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1、吉林工程技术师范学院,电子技术的发展历史及现状,安晓峰 An-,提 纲,一、电子技术发展的里程碑 二、现代通用电子技术 三、现代专用电子技术 四、我国电子技术发展现状,1、1883年-1904年，电子管的问世阶段；,（一)必不可少的一步电子管的问世,一、电子技术发展的里程碑,1883年,爱迪生,白炽照明灯,奇特的现象,电子云,爱迪生效应,1884年,弗莱明,20世纪初,有线电报,高频无线电波,整流,声音,高频整流器,必不可少的一步电子管的问世,1904年,弗莱明,真空中加热的电丝,板极,第一只电子管,二极管,电子管收音机,德福雷斯特,一个栅板,第一只真空三极管,推动了无线电电子学的蓬勃发展,年
2、产10亿只无线电电子管,电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外，也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户。就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力。,（二）,三条腿的魔术师,电子管的缺点,十分笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂,第二次世界大战中，电子管的缺点更加暴露无遗。在雷达工作频段上使用的普通的电子管，效果极不稳定。移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙，易出故障。因此，电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要，都促使许多科研单位和广大科学家，集中精力，迅速研制成功能取代电子管的固体元器件。,早在30年代 ，模仿制造真空三
3、极管的方法来制造固体三极管 ，这些尝试毫无例外都失败了。,1948年初，在美国物理学会的一次会议上，柏杜大学的布雷和本泽报告了他们在锗的点接触方面所进行的实验及其发现。,在1948年 6月30日，贝尔实验室首次在纽约向公众展示了晶体管（肖克利、巴丁和布拉顿）。1956年获最高科学奖诺贝尔物理学奖 。,当时的点接触晶体管同矿石检波器一样，利用触须接点，很不稳定，噪声大，频率低，放大功率小，性能还赶不上电子管，制作又很困难。,1948年11月，肖克利构思出一种新型晶体管， 其结构像“三明治”夹心面包那样，把N型半导体夹在两层P型半导体之间。 由于当时技术条件的限制，研究和实验都十分 困难。直到19
4、50年，人们才成功地制造出第一个PN结型晶体管。,（二）,三条腿的魔术师,电子技术发展史上一座里程碑,同电子管相比， 晶体管具有诸多优越性：,晶体管的构件是没有消耗的，晶体管的寿命一般比电 子管长 100到1000倍 ,晶体管消耗电子极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一。,晶体管不需预热，一开机就工作,晶体管结实可靠，比电子管可靠 100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。,另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。,自从1904年弗莱明发明真空二极管，1906年德
5、福雷斯特发明真空三极管以来，电子学作为一门新兴学科迅速发展起来。但是电子学真正突飞猛进的进步，还应该是从 晶体管发明以后开始的。尤其是PN结型晶体管的出现，开辟了电子器件的新纪元，引起了一场电子技术的革命。,（三）现代电子技术的基础,电子管的发明使电子设备发生了革命性变化。但是电子管体大易碎，费电又不可靠。因此，晶体管的问世被誉为本世纪最伟大的发明之一，它解决了电子管存在的大部分问题。,可是单个晶体管的出现，仍然不能满足电子技术飞速发展的需要。随着电子技术应用的不断推广和电子产品发展的日趋复杂，电子设备中应用的电 子器件越来越多。,比如二次世界大战末出现的B29轰炸机上装有1千个电子管和1万多
6、 个无线电元件。,1960年上市的通用型号计算机有10万个二 极管和 2.5万个晶体管。,一个晶体管只能取代一个电子管，极为复杂的电子设备中就可能要用上百万个晶体管。一个晶体管有 3条腿，复杂一些的设备就可能有数百万个焊接点，稍一不慎，就极有可能出现故障。,（三）现代电子技术的基础,（三）现代电子技术的基础,为确保设备的可靠性，缩小其重量和体积，人们迫切需要在电子技术领域来一次新的突破。,1957年苏联成功地发射了第一颗人造卫星。这一震惊世界的消息引起了美国朝野的极大震动，它严重挫伤了美国人的自尊心和优越感，发达的空间技术是建立在先进的电子技术基础上的。,为夺得空间科技的 领先地位，美国政府于
7、1958年成立了国家航空和宇航局，负责军事和宇航研究，为实现电子设备的小型化和轻量化，投入了天文数字的经费。,就是在这种激烈的军备竞赛的刺激下，在已有的晶体管技术的基础上，一种新兴技术诞生了，那就是今天大放异彩的集成电路。,（三）现代电子技术的基础,有了集成电路，计算机、电视机等与人类社会生活密切相关的设备不仅体积小了，功能也越来越齐全了，给现代人的工作、学习和娱乐带来了极大便利。,那么，什么是集成电路呢？集成电路是在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容、包括连接线做在一起。真正是立锥之地布千军。它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合。,（三）现代电子技术的
8、基础,本质上， 集成电路是最先进的晶体管外延平面晶体制造工艺的延续。集成电路设想的提出，同晶体管密切相关。,1952年，英国皇家雷达研究所的一位著名科学家达默，在一次会 议上曾指出：“随着晶体管的出现和对半导体的全面研究，现在似乎可以想象，未来电子设备是一种没有连接线的固体组件。”,（三）现代电子技术的基础,后来，一个叫基尔比的美国人步达默的后尘，走上了研究固体组件这条崎岖的小 路。基尔比毕业于伊利诺斯大学电机工程系。,1952年一个偶然机会，基尔比参加了贝尔实验室的晶体管讲座。富于创造性的基尔比一下子就被晶体管这个小东西迷住了。当时，他在一家公司负责一项助听器研究计划。,（三）现代电子技术的
