基于LTCC技术的SIP研究

洪求龙，吴洪江，王绍东 (中国电子科技集团公司 第十三研究所，石家庄 050051)

0 引言 随着无线通信、汽车电子及各种消费电子产品的高速发展，对产品的便捷性、高性能、低功耗、高可靠性和多功能提出了更高的要求。而集成电路技术的进步和新型封装技术的发展为电子产品性能的提高、功能的丰富与完善、成本的降低创造了条件。微电子封装经历了双列直插(DIP)封装、小外廓(SOP)封装、四边引线扁平(QPF)封装、球形阵列封装(BGA)和芯片尺寸(CSP)封装等，尺寸越来越小，电子器件也由分立器件、集成电路、片上系统(SOC)，发展到更为复杂的系统级封装电路(SIP)。SIP使用微组装和互连技术，能够把各种集成电路如CMOS电路、GaAs电路、SiGe电路或者光电子器件、MEMS器件以及各类无源元件如电阻、电容、电感、滤波器、耦合器等集成到一个封装体内，因而可以有效而又最便宜地使用各种工艺组合，实现整机系统的功能。 LTCC技术是近年来兴起的一种令人瞩目的整合组件技术，由于LTCC材料优异的电子、机械、热力特性，广泛用于基板、封装及微波器件等领域，是实现系统级封装的重要途径。现在已经研制出了把不同功能整合在一个器件里的产品，成功地应用在无线局域网、地面数字广播、全球定位系统接收机、微波系统等，及其他电源子功能模块、数字电路基板等方面。 本文主要讨论基于LTCC技术实现SIP的优势和特点，并结合开发的射频前端SIP给出了应用实例。 1 LTCC技术实现SIP的优势特点 LTCC技术是将低温烧结陶瓷粉末制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用冲孔或激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制作出所需要的电路图形，并可将无源元件和功能电路埋人多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，在850～900℃下烧结，制成三维空间的高密度电路。基于LTCC的SIP相比传统的SIP具有显著的优势，最大优点就是具有良好的高速、微波性能和极高的集成度。具体表现在以下几方面： (1)IXCC技术采用多层互连技术，可以提高集成度，IBM实现的产品已经达到一百多层。NTT未来网络研究所以LTCC模块的形式制作出用于发送毫米波段60GHz频带的SIP产品，尺寸为12 mm×12 mm×1.2 mm，18层布线层由0.1 mm×6层和0.05 mm×12层组成，集成了带反射镜的天线、功率放大器、带通滤波器和电压控制振荡器等元件。LTCC材料厚度目前已经系列化，一般单层厚度为10～100 μm。 (2)LTCC可以制作多种结构的空腔，并且内埋置元器件、无源功能元件，通过减少连接芯片导体的长度与接点数，能集成的元件种类多，易于实现多功能化和提高组装密度。提高布线密度和元件集成度，减少了SIP外围电路元器件数目，简化了与SIP连接的外围电路设计和降低了电路组装难度和成本。 (3)根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大的范围内变动，可根据应用要求灵活配置不同材料特性的基板，提高了设计的灵活性。比如一个高性能的SIP可能包含微波线路、高速数字电路、低频的模拟信号等，可以采用相对介电常数为3.8的基板来设计高速数字电路；相对介电常数为6～80的基板完成高频微波线路的设计；介电常数更高的基板设计各种无源元件，最后把它们层叠在一起烧结完成整个SIP的设计。另外，由于共烧温度低，可以采用Au、Ag、cu等高电导率的材料作为互连材料，具有更小的互连导体损耗，特别适合高频、高速电路的应用。 (4)基于LTCC技术的SIP具有良好的散热性。现在的电子产品功能越来越多，在有限的空间内集成大量的电子元器件，散热性能是影响系统性能和可靠性的重要因素。LTCC材料具有良好的热导率，据研究其热导率是有机材料的20倍，并且由于LTCC的连接孔采用是填孔方式，能够实现较好的导热特性。 (5)基于LTCC技术的SIP同半导体器件有良好的热匹配性能。LTCC的TCE(热膨胀系数)与Si、GaAs、InP接近，可以直接在基板上进行芯片的组装，这对于采用不同芯片材料的SIP有着非同一般的意义。 高频、高速、高性能、高可靠性是数字3C产品发展必然的趋势。预计到2010年SIP的布线密度可达6 000 cm／cm2，热密度达到100 W／cm2，元件密度达5 000／cm2，I／O密度达3 000／cm2。基于LTCC技术的SIP在这些高集成度、大功率应用中，在材料，工艺等方面必将进入一个全新的发展阶段，在未来的应用中占据着越来越重要的地位。 2 应用实例 基于LTCC技术，本文研制了一个射频接收前端SIP，并由十三所的IXCC工艺完成。文中采用的工艺最小线宽、线间距均为50 μm；孔直径170 μm；同一通孔处最大可以通孔15层；电容值范围为1.0～100 pF；电感值范围为1.0～40 nH；电阻桨料方阻为10 Ω／□、100Ω／□和1 kΩ／□，宽度最小0.2 mm，长度最小0.3 mm，电阻控制精度为内部±20％，表面为±5％。 该射频接收前端SIP为12层LTCC基板，基板尺寸为39 mm×20 mm×1.2 mm。内部贴装GaAs MMIC、CMOS控制电路12个和贴片电阻、电容、电感元件三十几个，包括LNA、衰减器、微波开关、集成电感、电容、电阻等，含4个射频端口以及控制端和电源端若干。采用多通道方案，通过两个PIN单刀多掷开关来实现通道滤波器组之间的切换。对连接PIN开关的微带线与带状线滤波器之间的过渡用金属填孔孔径大小进行了优化，以实现最小的过渡损耗。滤波器全部集成在LTCC基板之中，为了保证滤波器间的相互隔离，采用了带状线形式的滤波器进行不同层间滤波器的隔离，最大限度减小对其他电路的影响。为了减小后级噪声影响前级放大器采用高增益的LNA，该电路采用二次变频技术，将二中频下变频为100 MHz，与传统的采用混合电路技术制作的同类产品相比其体积缩小到原来的1／50。 该SIP系统的设计框如图1，其封装后实物照片如图2所示。 实测结果增益(Ga)大于60 dB，噪声系数NF小于3 dB，如图3所示。 3结论 采用LTCC可以实现高密度的多层布线和无源元件的基片集成，并能够将多种集成电路和元器件以芯片的形式集成在一个封装里，特别适合高速、射频、微波等系统的高性能集成。本文开发的高度集成的X波段射频接收前端表明，LTCC技术在微波SIP方面具有明显的优势。随着小型化、高性能电子产品快速发展以及LTCC技术的不断进步和成熟，LTCC技术在SIP领域的应用必将具有广泛的应用前景。

