路 TS 流

主卡 DSP 的功能就是将 6 路 TS 流均匀交织 主卡数

据通过 HPI 送到主卡的 DSP 内部 RAM 中 再写到外

家用电器

151

部 FIFO 中 由于各种码流的 PID 叫可能相同 需要

对各路 TS 流的 ID 号进行重新设置 主卡根据预先设

置的所有 PID 生成新的 PSI 表 并按照一定时间间隔

发送到外部的 FIFO 中去 主卡的 CPU 以 100MHz

运行 输出 FIFO 的大小为 8KB 以固定 5MHz的码

率发送 子卡填写的数据不会导致主卡上溢 当主卡

的输出 FIFO 没有达半满时 填充空包 使 FIFO 不

会下溢

在子卡中根据分析得到的 PSI 信息 可以提取 1

路或者多路的节目流 并将 PID 号改为事先规定的

通过 HPI 通信接口传送到主卡

4.3HPI 接口

HPI(HostPortInterface)接口可以方便地实现主卡

与子卡之间的通信 而不需要额外的器件 C5402 的

HPI操作是 8位的 当C5402 运行在 100MHz主频时

通信速度可达到 25MB/s HPI 接口具有 3 个 16bit 寄

存器 HPIA(地址寄存器 ) HPID(数据寄存器 )

HPIC(控制寄存器) 主卡与子卡的 DSP 芯片之间的

连接如图 4 所示 HD0 HD7 是 8 位数据线 直接接

到主设备的数据线上 HCS 为选通信号 HDS1

HDS2 为数据锁存信号 在主设备的存取周期控制数

据的传输 一般连到设备的数据选通 HR/W 是读写

家用电器

152

信号 CNTL0/HCNL1 用于主设备选择存取 HPI 的哪

一个寄存器和对寄存器的存取类型 连至主设备的地

址线 由于 HPI 寄存器是 16 位的 而 HPI 与主设备

仅以 8 位数据线相连 因而用 HBIL决定当前存取的

是 1 个字的第 1 个字节还是第 2 个字节 连到主设备

地址线

对 HPI 操作首先将控制字写入 HPIC 然后将要

存取的地址写入 HPIA 最后丰取 HPID 就可从 HPI

存储块或将数据写入 HPI 存储块 此外 还可选择

HPIA 自动增加方式 将初始地址写入 HPIA 可不再

操作 HPIA 每存取 1 次数据 地址都会自动加 1

家用电器

153

因而加快了存取速度

4.4 主卡 DSP 与计算机接口

为了实现系统自检 码率以及节目信息提取 输

出 我们通过 DSP 的串口与计算机的串口进行通信

如图 5 所示 采用的是异步通信方式 其中 75C189

和 75C188 为电平转换芯片 C5402 有 2 个 McBSP(多

通道缓冲串行口) McBSP 提供了全双工的通信制以

及双缓存的发送寄存器和三级存的接收寄存器 允许

连续的数据流传输 数据长度可以为 8 12 16 20

24 32 同时还提供了 A-律和 ì-律压扩 多达 128

个通道的发送和接收 数据经 McBSP 与外设的通信

通过 DR 和 DX 引脚相连 控制信号则由 CLKX

CLKR FSX FSR 四条引脚来实现

4.5DSP 程序 BOOTL0ADER 的实现

BOOTLOADER 是为了在上电时 将用户代码从

外部加载到内部的存储器以加快运行速度 我们使用

C5402外部8位并行 I/O口实现BOOTLOADER程序

C5402 读 I/O 口 0xffff 这里面存放着外部存储器的

首地址(数据区) 若在这个首地址内读到了关键字

08AA 就进行 8 位加载 若是 10AA 则表示 16 位加

载 硬件系统就是加了 1 片 3.3V 的 Flash 程序用编

程器烧入 Flash

家用电器

154

5 C5402 的软件编程体会

(1)C 语言与汇编混合编程

在运算能力不是十分紧张的情况下 用 C 语言开

发 DSP 程序不仅使 DSP 开发的速度大大加快 而且

开发出来的DSP程序的可读性和可移植性大大加强

程序修改也极为方便 采用 C 编译器的优化功能可以

增加 C 代码的效率

一般情况下 采用 C 语言和汇编混合编程方法有

3 种 �独立编写 C 程序和汇编程序 �直接在 C 语

言程序的相应位置嵌入汇编语句 �对 C 程序进行编

译生成相应汇编程序 然后对汇编程序进行手工优化

和修改 可以从 C 程序中访问汇编程序的变量和常

量 也可以在汇编程序中访问 C 程序变量

(2)预防流水线冲突

流水线操作是 DSP 实现高速度 高效率的关键

技术之一 在 TMS320C54X 中采用了深度与 6 级的

流水线操作 因此流水线冲突不可避免的 一般情况

下 当发生流水线冲突时 由 DSP 自动插入延迟解

剖冲突问题 但有时需要程序员通过调整程序语句的

次序或在程序中插入一定量的 NOP 来解决 例如

STLMA BRC

NOP

家用电器

155

RPTBLOOP

语句

LOOP

(3)存储空间要正确分配

C5402 总共有 192K 字大小存储空间 64K 字的

程序区 64K 字的数据区和 64K 字的 I/O 区 当寄存

器 PMST 的 OVLY=0 时 片内 RAM 在数据区内可访

问 在程序区不可访问 当 OVLY=1 时 片内 RAM

映射到程序区和数据区 但数据页(地址从 0H 7FH)

