时间：2022-05-14 09:22:30
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摘 要：为提高双流机场天气雷达正常运行的保障力度。经过综合考虑和调研，西南空管局气象中心决定对天气雷达射频接收前端系统进行国产数字化改造，包括限幅器-LNA组合前端、下变频器、中频部件等器件。射频接收前端系统改造完成试运行后通过参数测试，在功能上已基本满足使用要求。为雷达产品对比分析和其他器件的国产化改造工作打下了基础，希望能对其他采用进口天气雷达的气象部门有一定的借鉴意义。
关键词：双流机场天气雷达 国产数字化改造 射频接收前端系统 对比分析
双流机场天气雷达由美国EEC公司生产，于2003年投入使用，所用接收机为模拟接收机。作为接收机重要组成部分的射频接收前端系统是衡量接收C动态性能的关键部件[1]，它主要包括限幅器-LNA组合前端（限幅保护器、低噪声放大器）、下变频器（C波段滤波器、低噪声放大器、混频器和中频滤波器）、中频部件（线性中频放大器、中频滤波器、功分器和对数放大器）等，由于产接收机的范畴，因此该系统也包含了频综这一部分。射频接收前端系统的总体设计如图1所示。除频综以外，其他部分全部封装在一个屏蔽盒内。电源部分对射频接收前端系统供电，频综的5 660 MHz输出通过一个腔体窄带滤波器处理后，其频谱更纯，作为接收机的本振信号。由于频综工作时发热较为严重，因此特别设计了一个冷却风扇，来对频综进行风冷处理。这一搭配从原理和性能上均有不错的表现，但是由于发射射频信号为5 630 MHz，正好落在一个宽频的其他干扰信号的频带内，造成接收信号的异常。为解决这一问题，将设计[2]改成在频综的上层，增加一个变频电路，使发射信号偏离干扰频带。
1 系统信号流程
1.1 发射信号
频综输出47.5 MHz、5 560 MHz和5 630 MHz 3个相参的、正弦连续波信号[3]。47.5 MHz参考信号被一个功分器一分为二，一路仍然作为数字接收机与信号处理器的参考基准输入，另一路则作为变频器的输入信号。变频器由ZMX-7GR无源混频器担任，将频综输出的5 530 MHz信号作为混频器的本振输入信号；将混频器的中频输出端用作信号输入端，送入47.5 MHz信号；将混频器的射频输入端用作变频输出端，进行混频处理，得到混频后的5 582.5 MHz信号和其他频率成分。通过腔体窄带滤波器后，5 582.5 MHz信号输出，其他信号被滤除掉，该信号作为发射射频信号。5 582.5 MHz的发射射频信号，被送入射频前置放大器（即前面提到的发射信号产生与驱动电路）中，首先被调制成具有升余弦形状的射频脉冲，然后被放大到具有足够的输出功率（≥8 W）。
速调管功率放大。该信号被输入到速调管（这时主要增益级），进行功率放大，作为功率微波源，从天线发射出去，探测气象数据。
1.2 接收信号
降水目标产生的回波，被天线接收以后，通过馈线送到接收前端。
为了回波信号的信噪比不至于因为同轴电缆传输的衰减而明显下降，高频放大的第一级前移到这里来。信号被放大后，传输衰减的影响大为减少。
滤除带外信号，对传输衰减进行补偿性放大后，信号在这里与本振信号一起，被混频器混频，生成中频信号，经滤波后输出，无需像模拟接收机那样，要把中频作为主要增益部件。在数字中频接收机中，中频部件要采用线性中频放大器（对数放大器会造成频谱的变化，影响多普勒性能），增益要求也不能太高。中频信号在这里被放大约25 dB，扣除掉中频滤波器、功分器以及线路衰减外，仍有18 dB左右的实际增益。从功分器分出两路信号来，一路作为数字中频接收机的输入信号，另一路则被送到对数放大器中去。在对数放大器中信号被放大、检波后，送出带检查接口。通过示波器可以方便地观察对数视频信号，用于分析和判断接收机前端以及数字接收机的性能。
1.3 数字信号
线性中频信号被送到数字接收机与信号处理器中，由数字中频接收机直接将模拟中频信号变成数字中频信号，经过数字下变频处理，形成复基带信号（I/Q信号），同时可以获得处理增益，提高信号的信噪比，并提高系统的动态范围。
在数字信号处理器中，复基带信号被处理成基本的物理数据，即反射率因子、平均速度和速度谱宽，这些物理量被送到计算机中，进行显示、传输和存储，已被气象业务应用。
2 限幅器-LNA组合前端及下变频器
限幅器-LNA组合前端包括一个无源限幅保护器（型号WLM-73-1W-S+）和一个低噪声放大器1（型号TA053-059-22-10），置于接收放大链的最前端。
2.1 限幅器
限幅器WLM-73-1W-S+作为环流器和波导限幅保护器的辅助保护措施，对大功率发射的微波的泄漏进行最后一级的保护。
2.2 低噪放和下变频器
低噪放采用高性能模块TA053-059-22-10。下变频的前端设有一个C波段滤波器（窄带腔体滤波器，中心频率5 582.5 MHz）和一个低噪声放大器（ERA-2SM，噪声系数4 dB，在5 582.5 MHz频率时增益9 dB），在混频器（ZMX-7GR）中实现下变频（本振信号5 660 MHz@10dBm），通过中频滤波器（SBP-70+）输出77.5 MHz中频信号。
2.2.1 补偿性放大
由于限幅器-LNA组合输出的线路太长（超过2 m），传输损耗比较严重。因此，前端信号送来、进行一次滤波后，需对这种衰减进行补偿性放大。ERA-2SM能满足这种较低增益的放大要求。
2.2.2 下变频
下变频由ZMX-7GR混频器担任。频综送来的本振信号，在图1中表示为经过一个可调衰减器来调整输入功率。实际调试中，采用一个极窄带滤波器，将频综内的其他频率杂散滤除掉，效果很好。滤波器的插损正好可以省掉衰减器。混频后得到中频信号，该77.5 MHz中频信号经过中频滤波器后送到下一级去。中频滤波器采用SBP-70+模块，其中心频率为70 MHz，77.5 MHz中频频率略微偏离中心，但衰减不大，其通带插损约为1.5 dB。
3 中频组成部件
中频部件[4]包括线性中频放大器、中频滤波器功分器和对数放大器等部分。
3.1 中频放大器
中频放大器与中频滤波器组成一个通带放大器。中频放大器选用GVA-82+集成宽带放大器，+5 V供电，15 dB的增益，20 dBm的1 dB压缩点，很适合用作中放。其6 dB的噪声系数，在中频放大的位置，几乎没有影响。中频滤波器仍采用SBP-70+模块。
3.2 功分器
中频功分器采用WILKINSON SPLITTER电路实现，中频功分器的工作频率范围可达100 MHz，回路损耗约18 dB，插入损耗约3.3 dB，隔离度约20 dB。功分器前端也设计一个补偿性放大器，采用GVA-81+集成宽带放大器，+5 V供电，10 dB的增益，15 dBm的1 dB压缩点。这两部分封装在一个屏蔽盒内。
至此，有两路中频输出，一路连接到一个对数中频放大器上，另一路连接到数字中频接收机上。
3.3 对数中频放大器
对数中频放大器的目的是为了产生一个方便检查的信号，这样有利于对雷达整机系统性能的估测和分析。对数中频放大器采用集成器件AD8309，做成模块形式，由6级高低双增益模块组成，每个双增益模块最高增益12 dB。对每级模块的输出进行检波，并电流叠加，再有电流-电压转换器以电压的形式，输出与输入功率的对数成正比的电压信号。
4 频综
l综为外购件，47.5 MHz和5 560 MHz为常态输出的正弦连续波信号。5 630 MHz为受调制的输出信号，属于ASK类型。通过ASK输入一个TTL电平的脉冲信号，可以产生射频脉冲输出。但是这种阶跃性的调制会导致频谱较大程度的扩散，因此，在雷达发射信号上，一般不能这样使用。实际应用中，把ASK直接接成高电平，则5 630 MHz也变成了正弦连续波信号。