风电产业发展步伐加快 预计2012年达24.03万兆瓦

美国风能协会日前发表的最新年度报告指出，美国风力发电新增装机容量连续3年排名世界第一，2007年美国风力发电的新增装机容量达5244兆瓦，较上年增加45％，占当年美国新增装机发电总容量的30％。这些新装机容量在2008年将提供1600万兆瓦的清洁电力，满足150万个美国家庭的照明、供暖和家电等日常生活用电。而来自全球风能理事会的统计资料显示，全球风力发电的累计装机容量截至去年底已达9.41万兆瓦，比上一年的7.41万兆瓦增加27％，预计到2012年全球风力发电的累计装机容量将达24.03万兆瓦。全球风力发电风起云涌，方兴未艾，呈现出一派欣欣向荣之势。风力发电已成为世界各国和地区新建发电厂的“主流选择”之一。
        机构看好北京房产市场
        专家称奥运会成房价拐点 36家公司放弃重组计划深交所：下半年全力推进创业板 潘石屹：现在已是房地产业最低点 罗杰斯：A股市场还未见底 高新张铜原总经理被警方控制 马明哲蝉联福布斯“最贵老板” QFII与国内股票型基金亏成平手 　　全球风能资源蕴藏量巨大，约达27.4亿兆瓦，其中可利用的风能为2000万兆瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能的利用，主要是风力发电，即利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。根据美国能源部的测算，美国风能每年可发电6亿兆瓦时，可供应美国20％的电力。从理论上说，仅美国北达科他一个州的风力发电量就可满足美国1/3的电力供应。
        技术日趋成熟产业规模庞大
        风力发电的快速发展，在全球范围内催生了一个庞大的风能产业。据全球风能理事会统计，目前全球范围内的风力发电就业人口约23万，市场规模超过370亿美元。一批领先的风电企业逐渐浮出水面，如丹麦维斯塔斯公司、西班牙歌美飒、美国通用电气、德国Enercon公司、印度苏司兰、西门子（丹麦），以及德国的Nordex、Repower、西班牙Acciona和中国的金风公司等已经成为世界十大风能设备提供商，并连续10年占据了全球市场90％以上的份额。而阿尔斯通、阿海珐等国际知名能源设备制造商近来也纷纷宣布要进军风力发电市场，旨在从中分享风能市场的大蛋糕。
        随着技术的发展、生产水平的提高以及风机规模的增大，风力发电的成本呈持续降低趋势。全球风能理事会的研究显示，风电成本的进一步下降，40％依赖于技术进步，60％取决于规模化发展。目前世界范围内风电机组单机容量不断增大，2—3兆瓦的风电机组已经商业化，博世力士乐公司生产的世界首台5兆瓦风电机组现已投入运行。为降低成本，提高效率，减少维护，增加寿命，在风电机组的设计中出现了许多创新的理念，采用了许多新工艺，新材料和新技术。同时，传统的失速型风电机组已被变桨变速恒频型风电机组所取代，直驱型风电机组和半直驱型风电机组也具有很好的市场及发展前景。另外，海上风电场已成为国际上风电发展的一个新的领域，例如，欧盟就提出了到2020年海上风电开发达到1.8万兆瓦的战略目标。目前3.6兆瓦级的海上风电场已经研发成功。据经济合作发展组织和国际能源署统计，目前的风力场装机平均成本为1250美元／千瓦，并根据地点、规模和其它因素的不同，在1000—1400美元／千瓦之间波动。在过去的20年里，风力发电成本大幅度降低，即从0.8美元／千瓦降至0.04—0.06美元／千瓦。美国的研究人员认为，技术的进一步改进会使风力发电成本再降低30％。
        多国出台风力发电计划
        发展风力发电，能够减少温室气体排放，遏制全球气候变暖，减少矿物燃料的进口，增加能源安全，并能创造新的就业机会，增加收入，保护国家的自然资源总量。风电的这些优点，吸引着世界各国和地区纷纷制订风电发展目标。英国贸工部宣布了一项发展近海风力事业的大型计划，拟新建数千座风力发电机，力争2010年前达到向六分之一家庭供电的能力。为遏制全球变暖，英国政府还承诺在2010年前减排10％的温室气体。预计，风力发电计划完成后，英国即能完成一半以上的减排目标。
        与英国一海之隔的法国不久前制订了一个中期发展计划，到2010年将有3000兆瓦至5000兆瓦的风力发电机组投入运行。据估计，法国由此每年将减少二氧化碳排放300万吨至600万吨。瑞典政府日前批准了瑞典离岸风力公司开工建设波罗的海地区最大的风力发电园，该园区位于Trelleborg南部海面，将包括128个风力发电站。加拿大制订的计划是到2015年将风力发电量提高到9000兆瓦时。根据日本经济产业省的一项最新计划，到2030年风力、太阳能、水力、生物质能和地热发电将占日总用电量的20％，其中风力、太阳能和生物质能发电的市场规模达3万亿日元。这将使日本对石油依赖程度明显降低，由现在的50％降到40％。到2010年，风力发电将达到2000兆瓦。
        美国风能协会执行主任斯威舍表示，“随着电力需求日益增加，美国目前的电力供应已开始渐渐跟不上形势。风能无疑是一种经济划算的能源，它还有助于减轻全球变暖，提高国家能源安全系数。”据报道，美国最近一次性订购了大型风力发电设备443套，订货资金总额超过300亿日元。
        各国如何扶持风电产业