不映射到程序空间 我们在程序编程中选用后种模

式 程序和数据同一块片内 RAM 在编写 CMD 文

件时程序和数据区间不能发生重叠

(4)指令的使用

�TMS320C54X的汇编有算术指令和程序指令

家用电器

156

2 种指令可以互换 当外部端口操作时使用端口指令

PORTW 和 PORTR

利用 DADST和 DSADT 指令 可以同时在 1 个

累加器中进行 2 次运算

利用 DADD 和 DSUB 可实现 32 的加减法

利用 CMPS SACCD SRCCD STRCD四个条

件存储指令 以减少条件判断指令的开销 利用

MAX MIN FIRS LMS 可以减少运算所需的指令

周期 利用 C54 的并行指令可以省去多次数据存储

提高编程的效率

充分利用*(IK)寻址(在数据区内指明所要访问的

地址) 可以减少辅助寄存器的使用

(5)少用函数和子程序调用

虽然结构化程序给软件和调试带来方便 但一个

函数和子程序的调用和返回都将使C5402产生1次流

水线刷新 增加了指令周期 因而在存储空间足够时

应多使用宏结构 但在编程时又必须考虑程序的大

小 所以在对设备处理速度影响不大的情况下 也可

以使用函数和子程序

(6)关于中断服务程序的编写

中断有软中断和硬中断 在编写中断服务程序

时 最重要的是将中断向量表放置正确 首先在PMST

家用电器

157

寄存中设置 IPTR 然后把 INT 放到规定的位置 将

中断模式 INTM=0 将中断使能寄存器的对应位置 1

在放音时 M8051 的 放音初始化状态 打开

FLASH 的文件系统并发送 START 消息 OAK 收到

后 发送 INIT 消息 请求 M8051 传送第一个数据包

M8051 的 初始化确认状态 收到 INIT 消息后 从

FLASH读取一个数据包 传送给 OAK 若正确就发

送 ACK 消息并跳转到 读语音数据状态 要是失败

的话 就发送 STOP 消息 这样 OAK 和 M8051 都会

结束语音 当 OAK 收到 ACK 消息和一个语音数据

包时 会跳到 解码放音状态 在这里不停的把数

据解码并发送给 DAC 若放完这个语音数据包 就

发 LOAO 消息 申请下一个 不停循环 同时 M8051

会准备语音数据包 并传送给 OAK 若没有数据或

按停止键 M8051 会发 STOP 消息 结束发音 然后

OAK 会发 FINISH 消息 表明所有录音结束 接着

M8051 的 放音结束状态 会关闭文件系统 清空缓

冲区

由上面的描述可看出 整个数字录放音的工作流

程是 M8051 作主控制器 OAK 作从控制器 M8051

发起开始信号 收尾数字录放音 而 OAK 主要负责

编解码 这种工作方式灵活可靠 程序很容易扩展

家用电器

158

例如状态数的增加和消息类型的扩展都很容易

该系统的主要特点是充分利用 SDA80D51 的强

大的功能集成 完成语音处理系统 完成一个大系统

几乎只需要一个芯片 相信该芯片在语音及相关领域

一定会有很好的应用前景

汽车无线电 DSP 推动汽车音响发展

随着 MP3 音频压缩和 CD 技术的普及 消费者开

始希望这些功能和便利性也能在其他常用设备包括

汽车中实现 因此 制造商开始在汽车内引入数字媒

体处理技术 使司机和乘客能数字化地获得娱乐和信

息

半导体技术是将数字媒体引入汽车的核心 随着

技术的日益成熟 制造商已能改进数字汽车音响设备

的性能和可用性 汽车无线电数字信号处理是一项将

数字媒体渗透到车载收音机中的技术 通过在汽车娱

乐系统边带和中频(IF)信号中操作 数字信号处理器

(DSP)使汽车无线电从最初单一的音频处理器发展成

为复杂的高科技信息和娱乐中心

为什么要数字信号处理

车载收音机产业正从模拟信号处理向数字信号

处理演进 因为这能帮助车载收音机制造商改进无线

电性能 提高音频质量 提供更多的灵活性和更快的

家用电器

159

设计周期 以及加速上市时间 简化生产和稳定操作

环境 与 90 年代开发的最早的汽车 DSP 相比 今天

的汽车 DSP 能在单一的芯片上提供更高水平的功能

另外一个趋势显示汽车 DSP 发展的重要性 就是无线

电信号将在更早的信号转变处理阶段被转化为数字

格式

模数转换在信号处理流中前移 从靠近输出的基

带端向更接近提供射频信号的天线转移 复杂的交互

模拟滤波器现已被数字信号处理电路替代 数字处理

的其他优点在于能改进无线电性能和音频质量 通过

DSP 实现更为灵敏的控制和全部音频处理 实现不受

限制的线性化表 采用复杂的数学算法通过相位多

样性能改善无线电接收

数字接收将日益成为一项重要的功能 今后很可

能将 RF 信号直接进行数字化 虽然仍将受到发射系

统模拟性能的限制 但是通过在数字域进行模拟信号

处理 性能质量将得到显著提高 为了改善各类环境

下的性能 各种数字发射方案正处于开发中 数字无

线电系统能优化对发射的各种模拟信号的接收 通过

在数字域执行信号处理 其性能与今天模拟接收器能

达到的水平相比 将有大幅度的提高

高清晰度(HD)无线电和卫星无线电是两种新兴

家用电器

160

的数字发射与接收系统 HD 无线电(又称为带内同频

或 IBOC)被用于现有频谱的边带内 数字化地发射地

上 AM/FM 广播信息 为广播公司提供一个简单升级的

数字发射方法 它同样适用于配备有 IF 汽车 DSP 的

无线电接收器 因为只需添加一个 HD 协处理器就能

轻松实现升级 卫星无线电信号由供应商在 2.3GHzS

频带上发射 卫星无线电广播公司能在几乎不损伤任

何信号质量的前提下对全球听众进行广播 与 HD 无

线电类似 卫星发射能满足提供汽车定位信号等要

求 从而使驾驶员能收到即时天气预报和路况信息

另外一个重要的发展趋势是增加含软件功能的

硬件模块集成度并减少硬件模块数量 更多的软件功

能包含在汽车 DSP 中 例如飞利浦 SAF7730 就是一种

软件无线电 DSP 它在一块芯片上集成 5个 DSP 核心

并通过软件实现信号处理 最新的基于中频(IF)的汽

车 DSP 能在 IF 级完全实现处理 并在模块内的软件

区块中完成主要任务 这些芯片集成了射频前端 放

大器 MP3 和 CD 应用 这样的一块芯片能在更低的原

材料成本下提供高性能的无线电接收和小体积模块

更多的软件组件能提供更大的灵活性 从而使汽车无

线电供应商能在相同的基本平台上设计出不同的组

合功能 以满足用户需求 这样的平台设计方法不仅

家用电器

161

改进了产品生产 也提高了可靠性 这样的芯片还将

满足今后十年内对汽车音响系统拥有 CD 和 MP3 功能

的主流市场需求

预计未来的DSP将进一步加强集成度和实现主要

的汽车音响功能 压缩音频处理和一个 32 位的单片

机将嵌入进支持系统和宏观控制系统中 大部分功能

能在不改变硬件应用的同时 通过内部系数或不同的

ROM 代码进行修改 通过专注于一个平台设计 系统

设计者无需再花力气解决主要由硬件产生的质量问

题 虽然仍会有因处理能力限制所产生的硬件局限

但是新的特有功能将通过 ROM 代码开发而轻松实现

软件半导体 DSP

基于软件的 DSP 扩展了简单的解决方案 使车载

收音机制造商可添加新功能及更显著的特点 比通常

重新设计全部基于硬件处理的无线电 IC 节省时间及

成本

例如 车载收音机制造商现在要求改善多重路径

性能和天线多样性 他们还面临着无数的新半导体特

性和广播标准 这些都能通过使用基于软件的架构和

半导体及音频软件库或 IF 概念轻松实现 制造商可

利用新特性提高收音机的功能 提高产品的特异性并

通过简单的软件升级提高收音机性能

家用电器

162

但是应用软件收音机需要大量的处理能力 例

如 飞利浦已在其新的车载 CarDSP 嵌入了 5个 DSP

提供约 650MIPS 的能力 新的处理器带来一系列的音

频改进 包括音乐改善 自适应超重低音 2代 Life

Vibes Pure Studio SRS Circle SurroundII

等 每辆汽车的声音优化可使用均衡化功能实现 单

个调谐器改进提高了收音机和天线的性能 包括更好

的临近频道抑制和增强的多重路径抑制 而双重调谐

器提供最合理的减少多重路径效果 软件收音机运算

法则可从两个调谐器控制进入的信号

为了支持双调谐器 飞利浦提供基于 IF 的 DSP

如 SAF7730 用以管理相位多样性和 RDS 背景扫描

同时实现数字收音机和音频功能 它提供高度创新的

集成水平 它在同一个车载 DSP 中结合了模拟和数字

模块(混合信号) 包括模拟 IF 输入 数字无线电接

收和音频处理 样本率转换器和数字及模拟音频输

出 信号处理完全使用软件实现 高度的集成在数字

IF 车载 DSP 市场也是非常独特的 它延伸到成本效益

可实现在高密度的数字 IF 解决方案 采用高密度

最先进的 COMOS18 收缩制程实现

软件收音机 DSP 提供软件解决方案的所有灵活

性 在这一方面 飞利浦为用户提供一套高级音频和

家用电器

163

收音机处理的软件库 这些软件都可以嵌入 SAF7730

另外 软件收音机系统提供的灵活性使用户能集成自

己的软件知识产权 以获得更多的产品独特性

飞利浦 SAF7730 提供自适应的超重低音 2代 音

乐改善 多重路径抵消和天线多样性能 这些功能带

来优异的无线电接收和音质 软件收音机 DSP 大大改

善了目前传统无线电广播的音质 并为收音机制造商

带来调整收音机设计以适合未来数字收音机的空间

使用 IIS 式的输入/输出可以实现 HD 收音机应用 实

际上第一个高性价比的HD收音机很快就会开始量产

为未来做准备

下一代 DSP 支持车载收音机内的压缩音频 其基

础结构相同 但 IF 输入会减少 SRC ADC 和 DAC 的

集成会增多 一个单片机可使 CD 机械装置设计和系

统控制能力减到最低程度 该单片机内嵌一个 32 位

ARM7TDMI 处理器 包括实现系统功能的各种外设 如

无线电和音频信号处理以及压缩音频解码等外设 可

以更容易完成软 硬件设计和应用开发 嵌入闪存可

通过修改代码实现升级 ARM 单片机将实现 CarDSP

的宏观控制 然而目前市场条件下 CarDSP 仍然仅仅

应用于高端型号 主流车载收音机需要支持模拟的解

决方案 这种 DSP 将瞄准主流市场汽车收音机

家用电器

164

鉴于目前发射系统处理模拟信号能力仍然局限

着性能 随着未来 IC 微型化和 CarDSP 性能的提高

可能很快就能看到 RF 信号由电波的直接数字化 这

将带来最终的模拟无线电信号完全在数字领域处理

DSP 将继续为车载收音机提供扩展的收听范围 使用

户在更宽的频段可接受到更多的电台 而不需要为了

更好的接收效果而不断调整收音机 DSP 将使传统的

模拟 AM 和 FM 广播更清晰 音质更好 干扰更低

松下新型电源 IC 电磁噪音降低为 1/20

松下电器产业日前开发成功了面向 AV 设备和 OA

设备的 可降低耗电及电磁噪音的电源 IC(日文发布

资料)(图 1) 该产品主要应用于将电源由交流转换为

直流的电路中

当开关频率在 3MHz 以上时 新产品可将电磁噪

音减少至使用 PWM 控制方式时的大约 1/20 可将空载

时电源电路耗电控制在 40mW(AC 电源电压为 100V

时) 主要用途为输出功率在 20W 以上的电源电路

松下将从 2004 年 7 月底开始样品供货 样品价格为

300 日元(约合人民币 23 元) 松下还计划于 2005 年

4 月上市可支持输出功率达 100W 的电源的电源 IC

该公司将此次的电源 IC 称为 IPD(智能电源元件) 集

成有功率 MOSFET 及其控制电路 保护电路等

家用电器

165

电磁噪音是通过改进电源控制技术来降低的 该

产品采用改变内置功率MOSFET的ON/OFF时间的准共

振开关控制技术 使开关工作时不再产生急剧的泄漏

电流 这也就是通常所说的软开关(图 2) 而以往在

PWM 控制中采用的是硬开关 泄漏电流的急剧流动就

会产生电磁噪音 此次通过降低电磁噪音 减少了使

用的降噪元件数量

电源耗电方面 当设备进入待机状态 通过采用

随着功率 MOSFET 的负载变小相应延长开关 OFF 时间

的间歇振荡方式 减少了耗电(图 3) 准共振工作技

术虽然可控制电磁噪音的产生 但另一方面 当电源

负载越小或者输入电压越大时振荡频率就会越高 据

松下介绍 振荡频率升高会引起 ON/OFF 时电力损失

增大 电源效率降低等弊端 此次通过在负载减小时

增加 ON/OFF 的间隔时间 减少 ON/OFF 次数达到了降

低耗电的目的

数字电视热潮席卷全球 HDTV 芯片方案

不断

日前 韩国三星电子推出一款系统级芯片(SOC)

可用于高清晰度电视和数字机顶盒 以符合美国联邦

电信委员会(FCC)的要求

这款芯片名为 S5H2200 是一个单芯片解决方案

家用电器

166

集成了双 HDMPEG-2 解码器 可以同时为主屏幕和子

屏幕提供优质的音频和视频数字广播 该芯片带有一

颗以 ARM920T 为基础的 330MHzCPU 以及三星公司的

专有画质优化技术 DNIe(数字自然影像驱动)

S5H2200 芯片还支持多种显示模式 诸如画中画

(PIP)和图中画(PIG)显示方式 可以为数字电视用户

提供方便 另外 还支持多重输入 如记忆棒 ATAPI

IEEE1394 和 USB 等各种外围设备接口

iSuppli/Stanford Resources 预计 数字电视出

货量将从 2004 年的 1 700 万台增加到 2008 年的 7

700 万台 这种增长得益于 FCC 后者规定 2004 年所

有屏幕在 36 英寸及以上的电视数字化普及率必须达

到 50% 而到 2007 年 FCC 更要求所有 13 英寸及以

上的电视具备接收数字广播的功能 此外 法国和意

大利也将在 2004 年开始数字电视广播 中国也预定

在 2005 年开始数字广播

不久前 Sarnoff 公司已经推出了数字电视音频

和视频 IP 可以让数字电视制造商在一个芯片中完成

全数字信号解码和检波功能

更近时候 美国数字电视(USDTV)公司与 LG 电子

和 LGInnotek 公司进行技术合作 推出用于机顶盒的

8VSB 芯片和 ATSC 调谐器

家用电器

167

NEC电子面向模拟传感器的8位微控制器

NEC 电子在 8位单芯片微控制器 78K0S 系列的

基础上又添加了面向传感器系统的两个系列 此次上

市的是(1)外接电阻器和电容器使用的 PD789863

系列和(2)连接可产生高精密度频率的陶瓷辐射器使

用的 PD789864 系列

此次的产品中内置了运算放大器和恒压电源等

此前外置使用的模拟电路 另外 还内置有温度传感

器 修正由于环境温度变化而产生的传感器性能的不

均匀性 以及能保存每件产品 ID 代码的 EEPROM 这

样 与各电路在外部附带使用的情况相比 可以将封

装微控制器的底板尺寸减小 30% 同时将价格降低

20%

另外 通过外部附带的天线 使用 125kHz 长波

和数据传输速度 4kHz 的内置 LF 检波电路 不需接触

即可写入数据 采用该技术 可以赋予每个传感器不

同的 ID 代码 进行无线管理

传感器数据的发送间隔可在0 14分钟之间任意

设定 这样 可以根据需要适当延长前款只能在

1/1000 秒 1 秒之间选择的微控制器启动间隔 通过

省略无用的开关操作 可延长电池的使用时间

此次的两个系列分别备有配备可擦写程序数据

家用电器

168

的 EEPROM 的产品和面向量产 配备 MaskROM 的产品

配备 EEPROM 款的样品价格(含税)方面 两个系列均

为 700 日元(约合人民币 50 元) 计划 2004 年 7 月 30

日开始供货样品 量产将于 2005 年 9 月开始 量产

规模方面 计划 2006 年两个系列每月的总产量为 40

万个

瑞萨科技发布 HAT1125HP 沟道功率 MOSFET

瑞萨科技公司发布了 HAT1125H-30V 击穿电压 P

沟道功率 MOSFET 它具有非常低的 2.7m (典型值)

导通电阻 用于笔记本电脑和类似产品中的电源管理

开关和锂离子电池充电/放电控制 2004 年 6 月 8 日

将在日本开始样品发货

与瑞萨科技先前的产品相比 HAT1125H 的导通电

阻大约减小了 25% 是业界导通电阻最低的工业标准

SOP-8 尺寸小型表面安装封装产品 由于其损耗很低

将有助于设计小型 节省空间的系统

产品背景

笔记本电脑最近的趋势包括功能更高 CPU 速度

更快(随着处理信息量的增加 需要处理大量数据)

电压更低以及电流更大 因此要求 DC-DC 转换器电源

管理开关 能够有效地控制更大的电流 由于开关电

阻对损耗特性有不利影响 要求进一步减小这些电源

家用电器

169

开关中 P 沟道功率 MOSFET 的导通电阻 同时 随着

系统越来越紧凑 需要减小安装面积

为应对这些需要 目前瑞萨科技大量生产低导通

电阻的 HAT1072H 由于使用 SOP-8 尺寸 LFPAK 封装

具有很低的功率 MOSFET 导通电阻和热阻 现在已经

开发出 HAT1125H 通过使用更好的工艺进一步减小了

导通电阻

产品详情

HAT1125H 是 P 沟道功率 MOSFET 具有-30V 漏源

击穿电压和-4.5V 栅压 通过使用很好的工艺 改进

并优化了元胞结构密度 从而可以达到 2.7m (典型

值)的导通电阻 与瑞萨科技目前的 HAT1072H 相比

大约减小了 25% 它是业界导通电阻最低的 SOP-8 尺

寸小型表面安装封装产品 提高了系统的输出效率

为了达到更低的电阻 很多系统并联使用多个功率

MOSFET 在这些系统中使用 HAT1125H 可以减少使用

的功率 MOSFET 的数量 减小安装面积

使 用 的 封 装 形 式 是 与 先 前 型 号 相 同 的

LFPAKSOP-8 尺寸小型表面安装封装 由于使用无引线

结构 使得引线引起的电阻 电感最小

计划生产一些其它型号 包括-20V 击穿电压型

号 -2.5V 栅压产品 以及一个 SOP-8 封装中包括两

家用电器

170

个元件的型号 用于小电动机驱动等广泛应用

NEC 开发成功可在片上检测芯片线路波

形的电路

NEC 日前开发成功了能够在芯片上检测芯片(裸

芯片)内部电源线和信号线等线路状态的电路 并在

2004 年 6 月 17 日开幕的半导体制造技术国际会议

2004 Symposiumon VLSI Circuits 上公布了技术

详情

据称 该电路能够测定因芯片封装等感应成分引

起的电源线波动及表现在其结果信号波形中的过冲

(Overshoot)和下冲(Undershoot)等 不需外置测定

器 准确地对芯片内部的感应成分进行建模 非常

困难 因此对能够实际测定电源线与信号线波形的电

路需求非常大 我们此次确立了能够测试以 GHz 级运

行的高速信号波形的技术 (NEC)

据称 NEC 已将这种检测电路集成到从某客户那

里订购的 ASIC 中 目前该芯片的设计已经完成 很

快就将作为成品开始供货

此次开发的片上波形检测电路的特点在于 输出

波形为数字信号 过去提出的片上波形检测电路均以

模拟信号的方式输出波形 检测电路的输出波形如

果是模拟信号 就会直接受到外部数字电路所产生的

家用电器

171

噪音影响 因此很难对波形进行准确测定 (NEC)

NEC 此次通过向布线长为 2mm 的传输线路输入工

作频率为 2.2GHz 的波形 测定了因芯片上感应成分

而产生了多大程度的过冲和下冲 实际使用的检测电

路是利用 90nm 工艺 CMOS 技术制造的 在+1V 电压下

工作 电路规模不大 约为 300 个晶体管 电路面积

为 350 m 140 m

安捷伦上市测量 IP 电话服务品质的工具

美国安捷伦科技公司(AgilentTechnologies

Inc.)推出用来监视IP电话的服务品质和分析故障的

管理系统 AgilentVoIPQoS 管理工具 销售对象为

通信运营商和法人用户 将从 2004 年 9 月份开始发

货 销售价格从约合人民币 150 万元起价 第 1年计

划实现约合人民币 9000 万元的营业额

该产品的监视对象包括接入品质 声音品质 性

能 拓扑以及 SLA(用户和服务商之前关于服务水平的

协议内容) 计量上述各指标需要另外准备各自的软

件 例如当测量接入品质时需要准备名为 NgN 分析

系统 的软件 该系统可记录所有通话并编制通话记

录 在测量声音品质时 需要分别使用可对由 hard

wareprobe 产 生 的 传 输 流 量 进 行 主 动 测 试

(ActiveTest)的追加软件和捕捉实际传输流量进行

家用电器

172

被动(无源)测试的追加软件 上述两种测试均可测量

清晰度 会话品质 延迟时间以及回音等 并据此计

算声音品质值

2004 年 7 月 15 日举行的说明会上安捷伦科技公

司通信计量总部长梅岛正明介绍 英国电信将在

2008 年前用 IP 电话取代固定电话 IP 电话正式开始

普及 该产品将在普及期发挥作用 他在谈到与其

它公司产品的区别时表示 一般的网络管理系统当

网络设备和传输路径出现故障时将会发出警告 而本

公司的产品当用户方出现 难以听清 声音断断续

续 等品质变化时发出通知 梅岛表示 在不少情

况下 即时设备发生故障也不会影响通信服务 相反

也有时即时设备没有发生故障也能使通信服务停止

或中断

瑞萨科技推出小型 PIN 二极管

瑞萨科技公司宣布推出 HVL147 和 HVL147M 两种

PIN 二极管 在移动电话和无线局域网(LAN)移动设备

中用作发射/接收开关 样品将于 2004 年 8 月开始在

日本提供

HVL147 和 HVL147M 的主要特点如下

1 电容小 导通电阻低 谐波失真度小

二极管的电容 导通电阻和谐波失真度这三个主

家用电器

173

要参数之间需要折衷 瑞萨科技利用沟道结构*1 和外

延层优化*2 的方法 同时对这三个参数作了改进 与

瑞萨科技以前的产品相比 电容减少了 15%(在

f=1.8GHz 时) 导通电阻降低了 40%(在 IF=1mA 时)