这三个信号是相参的，输出功率均接近15 dBm。正如前述，5 560 MHz信号作为接收链路的本振信号，要经过一个窄带滤波器，送到混频器ZMX-7GR的本振输入时，功率大约达到10 dBm。
对无源混频器ZMX-7GR进行的理论分析和实验表明，该混频器的本振信号LO仍作为输入不变，另外两个端口可以交替使用，就是将中频输出IF作为输入，而将射频输入RF作为输出，则RF上差频的分量比较强。47.5 MHz从IF输入，5 530 MHz从LO输入，混频输出得到5 582.5 MHz信号，通过腔体窄带滤波器后，作为发射的射频信号源。
5 结论
接收机理论指出[5]，接收机灵敏度（最小接收信号）Simin与接收机带宽Bn及其噪声系数F0有关：
Simin=-114dB+10・lgBn（MHz）+10lgF0
接收机带宽表明了能通过接收机的噪声多寡；噪声系数F0则表明了接收机产生额外噪声的程度。在没有其他处理的条件下，一般超外差接收机的灵敏度为-90～110 dBm。
该系统模拟射频前端的噪声系数优于2 dB，最小脉宽0.8μs时，带宽最大为1.25 MHz。此时，计算得到接收机灵敏度为-111 dBm。实际测量中，通过测量对数视频的输出，可以判断，模拟射频前端的灵敏度与计算值相当。为了准确测量，在射频前端的限幅器-LNA组合的输入端作为输入，以中频功分器输出的中频信号作为输出，信号源频率调5 582.5 MHz作为标准信号，设置不同功率电平，对输出端的77.5 MHz中频信号进行功率测量，得到结果如图2所示。可见，动态范围超过90 dB，灵敏度优于-110 dBm，线性度优于±0.5 dB。在数字中频接收机中，由于数字下变频的处理增益和数字视频积分的累积增益（总共不会少于15 dB），最终结果原则上远远优于模拟前端的性能，没有变得更差的理由。
【摘 要】物联网是一种信息传感设备，按照相关协议，连接物品同网络，使得人们可以了解物品的情况，并且操纵物品，是一种可以进行物品识别、跟踪、定位、监控的网络。因此RFID技术则成为了物联网感知前端的五官和皮肤，用药对物体进行识别，并对信息进行采集。物联网运用的主要技术有：RFID（射频识别）、无线传感器网络、Aigbee传感等技术。但是后两者无法识别物品，端内的技术职称，未来必然会获得长远的发展。
【关键词】RFID；物联网；前端感知系统；传感器
RFID工作的机理是向后散射实现通信，并且不断实行功率传输，随后出现非接触自动识别技术。这一技术主要是按照工作的频率差别划分为低频、高频、超高频以及微波等。当前的低频、高频技术已经很成熟并运用在很多领域。超高频同低频和高频系统作对比，其具有的主要优势为通信距离更远、抗干扰性能更强、速度更快。
1 基于RFID技术下的物联网前端感知系统硬件设计
射频收发端主要囊括了：载波信号合成模块、ASK调制模块、滤波电路、调节电路及信号放大电路等。其中主要的控制模块若是想充分发挥相应的功能，也就是更好的处理数据，实现对防碰撞算法的正常运行，这就意味着上位机对通讯软件执行对应命令。
1.1 数字控制
选择美国Microship公司生产的PIC24FJ192GB106作为主控制器。其属于16为的MCU，系统中有一组核心模块，其具有很多的功能，结合 CPU内核和外设模块成为一个工作单元，并且存在电复位、高级器件集成、节能特性、看门狗定时器等，对器件的编程、仿真、在线测试等各项功能实现充分的支持。用户借助软件可以直接控制外部设备，或将任一及全部外设关闭，避免功耗浪费。
1.2 读写芯片
RFID读写芯片具备了读写器收发所必备的全部数字及模拟功能，同时完全满足ISO/IEC 18000-6B/6C协议。和AS3992比较，接受十分灵敏，达86dBm。AS39992包括了集成化压控振荡器组成片PLL、ADC和其与主机的接口。设置各工作的寄存器，使得芯片工作能力达到最大。
文章内所设计物联网前端感知系统属于低耗能系统，并且运作状态主要为AS3992芯片存在三种电源状态：掉电、工作、待机。
本文研究的系统中，AS3992工作要先初始化各寄存器值，此时系统为掉电状态，接收主控制器的指令以后，系统进入到待机，针对一定的范围查询有无标签，若有，读写器会立刻开始工作，主要是按照一定的指令实行操作；但无标签回应，马上会处于掉电。
1.3 射频发射器
芯片AS3992会在高功率下发射20dBm信号，运用差分输出，其管脚是Rfoutp-1・・・・・・，Rfoutp-2。基于该形式同时和RF扼流电感外界，并阻抗匹配网络，并且要在平衡转换器BL3216下变成单端输出，发送调制信号。
匹配网络是指在ADS中进行建模及仿真，和真实电路极为相似，对微带连接长度做出充分的考虑。在持续不断的优化中，最终微带线长度出成为4mm，C2=C5=33pF，C3=C6=33pF，L1=L2=47，差分两端基本得以匹配。在这一设计中，隔离器选取TCD-13-4型号的定向耦合器，覆盖频带范围达5～1000MHz，按照数据手册计算得出，在700NHz隔离度是28.93dB，1000MHz以26.26dB为隔离度。
1.4 接口
系y内有两个接口电路，一个作为上位机通信USB接口的电路最为合适，其是十分简单的电路，只有2个27欧姆下拉电阻，依靠这一接口能够进行在线调试。还有就是数字部门和射频收发位置的接口电路，主要由IO口，3.3V电源、系统时钟等组成。
2 基于RFID技术下的物联网前端感知系统软件设计
系统软件是读写器和外部的接口，十分关键。一方面和上位机软件实行连接，同时还要和标签进行通信，是连接标签和用户的重要纽带。
初始化定时器也就时系统软件的主程序，主要是由硬件接口、USB，AS3992寄存器等部件构成，其运行是先对自身进行测试，随后找出通信范围中的标签。如果有，读写器标签操作内容会在usbInitCommands的子程序基础上完成。同时该子程序会扫描上位机发送的全部指令，并且依据指令来实施对应的操作。
2.1 选择
该步骤实施主要是选取标签群进行查询或是访问。如果有一个标签群或是若干个标签群，就要在主控制器中运算防碰撞算法，然后按照用户需要制定具体的要求，连续发出选择指令，选择用户需要的特殊标签群。
2.2 查询
这一步的主要目的是识别标签，读写器会发送查询指令，清点被选择的标签群，随后出现一个或若干标签响应，随后读写器将会检测标签响应，并请求协议的认定和CRC-16校验。查询操作内主要有查询、不确认、清点和确认等不同指令。
2.3 访问
最后和与标签进行通信。优先访问唯一识别单个标签。主要的指令包括了：读、写、杀死、锁、解锁。
3 结语
测试结果显示了该设计可以符合ISO/IEC18000 6B/6C和EPCGen2协议。为更大程度提升系统性能，例如通信距离增加，可以通过放大由路，高增益天线等提升系统的性能。
本文所涉及的这一系统，可以被用于生产线监测、运输业、零售业等领域。RFID在今后的发展中会得到更为广泛的运用，物联网将会极大的影响着我国社会的经济、社会等多个领域。
摘 要
视频前端控制箱是电力视频监控系统中的常用设备。目前的设备箱仅是安装了电源插座、防雷设备等少量设备，施工方需要自购其它设备现场安装，受安装工艺水平的限制，设备箱成为系统故障的主要来源。通过将箱内设备模块化，根据系统的需要，安装设备模块，将各种设备一体化在箱体内，由于这些安装工作由厂家直接完成，设备箱的整体可靠性大幅提高，并且节省了大量的施工时间。
【关键词】一体化 视频监控 前端箱
1 概述
