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电子信息专业英语


第一单元
A.课文译文
电阻器、电容器和电感器
在电子电路中,电阻器、电容器和电感器是非常重要的元件。 电阻器和电阻 电阻器是二端口元件。电阻是阻止电流流动,更确切地说,是阻止电荷流动的能力。 在国际单位制中,电阻用欧姆来度量。希腊字母Ω 是欧姆的标准符号。较大的电阻一般用 千欧和兆欧来表示。 模拟这种特性常用的电路元件是电阻器。图 1.1 表示电阻器的电路符号,R 表示电阻 器的电阻值。

图 1.1 电阻器的电路符号

为了进行电路分析,我们必须在电阻器中指明电流和电压的参考方向。如果我们选择 关联参考方向,那么电压和电流之间的关系是: v=iR (1.1) 这里 v 是电压,其单位是伏特, i 是电流,其单位是安培, R 是电阻,其单位是欧姆。 如果选择非关联参考方向,我们必须写成: v=-iR (1.2) 用在公式(1.1)和(1.2)中的代数式就是著名的欧姆定律。欧姆定律表示了电压作 为电流的函数。然而,要表示电流是电压的函数也是非常方便的。欧姆定律是电阻两端的 电压和电流间的代数关系。 电容器和电容 电能可以存储在电场中, 存储电能的装置叫电容器。 电容器存储电能的能力叫做电容。 图 1.2 表示电容器的电路符号。电容的电路参数用字母 C 表示,用法拉来度量。因为法拉 是相当大的电容量,实际上电容值通常位于皮法和微法之间。

图 1.2 电容器的电路符号

当电压随时间变化时,电荷的位移也随时间变化,引起了众所周知的位移电流。在终 端,位移电流和传导电流没有区别。当电流参考方向和电压参考方向是关联参考方向时, 电流正比于电容两端电压随时间的变化率的数学表达式为:

i?C

dv dt

(1.3)

这里 i 的单位是安培,C 的单位是法拉,v 的单位是伏特, t 的单位是秒。 电感器和电感 众所周知,电感是电子电路中的模块之一。所有的线圈都有电感。电感是抵抗流过线 圈电流的任何变化的性质。电感用字母 L 表示,其单位是亨利。 图 1.3 表示一个电感器。

图 1.3 电感器的电路符号

当电流和电压的参考方向关联时,有

v?L

di dt

(1.4)

这里 v 的单位是伏特,L 的单位是亨利,i 的单位是安培,t 的单位是秒。 由公式(1.4)显示电感器两端电压与电感器中电流随时间的变化率成正比。在此, 我们可以得到两条重要的结论:第一,如果电流是常数,理想电感器的端电压为 0,这样 电感器在恒量或直流中可以当作短路;第二,在电感器中电流不能瞬时变化,也就是说, 在 0 时间内电流不能以有限量改变。电感器和电容器一样,存储供给它的能量,但是它是 以磁场的形式而不是以电场的形式存储能量。

第二单元
A.课文译文
电 路

电路通常包含四个部分:电源,如电池;导体或导线,控制器件,如开关;负载。负 载是一个器件或一台机器。在负载中能够发生能量转换。电灯、电阻器和电动机都是电负 载的一些普通实例。 任何有电子连续不断流动的导体和电动势源的组合都叫电路。 一盏连接干电池的灯就是一个简单电路的实例。电流从电池的负极(-)通过电灯, 流向正极(+) ,电池的作用就是通过负极(-)为电子流提供一条再生通道。 只要电路中任何点都保持连通,该电路就是一个闭合电路,就有电流流过。但是如果 通路有断开处,则该电路就是一个开路,就无电流流过。 串联电路和并联电路是电路的两种主要接法。当电器元件连接时,电流没有分流,这 种连接称为串联。串联电路中的每一处电流都是相同的。事实上,在日常电工操作中,最 常见的是含两个或两个以上支路的电路。例如一般的家庭照明电路,电灯是并联的,每盏 灯代表一条从主电路中的负极到正极的独立通路。 在并联电路中,总电流量等于流过电路