谐波失真度下降了 3dB(在 Pin=+35dBm 时) 由于损耗

小 驱动电流较低 噪音较小 可以设计出性能较好

的系统

2 特别小而薄的封装

与以前的产品一样 HVL147 采用同样的超小型

EFP(Extremely Small FlatLead Package)封装 芯

片的尺寸为 0.8mm 0.6mm 0.5mm(典型值) 而

HVL147M 则采用 TEFP(Thin-EFP) 封装 厚度为

0.4mm(典型值) 比 EFP 封装更薄 因而可以把产品

设计得更加小 更加薄

关于产品的背景知识

移动电话和无线局域网产品等高频无线通信产

品正在迅速地普及 人们要求使用三频带或者类似的

多频带 并且要求具备多种功能 在这种情况下 不

仅要求发射/接收开关更薄 更轻 还要求改善发射

损失 节省功耗并改善向外发射的干扰 以便工作电

流降低到 1mA 甚至更低

瑞萨科技公司目前大批量生产的HVL142A是用作

家用电器

174

发射/接收开关的 PIN 二极管 但是要同时改善电容

导通电阻和谐波失真度这三个主要特性 从而达到前

面讲到的要求 用普通的技术是很难做到的 瑞萨科

技通过改变芯片结构并且对工艺进行了优化 研制了

HVL147 和 HVL147M 这三个特性都得到改善

关于产品的详细资料

对于 HVL147 及 HVL147M 这两种 PIN 二极管 由

于把以前的产品(例如 HVL142A)使用的平面结构改为

沟道结构*3 并且对影响这三个特性参数的外延层和

工艺进行了优化 电容 导通电阻和谐波失真度这三

个主要特性参数都得到了改善

具体地讲 与 HVL142A 相比 电容减少了 15%

在频率为 1.8GHz 时的电容下降到 0.16pF 导通电阻

降低了 40% 在电流为 1mA 时 导通电阻为 2.1

谐波失真度下降了 3dB 在 Pin=+35dBm 时的谐波失真

度为-45.1dBc 在作为发射/接收开关使用时 特性

参数的上述改善具有以下益处

(1)由于在关断时的电容较小 可以改善在发射/

接收期间的隔离性能和发射损失 因而噪音较低 效

率较高

(2)由于降低了导通电阻 有可能降低驱动的偏

置电流 因而可以通过低功耗设计来节省功率

家用电器

175

(3)由于改善了高次谐波失真度 既使在输入很

强时 向外发射的电磁干扰也很低 因而能够降低噪

音

HVL147 使用的 EFP 封装和 HVL147M 使用的 TEFP

封装极小 很薄 而且在封装的外面装有引脚 在安

装之后 可以用肉眼检查焊点

将来 计划利用这项技术增加产品的种类 扩大

其用途 其中包括研制进一步降低电容 提高隔离性

能的产品 以及着重降低导通电阻 从而改善损耗特

性的产品

德率先使多晶硅太阳能电池转换率达20.3%

德国弗劳恩霍夫协会科研人员采用新技术 在世

界上率先使多晶硅太阳能电池的光电转换率达到

20.3%

弗劳恩霍夫协会近日发表的新闻公报说 与单晶

硅太阳能电池相比 多晶硅电池成本低 但也存在明

显缺陷 晶粒界面和晶格错位 是造成多晶硅电池光

电转换率一直无法突破 20%的关口 单晶硅电池早在

20 多年前就已突破这一关口

公报说 该协会下属的弗赖堡太阳能系统研究所

经过两年攻关 成功开发出一种新技术 可以使多晶

家用电器

176

硅电池的晶格错位等缺陷得到部分解决 其技术关键

是在太阳能电池生产过程中选择适当温度 使多晶硅

的电子性能得到提高 并同时形成高效率的太阳能电

池结构 经过多次试验 研究人员找到了适当的温度

平衡点 既保证太阳能电池高效率所需高温 又兼顾

这一温度在材料可接受的范围以及它在工业生产中

的可行性

另外一项重要改进是该研究所开发出的一种名

为 LFC 的太阳能电池背面接触新技术 该技术生产成

本低 效率高 可以取代目前昂贵的传统技术

飞兆半导体推出超低 THD 模拟开关

飞兆半导体推出超低THD模拟开关为便携式音频

设计提供卓越的 ESD 保护性能

全新低电压 低导通电阻模拟开关在单芯片封装

内提供两个开关

飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)作

为增长最快的模拟开关解决方案供应商 宣布推出全

新双重单刀双掷(SPDT)开关 FSA2257 具备低失真和

出色的 ESD 保护性能 加上坚固的超小型无铅

MicroPakTM 封装 能够针对便携式设备不断要求小型

化的趋势 优化设计灵活性 这款低导通电阻(RON)

模拟开关可支持手机 数字静态相机 PDA 医疗电

家用电器

177

子设备 工业仪器仪表 以及其它便携产品的强劲增

长 飞兆半导体的 FSA2257 提供双向运作 可以通过

引脚选择配置为多路复用器或多路分解器

FSA2257 常闭(NC)开关的主要特性包括

1 典型值为 0.95 欧姆的超低导通电阻 可降低

功耗

2 0.002%的低总谐波失真(THD) 可将信号通过

开关的失真减至最少

3 宽工作电压范围 由 1.65 至 5.5V

4 8.0KV 的 ESD 保护性能(人体模型 HBM)

5 低泄漏电流(2nA)和低电荷注入(最大值

20pC) 可将信号取样/保持应用的偏移误差减至最

低

飞兆半导体模拟开关产品经理 Jerry Johnston

称 FSA2257 的双 SPDT 配置为超便携设计人员提供

了音频信号路由的灵活性 例如共用扬声器或执行免

提功能 该器件丰富了飞兆半导体针对便携应用的产

品种类 包括音频放大器 LED 驱动器 背光照明 LED

监控产品 以及多种 DC/DC 转换产品

飞兆半导体的 FSA2257 采用 10 端子无铅

MicroPak(后缀为 L10X)封装 以 5 000 件卷轴形式

包装 与标准高速生产设备兼容 这些无铅产品能达

家用电器

178

到甚或超越联合IPC/JEDEC的J-STD-020B标准要求

并符合将于 2005 年生效的欧盟标准

松下电工推出预防住宅侵入的警报照明器

具

松下电工 6 月 17 日宣布开始销售用于预防犯罪

的照明器具 遥控 FreePa 警报 系列 共计 3类 17

种产品 其中走廊灯 6种 门厅灯 5种 聚光灯 6种

价格为 3 万 6750 日元(约合人民币 2827 元) 7 万

9800 日元(约合人民币 6138 元) 月销售目标为 3000

个

对于急剧增加的住宅侵入犯罪 我们综合传感

器技术与点燃的硬件方面及分析罪犯心理的软件方

面 开发了预防犯罪的照明器具 (松下电工)

产品具有外出时使用的 防犯模式 如果传感

器在超过一定时间内始终检测到有人 就判断对方为

可疑分子 在打开强光闪射的同时 还发出 10 秒钟

的警报音进行警告

警报音的频率为 2KHz 与 4KHz 象汽笛一样从低

频率到高频率反复变化 音量控制在 35 50 分贝

既清晰地传入可疑分子的耳中 又不会给邻居带来困

扰 只针对可疑份子发出警报与警告

此外产品还具有 普通模式 连续点燃模式

家用电器

179

普通模式 天黑后便以微弱的灯光开灯 到了设定

时间自动关灯 有人来时再以 100%的亮度开灯 连

续点燃模式 始终以 100%的亮度开灯 切换各种模式

使用附带的卡型遥控器 遥控器的大小为宽 54mm 长

86mm 高 6mm 重 30g 便于携带 (松下电工)

光源为白炽灯 萤光灯 无电极 ParuckBall 萤

光灯 部分产品的玻璃罩与面板中进行了 防虫处

理 屏蔽了易招引飞虫的波长(410nm) 使所吸引的

飞虫数量减少了约 1/2

智能型电话 微型技术革命的产物

蜂窝式移动电话及智能型手机已成为我们日常

生活的一部分 这些手机推出不久即大受欢迎 速度

之快着实令人惊异 自从数字传输技术面世以来 移

动电话不断推陈出新 功能也不断多样化 其变化之

大并非今日所能想象

移动电话市场的蓬勃发展 吸引了不少跨国公

司 即使目前经济低迷 预计移动电话市场的全球销

量仍将高达 4.7 亿部 是迄今最大的单一消费市场

由于通信频道越来越多 服务也由简单的短信传

送(SMS) 发展至包括 EMS MMS WAP 视频串流以至

其他更先进的服务 而移动电话也不断自我完善 以

便可以支持这些服务

家用电器

180

但能够利用这些服务的移动电话却日趋笨重 移

动电话必须采用更先进 更复杂的技术 才可支持网

络运营商提供的服务 例如 移动电话必须添加更多

硬件 加强音频处理能力 才可处理不同的音频信号

也需要添加更多硬件 才可捕捉及显示高清晰度的图

像 由于添加了更多硬件 电池便需要为这些新加的

外围设备模块供电 令电池寿命受到一定的影响 要

满足这些要求 移动电话便无法又轻又薄

这些新加的功能特色成为新一代智能型手机所

特有的基本功能 对于移动电话市场的未来发展 制

造商都各有自己的一套看法 高档智能型手机必须具

有极高的通信能力 以及能够支持多种不同的高档应

用 而高度集成的低档移动电话则必须符合成本效

益 以及实现批量生产

以下将详细介绍高 低档移动电话的不同设计取

向 并以音频 图像处理及电源管理等方面的设计为

例作进一步的解释 从中显示为何美国国家半导体一

直能够为移动电话制造商提供最切合他们需要的芯

片产品

音频芯片 采用子系统的取向

旧式移动电话基本上只有两个音频信号源 它们

分别是来自语音通道的语音以及振铃

家用电器

181

美国国家半导体一直致力为高档及低档的电话

产品开发各种不同的芯片 以满足这两个市场的需

求

以大众消费市场来说 美国国家半导体有专为低

档电话而开发的最新产品 LM4906 这款芯片是

Boomero 系列的最新型号 可为标准型号移动电话提

供基本的音频功能 而且采用这款芯片无需加设旁路

电容器 有助节省成本 缩小印刷电路板面积 以及

确保厂商可以更快将产品推向市场 需要添加的外置

零部件不超过三个 其中包括扬声器

至于需要支持更多先进功能的新一代智能型电

话 美国国家半导体便特别为这类电话提供了一套音

频子系统 美国国家半导体的这套型号为 LM4930 的

音频子系统在功能方面向前迈进了一大步 可满足更

多输入输出装置的要求

采用这款芯片的高档智能型电话一般都采用通

信与应用互相分离的结构 例如不同处理器负责不同

的工作 而其中一个会指定为主处理器 负责控制电

话的其他子系统 例如通过 I2C 兼容的总线控制音频

子系统

LM4930 芯片的输入端(左边)设有两个接口 其中

一个是 I2S 输入接口 负责为 MP3 播放 FM 广播及复

家用电器

182

音振铃等内容提供经过应用程序处理器处理 并适用

于整个频率范围的数字音频信号 另一接口是连接通

信引擎的双向 PCM 接口 专门负责传送语音信号

输出端(右边)设有多个输出 其中包括立体声耳

机输出以及无需电容器的扬声器输出 另外还有专为

麦克风而设的直接输入 因此 只需一颗集成电路便

能支持蜂窝式移动电话所需的所有音频功能

所选用的芯片封装是否合适是决定移动电话成

败的关键 先进封装技术 例如美国国家半导体的

microSMD 封装 可以确保芯片能够执行更多功能

图 2 所示的 LM4930 芯片便采用这种封装 面积虽然

只有 3.2mmx3.4mm 但足可容纳 36 个焊球

图像处理

由于数字相机市场不断茁壮成长 因此数字图像

处理技术便在强大需求的支持下发展迅速 具备拍照

功能的移动电话好像在不多久之前还只是一种甚为

稀有的产品 移动电话近年来的发展可说一日千里

初时照相机只夹附在手机外面 现在已发展成为内置

的模式 甚至越来越多高档手机产品都以照相机作为

必备的功能特色之一

手机内置的图像处理模块由图像传感器与图像

处理器两个部分组成 两个部分都各有特点与要求

家用电器

183

图像传感器可以采用电荷耦合器件(CCD)或互补

金属氧化的半导体(CMOS)技术 但对于移动电话来

说 CMOS 技术比 CCD 更优胜 例如 CMOS 技术的供电

电压及功耗都较低 而技术集成度也较高 以下便以

CMOS 技术作为范例详细讨论这个问题

CMOS 传感器负责捕捉图像 办法是将投射在一列

列光二极管上的光线转变为电子信号 然后传送给图

像处理器 由图像处理器先将这些信号校正 再转为

格式化的数据 以供电话的其他子系统使用 结构框

图所示的便是典型的图像处理器子系统 这个功能块

所执行的功能包括镜头阴影校正 劣质像素校正 颜

色内插校正 伽马线校正 颜色空间转换 饱和调节

及视觉效果处理 有关信号经过以上的处理 最后才

以确认的格式如 YUV4 2 2 输出

电源管理

有了图像处理功能 移动电话的功能便更为多样

化 也为用户添加更多生活情趣 但若要确保电话能

永远留住用户的难忘经历 电池便必须能够应付这些

新服务及新功能的额外用电要求

其实电话的用途一直在变 例如 电话最初只用

来传送语音 我们讲完电话后 电话便会处于低功耗

状态 直至需要接听另一来电 或再打电话 低功耗

家用电器

184

状态才会改变 SMS 及 EMS 等功能将电话的用途彻底

改变 为了传送 SMS 及 EMS 等信息 电话用户必须将

电话长期保持在运作状态之中 以便输入短信 照目

前情况看 我们将会继续利用电话进行长时间通话或

传送信息 可见功耗将会不断增加 这样下去 电话

的电池始终会不胜负荷 也许更重要的一点是 上文

所提及的新功能远比单纯的语音传送功能耗用的功

率多

目前 电池技术的发展虽然已相当快 但仍然追

赶不上外型更小巧 功能更齐备的新一代电话 电话

上的彩色显示屏幕耗用很多电能 要延长这类移动电

话的电池寿命确是一个大挑战 尤其是电池体积反而

越趋细小

像美国国家半导体这类芯片厂商一直致力为市

场提供各式各样的电源管理芯片 确保移动电话的电

池可以充分发挥其能源效益及运作效率

美国国家半导体有一系列出类拔萃的电源管理

产品 其中包括 LP398x 与 LP399x 系列低压降稳压器

芯片以及 LM260x/1x 系列直流/直流转换器芯片 这

些稳压器芯片输出 300mA 电流时 其典型电压只有

120mV 这些芯片还有另一特色 若依靠电池供电的

某一区域/子系统无需在某一运作模式中执行工作

家用电器

185

这一区域/子系统的供电便会自动关闭 而低压降芯

片的典型停机电流不会超过几毫微安(nA)