视频监控前端控制箱作为安防领域配套设备之一，起到对摄像头供电、信号传输、防雷保护等作用。目前，由于市场上品种繁多，品牌各异，质量相差甚大，可靠性难以满足视频监控的要求。普通视频监控前端控制箱包括单相自动重合闸、空开、固定三眼万能插座、三合一防雷器、二合一防雷器等。但是除上述设以外，还应当有摄像机电源、光收发器、交换机、温度控制等设备。市场上大部分视频监控箱布局是内部仅有开关、防雷、插座等，其它设备需要在施工时安装，由于箱体尺寸设计等都存在差异，安装布局相当麻烦，并且各种其它设备的现场安装涉及到安装工艺的问题，整个箱内系统的可靠性大打折扣。为满足电力系统视频监控的高可靠性要求，采用一体化的视频前端控制箱，就是生产厂家根据使用需要，将各种模块化设备安装在箱中，施工时仅需要将少量线路接入箱体，大大地简化了施工时间，同时及大地提高了可靠性。
2 总体思路
一体化视频前端控制箱是把视频监控需要的设备，包括综合设备管理系统、交流电源防护子系统、设备电源供电子系统、防雷防浪涌保护子系统、光纤数传输管理子系统、光纤数据交换子系统、数显自动温度控制子系统、物联数据采集子系统等模块化后，集成安装在设备箱中，以满足视频监控的需要。
一体化视频前端控制箱设计思路如下：
2.1 模块化各种设备提高系统的可靠性
各种设备模块化，箱体内部接线标准化，可以使由于接线造成的接触不良的故障率大大降低。实际使用中，由于箱内的电源插座松动的造成了大量故障，通过内部的背板总线为各个模块供电，可以得到完全的消除。通过集成了温度控制、电源保护、防雷等功能，可以极大地提高系统的可靠性。一体化视频前端控制箱由厂家将需要的各种设备布局安装，安装工艺和质量得到保障。
2.2 标准化外部接口
一体化视频前端控制箱标准化外部接口，施工时只需要接市电线、摄像机电源线、摄像机数据输入线、数据输入/输出线（光纤）等即可，大大简化了施工接线，节约施工成本。
2.3 减小控制箱的体积
内部设备的模块化设计可以使安装布局更紧凑，有利于减少箱体的体积，实现微型化。
2.4 综合设备管理
物联数据采集子系统采集箱内各设备的工作状况，通过网络将数据实时传输给后台服务器，监控设备的工作状态，并且可以在综合管理平台上管理设备，如设备重启、设备配置、自检等。
在总体的设计思路上主要把握两点，即一体化和模块化。模块化就是把箱内设备按照一定的尺寸设计，采用模块插拔的方式安装；一体化就是把需要的功能通过模块化设备集成到箱体内部。从而实现整体的高可靠性。
3 设计内容
3.1 模块的标准化设计
目前视频监控系统的标准化工作的主要内容包括视频监控平台、前端设备互联、视音频编解码和智能监控应用等，其中前端设备互联工作摄像头一直是主要研究方向，其它设备的标准化基本无人涉及，箱内设备的模块化设计可以为这项工作的开展提供方便。
3.1.1 标准化模块的形状
将箱体内的设备设计成模块，首先做到尺寸的标准化，各模块的厚度按照美国电子工业协会（EIA）的标准，设计成1.75in （4.445cm，1U）高度的整数倍，宽度设计为10.5in，深度设计为5.25in。
3.1.2 标准化模块的接口
根据模块的功能需要，设计标准化的接口，接口包括模块供电（5V、12V），数据线输入，数据输出，控制输入、控制输出，采用标准扩展插槽，重新定义各个引脚功能。标准化数据接口（管理接口）可以为前端设备互联提供基础，如图1所示。
3.2 各子系统功能设计
集成化的视频前端控制箱主要由6个子系统构成，包括：综合设备管理系统、交流电源防护子系统、设备电源供电子系统、防雷防浪涌保护子系统、光纤数传输管理子系统、光纤数据交换子系统、数显自动温度控制子系统、物联数据采集子系统等。
3.2.1 综合设备管理系统
如图2所示，综合管理系统实时监控箱内各个子系统设备的工作状态，及时发现故障，并可以控制相应的设备进行重启或配置。将箱内设备的工作情况通过网络发送到监控中心后台，及时进行故障报警。
3.2.2 交流电源防护子系统
交流电源防护子系统，是对设备箱接入220V电源的各种防护及管理，包含220V交流过流保护、过欠压保护、稳压输出、电源分配，如图3所示。
3.2.3 设备电源供电子系统
设备供电子系统提供了设备箱内所有设备供电，包含光纤收发器、网络交换机、监控固定摄像头、监控球型摄像机、温控器电源、温控风扇电源等，如图4所示。
3.2.4 防雷防浪涌保护子系统
防雷防浪涌子系统，是对设备箱内设备如接入220V电源、球机24V交流电源、枪机12V直流电源、网络RJ45稻萁涌凇⒌缭床遄、视频同轴电缆进行防浪涌保护，包含单相电源保护、二合一防雷保护、三合一防雷保护、集中电源防雷保护等，如图5所示。
3.2.5 光纤数传输管理子系统
光纤传输管理系统，是指对进入设备箱内的光纤进行固定、熔接、理纤、配线、跳接管理，包含光纤固定座、光纤绕纤环、光纤熔纤盘、光纤配线架、光纤跳线，如图6所示。
3.2.6 光纤数据交换子系统
光纤数据交换系统，是指光传输过程中数据交换设备，包含光纤收发器、网络交换机、光纤交换机、视频光端机等，如图7所示。
3.2.7 数显自动温湿度控制子系统
湿度和温度的调节应该是全自动运行的，必须配置全自动温湿度控制和调节系统，根据设备箱内的各个功能模块正常工作所需的温湿度范围设定控制阀值，并使用温度传感器对象内的温湿度实时监测。当箱内温度超过阈值时启动温湿度控制系统。自动温湿控系统是指依据设备箱内温湿度变化，通过温湿度控制器自动开启风扇或加热器，本系统可根据需要设定启动温度值，系统包含数显温控器（内置温度传感器）、交流风扇（或直流方式）、加热器、供电电源等。
3.2.8 辅助系统
辅助系统由照明系统、电子控制锁、防雷接地等辅助设备组成，为维护人员提供维护便利，并具有防盗、防雷等功能。
4 结论
一体化模块化视频前端控制箱经过实际生产和使用，使用效果好。由于安装简单，受到了施工单位的欢迎，并且可靠性得到了及大地提高。一体化使视频前端控制箱成为视频监控系统的整体设备，改变了购买空箱后安装设备的施工方式。模块化箱内设备使安装简单规范，布局清晰。存在的问题是模块化的各种设备特别是光交换等设备没有专门的厂家生产，自主研发的模块产品的性能需要检验和认证。
摘 要：近些年随着经济水平的不断发展，我国各项发展项目正在积极稳定地开展，国家对于教育的重视程度逐渐提高，这对于我国现代化建设具有重要的作用。《网页前端开发》课程是我国现阶段教育发展过程中十分重视的一项内容，对于我国信息化建设具有积极的推动性作用。《网页前端开发》课程整体教学设计是我国教育创新与改革过程中的重要内容，该研究将对我国目前《网页前端开发》课程进行细致的思考与分析，并提出合理的教学设计完善方法。
关键词：网页前端开发 课程 整体教学 设计 改革
在我国现阶段发展过程中，信息化建设进程推进的速度很快，国家信息化建设离不开网络的支持，所以我国教育就针对网络发展对于《网页前端开发》整体教学设计进行完善与创新，使得我国网页前端开发能力得到加强，进一步强化我国网络信息系统的构建。作为计算机专业职业能力必须课，《网页前端开发》课程对于我国培养计算机相关建设型人才具有直接的影响意义，想要使我国在未来的发展过程中更具现代化竞争能力，就要首先完善《网页前端开发》课程。
1 我国《网页前端开发》课程整体教学设计的发展概况
1.1 我国《网页前端开发》课程整体教学设计的发展背景
在我国发展初期，由于经济水平的落后使得我国教育发展状况较差。计算机专业相关的教育是我国近些年才开始进行并发展的教育内容，在计算机课程教育的早期，只是进行简单的计算机入门教学，使学生对于计算机的功能以及基本操作进行掌握。随着我国经济水平的逐渐提高，计算机在近些年中也进行着快速稳定的发展，我国对于计算机教育的重视程度逐渐加强，所以对于计算机课程教育进行了补充与完善。《网页前端开发》是我国现阶段计算机教育中一项基本的课程内容，其主要是对网页的开发进行讲解，使学生掌握网页的基本知识内容。《网页前端开发》课程教学水平的发展对于我国现代化建设的积极开展具有重要作用，是我国发展过程所必须加以重视的教学内容。