9、基础,记不清多少次苦苦思索，多少回实验，多少次挫 折，经过长时间的孤军奋战，到1959年，一块集成电路板终于在基尔比的手中诞生了。,在晶体管技术基础上迅速发展起来的集成电路，带来了微电子技术的突飞猛进。微电子技术的不断进步，极大降低了晶体管的成本，在1960年，生产 1只晶体管要花 10美元，而今天，1只嵌入集成电路里的晶体管的成本还不到1美分。,（三）现代电子技术的基础,这使晶体管的应用更为广泛了。 不仅如此，微电子技术通过微型化、自动化、计算机化和机器人化，将从根本上改变人类的生活。它正在冲击着人类生活的许多方面：劳动生产、家庭、政治、科学、 战争与和平。,（三）现代电子技术的基础,电子技
10、术的发展可分为四个阶段： 第一阶段，电子产品以电子管为核心。 第二阶段，四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，在很大范围内取代了电子管。 第三阶段，五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路 第四阶段，大规模集成电路和超大规模集成电路的出现。,（三）现代电子技术的基础,二、现代通用电子技术,（一）数字信号处理器DSP,（二）嵌入式系统ARM,（三）EDA技术,二、现代通用电子技术,（一）数字信号处理器DSP,(DigitalSignalProcessor）是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快1050倍。,在当今的数字化时代背景下，DSP已成
11、为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的旗手。业内人士预言，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素，它将彻底变革人们的工作、学习和生活方式。,1、DSP的发展历程,（一）数字信号处理器DSP,DSP发展历程大致分为70年代的理论先行、80年代的产品普及、90年代的突飞猛进三个阶段。,在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。但由于MPU较低的处理速度不快，根本就无法满足越来越大的信息量的高速实时要求。,因此应用更快更高效的信号处理方式成了日渐迫切的社会需求，到了70年代，有人提出了DSP的理论和算法基础。 但
12、那时的DSP仅仅停留在教科书上，即使是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。,1、DSP的发展历程,随着大规模集成电路技术和半导体技术的发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。 这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。,1、DSP的发展历程,至80年代中期，随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。,80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一
13、步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。,1、DSP的发展历程,90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。,现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。,1、DSP的发展历程,这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。 经过20多年的发展，DSP产品的应用已扩大到人们的学习、工作和生活的各个方面，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。目前，对DSP爆炸性需求的时代已经来临，前景十分可观。,1、DSP的发展历程,2、DSP的应用领域,DSP应用广泛，主要应用市场为
14、3C(Communication、Computer、Consumer通信、计算机、消费类)领域，占去了整个市场需求的90。,（1）数字蜂窝电话,数字蜂窝电话是DSP最为重要的应用领域。由于DSP具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如GSM、CDMA等全数字蜂窝电话网。 由于采用DSP技术，蜂窝电话的更新换代变得更为容易，只需在统一的硬件平台基础上，通过软件的不断升级而生产出各式各样的新款手机。,2、DSP的应用领域,（2）调制解调技术（Modem）,在Modem技术器件中，DSP更是成效卓著。56Kbps的Modem才问世三年，最近又开发出ADSLModem，其传
15、输速率已高达6.3Mbps，且具有接收动态图像能力。 ADSLModem不仅可以使更多的用户上因特网，而且使以前需10分钟下载的文件变得只需短短的5秒钟。,2、DSP的应用领域,（3）个人电脑（PC机）,可编程多媒体DSP是PC领域的主流产品。以XDSLModem为代表的高速通信技术与MPEG图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。 目前的硬盘空间大得简直是“海量”，这主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体处理功能。,2、DSP的应用领域,（4）消费类电子产品,DSP是消费类电子产品中的关键器件。
16、由于DSP的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得如此短暂。用于图像处理的DSP，目前已形成一个品种不少的产品群。 一种是JPEG标准的静态图像数据处理DSP；另一种是用于动态图像数据处理的DSP。,2、DSP的应用领域,3、DSP的市场规模,DSP市场正处于高速成长的阶段。在数字化、个人化和网络化的推动下，1997年世界DSP市场营销额超过32亿美元，预计未来的年均增长率高达40，至2007年，世界DSP市场营销额将突破500亿美元。如此高速增长，将吸引着越来越多的半导体厂商争相竞放，但目前只有几家厂商企业占据了绝大部分的市场份额，其中TI公司独占鳌头，占世界市场45的份额，其次是朗讯（28）、ADI（12）、摩托罗拉（12）、其他公司（3）。,（1）TI独占鳌头 TI（TexasInstruments）公司是DSP业界公认的龙头老大。TI产品遍及全球，每2个数字蜂窝电话中就有1个采用TI产品，全世界90的硬盘和33的Modem均采用TI的DSP技术。,（2）朗讯不甘示弱 朗讯（Lucent）公司的DSP业务主要集中在通信产品上，在看