许多移动电话都采用彩色显示屏幕 这是一个非

常明显的发展趋势 超扭曲型(STN)或薄膜晶体管

(TFT)显示技术都要依靠白色的发光体提供光源 才

可确保显示器能执行正常功能 此外 手机的互动能

力 电子游戏的内容及视频的传送都要求屏幕有较大

的清晰度及色深

白色发光二极管是成本较低而又性能可靠的发

光体 但发光二极管必须由大小相同的电流驱动 亮

度才可保持均匀 美国国家半导体的 LM35xx 系列开

关电容稳压器芯片以及 LM27xx 系列开关电感稳压器

芯片为系统设计工程师提供了更多选择 让他们可以

按照显示屏幕的结构要求 设计合适的电源供应系

统

图 4 所示的是 LM2794 一类的新一代发光二极管

控制器

电话网络结构以至手机结构不断引进新的技术

而支持这些新技术不断向前发展的动力却来自手机

用户 每一手机网络用户的月平均消费越高 便越能

支持更多新技术的开发 目前英国的网络运营商正为

其 3G 网络新用户提供三个月的优惠 让他们免费收

家用电器

186

看英国超级足球联赛的精选片段 此外 英国网络运

营商来自出售振铃音调的收入已超过出售图像的收

入

若将手机的通信带宽进一步提高 手机甚至可以

收发要求更高的多媒体内容 虽然随着业界普遍采用

H.263 及 MPEG4 第 4 部分(AVC)的规格标准之后 压缩

技术已不断改善 但这方面的发展也令基站的编码器

变得更为复杂 手机接收器的译码器也越趋复杂 成

本也不断上升 对于开发手机及相关零部件的设计工

程师来说 这是他们最感头痛的问题

经过多年的发展 旧式的电话已渐渐被智能型电

话取代 整个转变过程可以说是一场科技的革命 今

后 智能型电话也会随着时代的进步不断演变 但有

一点可以肯定 那就是移动电话的功能会日趋多样

化 像美国国家半导体这类公司将会在这个发展过程

中扮演一个重要的角色 并会随着市场的发展 为移

动电话开发更多芯片产品 满足移动电话各种最新的

要求

射频识别技术 RFID 令人期待的技术

射频识别技术是从八十年代起走向成熟的一项

自动识别技术 它利用射频方式进行非接触双向通

信 以达到识别目的并交换数据 它和同期或早期的

家用电器

187

接触式识别技术不同 RFID 系统的射频卡和读写器之

间不用接触就可完成识别 因此它的应用场合更广

泛

射 频 识 别 技 术 RFID(Radio Frequency

Identification Technology)是一种非接触式的自动

识别技术 它通过射频信号自动识别目标对象并获取

相关数据 识别工作无须人工干预 可工作于各种恶

劣环境 短距离射频产品不怕油渍 灰尘污染等恶劣

的环境 可以替代条码 例如用在工厂的流水线上跟

踪物体 长距射频产品多用于交通上 识别距离可达

几十米 如自动收费或识别车辆身份等

RFID 系统的组成

最基本的 RFID 系统由三部分组成

电子标签(Tag) 由耦合元件及芯片组成 每个

标签具有唯一的电子编码 附着在物体上标识目标对

象 当受无线电射频信号照射时 能反射回携带有数

字字母编码信息的无线电射频信号 供阅读器处理识

别

阅读器(Reader) 有时也被称为查询器 通讯器

或称为读出装置 用以产生发射无线电射频信号并接

收由电子标签反射回的无线电射频信号 经处理后获

取标签数据信息 有时还可以写入标签信息的设备

家用电器

188

可设计为手持式或固定式

微型天线(Antenna) 在标签和阅读器间传递射

频信号

RFID 系统的工作原理

RFID 系统在实际应用中 电子标签附着在待识别

物体的表面 电子标签中保存有约定格式的电子数

据 阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存

的电子数据 从而达到自动识别物体的目的 阅读器

通过天线发送出一定频率的射频信号 当标签进入磁

场时产生感应电流从而获得能量 发送出自身编码等

信息 被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关

处理

在电磁场系统中 阅读器(Reader)发出一个电磁

(EM)波 电磁波以一个球形波向前传播 电子标签位

于电磁场中 淹没在这样传播的电磁波中并从电磁波

中收集一些能量 在任何一个点上 可用的能量的大

小与该点距发射机的距离有关

由上可知 阅读器必须在可阅读的距离范围内产

生一个合适的能量场以激励电子标签

在当前有关的射频约束下 在欧洲的大部分地区

各向同性有效辐射功率限制在 500mW 这样的辐射功

能在 870MHz 可近似达到 0.7 米 在美国 加拿大以

家用电器

189

及其他一些国家 无需授权的辐射约束为各向同性辐

射功率为 4W 这样的功率将会达到 2米的阅读距离

在获得授权的情况下 在美国发射 30W 的功率将使阅

读区增大到 5.5 米左右

RFID 系统的工作频率

通常阅读器发送时所使用的频率被称为 RFID 系

统的工作频率 常见的工作频率有低频 125kHz

134.2kHz 及 13.56MHz 等等

低频系统一般指其工作频率小于 30MHz 典型的

工作频率有 125KHz 225KHz 13.56M 等 这些频点

应用的射频识别系统一般都有相应的国际标准予以

支持 其基本特点是电子标签的成本较低 标签内保

存的数据量较少 阅读距离较短(无源情况 典型阅

读距离为 10cm) 电子标签外形多样(卡状 环状 钮

扣状 笔状) 阅读天线方向性不强等

高频系统一般指其工作频率大于 400MHz 典型的

工作频段有 915MHz 2450MHz 5800MHz 等 高频系

统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持 高频

系统的基本特点是电子标签及阅读器成本均较高 标

签内保存的数据量较大 阅读距离较远(可达几米至

十几米) 适应物体高速运动性能好 外形一般为卡

状 阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性

家用电器

190

RFID 标签类型

RFID 标签分为被动标签(Passivetags)和主动标

签(Activetags)两种 主动标签自身带有电池供电

读/写距离较远时体积较大 与被动标签相比成本更

高 也称为有源标签 一般具有较远的阅读距离 不

足之处是电池的寿命有限(3 10 年)

无源电子标签内无电池 它接收到阅读器(读出

装置)发出的微波信号后 将部分微波能量转化为直

流电供自己工作 一般可做到免维护 成本很低并具

有很长的使用寿命 比主动标签更小也更轻 读写距

离则较近 也称为无源标签 相比有源系统 无源系

统在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制

集成固化式电子标签内的信息一般在集成电路

生产时即将信息以 ROM 工艺模式注入 其保存的信息

是一成不变的 现场有线改写式电子标签一般将电子

标签保存的信息写入其内部的存贮区 改写时需要专

用的编程器或写入器 改写过程中必须为其供电 现

场无线改写式电子标签一般适用于有源类电子标签

具有特定的改写指令 电子标签内保存的信息位于其

中的存贮区 一般情况下改写电子标签数据所花费的

时间远大于读取电子标签所花费的时间 常规为改写

所花费的时间为秒级 阅读花费的时间为毫秒级

家用电器

191

RFID 识别系统类型

可以将 RFID 识别系统简单地区分为三种类型

广播发射式射频识别系统 倍频式射频识别系统和反

射调制式射频识别

广播发射式射频识别系统实现起来最简单 这时

电子标签必须采用有源方式工作 并实时将其贮存的

标识信息向外广播 阅读器相当于一个只收不发的接

收机 这种系统的缺点是电子标签因须不停地向外发

射信息 对其自身而言费电 对环境而言造成电磁污

染 同时系统不具备安全保密性

倍频式射频识别系统实现起来有一定难度 一般

情况下 阅读器发出射频查询信号 电子标签返回的

信号载频为阅读器发出射频的倍频 这种工作模式对

阅读器接收处理回波信号提供了便利 但是 对无源

电子标签来说 电子标签将收到的阅读器发来的射频

能量转换为倍频回波载频时 其能量转换效率较低

提高转换效率需要较高的微波技巧 这就意味着更高

的电子标签成本 同时这种系统工作须占用两个工作

频点 一般较难获得无线电频率管理委员会的产品应

用许可

反射调制式射频识别系统实现起来要解决同频

收发问题 系统工作时 阅读器发出微波查询(能量)

家用电器

192

信号 电子标签(无源)收到微波查询能量信号后将其

一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作 另

一部分微波能量信号被电子标签内保存的数据信息

调制(ASK)后反射回阅读器 阅读器接收反射回的幅

度调制信号 从中提取出电子标签中保存的标识性数

据信息 系统工作过程中 阅读器发出微波信号与接

收反射回的幅度调制信号是同时进行的 反射回的信

号强度较发射信号要弱得多 因此技术实现上的难点

在于同频接收

RFID 应用链接

射频识别技术已经被广泛应用于工业自动化 商

业自动化 交通运输控制管理等众多领域 下面具体

介绍几种应用实例

(1)铁路货车车号识别 集装箱多式运输

将 RFID 技术用于货车车号自动抄录 将货车车

号信息存放在电子标签里 并将电子标签安装在货车

车体的表面 当货车通过读出点时 阅读器通过天线

接收电子标签反射回的带有货车车号信息的电子信

号 接收到的电子信号经过计算机处理后 自动显示

或打印出来 从而实现了货车车号的自动识别 克服

了人工抄录造成的劳动强度高 出错概率大 工作效

率低等缺点

家用电器

193

(2)公路运输收费管理

采用 RFID 技术后 安装电子标签的车辆能以

200Km/H 以内的速度通过收费口 读出设备可快速

准确地记录通过车辆的编号或帐户信息 实现高速公

路通行费的自动征收与管理

(3)人员车辆出入管理

射频识别系统可以应用于大型停车场 军事重

地 金融系统等地方的人员出入管理 将与名片大小

相仿的电子标签贴附在汽车风挡玻璃或挂在人的身

上 当有人员或车经过阅读器时 阅读器即可快速

准确地记录下所通过的车辆或人员信息及通过的时

间 同时还可以对是否允许通过做出判断 自动控制

出入大门开关 做到出入严格管理

(4)其它

射频识别可广泛应用于矿山 油田 化工厂 核

工厂等一些重要 危险区域或单位 对出入人员进行

自动登记 包括身份代码 进出时间等 从而大大增

加了安全系数

射频识别还可应用于博物馆 商店 实验室以及

医院病区管理 监视病人出入等

家庭照明将进入新时代 发光二级管取代电灯泡

人民日报消息 二极管与电灯泡相比 体积更小

家用电器

194

寿命更长 对环境的危害也更小 单单电费一项 它

就可以为人类每年节省数百亿英镑 它可以连续使用

10 万个小时 相当于 11 年的时间 科学家预言 电

灯泡的历史任务即将完成 人类即将进入发光二极管

时代

爱迪生 1978 年发明电灯泡后 人类走进了光明

如今 距离电灯泡的发明已经 100 多年 围绕在

它身上的光环正在隐去 发光二极管开始走到前台

从电灯泡那里接过照明的接力棒

剑桥大学发光二极管研究小组成员科林 哈姆普

利斯教授认为 到 2008 年 发光二级管将会被广泛

用于家庭照明 他估计电灯泡将在未来 10 年内被发

光二极管完全取代

对于能源来说 发光二极管取代电灯泡无疑是个

好消息 目前家庭使用的电灯泡释放热量时会浪费许

多能量 而发光二极管不会出现这种情况 它把所有

的能量都用于发光 它的使用寿命是常规电灯泡使用

寿命的 100 倍 而所消耗的能量却只是电灯泡的 10%

这就意味着人们可以节省大量的电费开支 同时 发

光二极管的电压只有 4伏 因此不会有触电的危险

专家预言 发光二极管的价格会在未来 5年内逐

渐下降 一旦发光二极管的价格下降 它就可以走进

家用电器

195

平常百姓家 将取代电灯泡的地位 这可不是信口开

河 一切将成为现实

IDC 中国 IC 设计公司 5 年后将仅有 5%可存活

市场调研机构 IDC 全球半导体研究副总裁 Mario

Morales 表示 中国将于未来 10 年成为全球第二大消

费性电子市场 不仅市场驱动成长 制造出口全球的

产品线更成为半导体需求成长动力 2003 年中国半导

体市场达170亿美元 预估5年内市场规模将达到400

亿美元 并带动当地晶圆代工市场快速成长 Morales

并预估 中芯半导体(SMIC)2005 年晶圆产出量将超过

特许半导体(Chartered)

对于中国半导体市场成长乐观的 Morales 亦指

出 中国半导体对知识产权的保护与资本投资 将成

为外资进军中国市场的重要参考依据 同时中国半导

体厂也应该积极与台湾地区 IC 设计 晶圆代工业者

合作 整合研发资源

根据 IDC 与 FSA 对于全球公开发行 IC 设计公司

的营收统计 中国当地公司整体营业收入比重早于

2003 年时就达到全球无晶圆 IC 设计公司 7% 仅次于

北美 台湾省与欧洲 同时中国半导体产业并未受到

近期公布的宏观调控限制 IDC 估计 中国拥有 53

家用电器

196

个高新技术园区 其中7个专门作为半导体产业发展

不过 现阶段中国有超过 400 家 IC 设计公司 仅约

130 家为无晶圆设计模式 Morales 指出 预计未来 5

年内 130 家公司中仅有 5%可以存活

Morales 认为 中国 2003 年 GDP 增长率约 9.1%

2004 年初估可超过 8% IT 资本支出将超过 GDP 成长

率 2倍 同时中国也将成为全球第一大手机 第二大

PC 市场地区 将支持中国在 2010 年成为全球第二大

半导体市场 IDC 预估 2003 年中国半导体市场规模

约170亿美元 预估未来5年内将成长至400亿美元

在晶圆代工产业部份 Morales 指出 整体中国

晶圆代工业 2004 年资本支出较 2003 年成长 2倍 其

中中芯半导体全年资本支出与晶圆代工龙头台积电

联电相当 由于台积电在 90 奈米制程量产进度超前

IDC 认为中芯半导体对联电 特许半导体 0.18 微米以

下工艺威胁持续增加

LED 初露锋芒

LED 在电子产品指示器中占据主导地位 现在甚

至在交通信号灯和刹车灯中的使用超过了白炽灯 这

种状况还仅仅是个开端

要点

LED 将最终成为一种主要的关键技术 并逐步取

家用电器

197

代白炽灯等产品

促使人们使用LED的最重要因素是它具有较低的

长期成本 即使永远不会降到与白炽灯相当水平 LED

的初始成本也正在快速下降 而其它照明技术的这一

成本则维持不变

LED 已经大举打入许多有利可图的应用领域 如

剧院照明

使照明器材行业从黯然衰退中重现辉煌 这可不

是件简单任务 不过 20 世纪的确把照明技术等同于

白炽灯技术 比较新式的照明器材 如小型荧光灯和

高亮度放电灯 继续在迅速发展 但它们不再处于技

术前沿 现在 照明器材的创新大多集中在固态光源

上 主要是 LED(发光二极管) 然而 尽管 LED 是占

主导地位的指示器 但它们迄今已在专业照明系统中

取得了最大成功 几乎可以肯定的是 还得再过几年

也许更长时间 才能成熟到取代老式照明灯 拧入大

多数灯座

照明器材行业的某些观察家至少把造成这种局

面的部分责任归于该成熟行业的垂直整合结构 白炽

灯和荧光灯制造商不会从第三方购进其产品的主要

元件 而照目前的情况来看 这正好是大多数 LED 灯

制造商所面对的局面 主要的电灯制造商都不生产作

家用电器

198

为 LED 灯核心部件的半导体芯片 (包括参考文献 1

2 和 3 在内的几个网上术语汇编 对照明术语如 电

灯 作了解释 )