1.2 我国《网页前端开发》课程整体教学设计的发展现状
在我国现阶段的发展过程中，《网页前端开发》课程整体教学的设计正在逐渐完善与创新，与以往相比，其整体教学设计的内容更加合理有效，在教学过程中能够起到更好的辅助性作用。但《网页前端开发》在发展的过程中还存在一些有待进一步完善的问题，这些题的存在制约了我国计算机专业教学水平的更好发展。《网页前端开发》课程整体教学设计过程中，对于教学目标制定得不够明确，缺少明确的教学目标使得《网页前端开发》课程安排不合理，进一步将导致学生不能对所需要掌握的知识进行充分掌握[1]。在对教学案例的选择过程中，现阶段我国《网页前端开发》主要存在的问题就是不能根据我国网络发展现状对于教学案例进行最合理的选择，这样在教学的过程中就不能很好地针对我国进行整体教学设计。《网页前端开发》课程对于基础知识的讲解是十分关键的内容。目前我国计算机教育过程中对于《网页前端开发》基础知识的讲解不够细致化，这使学生在理解过程中产生一定的难度。完善教学考核制度也是我国《网页前端开发》课程现阶段面临的主要问题，已有的课程考核制度较为传统落后，对于《网页前端开发》课程的进一步发展十分不利。
1.3 重视《网页前端开发》课程整体教学设计的必要性
我国目前正处于现代化发展的重要时期，对于新兴的重要技术以及领域的重视程度逐渐加强。网络技术就是现阶段全球化共同发展的新兴技术，在推动社会的进步与发展上起到了积极的作用。我国整体的发展速度与其他发达国家相比较慢，所以要使我国在未来的发展中更具竞争力就要首先重视我国计算机与网络的完善。《网页前端开发》课程是计算机专业教学过程中的一项基本内容，所以重视《网页前端开发》课程整体教学设计，同时完善教学方法是现阶段我国教育过程中十分必要的阶段。提高《网页前端开发》课程的教学水平能够促进我国计算机网络相关人才的工作能力以及基本素质的显著提高，这对我国发展与建设具有积极的意义。我国现代化发展项目的开展与进行离不开网络技术的支持，只有充分利用网络技术手段才能使其快速高效地发展，同时保证发展项目的管理更加便捷有效。
2 《网页前端开发》课程整体教学的设计
2.1 教学目标的设计
《网页前端开发》课程中整体教学设计的首要内容就是对于教学目标的设计。教学目标就是在教学过程中起到重要引导性作用的内容。为了制定更为合理的《网页前端开发》课程的教学目标，首先就需要对我国计算机教育的发展现状进行必要的分析，根据现阶段的发展来确定教学所应达到的目标，进一步确定课程内容的选择与课时的安排。教学目标的设计是影响教学水平与质量的关键因素，所以在制定目标的过程中一定要注重合理有效性，使教学目标与我国现阶段的教学水平相适应。
2.2 教学案例的合理选择
在《网页前端开发》课程进行的过程中，教学案例的合理选择对于教学效果起到重要的影响作用，合理的教学案例能够对学生的理解起到辅助性作用，在学习网页前端开发的过程中更加积极主动化。在老师进行课堂教学的过程中，适当合理地引入教学案例是十分重要的，例如在进行网页窗口制作的课程中，老师应提出相应问题“为何要增加咨询页面模板的引入”，这种情境化教学引入适当的教学案例能够促进学生对于相应问题进行积极的思考，同时在思考的过程中有更加深刻的理解[2]。计算机网络教学过程中的情景化教学案例引入将对学生学习效果增强起到促进作用，进一步提高我国《网页前端开发》课程的教学水平，同时带动我国网络化的发展。
2.3 教学课程的知识讲解
在进行《网页前端开发》知识讲解的过程中，对于重点知识详细全面化讲解是保证学生进行理解的基础。老师在进行《网页前端开发》课程教学过程中，应该将学生需要重点掌握的内容进行标记，使其能够在课堂中将这些基础性知识内容进行掌握，对解决网页前端开发相关问题过程具有重要的作用。加强教学课程知识讲解是《网页前端开发》课程发展的重要基础，对于提高计算机相关专业的教学质量以及效率提高都产生一定的影响。
2.4 教学课程的考核
《网页前端开发》课程教学过程中还有一项较为重要的内容就是教学课程的考核。在课程进行到一定阶段的过程中需要进行合理的课程考核，考核的目的就是了解学生对《网页前端开发》的掌握程度。制定合理的考核制度对于正确了解学生课程掌握有着重要的作用。考核的方式多种多样，只依靠考试对于《网页前端开发》进行考核这种方法过于单一，所以针对课程不同阶段的学习，老师应该制定适合的考核方式，例如对特定网页窗口的制作、小组合作问题解决等。《网页前端开发》课程的合理考核不仅对教学水平的提高具有积极作用，还能够进一步增强学生对于多方面不同问题的解决能力。
3 结语
我国教学发展过程中对于《网页前端开发》整体教学设计的重视程度逐渐加强，这在我国现阶段的发展与建设过程中十分必要。要提高我国网络建设相关人才的能力与水平，首先就要提高相应的教学水平。相信经过我国的不断努力，《网页前端开发》的整体教学设计将更加合理，我国计算机专业的教学水平也将有显著提高。
摘要： 欧盟新车评价规程（Euro NCAP）8.0版本对行人上腿部碰撞测试方法进行了修改，新的测试方法减小行人上腿部对车辆前端空间的要求，但是对其结构设计和硬点的布置等提出新的要求.从行人上腿部的碰撞位置、碰撞角度及能量等方面对比Euro NCAP新旧版本的不同.根据Euro NCAP 8.0行人上腿部的碰撞要求，对车辆前端结构设计进行分析，并针对某车进行试验，用CAE技术进行优化设计，使其满足Euro NCAP 8.0对行人上腿部碰撞的要求.
关键词： 汽车安全； 汽车前端结构； 行人保护； 上腿部保护
随着汽车工业的不断发展与家用轿车的广泛使用，汽车安全保护措施成为汽车设计的重要课题之一，且越来越重视对行人的保护.欧盟新车评价规程Euro NCAP已将行人保护作为评价内容之一，主要针对行人的头部、上腿部及下腿部进行评价，故行人保护性能直接影响车辆安全星级的评定.[12]在2015年之前Euro NCAP公布的结果中，较大部分行人保护上腿部得分为0分，尤其是大型车辆.由于行人上腿部的撞击能量和角度都比较大，对车辆前端吸能空间和吸能零件的设计要求高，而前端结构受造型的局限，空间非常有限.这会限制车辆的Euro NCAP星级评定.[3]Euro NCAP 8.0版对行人上腿部碰撞测试进行修改，于2015年2月开始实施.撞击位置、撞击角度、撞击能量等均与之前版本不同.由于撞击能量的整体降低，新的测试方法降低对车辆前端空间的要求，但是对其结构设计和硬点的布置等提出新的要求.[4]本文根据不同车型，对车辆前端进行设计，并基于试验数据进行优化分析.
1Euro NCAP行人上腿部评价规程简介在WAD775上选取撞击点，从车辆中间位置开始，在2个参考点区域内在横向垂直面内每隔100 mm选取1个点，并删除与角参考点距离小于50 mm的网格点，见图1.按照旧的评价规程，撞击位置在发动机前缘基准线上选取，对于离地高度角度较低的小型车辆来说，发动机前缘基准线与WAD775包络线的位置一般均在发动机盖前端，碰撞点的位置差别太不大，但对于离地高度较高的SUV车型来说，WAD775包络线位置一般在车辆上格栅位置，较发动机前缘基准线z向要低一些.
每个网格点的撞击角度定义为该点的保险杠内参考线IBRL和包络线WAD930所形成直线的垂直线与地面线所形成的夹角，见图2.其中，保险杠内参考线IBRL是Euor NCAP 8.0新增加的划线，与前保险杠横梁的结构有关.撞击角度在0～44.757°范围内选取（旧的评价规程的撞击角度范围为0～46°）.虽然撞击角度的范围并没有减小太多，但对于离地高度较高的SUV车型来说，由于撞击位置的变化，新评价规程的角度变化比较明显.