        风力发电在全球范围内的迅猛发展，离不开各国和地区政府的大力扶持。政府在促进风电技术创新和能力建设中发挥了关键作用。丹麦、德国等国际风电技术领先国家均通过组织和支持开展基础技术研发、示范项目以及对技术创新提供优惠财税政策等手段大大增强了本国风电技术水平和创新能力。例如，丹麦Risoe国家实验室自20世纪70年代以来，就为丹麦风电引领世界的发展打下了坚实的基础。该实验室积极促进风电技术的推广和科技成果向企业的转移，将基础性研究与产业化相结合，将各种领先的研究成果转化为实际的生产力，其拥有的先进实验设施既服务于自身开展基础性研究工作，也按照商业化运行的模式为国内外风电整机和零部件研制企业提供检测和测试服务，有力地促进了维斯塔斯、Bonus等丹麦风电企业的腾飞。丹麦政府还为使用自主开发的新型风机项目提供长期融资和贷款担保，从而显著地降低了选择使用丹麦风机的风电场的风险。
        德国政府自20世纪80年代末以来，持续支持开展一定规模的风电示范项目，对所采用的风电机组提供10年的税收返还补贴优惠政策。德国政府对风电设备制造商的每台机组提供不超过机组价格60％的资金补贴。1990年德国议会批准“电力供应法案”，规定电力公司必须允许可再生能源上网，全部收购，以当地电价的90％作价上网，其与常规发电成本的差价由当地电网承担。与此同时，政府对风力发电投资进行直接补贴，450—2000千瓦的机组，每千瓦补贴120美元，对风力发电开发商提供优惠的低息贷款，规定制造商在发展中开发风力发电，最多可获得装备出口价格70％的出口信贷补贴。
        风力发电在美国的迅猛发展，与美国政府多年的呵护息息相关。美国1978年通过的“公共事业管理法”规定，对包括风力发电等可再生能源的投资实行抵税政策，即风力发电投资总额的15％可以从当年联邦所得税中抵扣，同时风力发电形成的固定资产免交财产税。到了1992年，美国政府颁布“能源法”规定，政府从鼓励装机转向鼓励多发电，由投资抵税变为发电量抵税，每千瓦时风力发电量抵税1.5美分，从投产之日起享受10年，这相当于使风电企业的发电成本降低了25％。美国能源部最近还围绕风电电价降到每千瓦时2.5美分、风力发电设备在世界市场的占有率、2010年装机1万兆瓦等目标，拨专款支持科研和制造单位进行科学研究。政府在2007财政年度预算中拨款4400万美元，用于研究在低风速环境下提高风力发电效率的技术，从而达到降低风力发电成本的目的。
        作为发展中国家的印度，更是对风力发电青睐有加。印度的风电政策启动早、优惠多。印度专门成立了非常规能源部，同时由政府牵头成立了再生能源投资公司，为风力等新能源的开发提供低息贷款并帮助新能源企业开发进行融资。印度政府规定：在风电项目装机的第一年，允许风电设备按100％折旧，且电力销售的前5年免税；设定不同关税税率鼓励进口风机零部件而不是进口风机整机；对于风机制造所需的专用轴承、齿轮箱、偏航零部件和传感器，以及叶片生产所需的部件和原材料，免征关税；对用于风机制造所需的液压刹车部件、万向联轴器、刹车钳、风机控制器和叶片，减征关税；对于发电机制造所需的部件，免征消费税；全额免除风电设备制造企业的增值税，工业企业利润用于投资风电的部分可免交36％的所得税。印度电力法还规定，新能源发电至少要占10％，并实行电价优惠。
        除了各国政府外，国际金融机构对风电的发展功不可没。近年来，随着大型国际公司进入风能技术市场，传统的金融界逐渐将风力发电这一可再生能源纳入其贷款项目中，并积累了相当的经验。如富通银行关注风能项目已有10多年，为多个陆地风能和海上风能项目提供顾问支持，并提供了数十亿美元的贷款。
        风电企业如何发展壮大
        在有关国家风电优惠政策的孵化下，维斯塔斯、歌美飒、苏司兰等一批风力发电企业迅速成长壮大，成为国际风电领域的佼佼者。纵观这些企业的成长经历，不难发现它们大致属于以下三种模型，即以丹麦为代表的科技创新型，企业将研究成果迅速转化为生产力，占领国际风电设备市场；以西班牙为代表的技术引进、消化和再创新型；以印度为代表的以市场换技术型。这3种模型的企业各具特色，都结合本国的实际情况和国际环境取得了长足进展。
        以企业为主体的风电技术创新是风电产业得以持续发展的根本基础。在国际上，丹麦的维斯塔斯公司在最初得到了丹麦Risoe国家实验室有力的技术扶持，从而形成了企业自身技术能力，随后完全依靠企业自主技术研究开发产品，目前已成为全球最大风电设备制造企业，该公司生产的风力发电机组占全球市场的三分之一。丹麦Risoe实验室长期从事风电相关的基础研究工作，涵盖气象模型、空气动力学、风电机组开发、风能系统、零部件材料、海上风电开发等研究领域，建成了较为齐全的风能利用研究和大型试验设施，形成了具有世界级的跨学科研究能力，培养了大量专业技术骨干。显然，有国家优惠政策和国家实验室作后盾，才使得维斯塔斯和Bonus等丹麦风电企业迅速展翅腾飞。
        与丹麦、德国等首批建成风电设备制造业的国家不同，西班牙的风电企业采取了另一条发展道路。他们通过技术引进、消化和再创新，成为世界上主要的风电设备制造商。西班牙风电企业积极在各种层面、以各种方式开展国际人员和技术交流合作、吸纳国际领先技术和人才资源，以此努力增强自主创新能力。这些企业通过建立合资企业引进国外先进技术，通过优惠政策鼓励外资企业在当地投资办厂，实现国际先进风电技术在本国落地生根，随后进行消化吸收实现再创新。如歌美飒便是最好的例证之一。作为西班牙与丹麦维斯塔斯公司合资建立的公司，歌美飒公司目前已取得了长足发展，成为全球第二大风电机组制造企业，全球市场占有率约为14％。
        印度采取开放国内市场，引进国外先进技术的方式发展本国的风电设备制造业。印度苏司兰公司之所以能够取得成功，主要归功于世界上很多有实力的风机制造企业在印度开设工厂，刺激了当地风机产业的发展。风力发电是牵涉面广、技术含量高、实践性很强的新能源技术，苏司兰公司通过在德国和荷兰设立研发中心，与国际领先企业合作开展研究，直接吸纳利用国际上的先进风电技术和人才资源，实现了企业的跨越式发展，成为世界上发展最快的风电企业之一。目前苏司兰的风电设备在国际市场上已经成功地站稳脚跟，并跻身全球第5大风电企业。

