电子技术发展

（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。
为夺得空间科技的 领先地位，美国政府于 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。
电子技术的发展历史及现状
安晓峰 An-xf@163.com
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
一、电子技术发展的里程碑
（一)必不可少的一步——电子管的问世 1、1883年-1904年，电子管的问世阶段；
1883年 爱迪生 奇特的现象 1884年 弗莱明 白炽照明灯 电子云 爱迪生效应
3、DSP的市场规模
（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，在看好GSM移动电话市场的同时， 已经将目光移向下一代移动通信系统CDMA。在下 一代ADSLModem的开发工作中，朗讯也不甘示弱， 目前已投入该市场。
（三）现代电子技术的基础
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
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）现代电子技术的基础
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 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
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。”
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10－50倍。
在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、 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。
高频整流器
20世纪初
有线电报
高频无线电波
整流
声音
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 年产10亿只无线电电子管
推动了无线电电子学的蓬勃发展
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。
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％）。
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。
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。
早在30年代 ，模仿制造真空三极管的方法来制造 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。
（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。
（一）数字信号处理器DSP
1、DSP的发展历程 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。
1、DSP的发展历程 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。
80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速 度进一步提高，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
பைடு நூலகம்
（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。
（三）现代电子技术的基础
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。
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。
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。
2、DSP的应用领域
DSP应用广泛，主要应用市场为 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％。
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。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。
3、DSP的市场规模
2、DSP的应用领域
（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。
（二） 三条腿的魔术师
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1950年，人们才成功地制造 出第一个PN结型晶体管。
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： ①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 , ②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。 ③晶体管不需预热，一开机就工作 ④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。