每个网格点的撞击能量由撞击角度决定，新评价规程的范围为160.0～456.7 J，旧评价规程的范围为200～700 J，新评价规程的撞击能量要小很多.根据能量与位移和上腿部轴向力的关系，行人上腿部设计对空间的要求有所降低，在合理的空间范围内对前端结构设计提出更高的要求.
图 2某车型行人保护上腿部撞击示意
Fig.2Schematic of pedestrian upper leg impact
每个网格点的撞击速度由撞击角度决定，其大小范围为5.521～9.327 m/s，旧的评价规程的撞击速度在发动机前缘高度与保险杠前缘的曲线上通过线性插值获得，范围为20～50 km/h（5.56～13.9 m/s），新的评价规程最大撞击速度小很多.
行人保护上腿部碰撞器质量为定值10.5 kg.Euro NCAP行人上腿部伤害指标有2个：上腿部轴向力及上腿弯矩.每个撞击点的评分标准为：上腿部轴向力380 N・m，该撞击点得分为0分；位于2种情况之间，用线性插值计算得分，每个上腿部网格点的评分按2个指标中得分低的计算.[5]如果某个网格点没有进行试验，则将会采用其临近点的最坏的结果进行评分.由于网格点对称位于车辆的两边，所以可使用对称原则.所有撞击点得分相加后除以总个数，为该车型的得分率，得分率乘以6，为该车型行人上腿部总得分.行人上腿部满分为6分.
2基于Euro NCAP 行人上腿部的前端结构设计根据Euro NCAP 行人上腿部撞击点位置的不同，前端结构也应分别进行设计.[6]A级车型的行人保护上腿部撞击位置一般在发动机盖前缘，主要关键部件为发动机盖系统前缘、散热器上支架及前保系统上支架.离地高度较高的SUV车型的行人保护上腿部撞击位置一般在前保系统的上格栅位置，主要关键部件为上格栅系统及内部吸能零件.
2.1A级车型前端结构设计
A级车型的行人保护上腿部撞击位置一般在发动机盖前缘，与BLE线位置接近，见图3.
图 3A级车型行人上腿部撞击点位置
Fig.3Location of pedestrian upper leg impact points on
A level vehicle
由于上腿部弯矩受上腿力的影响较大，故本文分析时以上腿力作为评价指标.发动机盖系统前缘、散热器上支架结构设计分析如下.
2.1.1发动机盖系统前缘设计
根据上腿部模型撞击过程发动机盖前端的变形状态，将其结构优化为可压溃的悬臂结构，见图4a）.优化后的结构在受到上腿部撞击时，图示虚框内的悬臂可以压溃吸能，降低发动机盖对上腿模型的碰撞力度，上腿部轴向力曲线对比见图4b）.
a） 发动机盖内板前端结构
b） 上腿部轴向力曲线对比
由图4b）可看出，该结构对曲线第二个峰值有明显影响，表明发动机盖前端的可压溃结构对上腿部轴向力的降低有明显影响.由于造型和布置等原因，悬臂结构不能设计太长，故在3个面内增加弱化孔，见图5a）.该弱化孔可以降低发动机盖前端对上腿模型的抗力，上腿部轴向力曲线对比见图5b）.该弱化孔对上腿部轴向力曲线的2个峰值均有影响.弱化孔的方向及大小应根据发动机盖的综合要求进行设计.
a） 发动机盖内板前端结构
b） 上腿部轴向力曲线对比
2.1.2散热器上支架设计
散崞骺蚣芪塑料件（见图6a）），安装蒙皮的支架集成于散热器前端模块上.蒙皮支架刚度大，上腿模型撞击到蒙皮支架上时，上腿部在该撞击位置不得分，故对其结构进行优化.新增加图6a）所示支撑板，并将蒙皮支架集成于该支撑板上，蒙皮支撑板安装于散热器上横梁上端.该方案可将刚度大的支架后移，降低车辆前端刚度，从而减小上腿部轴向力，对比见图6b）.该结构第一个峰值增大，但第二个峰值明显降低，曲线趋于平缓，上腿部轴向力减小.如果散热器框架为金属件，其上支架可以设计为易于压溃的结构，主要设计方向为：上支架内部加强筋的布置，其厚度及材料的选取参考文献[7].
2.2SUV车型前端结构设计
离地高度较高的SUV车型的行人保护上腿部撞击位置一般在BLE线下端的前保系统的上格栅位置，见图7.a） 蒙皮支撑板结构
b） 上腿部轴向力曲线对比
SUV vehicle
2.2.1上格栅结构设计
根据上腿模型撞击过程前保上格栅的变形状态，对其刚度进行优化，主要设计方向有格栅x向宽度、格栅车内加强筋、材料厚度等.本文分析其厚度，研究格栅刚度对上腿部轴向力的影响，见图8.
由图8可看出，格栅刚度的减小有助于上腿部轴向力的减小，其刚度减小幅度也应综合其他因素进行考虑.[8]
2.2.2内部吸能零件结构设计
SUV车型的上腿部撞击点在上格栅位置，如果上格栅及前保蒙皮系统与前散热器结构的空间及造型有限制，在上腿部碰撞位置增加相应的吸能零件对上腿部得分有很大帮助[9]，见图9.吸能零件主要设计方向应考虑吸能零件的位置、加强筋的布置及其料厚度等.
摘要：m序列是U频通信方式的基础理论，应用较为广泛，m序列是对最长线性反馈移位寄存器序列的简称，可由带线性反馈的移位寄存器通过串行移位方式生成。文中通过对m序列生成的基本理论进行了详细介绍，并基于此设计了简易m序列调制解调器架构，和硬件描述语言代码，完成了仿真，测试。
关键词：m序列；伪随机码；Verilog HDL；仿真
一、引言
m序列的使用是通信系统中CDMA（Code Division Multiple Access――码分多址）模式的基础，也是扩频通信方式的基础理论。应用较为广泛，可用于《通信原理》基础理论研究，也可以用于实际通信过程的扰码单元使用，因此，对于该序列调制解调器的设计具有实际的意义。
m序列是对最长线性反馈移位寄存器序列（maximal length linear feedback shift register sequence）的简称，它是一种由带线性反馈的移位寄存器所产生的序列，并且具有最长周期。带线性反馈的移位寄存器设定各级寄存器的初始状态后，在时钟触发下，每次移位后各级寄存器状态都会发生变化。观察其中一级寄存器（通常为末级）的输出，随着移位时钟节拍的推移会产生一个序列，称为移位寄存器序列。可以发现序列是一个周期序列，其周期不但与移位寄存器的级数有关，而且与线性反馈逻辑有关。在相同级数情况下，采用不同的线性反馈逻辑所得到的周期长度不同。此外，周期还与移位寄存器的初始状态有关。
二、系统整体设计方案
一般情况下，用于产生m序列的n级线性反馈移位寄存器的结构图如图1所示。
0010110011111000110111010100001（由右至左依次按顺序生成），发送端需要调制的信号，与这31位数进行异或运算。为仿真验证波形显示便利，在发送信号的时候采用调制方法，即将1相应的调制为1，0调制为-1；则可以得到传输中的m序列。
三、系统HDL设计方案
系统使用Verilog HDL语言完成设计。代码由add_noise.v、coder.v、correct.v、Corrected_Decoder.v、decoder.v和top.v六个Verilog HDL代码。代码架构设计图如图3所示。分别为传输加噪、发送端编码调制、发送端校验编码、校验解码、解码单元和顶层单元。
m序列调制与解调部分学习和实验主要进行了基于ModelSim仿真的代码编写和调试，属于不可综合仿真，参考代码中加入了兼具了testbench的测试功能。通信过程中，一般系统不会在启动后立即发送有效载荷数据，为了保证通信的稳定，首先要发送双方约定好的一系列信令和同步用数据信息，通过同步用数据信息来完成发送、接收双方的时钟、信令和控制数据的同步，同步后才能有效接收数据，这个过程类似于网络通信中的TCP协议通信过程，是通信网络中保证收发双方可靠、稳定通信的流程。
四、设计仿真测试