开发多核(系统)准备计划书

作者：风河的高级技术规划主管Rob McCammon  February 08, 2007

文章来源：http://www.ednchina.com/blog/rob/

时至今日，我相信每一个基于DSP（数字信号处理）或CPU的嵌入式系统软件开发团队都会感受到多核处理器带来的影响。有时，这种影响或许只是一种似是而非的感觉，但有时却是直接而又真实的。

多核处理器可以给设备开发者带来更高的处理性能。但不幸的是，与提高处理器的时钟频率就可以直接提高处理性能形成对比；增加内核数量并不会自动使软件的性能得到提高。

大多数已写好的嵌入式系统软件都是为单核处理器编写的。一个计划在下个版本的设备上使用多核处理器的产品开发团队，首先将会面临软件方面的挑战。

如果你还不了解多核处理器，那么接下来的这篇文章（作者MichaelSuess），将从若干个重要的话题开始，带你了解多核处理器。

?互斥锁介绍

?掌控线程安全性的简要指南

毋庸置疑，嵌入式软件开发团体对多核处理器所带来的潜在利益的肯定程度，将对多核处理器应用的推广速度产生决定性的促进。一些嵌入式应用， 例如数字信号处理和通信设备，对于多核处理器的应用有着与生俱来的优越性。事实上，这些设备已经频繁地应用多核处理器系统，并且是以适当的、直接的方式将多核处理器纳入其中。

可是，大多数已经写好的设备软件是针对单核处理器设备开发的，而且也没有采用多进程相关的技术进行编码。虽然一些像互斥和线程安全之类的概念已经比较普遍的应用在单核处理器的多任务操作系统中，但要把他们用于多线程或对于同步数据库访问程序的控制，仍然会遇到很多困难。

因此，我坚信，对于任何开发团队来说，当他们意识到单核到多核芯片转变的重要性并希望对其加以利用时，就首先需要建立一个发展计划。不然，就会像一个登山探险队在攀登珠穆朗玛峰的时候，只是简单的想到到出发和回来的路线而没有对沿途可能遇到的困难有所准备一样。我的这些想法也与Alan Zeichick在他的blog中所谈到的关于线程成熟度模型的需求不谋而合。

Alan Zeichick对线程成熟度模型的定义，第一次对如何在设备部署项目中解决多处理器的问题作了详细的说明，并在这些问题上为我们指明了方向。

通常而言，大部分的多核设备的软件执行都会采用共享内存/多线程模型、消息传递模型或将两者同时应用于并发管理。对线程成熟度模型的模拟是十分有效的，同时这些并发管理上的技术也足以说明“多任务成熟度”的级别在嵌入式系统中的重要性。

我建议，嵌入式系统软件工程师在进行多核开发前应该先指定一个《多核准备计划书（Multi Core Readness Plan）》，这样有助于他们提升自身的“多线程成熟度”等级。我已经开始考虑这样一个计划书应该包含什么内容，当然，我也很高兴你也在思考这一课题。

董涛：以SiP技术开拓自主研发IC之路

在深圳电子科技大厦，我们见到了凯达电子公司总工程师董涛。十年前，他研发出国际领先的无线数字扩频模块而声名远播；如今，他推出全球首款64位SiP芯片在业内又掀波澜。在军中他是一位功绩显赫的上校，从事各种军事项目的研发，屡获殊荣；在商场，他担任过CEO、CTO、总经理、总裁等职务，拥有多项国际、国内发明专利。本期，《电子工程专辑》的编辑将与董涛面对面，聆听他的传奇经历，分享他对技术和市场的看法，以及如何善用多方资源实现既定目标的经验。

凯达电子公司总工程师董涛

作为东南大学的博士，您是怎样参与创办凯达电子的？又是怎样把学术背景与实际工作相结合的？

凯达电子的投资方来自郑州，技术方是以我为代表的“董涛博士设计室”——主要人员来自东南大学、清华、西电等高校，以及硅谷的同事和其他国内外同行。由于双方合作融洽，投资方对我们非常信任，已将研发、采购、生产和销售都交由我们负责。