中各支路的电流总和。 许多实用的电路是串并联混合。 这种电路能够把串联电路具有的不同电压与并联电路 具有的不同电流特征结合在一个网路内。当负载对同一个电源要求有不同的电压和电流 时,这种电路特别有用。 为了分析电路,我们可以使用电路化简方法,也可以使用电路分析方法。 通过应用同欧姆定律结合的基尔霍夫定律,或者通过使用戴维南和诺顿等效电路化 简电路结构,可以分析相对简单的阻性电路。对于所有的电路都可以使用这些方法,但是 当电路结构更复杂、 引入更多元件的时候, 这种直接求解的方法很快就变得麻烦了。 此时, 可以使用两种常规的分析方法。它们是节点电压法和网孔电流法,这两种方法是分析电路 的两种有力的方法,目的在于复杂电路结构的分析。节点电压被定义为从参考节点到非参 考节点的电压升,网孔电流是仅存在于网孔周围的电流。

第三单元
A.课文译文
集成电路
我们的世界充满了集成电路。你能在电脑中找到它们。例如,很多人可能都听说过微 处理器。 微处理器是电脑中处理所有信息的一块集成电路。 它可以追踪是什么键被按下了, 还有鼠标是否被移动过,它能计数,运行程序、游戏以及操作系统。在现代每个电子器件 中几乎都能找到集成电路的身影,比如汽车、电视机、CD 播放机、手提电话等。但究竟 什么是集成电路以及它的历史又是什么呢? 集成电路只不过是非常先进的电路。 电路由不同的电子元器件组成, 如晶体管、 电阻、 电容和二极管,这些元件以不同的方式连接在一起,它们有各自的行为特性。 晶体管的行为类似开关,它能开关电信号或放大电流。例如在电脑中,它可以来存储 信息,或在立体声放大器中用来放大声音信号。 电阻起限流的作用,它能控制允许通过的电流的大小。 在电视机或收音机中电阻被用 来控制音量。 电容收集电荷并能在一瞬间释放电荷, 这就好比照相机中的小电池能为闪光灯提供足 够的能量一样。 二极管在某些条件下能阻碍电流的流动,只有当这些条件改变时才能使电流通过。例 如,光电池中的光束能触发二极管来阻止电流流过。 这些元器件就像在电结构网中搭积木, 依据搭建电路时元器件的不同组合方式, 所有 电路,从一个防盗报警器到计算机微处理器,均可以被搭建。 在以上所提到的元器件中,为现代计算机发展做出最重要贡献的是晶体管。 在晶体管 发明以前, 工程师们使用电子管。 和晶体管的作用一样, 电子管起开关或放大电流的作用。 那么为什么电子管会被晶体管所替代?这里有几个原因。 电子管的外表和行为极像一个灯泡,它产生大量的热量,并有烧坏的可能。此外,相

对于晶体管,它速度慢,体积大而且笨重。 当工程师试图使用电子管建立复杂的电路时, 他们很快意识到它的局限性。 举例来说, 世界上第一台数字计算机 ENIAC 是一个庞然大物, 它的重量超过 30 吨, 消耗 200 千瓦的 电力。它拥有大约 18000 个电子管,但由于电子管不断烧毁,使得它变得非常不可靠。 当晶体管在 1947 年被发明时,被认为是一场革命。由于它体积小,速度快,可靠性 高和效率高,因此迅速取代了电子管。摆脱了电子管的种种限制,工程师们终于可以通过 电力建设来实现自己的梦想。 在 1958 年的夏天,Jack Kilby 在德州仪器公司找到了解决办法,他是新雇来的,并已 着手准备建设一个较小规模的电路项目。然而,在 Jack Kilby 看来,德州仪器为其电路小 型化项目所选择的方法似乎并不正确。 作为新聘人员,Kilby 和其他的工作人员不同,他没有休假。当他独自在实验室工作 的时候,他发现了一个解决电路小型化问题的方法。 Kilby 的想法是,将所有元件及晶片 放在相同的一块半导体材料上。当其余的同事度假回来时,Kilby 向他的上级介绍了他的 新想法。于是他被允许建立一个电路测试版本。在 1958 年 9 月,他的集成电路制作完成, 电路通过了检测,并且非常完美! 虽然第一块集成电路相当的简陋并存在一些问题, 但它的构想是具有开创性的。 通过 将所有的元器件加工在同一块材料上, 并通过金属丝将它们连接起来,从而就不再需要单 独的分立元件。电线和元器件不再需要手工组装。这种电路可做得更小,并且制造过程可 实行自动化。 Jack Kilby 主要是因为发明了集成电路而出名, 并且在 2000 年凭此获得了诺贝尔物理 奖。成功发明集成电路之后,Kilby 仍在德州仪器公司工作,他带领的团队发明了手提式 计算器。 从 Jack Kilby 发明第一个原型至今,集成电路已走过了漫长的道路。他的构思开创了 一个新的产业,并成为社会计算机化背后的一个关键要素。如今大部分先进的电路在 比指甲还小的面积上都包含着数亿个元器件。在芯片上的晶体管的尺寸约为 90 纳米,即 0.00009 毫米,这意味着你可以将数百个这样的晶体管放入一个红细胞内。 计算机芯片的功能每年都变得更加强大,但价格却比前一年低很多。 早期集成电路的 开创者和因特尔公司的奠基人 Gordon Moore 曾经说过: “如果汽车工业能和半导体行业一 样发展迅速,那么如今任何人都可以拥有一辆劳斯莱斯,然后开上一季度就弃之如敝屣, 毫不可惜地丢掉它,再换一辆新的。 ”