上述设计代码直接在ModelSim中就可以直接综合和进行仿真。加载了Verilog HDL代码的ModelSim项目窗口如图4所示。发送端发送的数据由outdata变量存储，其发送的数据经由编码和加噪模块完成数据的m调制后，发送至接收端，接收端由解校验和解码单元处理后，形成解调数据。
仿真运行50微秒后部分仿真波形如图5所示。从图5中很容易看出负向波谷（表示波形向下，但是取值仍未正）位置对应的解调码值为0，正向波峰对应位置解调码值为1。与该窗口outdata（已发送数据）显示数据一致。
五、结束语
本简易m序列调制解调器设计完成了基本的设计目标，能够正常发送和解调已发送的数据，能够准确进行仿真和验证，后续可以继续进行优化和加长序列调制长度，并增加通信系统中常见的各种纠错编码方案，以使系统更加完善。
摘要：随着无线通信技术的快速发展，硅基工艺毫米波集成电路成为了热点研究领域。本文主要分析考虑寄生参数的硅基接收机射频前端电路的设计问题。文中首先讨论了用于射频前端电路和片外电路接口PAD的影响，分析了PAD结构、尺寸和寄生参数的相互制约问题。然后，文中讨论了如何在电路设计中进行互连线参数提取，以及设计互连线中需要考虑的因素。
关键词：射频前端 无源器件 寄生参数 PAD 互连线
1 引言
随着半导体工艺和微电子技术的快速发展，硅基工艺微波射频集成电路受到了工业、科技、医药医疗等领域的科研工作者的兴趣[1，2，3]，硅基工艺集成电路相对于其他工艺电路具有集成度高、价格低等优点。然而，当硅基工艺集成电路的工作频率提升到微波波段范围时，其集成电路设计将受限于电路中有源器件和无源器件的模型精度，同时受限于电路中其它一些参数性能，如传输线寄生参数、电路的pad结构、dummy金属填充等。因此，在实际的电路设计中既要考虑有源器件和无源器件模型，同时还要考虑电路设计中的寄生参数对电路性能的影响。
无线接收机是无线通信系统的重要组成部件，其主要作用是将空气中的目标信号进行接收，然后通过下变频转换成低频信号，再通过解调将数据恢复成原来的格式发送给目标用户。虽然无线接收机由射频前端，基带信号处理部分和应用接口等部件构成，但在现有成熟的基带技术情况下，接收机的性能主要决定于射频前端的性能[3]。对于接收机而言，通常要求具有满足应用要求的灵敏度和动态范围，如果将灵敏度和动态范围进行转换，则可以转换成接收机对应的噪声系数，动态范围和增益等指标。由于接收机的主要性能取决于射频前端的性能，因此接收机的主要性能取决于射频前端的噪声系数，增益，线性度等主要指标。在射频前端电路设计，通常采用不同的结构来得到需要的射频性能指标，然而，在实际的电路设计中，不但要考虑电路的结构同时还需要考虑电路设计中的寄生参数，本文主要讨论射频前端电路的设计中如何考虑寄生参数。
2 硅基射频前端电路设计总体考虑
图1是常规的超外差式接收机射频前端电路结构[4]，射频前端电路中包含滤波器，低噪声放大器，混频器，压控振荡器（VCO），可变增益放大器（中放）等模块构成，射频信号通过天线进入到RF滤波器中进行需要射频信号的选频，通过RF滤波器将接收机需要的射频信号从空中信号中选择出来。经过RF滤波器出来的信号通常信号幅度都很弱，增加其信号能量是进行有效检测的重要手段，通过低噪声放大器可以大幅度提高信噪比。由于RF滤波器的信号中通常含有镜像信号，该镜像信号将在后续的变频电路中对有用信号产生影响，因此低噪声放大器输出信号需要通过镜像抑制滤波器对镜像信号进行抑制。混频器将本地振荡器产生的信号和接收的射频信号进行下混频得到中频信号，在输出的中频信号中将含有不少数量的交调成分，IF滤波器对无用交调成分进行过滤，然后送入到可变增益放大器中进行放大，进而放大后的信号到基带中进行解调或者进行进一步下变频得到更低的中频信号。
在实际的射频前端电路设计中，由于各个滤波器通常是采用电感和电容无源器件来实现，受限于硅衬底的低电阻率特性，RF滤波器、IR滤波器和IF滤波器通常由片外模块来实现，而其中的各个有源电路，如低噪放、混频器、VCO和中放则通过片上电路来实现，这种情况下片外模块-各种滤波器和片上电路之间的连接需要通过PAD和键合线来实现。
对于射频前端而言，噪声系数、线性度、增益和功耗是影响其实际使用的四个因素。通常期望射频前端具有低的噪声系数，高线性度、高增益和低功耗。然而，在实际的电路设计中低的噪声系数、高线性度、高增益通常将带来功耗的增加，因此在实际的射频前端电路设计中通常以功耗为主要限制条件，对射频前端电路的设计以功耗为约束条件，在一定功耗和确定增益的情况下对噪声系数，线性度等进行分配。
对于射频前端另一个需要考虑的因素是电路设计中的各类无源器件，用于和片外电路连接的PAD、金属键合线以及电路大量存在的各类传输线。由于射频前端常用的电感和电容这两类无源器件工艺厂商在提供设计模型（PDK文件）时已经进行了精确的模型验证，在射频前端设计中可以直接利用模型进行设计。然而，对于其余的器件如PAD，金属键合线、互连线等，通常工艺厂商无相关的模型，需要在集成电路设计中进行考虑。同时，由于模块电路的各个元器件之间以及各个模块之间需要采用大量采用互连线进行连接，此时大量存在的互连线将不可避免的对射频前端性能产生影响。
3 射频前端的寄生参数设计
图2是片上射频前端电路包含无源器件的电路框图，不同于图1的射频电路结构，图2中各个器件之间的互连线以及和片外电路连接的金属PAD都显示于图中，在图中，各个模块内部有源器件、无源器件相互之间的互连线没有显示出来。
从图2中可以看出，对于射频前端而言，其不可避免的存在大量的互连线和金属PAD。由于这些互连线和金属PAD存在，将不可避免的对电路性能产生影响，在实际的电路设计中需要对这些无源器件寄生参数进行考虑，提高系统电路性能。
3.1 PAD考虑及效应影响
如图1所示，射频前端电路中由于其内部模块需要和外部电路之间进行信号交换，需要采用PAD来把片上的模块如低噪声放大器和片外的滤波器连接。对于射频电路而言，为了保证功率无反射，通常需要和外部电路连接片上模块的输入阻抗和输出阻抗为50欧姆，这就要求低噪声放大器的输入端和输入端，混频器的输入端都要匹配成50欧姆，保证信号能够良好传输。在实际的电路设计中，由于PAD通常由一层或两层金属作为信号线层，底层金属作为地这样结构构成，这些信号层将和地构成电容，影响电路性能。
对于PAD而言，其对电路设计带来的影响主要是在电路的输入端和输出端增加寄生电容和寄生电阻[4]。由于PAD带来的寄生电容在电路的输入端和输出端和电路相互并联，该并联电容将和输入端和输出端的阻抗一起构成了射频模块新的输入阻抗和输出阻抗，改变了电路的输入输出反射系数，导致损坏增加。由于该电容直接和地相连，理论上该电容越小越好，即尽可能的采用顶层金属和较小的面积来实现PAD结构，从而减小电容量。另一方面，对于PAD而言，当其接入到射频电路中，PAD本身带来的寄生电阻将和输入阻抗、输出阻抗相互串联，进而导致其信号的损耗增加。由于PAD的寄生电阻和金属面积成反比，和金属的厚度成正比，为了减小这种寄生电阻的损耗，有效的策略是增加其面积，同时顶层金属和临近顶层金属层通过过孔连接起来。然而，当采用这种把两层金属作为信号层结构时，信号金属层和地金属层之间的距离将显著减小，这将导致PAD寄生电容的增加，因此在电路设计时需要综合进行考虑。
对于PAD另一个需要综合考虑的是其面积。由于PAD的面积直接影响其寄生电阻大小和寄生电容大小。PAD面积越大，寄生电容越大，寄生电阻越小，同时带来的关键问题是芯片面积的显著增加，因此，为降低其寄生电容，同时减小其芯片面积，通常PAD的尺寸按照可以实现金属键合线连接的最小尺寸为主。
3.2 互连线考虑及效应影响
