【正文】 節(jié)點(diǎn)之間可以發(fā)送一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流。這樣接收機(jī)就能辨別發(fā)送的第二組信息。在之前的例子中開始位和結(jié)束位以黑體標(biāo)注。傳輸開始和結(jié)束時(shí)附加的1（或 0，根據(jù)奇偶校驗(yàn)位）告訴接收機(jī)字符來了，以及字符結(jié)束了。異步和同步數(shù)據(jù)傳輸異步傳輸使用開始位和結(jié)束位來表示傳送的開始和結(jié)束。然而這種傳輸模式只適用于近距離傳輸。由于傳送一個(gè)字節(jié)（8個(gè)比特）而不是1個(gè)比特，所以比串行傳輸快得多。這種方式可用于較遠(yuǎn)距離傳輸，因?yàn)橐粋€(gè)校驗(yàn)數(shù)字或奇偶校驗(yàn)位很容易在數(shù)據(jù)線上傳輸。數(shù)據(jù)傳輸類型串行傳送：在一根線路上一位一位地傳送比特。與數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)的一個(gè)概念是數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，使得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)清晰可懂。在近代的計(jì)算機(jī)時(shí)期，數(shù)據(jù)傳輸是運(yùn)用許多技術(shù)將比特流或字節(jié)流從一個(gè)位置傳送到另一個(gè)位置，這些技術(shù)如銅線，光纖，激光或者紅外光。Unit 42第二部分：數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸就是將信息從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方。這種調(diào)制也有幾種不同的方法，最基本的兩種是幅度調(diào)制和頻率調(diào)制。這一點(diǎn)非常有用，因?yàn)榈皖l的模擬信號不能在自由空間中有效地傳輸。例如，藍(lán)牙就是通過相移鍵控在不同設(shè)備之間交換信息的。調(diào)制傳輸信息的信號的形成稱為調(diào)制。這時(shí)，傳輸媒介被頻率分隔，每個(gè)信道接收一個(gè)單獨(dú)的廣播頻率。信道信道在傳輸媒介中分隔區(qū)域，以用于使傳輸媒介傳送多個(gè)信息流。這兩種網(wǎng)絡(luò)都需要中繼器，用于遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的放大或重建信號。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)或多個(gè)路由器組成，路由器正確地將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。這是數(shù)字信號相對于模擬信號一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)。在傳輸過程中，模擬信號中的信息會因噪聲而退化。在模擬信號中，信號根據(jù)信息而連續(xù)變化。通過無線電廣播的通信稱為廣播（一對多）通信，因?yàn)橥ㄐ攀窃谝粋€(gè)大功率的發(fā)射機(jī)和許多接收機(jī)之間。例如，移動(dòng)手機(jī)就是一個(gè)收發(fā)器。廣播塔是發(fā)射機(jī)，收音機(jī)是接收機(jī)，傳輸媒介是自由空間?；疽孛總€(gè)通信系統(tǒng)包括三個(gè)基本要素：采集信息并能將其轉(zhuǎn)換為信號的發(fā)射機(jī)，傳輸信號的傳輸媒介，接收信號并能將其還原為有用信息的接收機(jī)。在這個(gè)領(lǐng)域中早期的發(fā)明家有Alexander Graham Bell, Guglielmo Marconi 和John Logie Baird?；ヂ?lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)通信是眾多通信的一個(gè)例子。今天，遠(yuǎn)程通信很普遍的，助推這一過程的設(shè)備如電視，無線電和電話在世界的許多地區(qū)都已很普遍。常用的是在1到40GHz范圍。大部分射電天文學(xué)都是使用微波。