博士学习对我从事IC研发帮助很大，但我并不是纯粹搞理论研究的。1989年研究生毕业后到2001年读博士这十二年的时间里，我一直在从事研发、工艺、生产和工程等工作，积累了丰富的工程、产品经验。实践经验与学术背景的结合，使我很少犯一般理论研究者做工程、产品时常犯的错误。

IT研究人员大致分为两类，一类主要致力于研究如先进的理论、算法等，一类是工程派。两者相辅相成，缺一不可。例如TD_SCDMA标准，没有高水平、数学功底非常深厚的教授作算法是根本无法实现的。反之算法完成后，必须依靠搞工程的人用工程方法把它做成产品。

目前在中国，高校和工程实际、产品存在脱节，一些高水平的科研成果往往集中在高校和研究所，实现产业化的不多。近年来我一直致力于把高校的先进算法和成果用实用、低廉的产品形式实现。我的原则是：第一“实用”，第二“便宜”，一切都围绕着这两点来做。

您通过什么途径实现产品的低成本？

实现产品低成本除了技术上的因素以外，最重要的就是对资源的理智利用。通常理论研究者除非有特殊的工程背景，原则上不要让他们做产品；反之，企业不到万不得已也不要去搞基础研究如算法等。我们的优势就在于理智利用两方面的资源，并以FPGA验证板以前、之后的工作作为基础研发与产品化的最佳分割点。我是东南大学的博士，需要什么算法、理论，可以请专业教授帮忙验证，以非常低廉的代价就能解决问题。这些算法、理论在企业里往往是难以逾越的障碍，但在专业教授面前可以轻松解决。但流片一定要找工程经验丰富的专业人员。我对IC行业做后端设计的公司比较熟悉，Layout和后期仿真可借助他们的经验去流片，极大地避免了工程流片上的失误。目前，深圳的IC产业政策非常规范和优惠，在提供MPW等服务的同时政府给予40-60％的补贴，借助这一操作方式能为IC设计公司节省不少开支。东大射光所的MPW还可能有免费流片的指标。

善用资源带来了多赢的局面：公司的投入产出比达到最高；为大学提供社会所需的研究课题和资金，在IC产业基地流片可得到政策方面的优惠。从产业角度讲更需要善用资源，因为中国IC产业自主研发提倡产、学、研结合，就需要牵针引线地把多环节的潜力挖掘出来，整合在一起，并实实在在地推广到产业界。

您为什么选择做64位SiP而不选用SoC技术？开发SiP会遇到什么挑战？

全球做税控机芯片的厂商大多采用SoC方案，若想在竞争中取胜，另辟蹊径走SiP之路应是上策。选择做SiP也从《电子工程专辑》的一些技术文章里受到了启发。

相对SoC，SiP不仅具有成本优势，而且能集成多种功能，灵活性也毫不逊色。目前全球尚无一家芯片公司的SoC有实力实现一个计算机系统的功能，凯达SiP芯片则将64位CPU、数以Gb的RAM、Flash、BIOS、PCB、OS和应用软件一网打尽。它外表是一颗芯片，实际上相当于一台完整的计算机系统。同时其可裁剪性极强，能根据客户需求增减相应的功能模块、配置。在软硬件开发方面，使用SoC一般需要高水平研发人员完成复杂的工作流程，而使用SiP只需编写应用软件和调试系统。SiP在大幅降低元器件成本的同时也降低了生产成本，例如，常规工艺生产税控机需依靠波峰焊、回流焊、专用检测设备及配备有工程师、工人的流水生产线，现在只需一把螺丝刀，同时将厂商的售后服务维护成本降到最低。

把一颗芯片做到内部的价格比在片外买一颗芯片便宜100倍左右，例如USB芯片做在内部晶圆成本为2-5美分，买USB芯片则至少需2美元。此外，不管你算法如何复杂、在片内集成多少功能，晶圆厂只按wafer的面积尺寸收费，所以在不影响良率和品质的前提下，能做到片内尽量做到片内。

选用64位CPU也是考虑到总体成本因素。有人曾质疑税控机用64位是牛刀杀鸡，采用64位内核与采用32位内核单芯片成本差异不到6美分，但一笔光罩的费用非常昂贵，因此不如做一款高端芯片，把未来五到十年可能使用的功能全部集成进去。

SiP所需的技术储备比SoC要高得多；除必须具备SOC研发的基本条件外；尚需完成BIOS、PCB、OS（应用软件）及将其整合为一个有机的系统。单就集成电路技术而言；目前将RF部分完全集成到单芯片里面是全球集成电路厂商在工艺上面临的最大挑战，业界尚无很好的解决办法。这一问题的瓶颈在于解决来自RF信号对数字系统的干扰及消除数字系统对RF的干扰，我们正联手东大、清华、西电微波专业的老师、硅谷同行计划做试验以SIP手段解决这一问题，目前已经完成理论上的可行性分析及仿真，能否成功决定于实验经费——允许实验失败的次数。

今后您将在哪些领域继续拓展？未来将有哪些发展规划？

今年凯达电子的SiP芯片将全面应用于四大领域：税控和POS机、工控、电子导航和网络PC（NC），采用这款芯片开发的NC有望把成本降到1000元，其中包括七八百元的显示器价钱。从这款芯片的市场前期推广来看，远远超过我们预期的想象。尤其在这次IIC展览会上，颇受众多客户、同行以及竞争对手的瞩目。

我对投资方的承诺通常是三年十倍回报，等我的诺言实现之后、凯达公司的各项工作步入正轨，根据与凯达投资方的约定协议我将离任凯达工作，去开发图像芯片应用，以及将64位CPU、GPS、CDMA （GPRS）系统和图像芯片整合为一颗芯片。这样选择一是性格使然，我喜欢具有挑战性的工作；二是保持我们研发团队的相对独立和自由。