第四单元
A.课文译文
运算放大器
运算放大器的名字来源于它最初用途之一, 在早期的模拟计算机中加、减常被用来完 成数学运算。现代技术中使得它有各种各样的用途。运算放大器的名字经常缩写成 OPA。

运算放大器是直接耦合、高增益、线性的放大器。线性放大器是一种如实重现输入波 形的放大器。线性放大器的输出应该是输入信号的真实复制品。 因为它的高增益, 所以运算放大器通常使用外部元件来减少其增益到需要的水平。运 算放大器是直接耦合的,它能放大直流输入信号,也能放大交流输入信号。 运算放大器的符号如图 4.1a 所示。它有两个输入端,一个输出端。供给运算放大器 的电源通常从正负电源获得(图 4.1b) 。这能使输出在零伏特处上下振荡(图 4.1c) 。
+ 反相输入 输出 反相输入 正相输入 + 电源 电源 + 输出 0V -

正相输入

(a)

(b)
图 4.1 运算放大器符号

(c)

运算放大器通常由四个串联级组成。每一级是一个完成特定功能的放大器。如图 4.2 所示。
V1 输入 V2
微分放大器 放大器 缓冲器 输出放大器

输出

图 4.2 运算放大器各级装置

输入是一个具有两个浮置输入 V1 和 V2 的微分放大器。 微分放大器放大两个输入之间 的电压差 (V1 和 V2)。这种类型电路具有非常高的输入阻抗,也可以提供高的共模抑制。 第二级是一个高增益放大器,提供设备的主要增益。第三级是输出放大器,它提供一 个低输出阻抗。它能传送一个大输入信号电流或电压。 输出电压可以在正负电源的几伏特 范围中振荡。 所有各级连接起来可产生非常高的增益。这个增益叫做“开环增益” 。 在实际电路中,输出电压的一小部分以相反极性被反馈到某个输入端,从而减少总的 增益。这个过程叫做“负反馈” 。 随着负反馈的应用,这个增益被减少,运算放大器被认为具有一个“闭环增益” 。 理想运算放大器有如下特性: 1. 无穷大输入阻抗。这是两个输入端之间的阻抗。连接时输入不会加载任何电路。 2. 零输出阻抗。输出阻抗应该为零。这确保放大器能提供的输出功率没有限制。 3. 无穷大的开环增益。在应用负反馈以前,放大器的增益在理想上是无穷大的。 4. 无穷带宽。理想运算放大器的开环带宽被认为是无穷大的。 在实际情况下,运算放大器不能达到这些理想的特性。然而,我们通常假定它们是理