美國航空航天局在20世紀(jì)70年代和80年代初期研究利用太陽能發(fā)電衛(wèi)星系統(tǒng)SPS的可能性，這種系統(tǒng)裝有大型太陽能陣列，通過微波向地球表面發(fā)送能量。許多半導(dǎo)體處理工藝用微波來產(chǎn)生等離子體，用于反應(yīng)離子蝕刻和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）。 有線電視和同軸電纜上的互聯(lián)網(wǎng)接入以及廣播電視使用一些低頻微波。IEEE 。 ~ GHz范圍內(nèi)我們可以發(fā)現(xiàn)許多國家（但不包括美國）的經(jīng)授權(quán)許可的遠(yuǎn)距離無線互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)。無線局域網(wǎng)協(xié)議，如藍(lán)牙和IEEE ，從20世紀(jì)50年代開始，人們用頻分復(fù)用在每一個(gè)微波無線電信道中傳送多達(dá)5400路電話，將10路無線電信道組合起來送到一個(gè)天線，發(fā)送到70公里以外的下一個(gè)中繼站。在光纖傳輸出現(xiàn)之前，大部分的長途電話都是通過各站點(diǎn)，像ATamp。比起其它無線電頻譜，微波頻譜有更寬的頻帶可以利用；頻率低于300兆赫時(shí)可用帶寬小于300兆赫，而在300兆赫以上可用頻帶達(dá)到幾個(gè)GHz。微波滲透的深度是依賴于食物的成分和頻率，較低頻率的微波穿透力更強(qiáng)。這種誤解源自微波在許多普通食物的表面穿透干燥的非導(dǎo)電物質(zhì)，因此比起其它方法來能在更深層堆積初始熱量。微波中的射線處理水粒子來烹調(diào)食物。一個(gè)常見的誤解是，微波爐從“從里面到外面” 徹底地烹調(diào)食物的。微波加熱有時(shí)被錯(cuò)誤地解釋為水分子的旋轉(zhuǎn)共振，而這種共振只能發(fā)生在數(shù)十千兆赫的高頻。旋轉(zhuǎn)分子撞擊其它分子使他們運(yùn)動(dòng)，這種分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱量。食物中的水、脂肪和糖分子在稱為電介電加熱的過程吸收微波波束的能量。這意味著它們是基于真空管發(fā)出的電子簇工作的，而不是用連續(xù)的電子流。器件基于電子管的器件是在受控制電場和磁場影響的真空內(nèi)由電子的沖擊運(yùn)動(dòng)而工作的，包括磁控管，速調(diào)管，行波管和振動(dòng)陀螺儀。微波范圍包括超高頻（UHF）（ GHz），甚高頻（SHF）（330GHz）以及極高頻(EHF）（30300 GHz）信號。赫茲構(gòu)建了在UHF頻段產(chǎn)生和檢測微波的裝置，首次證明了電磁波的存在。麥克斯韋于1864年根據(jù)他的方程組預(yù)言了電磁波存在，而微波只是電磁波頻譜中的一部分。詹姆斯MHz和300GHz之間的交流電信號” 。當(dāng)信號的波長和設(shè)備的尺寸大致相同時(shí)，儀器和技術(shù)可被描述為“微波”，因此集總元件電路理論不再準(zhǔn)確。然而，遠(yuǎn)紅外光，赫特輻射，微波，超高頻無線電波之間的界限相當(dāng)隨意的，在不同的學(xué)科領(lǐng)域有不同的用法。微波的波長范圍大約在30厘米（頻率= 1 GHz ）到1毫米（ 300 GHz）之間。由于沒有輻射邊緣之間的耦合，所以阻抗帶寬也比半波長全貼片窄。有時(shí)稱四分之一波長微帶天線為半貼片。半波矩形微帶天線沿其中心有一個(gè)虛擬短路平面。片狀天線能很容易地通過多個(gè)饋點(diǎn)或在非對稱片結(jié)構(gòu)上采用單一饋點(diǎn)設(shè)計(jì)成具有各種極化特性。這些狹縫就像一個(gè)陣列，當(dāng)天線使用空氣電介質(zhì)時(shí)方向性最好，但是當(dāng)天線的負(fù)載材料的相對介電常數(shù)增加時(shí)方向性會減弱。當(dāng)使用天線的傳輸線模型時(shí)這種情況并沒有發(fā)生，到了七十年代后期出現(xiàn)空腔模型時(shí)這種情況就顯現(xiàn)出來了。微帶天線的介電負(fù)載影響天線的輻射模式和阻抗帶寬。天線的諧振長度略短一些，這是因?yàn)檫吘増錾晕⒃黾恿颂炀€的電氣長度。當(dāng)空氣作為天線基底時(shí)，矩形微帶天線的長度大約為自由空間波長的一半。