2000年我研发的无线扩频模块使威迪森即将在香港上市，公司上市规模达300亿元港币，但最后却被玩弄、抛弃了。众多精英的多年心血被毁于一旦，我还背了数年骂名。从中我也吸取了深刻的教训，在保证投资方利益的前提下在不同的产品层面上选择不同的投资商。并领悟到，争名逐利不如多做实事。让中国的产品提高性能、降低成本，在市场上具备更强的产品竞争力，才是一名中国工程师的本分。我们也会更理性地处理好与投资方的关系，只要双方建立在信任、负责的基础上，就没有解决不了的问题。

您刚才提到要做图像芯片，能具体谈一谈吗？

研发这款图像芯片的起因比较偶然。2003年为我们SoC配套的日本某芯片公司的显示芯片停产后，供货方提供的代用芯片既不能保证供货，价格又一涨再涨，于是“冲冠一怒”做芯片。这款图像芯片的研发工作已于去年8月完成，主要应用在嵌入式显示及视频领域，同时实现“视频信号交换机”的功能，一颗芯片就能完成任何制式模拟、数字视频信号的自由转换，同时可直接实现数字液晶电视、电视墙、画中画、TV-VGA、VGA-TV，包括模拟电视改装成液晶电视生产。具体来讲它有以下三种功能：第一，任意格式的视频信号进来，它能以你需要的任意格式转换过去。第二，把液晶电视所需要的技术集成进去。第三，针对具体应用预留各种接口，并内置了很多算法如电视墙的画面分割算法，能使电视墙的画面分割器价格由数万～数十万降到数十元。

您怎样评价中国的IC设计业？对于中国本土IC设计公司您有何建议？

政府在鼓励IC产业发展方面制定了很好的政策，但一些政策执行单位在具体执行时太过教条和呆板。如审批条件、鉴定程序流于形式，存在着不求有功但求无过的保守思想，这一点不利于小型和初创企业的产业创新。有些评审团的集成电路评审成员甚至连SiP这一名词都没听说过。这暴露出我们国家在产业政策的执行、监控以及专家评审团的素质建设方面还有待提高。此外，中国本土IC设计公司在吸引风险投资方面也面临一定困难。主要原因在于中国IC公司的市场化和风投体系尚不健全，特别是在机构诚信和个人诚信度的建立方面还需要一定时间。

IC设计公司要想在日益激烈的竞争中生存，首先要务实，只有实实在在做人，踏踏实实做事，练好内功，打好基础，提高技术水平，拥有自己的核心竞争力才能把企业做久、做大，切忌“杀鸡取蛋、急功近利”。第二，将设计与市场相结合，不能盲目地设计芯片。特别是在设计前期，围绕“实用、便宜”做大量的市场调研，充分考虑客户的需求。否则很可能是“捧着金碗讨残羹”。我建议工程师多与客户交流，不要只埋头做事。当然，对于客户反馈的信息也要冷静、理智、客观地分析。第三，广结人脉，充分利用各方资源，做好信息沟通和预测，及时把握热点技术和领域。第四，引入科学、规范的营销、管理模式。在选择投资方时，除了考虑其投资规模，也要考查其技术背景和营销水平。

教育背景：

1981-1985：解放军防空学院雷达专业本科

1986-1989：郑州大学物理系工业自动化研究生

2001-2006：东南大学移动通信国家重点实验室博士

获奖情况：

86年研制成功“战场数据分析系统”，获军区自动化二等奖，立三等功；

87年“高炮自动指挥系统”通过军区技术鉴定，获军队级科技进步三等奖，立二等功；

94年发明、研制成功“彩色传真系统”；被“人民日报”、“中国青年报”等报社采用。

98年研制成功“WDC无线数字扩频模块”，99年4月通过深圳市科技局鉴定，被首届“中国国际高新技术交易会”选为重点推介项目； 参展第一、二届“高交会”并获发明专利。

作者：郑丹、赵艳

EETimes-China

无线传感器网络的发展与路由需求

　1、引言

　　无线传感器网络（Wireless Sensor Network）是由大规模部署的成百上千的节点构成。这些微传感器节点具有感知能力、无线通信能力以及计算能力。无线传感器网络的发展得益于微机电系统以及处理器、存储技术的发展，这些发展使得制造低功率、微体积、低成本的微传感器节点逐步成为现实。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，各个节点能够协同地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并将处理后的信息传送到需要这些信息的用户（观察者）。

　　由于无线传感器网络具有可快速部署、可自组织和高容错性的特点，因此非常适合在军事上应用。比如通过飞机将传感器节点撒播在战场上，可以组成网络对战场中化学武器的使用、敌方车辆和士兵的运动进行及时的监测和报告。同时，无线传感器网络对于比较恶劣的环境和人不宜到达的场所也非常适用，比如荒岛上的环境和生态监控，原始森林的防火和动物活动情况监测，污染区域以及地震和火灾等突发灾难现场的监控。另外，它还可用于城市的交通监测，医疗机构的病员及环境监测，大型车间原材料和仓库货物进出情况的监测，以及机场、大型工业园区的安全监测。无线传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量信息。因此，这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。可以说无线传感器网络是信息感知和采集的一场革命，是21世纪最重要的技术之一。

　　2、无线传感器网络

　　在讨论无线传感器网络之前，有必要了解无线传感器网络的组成和协议框架。典型的无线传感器网络如图1所示。

图1　无线传感器网络的典型结构

　　无线传感器网络的协议框架如图2所示，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。物理层负责载波频率的产生，信号的调制、解调等；数据链路层负责媒体接入和差错控制，媒体接入协议可以在通信网络中确保点对点和点对多点的连接；差错控制则保证源节点发出的信息可以完整、无误地到达目标节点；网络层协议负责路由发现与维护，在无线传感器网络中占据着重要的地位，可以说路由协议的选择是无线传感器网络设计成功与否的关键。在无线传感器网络中，大多数节点无法与汇聚网关/节点直接进行通信，因此需要利用中间节点进行路由转发，以完成数据传送。基于网络组建的目的，需要在应用层上开发和使用不同的软件系统。应用层管理协议使低层的硬件、软件对于传感器网络的管理应用是透明的。当前主要的无线传感器网络协议有传感器管理协议SMP（Sensor Management Protocol），任务分配和数据通知协议TADAP（Task Assignment and Data Advertisement Protocol），传感器查询和数据分发协议SQDDP（Sensor Query and Data Dissemination Protocol）。