尽管存在着与照明器材行业的结构和商业惯例

不相容这种情况 但照明工程师们仍然对 LED 保持着

浓厚的兴趣 因为在所有电照明器材中 只有固态发

光器才是足够新颖的 可以从技术的飞速进步中不断

获益 使成本大幅度下降 老式照明技术的成本保持

恒定不变 只有固态光源才能显著降低 COL(照明成

本)

根据某些估计 去年 LED 灯的 COL 已经低于卤素

灯 大约到 2007 年 LED 灯的成本 现在稍低于

27 美元/MlmH(百万流明小时) 应降低约 75% 价

格如此下降将使LED灯的COL与荧光灯的7美元/MlmH

大致相同 这种改善在很大程度上源自光输出的增

强 但即使不考虑光输出的增加 照明所用的 LED 灯

的价格也正在下降

照明成本 的含义

这里需要解释一下照明成本(COL)的含义 COL

不仅涉及电灯的初始成本 还涉及电灯所消耗的能源

的成本 当电灯无法正常工作时更换电灯所需的劳动

成本 以及所需电灯更换的平均频率 白炽灯的初始

家用电器

199

成本很低 但它们将电能转换成光能的效率比较低

而且它们很快就会烧坏 从白炽灯烧毁意义上说 LED

灯很难烧坏 它的光输出的下降速度慢得几乎难以觉

察 计算 LED 的 COL 时一般都假定 LED 灯的光输出

降到一半时 LED 灯的使用寿命就终止

照明工程师们一般假定典型 LED 灯的寿命是

75000 小时 而普通白炽灯的寿命只有 1000 小时 获

得上述 COL 值的其他假设是 电能成本为 10 美分

/kWH(千瓦小时) 更换电灯的劳动成本是 15 美元(在

工业系统中 这是一个合理的劳动成本值) COL 计算

没有把 TVM(资金的时间价值)考虑在内 而 TVM 说明

美元的购买力随时间而减少 若把 TVM 考虑进去 则

多少会加快 LED 在成本上达到与荧光灯相同的速度

诚然 成本并不是照明技术的一切 审美问题也

很重要 而且从审美的观点来看 今天的白光 LED 并

不是人人都想要的 事实上 市售的大多数白光 LED

其实是激发白磷光体来扩展宽输出光谱的蓝光 LED

其他发白光的 LED 都使用 UV(紫外光)发光器来激发

光输出或多或少是白光的组合磷光体 这样发出的光

都是一种 冷 光 大多数人感到不如白炽灯甚至新

型荧光灯发出的光柔和 悦目 而且 与白炽灯相比

这种 LED 灯的光谱会因样品不同而相差较大 而且也

家用电器

200

会随工作条件的变化而发生较大变化

对于这一问题 LED 灯设计师发明了一个解决方

法 这种方法在专业照明系统 如剧院照明系统中很

适用 但对普通照明来说 目前还过于昂贵 假如你

用组合在一起的红 绿和蓝三只 LED 替代一只蓝光或

UV 发光器 并且用可变占空因数的脉冲波形去激励这

三只 LED 那你就可以得到一盏你可在整个可见光谱

范围调节其输出颜色的灯 这样的灯有可能实现动态

的视觉效果 而且有朝一日会变得价格低廉 低到足

以全面解决白光 LED 的 温暖 问题 但更有可能的

是 有人将会首先完善另一种低成本的方法 也许

是在一个发光器系统中增加一只低亮度黄光 LED

每盏灯都有一个微处理器

尽管现在的照明器材市场对价格很敏感 但许多

基于LED的照明灯现在却具有令人难以置信的先进技

术水平 目前 内含三只 LED 和一个 8位微处理器的

灯是很常见的 不过照明工程师们试图将这种智能用

于有利可图的照明系统 因为这种照明系统的价格可

以比普通照明产品更高 内含微处理器的常常应用于

剧院照明等需要可编程能力的场合 可编程能力要求

在照明控制器和多盏灯之间进行通信 而且一般还要

求每盏灯内都有微处理器或 ASIC 的智能芯片 针对

家用电器

201

这些应用系统 照明工业开发了 DMX512 通信协议

DMX512 可以在以太网物理层上运行 由于以太网在办

公室和工厂已经普及 所以一些照明器材制造商认为

DMX512 与以太网结合顺理成章 照明控制功能与其他

楼宇控制功能必然共享以太网物理层

和其它成熟市场一样 照明市场也是分得很细

的 各个细分市场都有不同的要求 需要专门设计的

产品 一个局外人也许会很容易地 而且错误地

得出一个结论 认为一种产品可满足多个细分市场

的要求 然而 这一结论很可能忽略了各种不同应用

系统之间的细微差别

美国ColorKinetics公司提供了如下一份照明细

分市场清单

学校 教堂 医院和公司的建筑照明

饭店 旅游胜地 餐馆 游轮和温泉浴场的迎宾

照明

建筑 桥梁 体育场 体育馆和机场的市政照明

贸易展览会 仪式 音乐会和时装表演的事件照

明

视觉商品 店铺设计 陈列品和化妆品的零售照

明

商业性戏剧 电视演播室 电影布景 舞蹈和摄

家用电器

202

影的舞台照明

地面 水景 喷泉 游泳池和温泉的景观照明

起居室与家庭影院的住宅照明

展览会 天文馆 动物园 水族馆和纪念馆的陈

列品与教学照明

飞机 火车 汽车和轮船环境的运输照明

雕塑 各种媒体 图像和表演的美术照明

成像与色彩疗法的科技照明

在这些细分市场中 目前最引人注目的 LED 灯市

场就是交通运输 LED 正在快速地进入汽车刹车灯市

场 当汽车急刹车时 LED 刹车灯具有附加的安全余

量 因为它们达到最大亮度要比白炽灯快 100ms 它

的优势还不止这些 LED 刹车灯要比带相关透镜的白

炽灯体积小 所以 LED 刹车灯可适当增加行李箱空

间 LED 灯也比其它类型的灯更牢固 这使它们更经

受得住汽车的颠簸和震动 与白炽灯相比 LED 灯通

常还能做成更有创意的款式 成本也更低 此外 LED

在汽车中的应用远不只是刹车灯 LED 在汽车中另外

两个用途是组合仪表照明和车内照明

基于 LED 的交通信号灯一直在快速地取代白炽

灯 因为这种固态光源的能耗成本更低 寿命更长

更换成本更低(当你把劳动成本包括在内时) 即使不

家用电器

203

考虑因每盏灯使用大量 LED 而使可靠性提高这一因

素 LED 灯的更换成本大大低于白炽灯 事实上 新

型交通信号灯需要多个 LED 的时间也许不长了 自从

五年前推出 LED 交通信号灯以来 技术进步已经使每

只 LED 的光输出增加了约 20 倍 只要再将 LED 的光

输出增大三分之一 就可以在交通灯设计中只使用一

只 LED 再加上一个漫散器 使光线似乎不是从一

个针尖大的光源 而是从一个较大的光源发出的

照亮第三世界

照明器材行业的分析家看到 LED 照明在欠发达

国家有着光明的前景 因为欠发达国家缺乏工业化国

家具有的配电网基础设施 这些分析家认为 这一现

象带来的影响将与无线通信技术在缺乏有线通信基

础设施地区造成的影响相同 在许多欠发达地区 只

有白天才能从事生产劳动 由于使用煤油灯等装置

从理论上说 晚上从事劳动或阅读是可能的 但煤油

灯燃料的分销基础设施时不时运转不正常 LED 灯可

由太阳能电池供电 并装有蓄电池以存储白天来自太

阳能电池的电能 因此它不需要燃料分销基础设施

而且还可能使每年从事生产劳动的时间增加大约三

分之一

有几家公司为那些对不大的技术改造感兴趣的

家用电器

204

人提供一种 LED 照明技术 其目标再简单不过了

为那些忙碌而又不会按指法打字的笔记本电脑用户

提供键盘照明 如果你正在一间昏暗的房间中工作

周围没有交流电插座 又需要读出键帽上的字符 那

你很快就会发现仅靠个人电脑屏幕发出的光来照明

是不够的 在这种情况下 把一盏 LED 灯插入电脑 USB

端口 就是一种理想的解决办法 这种灯从 USB 端口

获得的是电能 而不是数据 Levenger 公司提供一款

这样的灯 其价格是 19.95 美元 它有一根长 18 英

寸的鹅颈状臂 臂的一端是五只白光 LED 另一端则

是一个插头 可插入 USB1.1 或 USB2.0 端口

为LED灯设计灯具(或在照明器材行业中称为 光

源 ) 需要注意白炽灯和荧光灯灯具设计师很少需

要关注的一些问题 最明显的两个问题就是电源和热

管理 大多数白炽灯直接由交流电线供电 因此不需

要电源 荧光灯使用镇流器来完成电源的功能 白炽

灯的热管理主要是防止对用户造成伤害 他们可能接

触滚烫的灯具装置而被烫伤 或者滚烫的灯具可能引

起火灾 荧光灯一般不存在这两个问题 因为它们的

耗电较少

像荧光灯一样 LED 灯也有很高的效率 与荧光

灯相比 LED 灯的效率或许会稍高一些 或许稍低一

家用电器

205

些 视所发光的颜色而定 然而 随着 LED 灯的光输

出的增加(输入功率也随之上升) 光源设计中的发热

问题就日趋突出 因为白炽灯的灯丝为了完成它的发

光功能 必须烧到白热状态 并承受极高温度 而 LED

则不同 它是半导体器件 因此 过高的温度会缩短

甚至终止其使用寿命 由于强制空气冷却通常在光源

中是不可取的 所以随着功率电平的提高 散热片和

其它增强自然对流冷却的方法就在LED灯和光源设计

中发挥日益重要的作用

谈到电源 LED 在照明领域里的地位不断提高

恰逢供电技术发展的好时机 随着硅集成电路电源电

压的直线下降 LED 工作电压越来越多地处于电源输

出电压的最佳区间 大多数为低电压 IC 供电的技术

也都适用于为 LED 特别是大功率 LED 供电 再则

LED 电源还应能利用低电压 IC 电源产量逐渐上升带

来的规模经济

墨科学家发明能防射线扫描的电子保密信封

新华网墨西哥城5月9日电(记者叶书宏)用纸做

的信封邮寄机密文件是否太冒险了 近日 墨西哥科

技学院的两名科学家将芯片技术运用到信封上 成功

开发出一种能够防止射线扫描和记录开启时间的 电

子保密信封

家用电器

206

发明者之一卡斯蒂略 乌里韦介绍说 目前他们

已经开发出四种容量在 80 至 500 页的保密信封 这

种信封有内外两个用特殊金属材料涂抹的隔离层 以

防止他人通过 X光 激光 红外线或是超声波扫描文

件夹中的内容 同时在隔离层上安装微小的传感器

这些传感器与信封内部的芯片连接 芯片将记录信封

被打开的时间

乌里韦说 芯片中记录的信息将通过专门的读卡

器获得 而读卡器的只有邮件发送者才知道 邮件内

容一旦被泄露 邮件发送者可以通过自己掌握的信封

开启的时间信息向法庭提供证据

乌里韦介绍说 发明的灵感来自一家参与政府采

购竞标的公司 该公司标书中的报价等机密信息在抵

达政府采购部门前被有偿透露给其它竞标公司 从而

失去了中标机会 后来该公司委托墨科技学院高科技

孵化中心开发一种能够防止类似商业间谍行为的保

密工具

墨西哥每年有近 2万次政府采购行为 其中大部

分通过 限制性邀请 的方式向 3千家合同企业招标

这些企业的标书和资料通过普通邮寄方式递交政府

负责采购的部门 由此引发的泄密事件层出不穷

我国数字电视芯片研究取得重大突破

家用电器

207

我国首块具有完全自主知识产权的高清数字电

视地面传输移动接收系统专用芯片 中视一号 4

月30日由教育部主持技术鉴定会及应用系统展示会

参加这次在复旦大学举行的技术鉴定会及展示会的

各位专家对这项重大的科研成果给予了高度评价 专

家一致认为 中视一号 芯片技术含量高 设计难

度大 实现了我国数字电视产业链的关键环节 为我

国数字电视的产业化和微电子工业的发展开拓了广

阔的前景

高清数字电视地面传输移动接收系统专用芯片

中视一号 的诞生 凝聚着清华大学 复旦大学等

许多科学家的心血和汗水 2000 年以来 清华大学

复旦大学以及凌讯华业科技公司通过引进国外高层

次人才和技术 将高清数字电视芯片的研究进一步扩

展到地面传输信道芯片 实现了用于 DMB-T 方案整机

和系统的专用芯片 中视一号 复旦大学专用集成

电路和系统国家重点实验室基于多年来在集成电路

芯片研究方面积累的丰富成果 同清华大学在无线宽

带传输系统研究领域的成功经验 联合开发成功其系

统的专用集成电路芯片 中视一号

据介绍 中视一号 芯片具有百万门级的规模

使用 0.18 微米工艺 采用多时钟域技术 芯片的仿

家用电器

208

真 设计 验证 布局布线 测试 封装等整体水平

在国际上是领先的 设计流程解决了逻辑综合 布图

规划 时序收敛 信号完整性 信号串扰处理 时钟

网络设计 电源网络设计 分布式参数提取 互连网

络降价 低功耗技术等目前超深亚微米芯片设计中最

具有挑战性的技术难题 本次安装 中视一号 样片

的DMB-T高清数字电视整机系统展示了良好的地面移

动接收性能 达到了国际先进水平 特别是芯片在载

噪比门限和移动性指标方面优于国际同类产品技术

这标志着国内首创的可以产业化的地面数字电视广

播传输信道专用芯片研究取得重大突破

国务院发展研究中心 使用变频空调利国

利民

4 月 17 日上午 国务院发展研究中心在国务院新

闻发布厅召开了 变频 中国空调整合的新动力 记

者发布会 国务院发展研究中心市场经济研究所副主

任陆刃波 中国家电协会副秘书长陈钢 中国家电研

究院院长助理吴尚杰 中标节能认证中心主任李铁

男 中国消费者协会秘书长助理丁世和参加了会议并

作了演讲

国务院发展研究中心市场经济研究所副主任陆

刃波作了最新课题研究的摘要报告 报告指出 当前

家用电器

209

消费者大面积使用低质高耗的定速空调 既不能提高

生活消费质量 也消耗了大量的电能 将进一步加剧

当前电力紧张的形势 而使用变频空调节能省电至少

35% 每年最少可节省开支 245.7 元 8 年至少可节约

2000 元左右 相当于定速空调来讲是使用 1台 节省

了 1 台 如果全国都使用变频空调至少可节省 4000

亿 目前消费者使用变频空调可谓利国利民

与会专家指出 当同规格的变频空调比定速空调

单价只高出 600 元到 1500 元时 消费者购买使用变

频空调就非常划算 甚至可以讲是赚了大便宜 中国

变频空调规模最大之一的海信集团明确提出 要充分

利用技术成熟和规模生产优势 让消费者用接近定速

产品的价格买到高质低耗 节能舒适的变频空调

据了解 海信拥有世界一流的变频空调实验室和

生产线 拥有一流的研发队伍和品质管理系统 变频

技术保持了国际同步 7年来保持着变频空调国内市

场 40%以上的份额 海信痴心不改 立志变频 健康

经营 利国利民的作风给今后中国空调企业的发展树

立了一面旗帜

另据悉 目前 在能源严重紧缺的日本 变频空

调的市场普及已达到 95%以上 在对能源耗用严格控

制的欧洲 变频空调的普及率已达到 50%左右 去年

家用电器

210

11 月 7 日中国空调节能的技术方向专家研讨会指出

变频技术是空调实现节能的最有效 最先进 最成熟

的技术途径 12 月 22 日国家 4大机构将 2004 年确定

为中国空调变频效益年并颁发给海信节能贡献奖 今

年人大会议上 40 多位代表呼吁家电节能立法 倡导

社会使用变频节能空调 同时 从今年全国范围内的