最普遍應(yīng)用的微帶天線是矩形貼片。以很少的額外成本，貼片陣列比單個(gè)貼片能提供更高的增益，用形成輻射電波的片狀微帶天線的同樣機(jī)理，可對印刷微帶天線的饋電結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配和相位調(diào)節(jié)。一個(gè)簡單的片狀天線可以提供最大為6~9dBi的定向增益。因?yàn)槠浜唵蔚亩S形狀，所以微帶天線的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)相對來說不算太貴。一些片狀天線為了避免絕緣基底，在接地平面的上空用絕緣逆電流器懸掛一個(gè)金屬貼片；這種結(jié)構(gòu)的魯棒性不是很好，但能提供更好的帶寬。片狀天線是一種窄帶寬波束的天線，通過將天線單元圖樣蝕刻到粘貼在絕緣基底上的金屬軌跡而制成，基底的另一面則粘貼連續(xù)的金屬層形成接地平面。Unit 32第二部分：微帶天線通信中，有幾種微帶天線（又叫印刷天線），其中最普通的是微帶片狀天線這樣，電磁場可以認(rèn)為是一個(gè)動(dòng)力學(xué)實(shí)體，它促使其它電荷和電流運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又受它們影響。一旦給定的電荷分布產(chǎn)生了電磁場，那么在電磁場中的其它帶電物體就會受到一個(gè)力的作用（就像行星受到太陽重力場的力一樣）。相對于測量電荷性質(zhì)的觀察者，電荷靜止時(shí)產(chǎn)生電場，電荷運(yùn)動(dòng)（產(chǎn)生電流）時(shí)產(chǎn)生磁場（和電場）。量子電動(dòng)力學(xué)是一種描述電磁輻射與帶電物體之間相互作用的量子場理論。例如在光電效應(yīng)中，即因電磁輻射而從金屬表面發(fā)射電子的現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)增加入射輻射的強(qiáng)度并無影響，只有輻射頻率與發(fā)射的電子有關(guān)。普朗克的關(guān)系式將光子的能量E及其頻率n 通過下式聯(lián)系起來E = h n ，其中h是為紀(jì)念馬克斯普朗克而命名的普朗克常量。離散結(jié)構(gòu)：電磁場可以一種比較“粗略”的方式來考慮。這個(gè)觀點(diǎn)在一定程度上（低頻輻射）是有用的，但是高頻時(shí)就有問題（如紫外災(zāi)難）。這時(shí)，能量可以看成是在任意兩個(gè)位置之間通過電磁場連續(xù)地傳遞。連續(xù)結(jié)構(gòu)：經(jīng)典地，電場和磁場被認(rèn)為是由帶電物體的平滑運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。從經(jīng)典的角度，電磁場可認(rèn)為使平滑、連續(xù)的場，以波動(dòng)方式傳播；而從量子力學(xué)的角度，場可看作是由光子組成的。電場是由靜止電荷產(chǎn)生的，磁場由運(yùn)動(dòng)電荷（電流）產(chǎn)生；這兩種（電荷）通常被描述為電磁場的源。它是自然界中四個(gè)基本作用力之一（其余為萬有引力，弱相互作用，強(qiáng)相互作用）。它會影響場附近的帶電物體的行為。通過直接將IP植入結(jié)構(gòu)中，相比將IP設(shè)計(jì)在基于單元的ASIC中，設(shè)計(jì)者又能節(jié)省時(shí)間和花費(fèi)。同樣的，為結(jié)構(gòu)化ASCI所使用的設(shè)計(jì)工具可以大大降低成本，并比基于單元的工具更容易使用，因?yàn)檫@些工具不必像基于單元的工具那樣執(zhí)行所有的功能。使得結(jié)構(gòu)化ASCI與門陣列不同的是，在門陣列中，預(yù)先定義的金屬層是為能更快地制造轉(zhuǎn)向而服務(wù)的。一種定義是這樣的：在結(jié)構(gòu)化ASIC設(shè)計(jì)中，器件的邏輯掩模層是被ASCI供應(yīng)商（有些情況下由第三方）預(yù)先定義的。在工業(yè)界這是一個(gè)相對新的術(shù)語，這也是為什么在它的定義上有一些不同。自動(dòng)布局工具使用起來快速且簡單，也提供了對設(shè)計(jì)的性能限制進(jìn)行人工優(yōu)化的可能性。