图2　无线传感器网络的协议框架

　　由于无线传感器网络通常是为特定应用设计的专用无线网络，其各层次的协议设计得以在能量分配、移动控制及应用优化等各方面优化，以获得网络的最佳性能。能量分配是延长网络可用时间的必要需求，由于无线传感器节点通常由电池供电，能量分配在网络设计中尤其重要。移动管理完成检测和注册传感器节点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器节点能够跟踪它的邻居。应用优化根据具体的应用需求，管理应用实施，并在一个给定的部署区域内达到平衡并调度应用任务的目的。

　　与现有的IP网络不同，传感器网的突出特色是以数据为中心，有处理能力和传输能力限制，这使得其设计与现有IP网络有很多不同。传统的Internet网络中为每个节点分配一个惟一的标识符，但在传感器网络中，由于传感器节点被大量部署，为每个节点维护一个全局惟一的标识符将会带来很大的额外开销。对于无线传感器网络而言，最重要的是传感数据能被成功地发送到观察者，而无线传感器网络节点的标识相对不太重要。

　　3、发展方向

　　大规模的传感器网络将产生海量的、各具特征的传感数据。通常传感数据经单跳或多跳路由的方式，被发送到数据基站节点（Base Station Node）或数据接收发器，进而传送到观察者（任务管理节点）。除了感知物理现象之外，传感器节点通常还需承担路由器节点的功能，为别的传感器收集到的传感数据提供转发功能。由于被感知的物理现象的周围可能存在多个传感器节点，因此传感器感知到的数据通常是非常冗余的，在适当的时机完成冗余数据的网内聚合（in-Network Data Aggregation），对于减少通信量、节省能源是非常重要的，而减少通信量、节省能源则是无线传感器网络长期依赖的重要发展方向。另外，近些年对无线传感器网络的研究 和实践表明，无线传感器网络还在向多应用和异构化方向发展。

3.1　多应用

　　随着无线传感器网络的发展，同一传感器网络将从支持单一应用向支持多种不同应用发展，大规模的无线传感器网络中将包括大量的异构的传感器节点。作为以数据为中心的网络，这样的无线传感器网络中将产生具有不同属性的、海量的传感数据。例如，在一个综合型大楼内采用大规模的传感网，可要求传感器网提供以下的服务：温度和湿度传感器负责监测大楼各部分的温度和湿度，并为中央空调提供调节的依据；需要移动目标监测传感器，监测大楼内部的人员分布情况，为分布式空调调节提供依据；需要视频传感器用于大楼安全。可以独立地部署这些传感器，也可以将不同的传感功能集合到同一传感器节点。所用传感器节点的功能不一定相同，它们产生的传感数据种类可能不同，同时由于需要满足不同的服务质量要求，传感数据的分发速率也可能不同。

　　3.2　异构化

　　随着无线传感器网的发展，传感器网内部的异构性（Heterogeneous）逐渐突出。除了传感器种类的不同导致传感数据种类不同之外，传感器节点的异构性还体现在节点的能源状况、通信能力、通信愿望、数据处理能力和数

　　4、路由需求

　　路由问题是无线传感器网络的一个非常重要的问题，长期依赖是无线传感器网络研究的重点。现有的路由方法可以从网络体系结构上分为两种类型：平面型路由和分级路由算法。

　　平面型路由算法中，采用多跳方式完成数据从源节点到基站节点的传送。节点不仅同构，并且承担相同的角色：既感知环境收集传感数据，又作为路由器完成路由查询和数据转发。平面型路由算法中，最著名的是基于谈判的SPIN算法和定向发布算法。

　　SPIN算法假定每个节点都是潜在的基站节点，需要将每个节点的传感数据向其它节点分发。用户在查询任意节点时，都能很快得到所需要的数据。 SPIN算法中引入了谈判机制，能够避免洪泛型路由为传感网带来过量的传感数据，从而节约能源。其改进算法SPIN-2能够根据自己的能源状况，决定是否减少参与转发其它节点的数据。SPIN最大的问题在于无法保证数据的送达。如果对某些传感数据感兴趣的节点远离感知数据的源节点，而源节点与目的节点之间的中间节点对这些数据不感兴趣，数据将不能被送达目的节点。所以SPIN算法不可能提供服务质量的保证。定向发布算法也是一种典型的多通路算法，采用洪泛的方式将查询注入网络，在产生传感数据的源节点和收集数据的基站节点间建立多条通路。多条通路的使用能够提高网络的可靠，提供鲁棒的数据路由。但是冗余数据在多条通路中传送会导致通信量大增，定向扩散算法引入了网内数据聚合来去掉冗余数据，减少通信量，节约能源。很多研究者在定向发布算法的基础上提出了改进，以提高能源利用率、降低能源消耗、防止部分节点的能源过度消耗。

　　上述的无线传感器网络中数据路由的研究主要针对同构的传感器节点相互协作，进行数据收集、处理和路由，完成传感任务。收集网络状态信息是实现数据路由的基础，但是网络的异构发展为异构无线传感网中收集网络状态信息带来了更大的挑战。描述异构的节点、链路的状态信息需要更多的数据量。由于整个网络中可能存在大量的传感器节点，对应着大量的资源状态信息，要将所有节点、链路的所有信息完整、及时地发送到每个节点是不现实的。在网络中发送洪泛信息将消耗大量的能源，甚至可能造成网络的拥塞，使异构无线传感器网络无法完成传感数据的传送。因此，研究高效、动态地汇聚、分发和更新网络资源状态信息的协议对异构无线传感器网络是非常重要的。