想的,以便更容易使用它们。

第六单元
A. 课文译文
半导体
半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的固体材料。在现代电子器件中, 用半导 体器件、半导体材料做的电子元器件在科技运用中发挥着相当大的作用。例如计算机、手 机及数字音频播放器等。 常见的数十种半导体材料中, 硅是商业应用中使用最广泛的半导 体材料。 硅和锗是元素半导体,砷化镓、磷化铟是化合物半导体,而锗硅、砷化镓铝则是合金 半导体。 有三种常用方式可以描述晶体的电子结构。 第一种是单原子描述法。 对一个孤立原子 而言,它的能级是分离的。当两个原子相互靠近时,它们的能级就会离开原位分裂成一个 较高的能级和一个较低的能级。当有很多原子聚集在一起时,能级的数量会增加,能级组 最终会形成能带。 半导体含有很多能带。如果在最高占据能态和最低非占据能态之间存在 很大的距离,那么即使在能带形成之后在占据能带和非占据能带之间仍然可能存在间隙。 第二种方式是自由电子波描述法。 当由于原子核的作用使静电势逐渐衰弱时,一些自 由电子波会基于布拉格反射原理被反射,并且不能穿透能带间隙开放的物质。在这一描述 中,可能不是很清晰,而所有能量较低的能态均被电子填满。 第三种方式是两个原子的描述法。 在两个原子之间电子多半做自旋向上和自旋向下运 动,分裂的能态形成共价键。当越来越多的原子在一起时,并不会导致能带分裂,而是形 成更多的共价键,这是硅形成的典型方式。通过使一个电子从较低能级移动到较高能级, 从而形成带隙,这种方式称为反键结。但是块体硅并不会像丢失电子那样容易失去原子, 同样这种方式不适合描述渐变异质结的带隙变化的平稳变化过程。 和其他固体一样, 半导体中的电子只在基态能带和自由电子能带之间的某些特定能带 (如各种能级)上具有能量,基态能是指电子紧紧束缚于原子核上的能量,而自由电子能 是指电子脱离整个原子所需要的能量。 每个能带对应了大量的电子离散量子态, 在这些量 子态中,能量较低的(即离原子核较近的)都已经被电子填满,能量最高的一个特别的能 带称为价带。 半导体和绝缘体与导体的区别在于,在一般条件下,半导体材料中的价带填满电子, 这样才有可能使电子运动至导带。 半导体和绝缘体十分相似。这两种固体的主要区别在于绝缘体的带隙。电子从一个原 子自由运动到另一个原子所需要的能量更大,半导体在室温下和绝缘体一样,几乎没有电 子能够获得足够的热能从价带迁移到导带,从而形成电流。基于这个原因,在无外加电场 的情况下,纯半导体和绝缘体有相似的电阻值。但是,半导体的带隙相对较小,除了温度

条件以外,还有其他方式可以控制它的电特性。 半导体的本征电特性通常是通过掺杂的方式掺入杂质而得到永久的改变。 通常, 多一 个杂质原子相当于多一个电子或空穴, 这样就能在半导体中自由流动。通过掺杂足够比例 的杂质,半导体的导电特性就会接近金属。根据所掺杂质不同,该材料分为两种:如果半 导体掺杂区电子多,则该材料称为 N 型半导体材料;如果空穴较多,则称 P 型半导体材 料。N 型和 P 型半导体之间能产生电场,使得电子和空穴能够在该电场中运动,这种效应 对半导体器件的工作是重要的。同样,掺杂物质的密度不同也会在这个区域里产生一个小 的电场,从而使非平衡态的电子或空穴加速运动。 除了通过掺杂永久改变半导体的特性之外, 半导体的电阻值通常随着所施加的电场动 态地改变大小。 这种能够通过电场动态控制半导体材料的电阻或电导率的特性使得半导体 材料相当有用,从而产生了一系列的半导体器件,如晶体管和二极管。晶体管等半导体器 件能构成微处理器这样的集成电路器件。这些有源半导体器件(晶体管)和用半导体材料做 成的无源器件,如电容和电阻,可以制作完整的电子电路。

第七单元
A. 课文译文
因特网
在世纪之交, 信息, 包括接入到因特网的信息, 将成为个人、 经济和政治进步的基础。 信息高速公路是因特网广受欢迎的名字。 无论你是要找最新的财经新闻、 浏览图书馆目录、 还是与同事交流信息,或者参加现场政治辩论,因特网是一种工具,它将带您超越电话、 传真和独立的计算机到达一个新兴的网络信息前沿。 因特网替代了你所用的传统工具,它用以搜集资料、数据图表、新闻以及与其他人进 行通信联系。通过熟练地使用因特网,能大大缩小世界,并为你带来信息、知识以及你所 能想象到的每一个主题。 什么是因特网? 因特网链接是遍布全世界各地的计算机网络, 使用户实现资源共享和相互沟通。 一些 计算机,比如大学里的计算机,可直接进入因特网上的所有设施,而另一些计算机,比如 私人计算机, 通过商业服务供应商提供的部分或全部上网设施可间接进入因特网。为了连 接到因特网上,你必须通过服务供应商。许多选项需要每月花钱支付才能使用。根据所选 择的选项的不同,访问时间可能会有所不同。 因特网就是我们所说的网中网, 即是一个遍布全球的网络。 要想给出组成因特网的网 络或用户的准确数字是不可能的, 但很容易达到几千几百万的数量级。在因特网上采用了 一套标准化协议, 允许在因特网上不同类型的计算机进行相互通信时可以共享资源。 这些 标准,有时被视为互联网协议套件,是开发商为因特网创建新功能时所遵循的准则。 在因特网上,不存在中央档案馆,因此也被称之为分布式系统。在技术上,没有人管 理因特网,相反,因特网是由数以千计的小型网络组成。因特网的壮大和发展,得益于许