海信变频空调旺销来看 随着全民节能意识的日益增

强和海信空调的大力推广 中国空调变频时代已经到

来

我国成功研制出超高强度高导电性纳米孪

晶纯铜

日前从中国科学院了解到 中科院金属研究所沈

阳材料科学国家实验室利用纳米尺寸的孪晶强化金

属的新途径 成功研制出超高强度和高导电性纳米孪

晶纯铜

记者了解到 使用纳米材料研制出这种超高强度

和高导电性孪晶纯铜 是过去在任何材料中均无法实

现的 科研人员采用脉冲电解沉积技术制备出具有高

密度纳米尺寸生长孪晶的纯铜薄膜 通过工艺过程研

究调整样品的晶粒尺寸 孪晶厚度及其分布 结构状

态等 获得了具有超高强度和高导电性的纯铜样品

其拉伸强度高达普通纯铜的十倍以上 达到高强度钢

家用电器

211

或铜晶须的强度水平 而室温电导率与无氧高导铜相

当

据介绍 工业中应用的导电材料绝大多数是各种

金属和合金材料 强度和导电性是导体金属材料的两

个至关重要性能 在工业应用中往往需要导体材料同

时具有高强度和高导电性 如导电磁铁线圈中的导线

既要承受巨大的电磁作用力 又要保持较低电阻以降

低电流导致的温度升高 所以高强度 高导电性是超

导磁铁中导线必不可少的重要性能

然而 在常规金属材料中这两种性能往往相互抵

触 不可兼得 纯金属材料具有很高的导电率 但其

强度极低 虽然通过多种强化手段可以提高金属的强

度 但这些强化技术往往导致金属材料电导率的大幅

度降低 其原因在于这些强化技术本质上是在材料中

引入各种缺陷 这些缺陷会显著增大对电子的散射

从而降低导电性能 因此 实现金属材料的高强度和

高导电性是一项长期以来有待解决的重大科学难题

为了解决这一难题 经过多方探索 科研人员把

目光投向了孪晶界 据悉 孪晶界是一种低能共格晶

界 它能够有效地阻位错运动并吸收部分位错 因此

可以起到与普通晶界相似的强化作用 但是共格孪晶

界对电子的散射能力极小 其电阻值比普通晶界的电

家用电器

212

阻低一个数量级 因此 通过引入大量孪晶界可以大

幅度提高材料的强度并对其电导特性无明显影响

记者获悉 美国 科学 杂志报道了此项成果

评审人认为利用纳米尺寸孪晶实现纯铜的超高强度

和高导电性是一个十分重要的突破 这是其它任何强

化技术无法达到的 它再次用极为漂亮的实验结果证

明 通过在纳米尺度上的结构设计可以从本质上优化

材料的性能和功用 利用纳米孪晶获得超高强度 高

导电性铜不但为材料的强化技术和高强高导材料的

研制开辟了一个新领域 而且将对相关工业应用领域

产生重要推动作用 如超导磁铁技术 电力传输系统

机电装备及微机电系统等 此项成果也将对纳米材料

技术的发展产生重要影响

中国集成电路产业持续看好

2003 年中国集成电路产业保持了高速增长的态

势 全年国内集成电路总产量首次突破 100 亿块 达

到 134.1 亿块 比 2002 年增长 39.3% 全行业共实现

销售收入 351.4 亿元 与去年同比增长 30.9%

纵观 2003 年中国集成电路产业的发展 呈现如

下特点

设计业取得突破性发展

在 2003 年中国集成电路产业链各环节中 以设

家用电器

213

计业的增长最为引人注目 全年国内集成电路设计行

业共实现销售收入 44.9 亿元 同比增幅超过 100%

在国内集成电路产业中所占得份额也首次突破 10%

在销售收入上实现跳跃式增长的同时 中国集成电路

设计业的行业规模和设计水平也有了大幅提升 2000

年 中国集成电路设计企事业单位总数只有 98 家

2003 年则达到 463 家 比 2000 年增加了近 4倍 以

方舟 龙芯 北大众志等为代表的国产 CPU 上

海复旦微电子开发的首枚国产 DSP 汉芯一号 北京

海尔集成电路设计有限公司的 爱国者 3号 数字电

视解码芯片 以及中星微电子的 星光 系列音视频

解码芯片等大量国内具有自主知识产权的产品研制

成功并投向市场 标志着国内集成电路设计业的设计

水平已经开始步入世界先进行列

制造业投资规模有增无减

自 2000 年国务院 18 号文件公布后 国内集成电

路产业掀起了一轮前所未有的投资热潮 2000 2002

年四年间 国内集成电路行业计划投资总额超过 100

亿美元 进入 2003 年 虽然突如其来的 非典 疫

情对包括集成电路生产在内的国民经济带来一定的

不良影响 但却丝毫未妨碍各方继续投资国内集成电

路产业的热情 众多集成电路生产线项目在各地争相

家用电器

214

展开 首先是国内电子信息产业百强企业之首的海尔

集团宣布进军 IC 芯片制造业 并计划与泰国正大

韩国Hynix在青岛共同投资2.7亿美元建设一条8英

寸芯片生产线 紧接着 世界最大的芯片代工企业

台积电正式落户上海松江 并成立台积电(上海)有限

公司 从而展开其总额达 100 亿美元的大陆投资建厂

计划 此外 还有 6个 6英寸芯片生产线项目于上半

年分别在上海 无锡 常州 南京 沈阳 西安等城

市上马 以上 8个项目的计划投资总额达到 23.26 亿

美元 投资规模与历年同期相比是最大的

产业群聚效应日益凸现

在国内集成电路产业高速发展的同时 其产业群

聚效应已经日益凸现 长江三角洲 京津环渤海湾以

及珠江三角洲地区已经成为国内集成电路产业集中

分布的重点地区 全国集成电路产业 95%以上的销售

收入集中于以上三个地区 其中 包括上海 江苏和

浙江的长江三角洲地区是国内最主要的集成电路制

造基地 在国内集成电路产业中占有重要地位 全国

55%的集成电路制造企业 80%的封装测试企业以及近

50%的集成电路设计企业集中在该地区 2003 年该地

区集成电路产业销售收入占全国的 64.2% 目前 长

江三角洲地区已初步形成了包括研究开发 设计 芯

家用电器

215

片制造 封装测试及支撑业在内的较为完整的集成电

路产业链

此外 包括北京 天津 河北 辽宁和山东 5省

市的京津环渤海湾地区也是国内重要的集成电路研

发 设计和制造基地 该地区已初步形成了从设计

制造 封装 测试到设备 材料的较为完整的集成电

路产业链 具备了相互支撑 协作发展的条件 而珠

江三角洲地区作为国内重要的电子整机生产基地和

主要的集成电路和半导体分立器件市场 该地区依托

发达的电子整机制造业 近年来其集成电路设计业发

展较快

整体水平仍有待提高

虽然国内集成电路产业在近年来取得了有目共

睹的飞速发展 但整体水平与美 日 韩等集成电路

发达国家相比仍有待提高 从产业规模上看 2003

年国内集成电路产业销售收入仅占当年全球集成电

路总销售额的 3.4% 占国内集成电路市场总需求的

17% 从技术水平上看 目前国内芯片制造的先进制

造工艺虽已达到 8英寸 0.25-0.18 微米水平 但与

国际上 12 英寸 0.13 微米的先进水平相比仍存在一

定差距 而芯片设计水平上 国内集成电路设计企业

的设计水平在 0.5 微米以上的仍占较大比重 而欧美

家用电器

216

集成电路设计企业的设计水平则有 90%分布在 0.25

微米及以下 从产品档次上看 目前国内集成电路企

业销售的产品仍以中低档的消费类产品为主 CPU

DSP 存储器以及高档通信类专用电路国内仍无法批

量供应市场

未来中国集成电路产业将在国家优惠政策进一

步落实 市场需求持续扩大 产业投资高速增长以及

工艺技术不断创新等诸多有利因素的带动下加速发

展 2004 2008 这 5 年间 中国集成电路产业销售

收入的年均复合增长率将达到近 30% 到 2008 年 中

国集成电路产业销售收入将突破 1000 亿元 届时中

国将成为世界重要的集成电路制造基地之一

专家称 2005 年全球电子工业将进入纳米

时代

法国国家科研中心主任研究员 中国科学院海外

评审专家王肇中博士日前在接受记者采访时说 随着

电子工业技术的提高 2005 年全球电子工业加工精度

将达到 100 纳米 从而普遍进入纳米时代

纳米技术是指在 0.1 纳米至 100 纳米(一纳米为

十亿分之一米)的尺度内 研究电子 原子和分子运

动规律和特性的崭新技术 王肇中认为 如今全球电

子工业元器件加工精度已经达到 120 纳米 2005 年将

家用电器

217

达到100纳米以下 这标志着电子工业进入纳米时代

他说 目前发达国家国内生产总值约 10%来自半

导体产品 随着电子工业逐步进入纳米时代 纳米技

术将有巨大的应用潜力 专业机构预测 今后 10 年

纳米技术在电子工业中的应用规模将达到 3000 亿美

元 正因为如此 美国科学院将信息 生物 纳米作

为科研三大支柱 去年 美国众议院还立法将发展纳

米科技作为国家科研计划的重点 法国科学院也将纳

米技术定义为具有革命性的技术 并与欧盟一起制定

了有关发展计划和法律

他说 电子元器件进入纳米级意味着存储元件体

积更小 存储信息更多 功能更强 据统计 2003

年单位芯片的晶体管数目与 1963 年相比 增加了 10

亿倍 进入纳米时代后 这一数目将保持每 5年增加

10 倍的速度 同时纳米级元器件价格将更便宜

王肇中是法国纳米技术领域著名华人科学家 28

日他应 欧洲时报 和法国北京协会的邀请为法国华

侨华人以及旅法中国学者做了关于纳米技术的讲座

数字放大器使家庭音响走向小型化

家庭音响的消费者有一种老观念 即设备越大越

好 而最强大的系统甚至应该令搬运工都感到犯难

但新一代音响设备 DVD 播放机和综合家庭影院系统

家用电器

218

正在替代这些庞然大物

采用数字放大的新一代音视频(AV)播放器正变

得前所未有的小和轻 借鉴自开关电源的数字放大技

术可以使功效提高 94% 从而省去了通常与功率晶体

管输出级相伴的金属散热片 因此 制造商能够把 50

瓦的立体声电视与液晶显示屏一道封装在塑料机壳

中 并创建带有 AM-FM 收音机 杜比数字和 DTS 环绕

声解码器的集成式 DVD 播放机

由数字放大器实现的多声道音频系统包括汽车

娱乐系统以及家庭影院 据市场研究公司 Forward

Concepts 预测 这些应用将使 2004 到 2006 年间音频

放大器声道的出货量超过 10 亿个

目前 整套六声道家庭影院音频播放系统的售价

只需 100 多美元 因此一些音响发烧友对音质感到担

忧 事实是 D类 数字放大器需要精心设计的滤波

器 滤波器元件(电感和电容)可能与数字放大器试图

淘汰的金属散热片一样庞大 但省略它们将给音质造

成严重影响

因此 D类及其它类型数字放大器的半导体供应

商根据他们的滤波器设计能力来定位自己的产品 在

任何情况下 这些厂商都愿意为他们的潜在客户将外

部滤波器元件的复杂度 数量和价格降至最低

家用电器

219

例如 美国国家半导体和美信(Maxim)等公司正

专注于开发低功耗产品 如用于蜂窝电话和 PDA 的耳

机放大器 此类手持设备需要节电性能出众的 D类放

大器和最小的滤波器 而音质方面的损失在很大程度

上不会引起用户的注意 另外 少数公司试图完全地

消除滤波器设计问题 他们的典型代表是 D2Audio 公

司 主要面向高端消费类产品

一些半导体制造商 如 Tripath Technology TI

和 Apogee Technology 公司 却主推面向大众消费类

市场的高功率放大器元件 为了将对外部滤波器的需

求降至最低 这些制造商正在采用 零交叉 扩谱

和其它降噪技术 Cirrus Logic 公司也宣布要进入这

个市场 尽管它的 D类产品线一直集中在低功耗耳机

放大器上

滤波器的设计

在工作中 数字放大器利用一个数字脉冲列的宽

度和频率(即脉宽调制)来携带音频信号 脉冲是由比

较器产生的 它们与音频信号的电平相匹配 因此

一个高幅 高频信号由一簇密集的短脉冲表示 而低

频 低幅信号则由较长 较稀疏的脉冲表示

通过将数字脉冲列输入一对 MOSFET 功率管 就

可以产生音频信号 通常 这对 MOSFET 管被连接成

家用电器

220

推拉(push-pull)模式 附加的电感电容滤波器以及

扬声器线圈本身延长了信号的 持续性 有效地使

脉冲变得平滑

晶体管不是天然的放大器 它们是开关器件 为

了让晶体管发挥放大器的作用 正如传统的 AB 类放

大器一样 必须施加一个偏置电流 它迫使晶体管永

远悬浮在全开与全关之间的区域内 这意味着 AB 类

放大器的晶体管将吸收电流 因而产生热量 即使在

没有音频信号时也是如此

音响设备制造商已经知道 许多类型的功率晶体

管在被 热偏置 时表现出最佳的线性特征 这就是

说 当它们被施加足够的偏置电流时将转入 开 的

状态 这会使功率晶体管摸起来极烫 而且毫无疑问

这些高端的A类放大器需要配备一个十几公斤的铝散

热器

与此相反 数字放大器可以更高效地使用功率晶

体管 脉宽调制能控制它们的开或关 而且切换的过

程中不必耗费太多的时间或功率 因此 在 D类放大

器中 PWM 驱动级与功率晶体管输出构成的链条明

显比多级的 AB 类放大器短

问题是音频放大器的输出必须经过仔细地过滤

以防止数字脉冲列的残余和谐波 这迫使半导体供应

家用电器

221

商从事滤波器设计业务 但没有人能保证他们的客

户 即消费电子设备制造商 将采纳他们的参考设计

或听从半导体制造商的推荐 因此 如果终端用户对

一套家庭影院系统的音质不满意 他很可能会责怪半

导体供应商 尽管事实上这也许是由滤波器故障导致

的问题

Tripath 是最早着手解决滤波器问题的公司之

一 通过采用一种变频锯齿波振荡器把脉冲扩展到大

约 1MHz 的区域内 它有效降低了所需滤波器网络的

复杂性 这种形式的扩谱技术被该公司称为 T类 例

如 Tripath 发现与 250kHz 开关配合使用的电解电容

可以被体积更小 额定值更低的电容所替代 只要让

开关工作在 600kHz 到 1.5MHz

Tripath 提供分立的低功耗(大约 10 瓦)放大器

芯片 功率高达 70 瓦的集成式放大器驱动器以及 150

瓦/声道的组装模块 例如 该公司的 TA2024 双声道

(15 瓦/声道)放大器可以驱动日本三洋公司的 42 英

寸等离子显示屏电视和 30 英寸 LCD 显示屏电视以及

JVC 公司的 26 英寸 HDTV 90 瓦/声道的 TA2022 已被

用于三洋的 5.1 声道 DVD 播放器中

事实上 Tripath 宣称其出货量已达 2 500 万声

道 目前 它的客户包括 Aiwa 苹果电脑 Denon

家用电器

222

日立 摩托罗拉 Onkyo 三星 夏普 索尼和东芝

TI 公司也表示 它的设计中标包括三星的 DVD

混合播放机 三洋正在使用 TI 的一款芯片组 它由

TAS5026A(一个六声道 PWM)和 TAS5110(一个 50 瓦的

数字功率放大器)组成 分立的立体声半桥(H-bridge)