缺點(diǎn)包括增加的制造和設(shè)計(jì)時(shí)間，增加的不可循環(huán)工程成本，更復(fù)雜的CAD系統(tǒng)，和對設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)熟練程度高得多的要求。這種轉(zhuǎn)變很大程度上是因?yàn)锳SIC器件能夠集成大量的系統(tǒng)功能模塊，以及片上系統(tǒng)所要求的（功能）比僅僅邏輯單元多得多。這些器件可由用戶編程，使工具作業(yè)費(fèi)用最低，以略為提高的零件價(jià)格獲得可比的性能。門陣列ASIC是一種折中方案，因?yàn)閷⒛骋唤o定的設(shè)計(jì)與制造商庫存的晶片相對應(yīng)總是不可能達(dá)到100%利用率的。然后在物理設(shè)計(jì)過程中定義最終設(shè)計(jì)的連接。重要的差別在于標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)使用制造商的單元庫，這些庫已用于數(shù)以百計(jì)的其它設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，因而比起全定制設(shè)計(jì)來風(fēng)險(xiǎn)小得多。當(dāng)這項(xiàng)測試完成時(shí)，光掩模信息將被公布用于芯片制造。對于數(shù)字電路，這將被進(jìn)一步對應(yīng)為延遲信息，這些評估將用于最后一輪的測試。這個(gè)過程的輸出是一套光掩模使半導(dǎo)體制造產(chǎn)生實(shí)物的IC。－　路由工具獲取標(biāo)準(zhǔn)單元的物理布局，并利用網(wǎng)表來創(chuàng)建它們之間的電連接。努力尋找一種標(biāo)準(zhǔn)單元的布局服從各種規(guī)定的約束。所產(chǎn)生的所有標(biāo)準(zhǔn)單元，加上連接他們所需要的導(dǎo)線稱為門級網(wǎng)表。這些構(gòu)成的元素是從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元庫中得到的，這個(gè)庫由事先規(guī)定好的門電路集合構(gòu)成，例如2輸入或非門，2輸入與非門，非門等等。利用例如Virtutech’s Simics工具，用軟件構(gòu)建的虛擬系統(tǒng)能以高達(dá)每秒數(shù)十億條模擬指令的速度來模擬ASIC的功能。這一過程常被稱為RTL（寄存器傳送級）設(shè)計(jì)。－ 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建對ASIC芯片的描述并使用HDL語言實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。以工業(yè)界普通的熟練水平實(shí)現(xiàn)的這些步驟幾乎總是產(chǎn)生能正確實(shí)現(xiàn)原設(shè)計(jì)的最終器件，除非后來在物理制造過程中引入了缺陷。這就使得稱作標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法成為可能。直到80年代后期，邏輯綜合工具，比如設(shè)計(jì)編譯器，開始向廣大設(shè)計(jì)者提供。標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)就是利用這些功能塊來實(shí)現(xiàn)很高的門密度以及良好的電性能。解決這個(gè)問題的一個(gè)方法是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)元件，這一問題也帶來了更高密度的器件。盡管有第三方設(shè)計(jì)工具，但第三方設(shè)計(jì)工具和不同的ASIC制造商的布線以及實(shí)際半導(dǎo)體工藝過程的性能之間卻缺乏有效的聯(lián)系。之后的版本變得更通用，有適應(yīng)用戶的包含金屬和多層硅的不同基底，有些基底包括RAM單元。通過改變金屬互相連接掩模產(chǎn)生了定制。歷史最初的ASIC使用門陣列技術(shù)。不能循壞的工程費(fèi)用（建立工廠生產(chǎn)特定ASIC的成本）可能會達(dá)到數(shù)十萬美元?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是7400系列和面包板的現(xiàn)代版，它包括可編程邏輯塊和可編程的模塊之間的相互連接，使得相同的FPGA能夠用于許多不同的場合。