多用户找到新的方法来创造、显示和检索信息,从而为因特网的发展作出了贡献。 因特网的历史和发展 在其发展初期,因特网由国防部设计,其目的是在发生军事打击时来保障政府的通 信系统。最初的网络,ARPANet(高级研究计划局开发) ,逐渐演变成在承建商、军事人 员以及为 ARPA 项目作出贡献的大学研究人员之间的一种通信信道。 该网络采用了一套标准的协议,为人们通信和共享数据创建了一种有效的方法。 ARPANet 在研究人员之间渐渐流行,八十年代,美国国家科学基金会建立国家科学 基金网,并链接上了几台高速计算机,负责的网络就是因特网。 在 80 年代末期,数以千计的合作网络参与到因特网中。 1991 年,美国高性能计算条例建立了 NREN 网(国家研究与教育网络) 。NREN 网的 目标是为研究和教育发展和保持高速网络,并探讨因特网的商业用途。 其余的,正如人们所说,是历史的缔造。因特网通过浏览器和万维网服务的发展而 不断改进。 虽然因特网是作为一个面向研究为主的网络,但它继续发展为遍及各地的一个信息, 创意及商业资源。 什么使因特网工作? 因特网独特的一点是, 它允许许多不同的计算机互相连接和通信。 这是由于有一套标 准,通常称为协议。TCP/IP 协议(传输控制协议/因特网协议)可以支配整个网络的数据 传输。大多数使用因特网的人对相关的这些协议的细节不那么感兴趣。但是,他们真正想 知道的是在因特网上他们可以做什么以及怎样有效地完成。 因特网上最流行的工具大都基于客户/服务器系统。您正在运行的程序称为 Web 客户 端, 这个软件为您显示文件和执行您的要求。如果有必要连接到另一种类型的服务——也 就是说,成立一个电话网络会话,或下载文件——您的网络客户端同样会照顾到这一点。 您的网络客户端连接(或“通信” )到网络服务器,代表您来索取要求的信息。 Web 服务器是一台运行另一种类型网络软件的计算机,这些网络软件可以提供数据, 或“服务”一个信息资源到您的网络客户端。 所有基本的因特网工具——包括电话网络、 文件传输协议、 基于菜单驱动的因特网信 息查询工具和万维网——都是基于一个客户端和一个或多个服务器来合作。在各种情况 下,您与客户端程序互动,而它管理数据的细节,包括如何将数据呈现给您或使您可以在 其中寻找资源。反过来,客户端与一个或多个有信息存储的服务器互动。服务器收到一个 请求,执行它,并发出一个响应信息,而不需要知道您的计算机系统的细节,因为您的计 算机系统上的客户端软件处理了这些细节。 客户端/服务器模型的优点在于分配工作,使每一个工具可以集中或专门处理特定的 任务:服务器给许多用户提供信息,而客户端软件为每个用户处理各自的界面和其他要求 及结果的细节。 每台电脑都具备基本的客户端软件套件, 从而使你执行一些功能例如电子邮件、 电话 网络、文件传输协议和基于菜单驱动的因特网信息查询工具等功能。