驱动器 TAS5182 把 TI 的数字放大器功率范围扩展到

100 瓦以上

但滤波器的复杂性可能是数字放大器设计唯一

致命的弱点 通过转移在零交叉点负向脉冲的时序

TI 相信 它能消除许多与 D类技术相关的可听谐波

从而显著减少所需的滤波器 不论是好是坏 D类放

大器变成了 免滤波器 产品 例如 TI 的 TPA2000D1

或 Maxim 刚推出的 MAX9700B 都是旨在用作蜂窝电话

或 PDA 耳机放大器的低功耗产品 即使如此 这类器

件仍无法完全省去电容

借助 DSP 的帮助

TI 的独到之处是在数字放大器处理链中插入一

个 DSP 在 TI 的最初构想中 DSP 的作用是把来自 DVD

或压缩光盘的脉冲代码调制信号转换成数字放大器

所使用的 PWM 信号 这可以有效地旁路一个 A/D 转换

级 但它很快明白 DSP 的使用可以有效地整形在放

大器之前的脉冲流 从而使后端的滤波变得更容易

家用电器

223

实际上 其竞争对手 ApogeeTechnology 公司就

采用这种脉冲整形技术来产生 阻尼三态 的脉宽调

制定时信号 该算法被用于控制在全桥配置中功率晶

体管的开关 在信号通过音频扬声器之前 一个简单

的无源低通滤波器可以用来去除PWM脉冲列中的高频

成分

Tripath 也在其音频放大器模块的前端使用一种

形式的 DSP 即 - A/D 转换器 该 - 转换器重

构了一个 44.1kHz 音频脉冲流 就好像它是以

12.5MHz(44.1 的 256 倍)的频率采样的 这种过采样

有效地把音频幅度平滑处理成一个 1 位+符号的数字

流 从而更便于数字放大器进行处理 过采样还提升

了量化噪音与谐波在频谱中的位置 从而使电容滤波

器能够更容易地将它们消除

高清晰度电视 HDTV 全接触

开篇语

电视发展至今只有短短五十年的历史 然而它的

发展速度十分惊人 进入九十年代 世界各国都在致

力于一场新的电视技术革命 这就是高清晰度电视─

─HDTV(High-Definition Television 高清晰度电

视) 为此 Web-Star 还专门制作了一个介绍 HDTV 发

展历史的网站 Th Story OfHDTV 大家感兴趣的

家用电器

224

话 可以去浏览一下 会从中了解不少知识哟 要是

您的英文不太好也没关系 请看下文 我将为您讲解

一些有关 HDTV 的 故事

新技术与新特点

如果你观察仔细的话 就会发现电视的画面同电

影和彩色照片相比 其清晰程度显得十分逊色 造成

这种差别的原因 是因为构成电视画面像素较少的缘

故 为了提高画面的质量 使画面比普通的图像更清

晰 关键在于使画面由更多的像素构成 据国际无线

电 咨 询 委 员 会 ( 简 称 CCIR Consultative

Committeeon International Radio)的描述 高清晰

度电视系统是一个使正常视力的观众 在大约 3倍图

像的高度时 能看到与实际景物画面质量一样的画

面 与普通电视的分辨率至少提高一倍 (上面这张

图就是直接从 HDTV 上截取下来的 怎么样 很清晰

吧 不过可惜的是没有找到一张同样的普通电视的画

面来做对比) 从硬件方面讲 HDTV 为了增加构成画

面的像素 将采用 1125 行扫描 它是美日现行电视

制式 NTSC 的 525 行扫描 我国现行的电视制式 PAL

的 625 行扫描的一倍左右 一谈到技术 就难免要碰

到各种各样的专业术语和缩写名词 这对于大多数的

普通用户来说真可谓是无从下手 好在知名的数字电

家用电器

225

视杂志 HighDef 为我们准备了一份 专业名词解释

的大餐 有了它 即使面对满篇术语的说明书你也不

必再害怕了

现状及展望

作为世界科技前沿的美国 为了迎接高清晰度电

视的挑战 已经提出一个口号 要 通过高清晰度电

视创造一个新的产业 日本 欧洲以及亚洲 四小

龙 的韩国 台湾也纷纷斥巨资进行开发和研究 在

HDTV 初创阶段 日本人的技术曾一度领先 1991 年

日本首先向市场投放了彩色高清晰度电视机 但价格

高达 1万美元 而且他们的模拟图像显然不合多媒体

潮流 市场反应平平 面对日本咄咄逼人的攻势 西

欧国家首先应战 推出了 尤里卡 95 计划 美国观

望一段时期后 也有联邦通讯委员会提出了对策 参

与角逐 他们组织了包括通用电器公司 爱丽丝电子

公司 麻省理工学院 国家广播公司 美国电话电报

公司(AT&T) 以及菲利浦和汤姆斯公司两家欧洲跨国

公司在内的庞大联盟 并采用全数字化的技术 一步

到位 他们已推出了四种全数字制式 准备把它们作

为将来国际标准的基础 现在高清晰度电视的技术基

础已确定在全数字化上 美国联邦通讯委员会的前任

主席塞克斯曾在著名的 商业周刊 杂志上预言

家用电器

226

高清晰度电视是迈向多媒体世界的第一步

尽管目前 HDTV 的技术难点还很多 但世界各国

都在不断地投入人力财力 致力于它的研究和开发

其原因就是这一技术可能抢占到未来电子技术的制

高点 控制新一代电子产品的市场 高清晰度电视的

冲击还不仅在于此 高清晰度电视丰富多彩的屏幕

是一个高度集成的通信网 这个通信网不仅包括电

视 而且包括计算机 电话 视频游戏 CD 唱机和其

它电子媒体 这些与高清晰度电视有关的产品市场可

能达数千亿美元

我国 HDTV 的过去 现在与未来

目前 对于我国消费者来说 想在近几年购买高

清晰度电视机 不得不再多考虑考虑 因为高清晰度

电视机是与价格成正比的 现在花费较多的钱 还没

用上 5年以上 又要更新 实在可惜 而现在还未正

式启动高清晰度数字电视广播 等上 5年 又太漫长

了 所以这也是目前彩电市场销售不旺的原因之一

那种低价格战 再也吸引不了消费者 消费者在彩电

的价格大战中素质提高了很多 尤其对 DVD 画质的刺

激 纯平不失真彩电的诱惑 使得原有带 S-Video

Video 输入端子的电视机不再那么吸引人了 消费者

手中有钱 但是却买不到自己满意的产品 难怪无从

家用电器

227

消费 而高清晰度电视机 目前在美国至少 5000 美

元 这样的价格在我国是很难接受的 其实 自从 1995

年 我国便成立了第一个 HDTV 协调小组 其成员由

广电部 电子部等部委的负责人组成 而我国也在于

1998 年自己实验试播成功 并且中央电视台于 1999

年 10 月 1 日 采用数字电视地面广播方式 对国庆

节阅兵式进行了试播 并计划将于 2005 年开始数字

电视地面广播 同时这个协调小组还专门成立了办公

室 下面设有专家组 总体组 计划在一两年左右建

立一个高清晰度电视的模拟的样机系统 可以用这个

系统进行实地播出实验 为将来正式播出做准备

所以 根据目前的状况来看 国内的 HDTV 无论

是技术还是市场都不算成熟 所以作为消费者还应采

取观望的态度 但是 HDTV 毕竟是未来电视发展的趋

势 早晚将要成为主流产品 也许到了那时 当我们

回头看看现在使用的电视机时 会像现在看待黑白电

视那样感觉很幼稚吧

无触点电源传输模块备受瞩目

手机运营商非常感兴趣 昨天接到了很多手机

运营商的咨询电话 精工爱普生在 Embedded

Technology2003 嵌入技术展上 参考展出了无触点

电源传输模块 电源传输效率高达约 70% 无触点电

家用电器

228

源传输是 PHS 和电动剃须刀等充电时使用的一种技

术 输电效率过去非常低 只有 20% 30% 在展会上

精工爱普生进行了由输电端提供约 3W 电源的演示

使用的线圈尺寸比 500 日元硬币大一点 充电端和输

电端均使用同等大小的线圈 预定 2004 年春季量产

供货

精工爱普生开发的产品采用的是电磁感应方式

一般情况下采用电磁感应方式时 输电端线圈和充电

端线圈位置稍微错开一点 输电效率就会显著下降

然而该公司开发的产品即便将输电端和充电端相互

在水平方向上最大错开 6mm 垂直方向最大倾斜 5

度 也能实现近 60%的输电效率 电磁感应方式的工

作原理是 当电流向充电端线圈(初级线圈 Primary

Coil)传导时 利用线圈产生的磁场 使充电端线圈

(二组线圈 Secondary Coil)起电

精工爱普生介绍说 之所以能够将输电效率大幅

提高到 70% 是由于在线圈形状等方面进行了研究

该公司开发的模块采用了按同心圆缠线的线圈 而过

去的线圈则缠在磁铁上 缺点是导通电流后 部分电

能会因磁铁发热而被损耗掉

不过 只靠改变线圈形状 输电效率并不会大幅

提高 为了严格控制线圈直流电阻 精工爱普生在线

家用电器

229

圈使用的金属材料 线宽 线间距以及封装线圈的底

板材质等方面采取了很多措施 不过 包括所使用的

频带在内 该公司并未公布具体细节

对于输电端线圈和充电端线圈即便水平错开

6mm 仍旧实现了如此之高的输电效率 日本国内著

名电子厂商的一位天线技术人员做出了如下分析

为了使只有500日元硬币大小的线圈允许水平方向

错开 6mm 很可能大幅增加了线圈圈数 使用相同

电磁感应方式的 13.56MHz 频带的无线标签(RFIC 标

签) 按照日本 无线电波法 的规定只能输出数十

mW 的功率 由此反推的话 要想提供约 3W 的电源

估计使用了数百 kHz 频带的无线电频率

复旦大学利用纳米技术研制成功光纤隐身话筒

新华网上海11月13日电(记者刘军)用不着扯开

喉咙 也毋需竖起耳朵 隔着两堵墙对话 却丝毫没

有障碍 这样的新鲜事儿 发生在复旦大学纳米技术

发展中心的两间实验室里 11 日 记者特地赶往这 神

秘之地 经过一番明察暗访 终于发现 原来 屋

里装上了 隐身 话筒 一个缠满光纤的轱辘

说起 隐身 话筒的来历 中心主任华中一教授

有点兴奋 做了几十年教师 总感到用话筒讲课不

方便 固定式的行动受限制 不能在讲台上任意走动

家用电器

230

无线式的还得在胸口夹个夹子 且不说形象不雅 仅

辐射对人体的伤害就比手机大得多 于是寻思着换个

方法 后来 中心里的年轻教师贾波博士居然用一

种与传统话筒截然不同的方法解决了这个难题

众所周知 在普通扩音设备中 话筒的职责就是

接收声音 并完成声电转换 受灵敏度限制 说话人

不能离它太远 否则 超过三 五十厘米 它就无法

从周围噪音中辨认出说话人的声音 现在 一段光纤

就是一个声音接收器 别看样子简陋 但却异常灵敏

将它吊于天花板 或放在墙脚 即使说话人满屋子走

其声音也逃不过光纤的 耳朵

有趣的是 在这个独特的 听觉系统 中 光纤

听 到的不是声音 而是用 神经 去感知由声波

引起的空气振动所导致的自身微位移 因为用了纳米

级位移测量技术 系统的测量精度可达 1纳米 也正

因如此 光纤接收器才会如此敏感 有效距离长达 10

米左右 相当于普通话筒的数百倍

华中一教授告诉记者 将来 隐身 话筒的最

大用途也许不是教室 而是舞台 电视台 大会堂等

场所

除了 听觉 灵敏 隐身 话筒因为舍弃了声

电转换系统 故能抗电磁干扰 抗辐射 防窃听 十

家用电器

231

分适合野外通讯 而若将它埋在桥梁 水坝或大楼内

部 一个振动探测点就是一名安插于建筑物内的安全

预警员 一旦建筑发生微小变形 光纤接收器就能第

一时间感知 以便采取安全措施

美国家电业消费电子协会发表未来五大焦

点技术

近日 美国家电产品业界团体 消费电子协会

(CEA) 发表了关于未来五大焦点技术的年度调查报

告 Five Technologiesto Watch 报告认为 今后

即将普及的五项重要技术分别为 家庭内部网络

Wi-Fi 及超宽带无线(UWB)技术 数字录像机

(DVR) 移动游戏 和 高保真音响

CEA 对上述五项技术的预测如下

家庭内部网络

起网关作用的电脑和中央服务器将家庭内外的

设备与用户连接起来 并对家中收发的信息进行管

理 可以预见的利用方法有 自动调节与居所相适宜

的室内温度 访问保存在特定设备中的音乐 电视

数码照片等内容 发生异常时安全系统能自动通知出

门在外的主人等等

Wi-Fi 及 UWB

目前世界上共有 7万多个无线 LAN 接入点 以及

家用电器

232

行业组织 WECA(Wireless Ethernet Compatibility

Alliance)认证的可相互连接的产品 795 种 要规范

如此庞大的无线基础设施 不断扩充无线产品 Wi-Fi