這樣的ASIC經(jīng)常被稱為SoC（片上系統(tǒng)）。隨著逐年來特征尺寸的縮小和設(shè)計(jì)工具的改進(jìn)，ASIC中的最大復(fù)雜度從5000個(gè)門電路增長到了1億個(gè)門電路，因而功能也有極大的提高。比如，一片僅被設(shè)計(jì)用于運(yùn)行蜂窩式電話的芯片是專用集成電路（ASIC）。CMOS集成電路包含了NMOS和PMOS兩種晶體管。N溝道FET是采用NMOS工藝生產(chǎn)的，而P溝道FET是采用PMOS工藝生產(chǎn)的。雙極工藝生產(chǎn)出來的是BJT（雙極型晶體管），而MOS工藝生產(chǎn)出來的是FET（場效應(yīng)晶體管）。每年研究人員和工程師都在尋找新的方法來不斷減小這些元件的大小，以便在同樣面積的硅片上集成更多的晶體管。作為參照，一根人的頭發(fā)其直徑大約為100微米。根據(jù)制造集成電路的技術(shù)水平的不同，在這種小片上可能有幾十個(gè)到幾百萬個(gè)晶體管，電子器件這種令人驚異的密度表明那些晶體管以及連接它們線是極其微小的。IC包含按照形成電路所要求的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連在一起的許多小元件，而無需再將分立元件的導(dǎo)線焊接起來。這個(gè)發(fā)明就是集成電路，或IC，是我們現(xiàn)代電腦化世界的基礎(chǔ)。將多個(gè)晶體管組裝在一個(gè)電路上的唯一方法就是購買多個(gè)分離的晶體管，將它們連在一起。電路會工作，但任何實(shí)質(zhì)性的數(shù)字邏輯（電路）都將十分龐大，因?yàn)橐诟鞣N邏輯門中每實(shí)現(xiàn)一種都需要多個(gè)晶體管。在這封裝里一些短線連接半導(dǎo)體夾層和從封裝內(nèi)伸出的插腳以便與（使用該晶體管的）電路其余部分連接。這種小燈泡數(shù)以百萬計(jì)地被制造出來，有各種各樣的應(yīng)用，從電話機(jī)到交通燈。二極管的作用就像一個(gè)單向閥門，由于電流只能從P流向N。它被叫做N溝道是因?yàn)闁艠O電壓誘導(dǎo)基底上的N通道，使電流能在兩個(gè)N區(qū)域之間流動(dòng)。圖示的FET是N溝道的場效應(yīng)型晶體管，它由兩塊被P型基底分離的N型組成。BJT是NPN晶體管，因?yàn)橛蒒—P—N摻雜硅三層構(gòu)成。不同摻雜的半導(dǎo)體層形成的三明治狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)晶體管，最常見的兩類晶體管是雙極型晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET）。半導(dǎo)體通過摻雜可以包含更多的電子（N型）或更少的電子（P型）?？墒拱雽?dǎo)體像金屬那樣導(dǎo)電，或者像非金屬那樣絕緣。查閱大學(xué)化學(xué)書中的元素周期表，你會查到半導(dǎo)體是介于金屬與非金屬之間的一類元素。通過多個(gè)晶體管的組合就可以構(gòu)成數(shù)字邏輯模塊，如與門和觸發(fā)電路等。Unit 2 集成電路Unit 21第一部分：集成電路數(shù)字邏輯和電子電路由稱為晶體管的電子開關(guān)得到它們的（各種）功能。5. 數(shù)字傳輸?shù)耐酵ǔ?yīng)用鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)。如果環(huán)路具有大的帶寬，振蕩器檢測出自已的噪聲，其輸出被大大凈化。2. 鎖相環(huán)可用作頻率解調(diào)器，鎖相環(huán)在其中比傳統(tǒng)的鑒頻器具有更優(yōu)越的性能。飛船上的相干應(yīng)答器必須如此工作以使輸入和輸出頻率嚴(yán)格地成m/n的比例關(guān)系，此處m和n都是整數(shù)。其它應(yīng)用以下的應(yīng)用闡述了目前鎖相技術(shù)的一些應(yīng)用，這些應(yīng)用將在本書其他章節(jié)進(jìn)一步討論。對于多普勒信號，用于確定飛船速度的信息是多普勒頻移。而且，非常窄的帶寬也能方便地獲得（對于空間應(yīng)用典型的是３到1000Hz）。一個(gè)可用的窄帶濾波器必須有跟蹤信號的能力。這是無法接受的，也就是要使用窄帶的鎖相跟蹤接收機(jī)的原因所在。75kH