第十单元
A.课文译文
传感器技术
传感器是一种测量物理量, 并把测量值转换成一个能被观察者或仪器读取的信号的装 置。例如,水银温度计把测量到的温度转换成液体的膨胀和收缩,能够在一个校准的玻璃 管上读出;热电偶把温度转换成输出电压,能通过一个电压表来读出。为了精确起见,所 有的传感器都需要用已知的标准进行校准。 我们每天都使用传感器, 如触摸屏电梯按钮和通过触摸调整灯的亮和暗。 大多数人从 来没有意识到传感器也有无数的应用。应用包括自动汽车、机动车辆、航空、医药、工业 和机器人。 传感器的灵敏度表示当被测量的物理量变化时传感器的输出有多少变化。 例如, 如果 在一个温度计中水银移动 1cm 时温度改变 1° , 灵敏度就是 1cm/1° 。能测量非常小变化的 传感器一定具有非常高的灵敏度。 技术进步使得越来越多的传感器在微观刻度上使用微型电机系统技术制造微传感器。 在大多数情况下,和宏观方法相比,微传感器明显有较高的速度和灵敏度。 因为传感器是变换器的一种类型, 它们把一种能量形式转化成另一种能量形式。 由于 这一点,传感器能够按照它们检测的能量类型来分类,如热量传感器,电磁传感器和机械 传感器等等。 优良的传感器应该遵守下列原则: 传感器对其特性测试是灵敏的; 传感器对其他特性是不敏感的; 传感器不影响测试性能。 理想的传感器被设计成线性的。此传感器的输出信号和特性测试值成线性比例关系。 那么灵敏度被定义为输出信号和测试性能之间的比率。例如,如果传感器测的是温度,有 一个电压输出,则灵敏度是一个单位为 V/K 的常数,这个传感器是线性的,因为所有测 试点的比率都是常数。 如果传感器不是理想的,可以观察到几种类型的偏差。例如,实际上,灵敏度不同于 给定值。这被叫做灵敏度误差,但是传感器仍然是线性的,等等。关于这种偏差没有给出 不必要的细节。所有这些偏差可以作为系统误差和随机误差来分类。 有时系统误差可以通 过某种校正方法来补偿。噪音是一种随机误差,可以通过信号处理来减小,如滤波,通常 在损害传感器动态性能的情况下进行。 在测试量中,传感器的分辨率是它所能检测的最小改变量。通常在数字显示器中,最 小的有效数字将波动, 表示数量的改变正好能被分辨。 这个分辨率和测试仪器的精密度有 关。例如,扫描隧道探测器(表面附近的细尖,收集电子隧道电流)能分辨原子和分子。

第十一单元
A.课文译文
EDA 简介
今天,我们使用许多电子产品如手机,数码相机,个人音响和打印机。但是若没有电 子设计自动化 (EDA) 软件工具的帮助, 工程师们是无法发明这些基于芯片的电子产品的。 电子设计自动化(EDA)这个术语在电子工程学科内同样可以叫做计算机辅助工程,计 算机辅助设计和计算机辅助制造。这些用法都可以在 IEEE 设计自动化技术委员会中找到。 本文详细介绍电子类的 EDA 技术,侧重集成电路设计的电子设计自动化技术。在半 导体公司中必须使用 EDA 的是芯片设计者,因为大芯片极其复杂,不能用手工设计。 随着半导体技术的持续发展,电子设计自动化技术发展迅速。一些使用 EDA 软件的 半导体制造公司和设计服务公司,用 EDA 软件为制造准备工作做设计评估。EDA 工具也 被用来设计一些现场可编程门阵列。 在使用 EDA 工具之前,集成电路是手工设计的,并且版图也是手工布局。一些先进 的公司使用图形软件来产生 Gerber 图形片,但是从电子元器件转换到图形也是手工完成 的。在这一领域知名的公司有 GDS II 版本的 Calma。 在 70 年代中期,开发者开始使用自动设计,而不仅是绘图。第一个布局布线工具由 此产生。设计自动化委员会学报涵盖了这个领域的大部分内容。 在 1980 年,由 Carver Mead 和 Lynn Conway 发表了“超大规模集成电路系统介绍” , 这引发了一个新的时代的开始。这篇突破性的文章主张采用编程语言来设计和编译芯片, 这一结果引发了复杂芯片设计的成百倍增加,改善了采用逻辑仿真的设计验证工具。 芯片 不仅更加容易绘制成版图,而且设计会更正确,因为他们可以在设计的过程中不断仿真。 最早的 EDA 工具由专业领域发明。其中最有名的是“柏克莱 VLSI 工具的手工安装 包” ,这是一套早期用于设计 VLSI 系统的 UNIX 工具。另一个决定性的发展是金属氧化 物半导体实施服务的形成,大学和制造生产厂协作, 通过生产真正的集成电路来培训学生 成为芯片设计者。 这一基本的想法是可靠的, 低成本的, 相对低技术的集成电路设计流程, 并且每块晶圆上可集成大量的项目及这些项目的一些副本。 合作生产要么捐赠晶圆, 要么 以成本价出售,以观察这个项目对他们自身的长期发展是否有帮助。 1981 年起,EDA 开始成为一种产业。多少年来,一些大的电子公司如惠普、泰克和 因特尔一直从事着 EDA 的开发。在 1981 年,这些公司的经理和开发人员将 EDA 技术作 为一种商业产业来运作。Daisy Systems、Mentor Graphics 和 Valid Logic Systems 均在这一 时期成立起来。经过几年的发展之后,很多公司专注于 EDA 技术的发展,尽管每个公司 的发展侧重点稍有不同。 1986 年,一种高级设计语言 Verilog 由 Gateway 公司第一次引入并作为硬件描述语言。 1987 年,美国国防部为 VHDL 语言提供专项资金。在这些语言出现之后,模拟器迅速发展, 允许直接模拟芯片设计:可执行规格说明。而在这些年内,后端设计被开发来执行逻辑综合。