必将得到迅速普及 另外 UWB 是一项将极小功率的

信号分散在各个频带进行传送的无线通信技术 将

来 毎秒传送 1G 字节的速度已不是梦想 其在无线

市场上的份额必将扩大

DVR

使用 DVR 不仅可以进行最长达 300 小时的摄像

还能实现去除广告录像 现场直播时暂停等功能 根

据 CEA 的调查 非常想 或 有点想 购买 DVR 的

消費者已经达到了 72% DVR 技术很有可能在不远的

将来取代 VCR 另外 能录制和播放数字图像的 HDTV

摄像机 能录制两小时以上 HDTV 节目的蓝光光盘也

将得到普及

移动游戏

在美国 无线游戏的爱好者人数预计 2003 年末

为 1960 万人 到 2004 年末将达到 1 亿 1240 万人

处理器速度的提高 更鲜艳明亮的显示屏 容量的扩

大 易于连接等特点将吸引更多的人来体验移动游

戏 目前正在研制中的无线游戏设备有无线游戏机

车载娱乐系统等

家用电器

233

高保真音响

高 保 真 音 响 规 格 Super AudioCD(SACD) 和

DVD-Audio 据说录音时间能达到传统 CD 的 7 倍以上

而且音质纯正 并提供 5.1 声道的环绕立体声 将来

高保真音频内容还能下载到家庭音响中播放

上海推出一系列政策激发集成电路设计产业发

展

上海硅知识产权交易中心昨天揭幕 标志着上海

集成电路设计产业开始新一轮发展 上海芯 将奔

腾得更为有力 在昨天召开的集成电路设计业发展工

作会议上 本市推出一系列政策促进集成电路设计业

发展

据统计 今年 1至 8月 本市信息产业制造业销

售收入 1287 亿元 同比增长 58.3% 集成电路出口达

21.6 亿美元 同比增长 51.5% 上海正成为全球集成

电路产业发展最为迅猛的地区之一 集成电路设计业

是连接芯片制造和系统整机生产的纽带 是提升集成

电路产品创新和整机功能的驱动器 科技含量高 自

然资源消耗少 对其他行业渗透强 将成为上海的核

心产业之一

由市信息委和市科委共同支持 3000 万元注册成

立的上海硅知识产权交易中心 将在短时期内建成一

家用电器

234

个专事 SIP(硅知识产权)开发 保护 授权 交换交

易以及提供功能验证等业务的平台 年内实现交易

为国内众多 IC(集成电路)设计创业者提供一条成功

发展的快速通道

上海市 IC 设计企业专项担保基金 将解决 IC

设计企业 贷款难 的问题 由市政府和上海创业投

资公司共同出资试点设立的该项基金 通过基金担

保 银行贷款 风险投资联动的方式 用于设计企业

融资贷款

市经委会同市信息委联合设立面向全国的 促进

整机业与集成电路设计业联动专项 促进产业上下

游的融合 今年将斥资 3000 万元重点支持通信类

计算机类 IC 卡类 消费类 机电仪表类和汽车电子

类的产品开发项目 以后每年将视产业发展要求调整

资金额度和重点领域

市科委将聚焦IC设计产业公共服务体系的建设

下一步 市科委将通过上海集成电路设计研究中心建

立 面向超深亚微米和 SOC 的 MPW 平台 超深亚微

米集成电路测试技术平台 和 EDA 设计平台 这些

平台的建设将有效弥补IC设计产业链中的薄弱环节

目前上海 IC 设计制造业人才只有 2 万左右 随

着产业发展 今后 10 年人才需求量估计为 20 多万

家用电器

235

本市将采用政府专项资金 吸纳企业和社会资金投入

等方法 加大 IC 设计人才培养的经费投入力度 整

合学科 调整专业 在复旦 上海交大 华东师大

同济等高校建立微电子学院 加强高校间联合办学

资源共享 并加强国际合作办学

此外 市知识产权局将为企业的集成电路布图设

计专有权 专利 技术秘密和商标等知识产权保护提

供指导和服务 建立 IC 设计的专利专用数据库 为

企业提供专利检索服务 并资助 IC 设计企业申请专

利 市外国投资工作委员会今年将专门安排 2 个 IC

设计项目的专题招商团 赴日 韩和美 加招商

中国电子制造发展引爆MCU需求Microchip推波

助澜

微控制器及仿真半导体供货商 Microchip

Technology 最近表示 其最近获市场研究机构

Gartner Dataquest 选为全球付运量第一的 8-bit 微

控制器(MCU)供货商 很大程度上归功于其在亚太区

的表现

在截至 2003 年 3 月 31 日为止的财政年度中

Microchip 的全球营业额达 6.515 亿美元 当中近四

成来自亚太区 虽然近年半导体行业持续衰退 但

Microchip 在过去三年单在中国已取得双位百分比的

家用电器

236

增长 这主要是由于其 PICmicro 实地编程 RISC 微控

制器的表现所致

Microchip 宣称 其之所以能跃居全球首席 8bit

微控制器供货商之位 全因其能为工程师提供低风险

开发环境 更低的整体系统解决方案成本 更快的产

品推出时间 可靠的供货和产品质素 以及突出的支

持服务 这些器件获数以千计的嵌入式控制应用所采

用 包括消费产品(如高清晰度电视机) 汽车产品(如

防死锁煞车系统和气袋感应器)及工业产品(如恒温

器及雷电感应器)等

Microchip Technology 先进微控制器及汽车产

品部门副总裁 Ganesh Moorthy 说 近年 中国趋向

出口高端产品 当中以办公室器材 电讯及应用器材

的增长最快 这些正是 Microchip PICmicro 微控制

器的目标市场 Microchip PICmicro 微控制器适用于

需要高性能 低成本和小巧封装的应用系统

据中国信息产业部指出 去年中国电子制造业的

营业额上升 17.8% 总值达 1 690 亿美元 预期今年

的升幅将为 17% 总值达 1 980 亿美元

随着其在全球电子制造业的地位日趋重要 中国

电子制造商必须加快把产品推出市场的时间 这些时

间压力将影响整个制造过程 包括开发 采购 生产

家用电器

237

市场推广和销售 实地编程微控制器技术正能促进产

品周期

Microchip 指出 用户可在产品开发周期中的任

何阶段利用 PICmicro 可编程快闪微控制器 享有多

种软件效能 用户可实地再编程Microchip微控制器

在不同系统中采用同一器件 从而更有效地管理存

货 此外 用户并可通过大量采购来节省成本 或利

用安全库存或向 Microchip 或定期核对所有

PICmicro 微控制器的本地分销商直接采购 以有效管

理存货

据称 专为制造业而设的可编程微控制器 可为

每位用户简易定制器件及进行内部追踪 有关定制过

程能大大改进整体产品周期 为用户带来更佳投资回

报 提高竞争优势

半导体照明取代白炽灯成趋势加快产业化

迫在眉睫

爱迪生将人们带入白炽灯时代 半导体照明的出

现 将给长达 120 多年的 钨丝统治 时代划上句号

据专家介绍 节能 环保将是未来社会工业发展的主

流 半导体照明在节能 环保方面极具发展潜力 普

通的白炽灯采用的是热发光技术 其以发热的形式浪

费了 90%的能源 属 二次光源 而半导体照明灯属

家用电器

238

一次光源 其耗电量只是同等亮度白炽灯的 1/10

有关专家提出 半导体已在电子领域完成了一次革

命 而另一次革命就在照明领域 我国应占领半导体

产业发展的先机

据测算 1998 年全球照明共消耗 2300 亿美元的

电力 同时在发电过程中还产生 4.1 亿吨二氧化碳气

体 而假如到 2025 年有一半的普通光源被半导体照

明取代 那就意味着全球每年将节约电费 1000 亿美

元 并减少 3.5 亿吨二氧化碳污染物的排放

据了解 全球 2000 年白炽灯及荧光灯的市场规

模约为 43 亿美元 同年半导体照明产业的市场规模

为 1.18 亿美元 且近年保持 40%的增长速度 估计从

2004 年开始 半导体照明产业还会有更为可观的市场

规模突破 2002 年美国光电工业发展协会预计 半导

体灯将于 2007 年替代白炽灯 科学家也预测 按照

目前的技术水平和发展趋势 半导体照明普通市场开

始启动的时间大约会在 2006 年前后 在未来的 5 至

10 年 这种灯泡很可能成为下一代照明的主流产品

近年来 日本 美国 欧盟 韩国等相继推出国

家半导体照明计划 以加大研究开发力度 如日本制

定了由 13 个公司和 4所大学参加的 21 世纪照明技

术 研究发展计划 美国能源部设立了有 13 个国家

家用电器

239

重点实验室 公司和大学参加的 半导体照明国家研

究项目 其在 2002 年相关研发的财政预算超过了

5500 美元 欧盟则委托 6个大公司 2个大学 设立了

彩虹计划 我国台湾也在组织实施相关计划 设

立了有 16 个生产科研和大学参加的 21 世纪照明光

源开发计划 与此同时 世界照明设备的几大巨头

公司都已经启动了大规模商用开发计划 早在 1999

年 国际三大照明公司纷纷与半导体公司结合 组建

半导体照明公司 他们的目标是使半导体照明成为 21

世纪的新光源

科技部高新司司长李健认为 面对世界照明工业

转型的重大商机以及半导体照明新兴产业的迅速崛

起 我国要紧紧抓住这一历史机遇 我国的有利条件

是 拥有巨大的照明市场和照明工业 在这个领域我

们与国外的差距相对来说不是很大 并且已经具备一

定的产业基础 我国在这一领域研究起步较早 从

1993 年开始 中科院半导体所 北京大学等单位在国

家 863 计划和自然科学基金的支持下 在相关的研究

领域开展了许多研究工作 目前在材料质量 器件指

标等方面已与国际先进水平接近 但在半导体照明的

一些关键性技术上还未能攻克

据李健司长介绍 科技部已经会同信息产业部

家用电器

240

建设部 中国科学院等单位 成立了跨部门 跨地区

的协调领导小组 从国家层面上推动这项工作 这个

小组已经开始研究发展战略并在此基础上做出规划

科技部高新司决定 十五 期间先从 863 计划和攻关

计划中拿出 8000 万元作为引导经费 安排一些急需

上马的项目 并尽可能按新的机制运行

与过去科技部组织的一些项目不同 这项工程的

战略目标不仅要突破一批关键技术 掌握一批知识产

权 更重要的是通过研究开发与资本运作并行 尽快

实现产业化 推动传统照明工业转型 打造有国际竞

争力的中国半导体照明新兴产业 为了实现这个目

标 专家提出三点建议

政府引导 市场化运作 政府的主要任务是营造

环境 通过制定政策 制订标准 组织对重大关键技

术的攻关 建立公共技术服务平台 为半导体照明新

兴产业的成长提供 土壤 温度 和 水分 在

强调政府引导的同时 要重视市场这只 无形的手

发挥市场在配置资源方面的基础性作用 地方有巨大

的潜力 要充分调动地方和企业的积极性 一方面

要继续倡导产学研联合攻关 另一方面 要发挥企业

特别是民营企业的主体作用 使企业真正成为半导体

照明工程实施的主体 受益的主体 投资的主体

家用电器

241

以应用促发展 注重培育产业链 半导体照明产

业链的主要节点有外延 芯片 封装 应用几个环节

作为上游技术的外延片是非常重要的 关系到半导体

照明产业的后劲 必须加大投入 努力掌握核心技术

一是首先通过抓 LED(半导体发光二极管)的应用 培

育市场 以拉动多种形式的资本特别是民间资本进入

半导体照明领域 二是不要等所有技术都成熟了才运

用 要在应用过程中对技术进行不断发展和完善 从

长远来看 汽车用灯 LED 化是一个大市场 美国 日

本 欧洲的一些高档汽车已经开始部分使用半导体照

明 但汽车领域的准入和门槛较高 在我国还需要一

个过程 相比较而言 城市景观照明是一个比较现实

的市场 耗电多 用 LED 多 对 LED 的要求相对来说

也不是很高 搞的好可以用于北京奥运会和上海世博

会 从长远来看 普通照明是最大的市场 为了让半

导体灯早日进入千家万户 需要把低成本 大功率

高亮度白光LED及其照明系统的开发放到更加突出的

位置 抓紧进行部署

在全球范围整合资源 抢占产业制高点 发展半

导体照明产业要有紧迫感 不能一切都自己从头做

起 半导体照明产业是一个世界性的产业 必须坚持

开放 在全世界范围整合资源 充分利用国内外两个

家用电器

242

市场 两种资源 广泛开展国际合作 积极引进国外

的先进技术 资金 人才和管理 积极实施专利战略

和标准战略 只有这样 我们才能尽快在这个新兴的

高技术产业领域有所作为