对于射频前端而言，另一个不可避免的无源器件是系统内大量存在的互连传输线，如图2所示。这些互连线其主要的寄生参数包含串联电感和电阻，并联电容，并联电导这几部分构成。各个寄生参数的大小和互连线的尺寸成正比，为了减小这些寄生参数，各个互连线的尺寸应该尽可能短。同时，对于射频集成电路而言，其工作信号的频率通常达到几个吉赫兹甚至更高的几十吉赫兹，此时，传输线的寄生效应，尤其是寄生电阻和寄生电感将会对电路的性能带来显著影响。为降低这些寄生参数影响，射频电路的各个器件之间的互连线应该单端从电路设计中提取出来，然后通过电磁场仿真软件如HFSS，ADS-Momentum等进行模型构建和寄生参数提取，再将提取的寄生参数放入到电路中进行仿真。在实际电路设计中，可以将这些互连线作为电路中匹配元件的一部分，降低这些互连线对电路影响。
对于互连线另一个需要重点考虑的因素是互连线的对称性。根据集成电路知识可以知道，为减少共模信号对电路的干扰，电路中信号通常是采用差分信号结构的形式，如混频器，放大器，VCO等通常采用的是差分结构形式[5]。然而，对于差分电路而言，一个至关重要的因素是差分信号的一致性，即差分信号的幅度相等，相位相反。当差分信号的失配严重系统射频性能将大幅度降低。为了保证差分信号一致性，在电路结构上应该尽可能的使电路对称。这种电路结构的对称既包含电路的有源器件对称，也包含器件之间的互连线的对称性。当电路中不可避免的需要采用长的互连线时，应该保证互连线两支路都是采用相同的金属层，互连线的长度严格一致，同时两支路的结构严格完全相同。
4 结语
随着无线通信技术的快速发展，硅基工艺射频集成电路在集成电路设计的热点领域。本文主要讨论了考虑无源器件寄生参数的硅基接收机射频前端电路设计问题。对于射频前端而言，其不可避免的需要和片外电路进行相互连接，此时用作输入输出接口的PAD寄生参数将对电路设计带来影响，为降低其寄生电容和寄生电阻的影响，文中分析了PAD结构和尺寸的相互制约问题。射频前端电路设计中另一个重要的问题是电路内部大量存在的互连线，文中讨论了如何在电路设计中进行互连线参数提取，以及设计互连线中需要考虑的因素。
【摘 要】介绍了一种基于DSP的用于高温高压高速时温度、压力、振动等环境参数测量的一体化前端采集控制器，给出了硬件和软件设计方案，重点介绍了硬件设计，硬件方案设计主要围绕数据的高速采集和大容量存储两方面考虑。该采集器具有速度快、处理能力强、可靠性和电磁兼容性高等优点。
【关键词】TMS320F2812PGFA芯片；大容量存储；数据处理
0 引言
在某些高温高压高速实验场合中，温度、压力、振动等环境参数是是检验被测物体及运动装置的可靠性和可维修性的重要依据，为被测物体的改进提供必要的依据。而这些参数的测量通过热电偶传感器、压力传感器、振动传感器将物理量信息转换成电信号，送给一体化前端采集控制器。一体化前端采集控制器将所接收到的电信号转换为数字量后，将数据保存起来，并可以通过以太网口、RS422及USB口等通讯接口将数据上传至计算机中。计算机可以处理和分析数据，并可以将处理结果用报表、图表的方式打印出来。由于这些实验的无法重复性、复杂性这就对一体化前端采集控制器的设计提出了更高的要求，不仅具备多通道高速采集和大容量存储的功能还应具有很高的可靠性、精确性和电磁兼容性。
1 一体化前端采集控制器工作原理
一体化前端采集控制器的工作原理图如图1所示。一体化前端采集控制器将采集通道、主控部分、数据总线等集成在一起，采用嵌入式计算机技术设计，实现一体化程控，并具有RS422、USB2.0和以太网接口。
2 硬件设计方案
2.1 主控制部分
每台采集器都有一个主控制板，其作用是通过相应的端口与上位机进行数据交换，并通过控制总线对采集板进行控制与数据交换。组成框图如图2所示。
2.1.1 中央处理器
考虑到系统的高速数据采集、大容量数据存储，通道独立性等特点，数据采集和存储的控制由一个高速32位DSP（数字处理单片机）芯片实现。DSP单片机与普通单片机相比，在运行速度和数据处理能力上都有后者无法比拟的优越性，完全可以满足系统高速采集的要求。在DSP芯片的选择上，采用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定点处理DSP芯片，该芯片不但运行速度高（可达150MHz的主频），处理功能强大，并且具有丰富的片内外围设备，便于接口和模块化设计，其信价比极高。而且它特有的性能是外部存贮空间接口可达1MB、可编程等待状态、三个独立的片选端还有几十个GPIO端口可供选择。此特点用于管理其它采集板通讯双口RAM（IDT7027）提供了很大的方便。芯片内部具有8K×16的片内Flash存储器，可以大大降低系统的体积，而且其功耗也比较低（核心电压1.8V，I/O口电压3.3V）。
2.1.2 主控板CPLD
为方便通道的可扩展性，设计了一套完整的并行数据总线和协议。每块采集板上都有自己的一个控制CPU来进行采集和存储控制，并通过并行数据总线和协议由一块主控制板来与上位机进行数据交换。为增强仪器的可靠性和总线的驱动能力，所以在每块板上都增加了一套总线驱动器，考虑到板子体积大小，将总线驱动器做到了一个CPLD中，其特点就是集成度高，体积小，逻辑更改方便可以通过编程来实现。
2.2 采集通道部分
为了增加板子可靠性和独立性，我们设计中都将每块板子设计成为了相对独立的采集器。由自己控制CPU、采样AD、信号调理前端、存贮磁盘及通讯总线。其组成框图如图3所示。
2.2.1 中央处理器
根据仪器需要及与主控部分的编程操作方便，CPU控制器也是选用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定点处理DSP芯片，它还具有3个32位的CPU定时器，运用这三个定时器，可实现AD的定时采集，以达到采样频率：10Hz-160KHz/通道，连续可调。
2.2.2 A/D转换器
A/D转换器是将输入模拟电压信号转换为数字信号的关键部位。设计中采用了AD公司的高速16位A/D转换器AD7663AST芯片。该AD转换器具有高速度、高精度、低功耗、单一电源供电（+5V）等特点，使用其±5V量程档。可以完全满足本测量系统对于测量速度和测量精度16位的要求。
2.2.3 数据存储
数据存储也是数据采集通道中的一个关键部分，它必须满足存储容量和能够掉电保持数据的双重功能。设计中采用静态数据存储器缓存加大容量电子盘（ADC）作为存储介质实现大容量数据存储。电子盘与普通Flash存储器相比，具有速度快、容量大的优点；与普通硬盘相比，存储容量相当，电子盘的工作环境温度更宽、抗冲击振动能力强、体积小、安装形式多，更适合本测量系统。根据程序支持的存贮容量，用户通过上位机软件去选择存储盘的容量，最高可支持512M字节的存储。
2.2.4 双口RAM
增加双口RAM目的是为了实现系统在采集过程中的实时监控功能。当CPU在采样过程中先将AD的采样数据放在静态RAM中，然后再将数据存入电子盘。当采样率比较高的时候CPU的工作频率也就相对比较高。这时靠CPU再与上位机进行数据交换已经来不及了。在不影响采集存储的情况下只有靠主控板自己的CPU把数据从采集RAM取走传给上位机。普通单口RAM只有一个读写操作口无法实现上述功能，而双口RAM有左右两个读写操作口，这样就可以实现了边存储边显示的功能了。而且为增加总线数据传输的速度和方便性，将双口RAM的存储区划分几个不同的区域，每块采集板的所有要与主控板进行交换的数据及命令都靠取RAM中不同区域数据来实现。根据需要选用IDT公司的IDT70V28L芯片，其存储容量为64k X 16位，电源为3.3V。该芯片典型功耗为440mW，待机功耗仅660μW。
2.2.5 信号调理前端
信号调理前端作用就是把传感器的信号归一化为理想的电压信号，再由AD进行采样转换。现在大多数传感器信号输出型式有三种：电荷型、单端电压型、差分电压型。为实现仪器能对多种信号进行采集，所以在采集板上做了三种信号调理电路，通过模拟电子开关及编程的方式来实现信号的切换。