很多的 EDA 公司使用小公司的软件或其他技术适应他们的核心业务。大部分的市场 领导者收购了许多规模较小的公司。 这种趋势对于软件公司的设计工具适合大供应商的套 件程式是很有帮助的。 早期的 EDA 软件致力于数字电路的设计,一些新的工具可用于模拟电路和混合系统 中。而这一情况的发生是因为现在趋向于将整个电子系统设计在单一芯片上。 目前的数字设计流程均是模块化的。 前端产生标准化设计描述, 不用考虑单元技术便 可编译到每个单元中。 单元使用一种特殊的集成电路技术执行逻辑或其他电子功能。 生产 厂一般会提供他们产品制作的元器件库以及与仿真器相匹配的标准仿真工具。模拟 EDA 工具则不是那么的模块化,因为模拟电路要求的功能更多,它们之间的相互作用较强,元 件通常就不是那么理想了。

第十二单元
A. 课文译文
PLC 介绍
PLC (可编程逻辑控制器) 是一种用来替代机器控制的必要的顺序继电电路装置。 PLC 由它的输入和它的状态来决定开/关的输出工作。用户通常通过软件输入一个程序,这个 程序将给出想得到的结论。PLC被用在许多“真实世界”的应用场合。如果有工业存在, 那么就是PLC存在的好机会。 如果你从事于加工、包装、材料处理、自动化装配或者其他的工业,你可能已经正在 使用它们。如果你不使用,你将会浪费金钱和时间。几乎任何需要某种类型的电子控制的 应用都需要PLC。 例如,让我们假设当一个开关打开时,我们想要旋转螺线管5秒,然后关掉它,不管 开关打开多长时间。用一个简单的外置定时器,我们可以做到这些。但是如果这个过程包 括十个开关和螺线管将会怎样呢?我们需要10个外置的定时器。 如果这个过程还需要数开 关各自打开多次将会怎样呢?我们需要许多外置的计数器。正如你所见到的,程序越大, 我们越需要PLC。我们能够编写的简单PLC程序来计数它的输出和旋转螺线管的指定时 间。 PLC主要由CPU、 存储区和适当的电路组成来接收输入/输出数据。 实际上我们可以认 为PLC是一个充满成百上千个独立继电器、计数器、定时器和数据存储区的盒子。这些计 数器、定时器等真的存在吗?不,它们不是物理形态存在的,而是被模拟出来的,并且可 以被看作软件计数器、定时器等等。这些内在的继电器是通过寄存器里的比特区模拟的。 每一部分能做什么呢? 输入继电器——这部分与外界相连。它们物理上存在,接收来自开关、传感器等的信 号。实际情况中它们不是继电器,而是晶体管。 内部有效继电器——这部分既不能从外界接收信号, 物理上也不存在。 它们是模拟的 继电器,这能使PLC减少外置继电器。也有一些特殊的继电器只用来完成一个任务。一些