很多传感应用中对传感数据的路由有服务质量要求，比如监测环境温度的无线传感器网络，必须将感知到的异常的温度数据（比如火灾发生时）及时传送到观察者。如果不能及时传送到，观察者和决策系统就无法作出及时的响应，传感数据就失去了采集的意义。在同构的无线传感器网络中，在为有传输时延限制的传感数据寻找路由时，通常只需考虑通信链路的时延。在异构的无线传感器网络中，在选择路由时，还必须将潜在的通路中各个节点的不同通信能力、通信愿望以及通信链路的质量等因素纳入考虑范围。因此，需要研究异构无线传感器网络中支持服务质量的数据路由算法。

　　在无线传感器网络中，传感器节点经常由于环境的变化或电源耗尽而失效。同时由于传感器节点的通信能力有限，而无线传感器网又常常部署在 恶劣的环境中，传感器节点之间的通信容易受各种自然因素的影响而导致失败。这些都会导致网络拓扑的变化。异构传感器网络的信息是海量的，这些信息来源于异构动态变化的网络，存在大量的冗余数据和不可靠的数据，研究鲁棒路由算法，对支持传感数据被可靠、正确地转发到基站节点是非常必要的。在异构无线传感器网络中，不同的传感器节点可能具有不同的通信愿望和通信能力，这使得可靠、正确地发送传感数据变得更为困难。特别地，当缺乏网络状态信息（甚至有关信息有）时，异构无线传感器网络需要鲁棒性很强的路由算法来保证数据的可靠发送。

　　5、结束语

　　在本文中我们探讨了无线传感器网络的结构和协议框架，指出了现有传感器网络的发展已经显现了异构性和多应用化的发展趋势，分析了未来无线传感器网络的路由改进需求。

第四代移动通信系统研究

MIPS科技推出业界首款超过1GHz的完全可合成的32位处理器内核MIPS32 74K

MIPS科技日前宣布，推出下一代基于创新嵌入式微架构的处理器内核系列。MIPS32 74K内核是业界第一款完全可合成的32位处理器，能在TSMC 65nm工艺实现超过1 GHz的工作频率。MIPS长期授权商Broadcom公司已于1月份率先获得了74K内核授权，以继续推动其下一代面向商业、消费者和服务提供商市场的解决方案。

MIPS-Verified 74K内核是为数字和互联家庭的量产应用专门设计的，包括DTV、机顶盒、下一代DVD播放器/刻录机、宽带接入、PON、住宅网关和VoIP等所有MIPS占主导地位的市场。74K内核系列能与普通标准单元、存储器和EDA设计流程兼容，无需额外的物理IP或昂贵的结构化逻辑和定制设计流程。该处理器系列是为提供超强性能水平和满足今天复杂的SoC设计对尺寸和功率要求而优化设计的。

Linley Group首席分析师Linley Gwennap表示：“74K内核系列采用了之前从未在可合成内核中应用过的先进微架构技术，为授权设计提供了新的性能水平。MIPS能够在提供高性能的同时优化尺寸和成本，为SoC设计师提供满足下一代性能需要的有效选择。”

MIPS科技亚太区副总裁Mark Pittman表示：“数字设备的快速融合和IPTV、HD DVD、Blu-ray光盘和802.11n等新兴消费市场的出现，推动了对高性能、低系统成本和低功耗的需求。74K内核系列以同类产品中最小的尺寸提供了极高的性能和功效，有助于客户大大地缩短其设计周期，为市场带来了新一代强大的MIPS-Based产品。”

创新的微架构：为提高性能而优化

MIPS科技通过设计针对嵌入式市场的先进微架构，优化了74K处理器内核，使其获得突破性的性能和尺寸及功效。这一革命性的内核技术可与业界标准的24K、24KE和34K处理器软件和系统接口兼容，有助于SoC设计师利用他们现有的硬件基础设施。

先进的流水线设计最大限度地提高频率和架构性能

与传统的方式相比，74K内核采用了独特的无序分发和非对称双发组合的17段流水线，有助于实现更高频率、更高性能却只需更小面积和功耗的解决方案。无序指令分发使74K内核比有序处理器可执行多个指令，显著提高了性能和效率，甚至对现有二进制码也是如此。高效执行现有二进制的能力，结合使用原先的MIPS处理器内核相同的系统接口，有助于74K内核系列的无缝升级。

增强的DSP特性有助于提高性能

74K内核还采用增强的DSP指令，能够提高性能、降低功耗并在处理器中增加更多信号处理功能。MIPS DSP ASE修订2中的附加DSP指令可消除许多音频、视频和VoIP应用对独立DSP核的需求，从而减少芯片尺寸和系统成本并缩短设计周期。

74K内核结合了更高的频率、双发功能和增强的DSP指令，使各种DSP内部环路的速度比24KE内核提高了 60%。

74K内核的主要特性：

·高性能浮点单元

·两条流水线支持非对称双发

·先进的分支预测

·3 个 256 入口分支历史表

·8 个入口回程预测栈

·广泛的低功耗时钟选通：精细度、块级、顶级

·支持 L2 高速缓存 —— 包括MIPS SOC-it L2高速缓存控制器

关于MIPS32 74K内核系列

74K内核系列包括两款产品：74Kc基础整数内核和74Kf内核，后者增加了完全符合IEEE 754规范的高性能浮点支持。这两款74K内核都具有CorExtend功能，有助于SoC设计师增加其专有指令和紧密连接的硬件。

智原科技采用微捷码(Magma)的电路模拟器