2.3 电源管理模块
为满足野外无外接电源长时间工作需求，选大容量聚合物锂电池，选定制的电池保护电路保证稳定的电流输出。大容量聚合物锂电池可根据需要扩充电量，外置的电池盒可方便拆卸和搬运，在电池盒中设置的温控电路也可保障电池在低温环境下的工作。
3 软件设计
前端采集器需要完成数据采集、数据传输、数据存储3 个基本功能，这三部分在系统软件的监控和任务调度下协同运行。软件设计的主要流程图如图4所示。
进入数据采集系统后，程序首先对系统初始化，内部计时器开始计时，启动ADC采集数据，主程序进入一个死循环；当ADC转换完毕，进入中断子程序，采集并存储数据，然后将采集的数据存储到硬盘里，以便进行数据处理与分析。
4 可靠性和电磁兼容性设计
4.1 可靠性设计
一体化前端采集控制器设计时，在满足整机主要性能指标的前提下，按照可靠性的要求进行简化设计、降额设计、热设计、三防设计、安全设计等，从简化电路构成、增加元件参数额定使用上限、加强散热效果、采取三防处理、采取绝缘处理等方面考虑，确保了一体化前端采集控制器的可靠性。
4.2 电磁兼容性设计
一体化前端采集控制器在设计中采取一系列电磁兼容及抗干扰措施：电源模块的输入、输出都具有滤波电路；同时在每块印制板的电源入口处放置大电容，在每个组件旁和每个信号的输入接口处放置小电容，从而加强了仪器抗电磁兼容干扰的能力；印刷板采取了去耦措施，电源端、输入输出端加滤波；印刷线路板布线有规则前向布线，尽量缩短布线长度；信号线与回线尽量靠近，平行走线。按电路类型对元件、逻辑组件进行分组，相对集中，相互独立的功能块周围用地线环绕；采用多层印制板，增加电源层及接地层接触面，增强抗干扰能力；对仪器所用元器件严格按照选用标准进行筛选和选用，保证其抗干扰能力；由于整机采用金属壳，具有屏蔽作用，因此会大幅度减少内部噪声辐射到机壳外部。
5 结语
本文设计的一体化前端采集控制器具备多通道、大容量、高速采集与存储的功能。由于采用了高性能的DSP芯片TMS320F2812PGFA和采用嵌入式计算机技术，加入了可靠性设计和电磁兼容性设计，适合一些高温高压高速实验场合测量的要求。
摘 要：AJAX作为当前网站开发的前沿技术，可根据用户需要向服务器端发送少量的数据请求，实现快速无刷新地改变系统页面的布局和内容，从而提供给用户极佳的浏览体验。文中将分析AJAX的基本原理以及其在Web应用交互中的重点突破，并设计出基于AJAX的智慧农业监控系统前端框架。
关键词：AJAX；智慧农业；Web前端；异步通信
0 引 言
作为一个21世纪新兴强国，我国农业却仍以传统耕种方式为主，这样不仅造成各种资源的浪费，更对环境与水土造成严重污染和破坏，对农业的可持续性发展构成了严重的威胁。我国政府部门先后颁布了诸多农业科技发展新条例，足以体现其对农业发展的高度重视。伴随着物联网的飞速发展，越来越多的先进技术被应用到农业生产中，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制是当前农业发展的必然趋势。Web前端作为Web系统的内容展现，实现系统可视化的同时，为用户与系统提供了丰富的交互入口，在整个智慧农业监控系统中起着至关重要的作用。
1 AJAX简介
AJAX（Asynchronous JavaScript And XML）的全称为异步JavaScript和XML，它是由JavaScript、XMLHttpRequest（XHR）、DOM、XML等技术复合而成的异步通信技术。
1.1 AJAX的工作原理
AJAX的工作原理就是在浏览器与服务器之间增加了一个包含一些复杂JavaScript程序的AJAX引擎，而XHR对象作为异步通信的基础，旨在为JavaScript程序提供许多丰富可用的接口与后台服务器端进行少量的数据交互，然后通过对XML文档的解析处理，实现系统页面的快速选择性刷新。
1.2 传统应用模型与AJAX应用模型的比较
在传统的Web应用中，当用户进行表单提交时，浏览器直接将数据发送给后台服务器，后台对请求进行相应处理后通过Http协议返回给浏览器一个完整的页面，浏览器接收到返回数据后将对页面进行重新构造并显示，其应用模型如图1所示。在此过程中，浏览器处于空白状态，用户必须等到页面完全被刷新后才能浏览更新的内容。
图1 传统的Web应用模型
而在基于AJAX的新兴Web应用中，浏览器首先将数据发送给AJAX引擎中的JavaScript代码，由JavaScript代码首先来捕捉表单中需提交的数据，然后将其发送给后台服务器，从而实现用户操作与服务器响应的异步化，用户无需等到后台服务器响应仍可继续操作程序。但JavaScript代码并不会将所有的请求都提交给后台服务器去处理，部分无需从后台获取新数据的请求交由AJAX引擎自身来处理，其它确认需要获取新数据的请求则由AJAX引擎提交给服务器。这样不仅能够实现页面的局部刷新，缩短用户的等待时间，而且能够将一部分数据处理交由浏览器来完成，从而减轻服务器的负担。
2 系统Web前端设计
2.1 系统需求分析
“智慧农业”作为一种科学的农业生产经营手段，它主要通过给每个基点配置无线传感节点来获取植物的生长环境信息，如空气温湿度、光照强度、土壤的酸碱度、植物养分、气体含量等参数。系统将会先收集无线传感器节点发来的数据并将其进行存储，而后将存储在数据库的数据进行提取、筛选、统计、分析，最终将更具科学性、代表性的结果通过浏览器展现给用户。系统也可以设置为智能模式，将结果进行自动分析，自动控制相应设备。引入视频图像与图像处理，直观地反映农作物生产的实时状态，从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。
Web前端作为系统的可视化部分，主要是为了实现数据的实时显示，给用户提供一个与后台进行数据交互、参数设置、设备控制的入口。
2.2 系统总体设计
根据系统的需求分析，总体上可将系统分为登陆界面、登陆失败界面、设备监控界面、设备管理界面、视频监控界面、系统设置界面、日志记录界面、设备详情界面、扫描新设备界面、视频监控详情界面。系统前端界面流程图如图3所示。
整个界面设计框架主要分为三层，结构层、表示层和行为层。结构层主要是由HTMl负责创建，实现了页面文字、图片和动画的绘制；表示层是CSS负责创建，完成了网页颜色、布局和线条的美化；行为层则是JavaScript语言和DOM负责创建，实现了页面事件的动态交互。三层结合提供给用户一个可视性强、可操作性强的智能平台。设备监控界面作为其主界面，PC端效果图如图4所示，系统的设置界面如图5所示。
3 AJAX在系统中的应用
对于一个监控功能系统来说，数据的实时刷新以及控制设备状态的实时改变是非常重要的。在本文的智慧农业监控系统中，主要使用了DOM中的setInterval方法来实现数据的轮询，将一个包含AJAX请求的函数传入其中作为要执行的代码块。应用程序将周期性的执行相应的AJAX请求，快速完成页面的局部刷新，获取到当前时段的最新数据信息。当用户需要改变底层控制设备的状态时，用户通过触发点击事件向服务器发送AJAX请求，并根据服务器的返回数据相应的改变系统中的状态图片。在这整个过程中，系统实现了无刷新更新页面，用户几乎完全不知道后台发生的一切。
4 结 语
随着物联网技术的不断发展，智慧农业的运用将更加广泛，农业数据的处理也会越来越精确、安全。而AJAX作为一种用于创建快速动态网页的技术，虽说在用户体验上带来了极大的提升，但在浏览器兼容性、数据新旧区分以及客户端负载等方面仍存在不足。相信随着Web技术的不断完善，AJAX在应用程序中的运用也会更加成熟。