是常开,一些是常闭,一些仅仅一上电就开通,主要被应用于所存储的初始化数据。 计数器——这又是在物理上不存在。它们是模拟的计数器,能被编程来计数脉冲。这 些计数器主要能正序、逆序或正和逆计数。因为它们是模拟的,因此它们在计数速度上受 到限制。一些制造商也包括基于硬件的高速计数器。我们认为这些是物质上存在的。 定时器——这在物理上也是不存在的。 基于变量和增量工作。 最普通的类型是通电延 迟型。其他的包括断电延迟型,保持和非保持类型。增量变化1ms到1s。 输出继电器——这被连接到外界。它们是物理上存在的,发送开/关信号到螺线管、 灯等等。它们可以是晶体管、继电器、或者三端双向可控硅,依赖于模型来选择。 数据存储——典型的是有寄存器被分配去简单地储存数据。 它们通常为数学或者数据 处理,被用作临时存储库。当电源撤掉时,它们也主要被用于存储数据。上电时它们仍然 和电能消失之前有相同的内容。非常简便和必要!

第十五单元
A.课文译文
数字信号处理简介
数字信号处理,或者称DSP,是用数字的方式处理信号。在电子工程中,这里的信号 指的是由电线或电话线或者也可能是由无线电波传出的电信号。 数字信号由一个数字流组 成,通常(但不是必须)是二进制形式。数字信号的处理通过完成数字计算来实现。 在许多场合中,引起兴趣的信号最初是以模拟电压或电流的形式出现的, 比如麦克风 或其他一些传感器产生的信号就是模拟信号。而在某些情况下数据已经是数字信号, 比如 CD(光盘)播放机上的输出信号。在应用数字信号处理技术之前,模拟信号必须转换成 数字信号(即数字量) 。例如,可以用模数转换器或 ADC 的电子电路来对模拟电压信号 进行数字化。 模数转换后产生一个用二进制数表示的数字输出量,这个输出量代表了在每 个采样瞬间输入到设备中的电压信号。 数字信号处理数据的发展源自 20 世纪 60 年代, 随着大型的数字计算机用于数字运行, 如快速傅立叶变换,这种方式可允许快速计算信号的频谱。 这些技术在那个时代并不广泛 使用,因为合适的计算设备一般仅在大学或其他的科学研究机构可以获得。 20 世纪 70 年代末到 80 年代早期,微处理器的引入为 DSP 技术更广泛地应用提供了 可能性。然而,通用微处理器,比如因特尔 X86 系列,不能满足数字信号处理中所要求 的操作而特殊设计的专门微处理器, 在 20 世纪 80 年代, DSP 重要性的提高使几个主要的 电子制造商(如得克萨斯仪器、模拟设备和摩托罗拉)开始去发展数字信号处理芯片—— 特殊的微处理器,带有为数字信号处理中要求的某种类型操作特殊设计的系统(注意,缩 写 DSP 可以指数字信号处理,是处理数字信号时广泛使用的术语,也可以指数字信号处 理器,即一种特殊类型的微处理器芯片) 。同通用微处理器相似,数字信号处理器是可编 程设备,有它自己的指令代码。数字处理芯片可以每秒进行数百万次浮点运算,同众所周

知的通用计算机一样,数字信号处理器也正在出现更快、功能更强大的型号。DSPs 也能 被嵌入到复杂的“片上系统”装置中,通常包括模拟和数字电路。 今天 DSP 技术普遍应用于移动电话、多媒体计算机、录像机、激光唱机、硬盘驱动 器和调制解调器设备上, 并且很快就会取代电视机和电话中的模拟电路。 DSP 的一个重要 应用是信号压缩和解压缩。信号压缩被应用于数字蜂窝式电话即在每个当地“单元”可以 允许同时处理更多的呼叫电话。 DSP 信号压缩技术使人们不仅可以通过电话同另一个人交 谈, 而且可以让人们在只用一根常规电话线连接, 并通过在计算机显示器上安装一个小的 视频摄像机的情况下,在 PC 机屏幕上看到对方。在音频激光系统中,当从 CD 读取时, DSP 技术被用于对未处理的数据完成复杂的错误检测和校正。 在 DSP 应用的一些实例中, 如硬盘驱动器和移动电话,都需要实时操作。 大多电子元件制造商在 DSP 技术上都有很大投入,因为现在他们发现在大量市场产 品中, DSP 芯片占据了世界电子设备市场中相当大的份额。 每年的销售量达到数十亿美元, 而且还有望继续快速增长。


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