帧中继技术的发展及应用

第一篇：帧中继技术的发展及应用

帧中继技术的发展及应用(上)

江苏电信管理局 薛兴华

随着电信网数字化程度的迅速增大和计算机网络业务的不断普及,专用通信网的传输速率明显提高,数据通信量迅速增大,如电子数据交换(EDI)、文件传送、传真和计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM),以及个人计算机网络的普及应用,产生了以一种无法预见的传输方式传送大量高速数据的市场需求。传输容量的易变性使得低成本、高效率传输成为一场挑战。虽然公用电信网线路和交换电路在质量上已有了重大进步,数字通信链路得到广泛使用。但目前使用的X.25分组交换网业务仍存在传输速率、网络时延、响应时间和吞吐量等均不能适应局域网(LAN)远程互联需要的问题,这时帧中继应运而生。帧中继是一个为突发数据应用而设计的新兴的网络访问协议。它主要有4个重要特征:高传输速率、低网络延迟、高连通性、高效带宽利用,帧中继专门针对于采用面向包的技术进行数据传输的网络。它经过特别设计以解决可变长度的突发数据和不可预见信息的问题。

一、帧中继技术的发展

近几年,帧中继在个人计算机应用中取得惊人的发展,导致了一场脱离分级终端——主机计算的变革。实际上,主机变成数据库服务器,它不仅对笨拙的终端设备进行数据存取,而且也针对PC机和工作站进行数据存取。局域网将这些台式PC机互连起来。但是互联处于不同地域的局域网通常要用到广域服务。首先,用户希望通过广域服务互联局域网,同时仍能保留在纯局域网环境下享有的同样的性能和灵活性。其次,广域网的带宽要比局域网带宽昂贵得多。广域网的线路细而长,也就是说,它们信道中的信息比局域网要少,而且由于更长的延时,从而限制的吞吐量。

另一种趋势是:数据传输流量动态的改变。各类新兴数据业务的应用,从大型文档的传送到图形图像应用都是造成这种变化的原因。单就图像应用而言,医生们现在使用图像来传送X光和CAT扫描、保险代理商用它来发送保险申请、而银行则用它减少各类单据,每一项应用都使得对患者、保险订户和银行客户准确而及时地交换重要信息成为可能。这类应用以不可预见方式传送高速、高带宽的突发信息,同时也不允许通过广域网链路时有过多的延时。要能按需要提高容量带宽,设计帧中继就是专门满足这类需求的网络接口。

帧中继是一种简化的X.25协议。它舍去了协议的分组层,采用物理层和链路层两级结构。尽管在网络中它们与数据通信的特点有许多共同之处,协议是一套控制各设备之间信息传送的约定的格式和规程。它们是组建通信线路和确保数据接收与数据发送一致的规则。

作为一个协议,帧中继不仅能建立联接(呼叫)方式,而且能通过这些联接进行数据传送。呼叫的建立存在于OSI模型的第三层(网络层),但是一旦联接建立,工作的主要部分——数据传输便开始了。这时,便展示了不同的协议的用途。从此在帧中继中只使用部分数据链路层(第二层)和全部的物理层(第一层),数据的传输比使用更复杂的协议效率高得多。

帧中继是依靠端到端的协议执行重新发送和差错恢复功能的,因此在网络网点处不需要进行处理操作,因而整个网络没有延时,所有正确的帧在通过网络接口时处理得非常迅速。坏帧则被直接丢弃,然后由端系统重新发送这些帧。这种能力使得在帧中继网点的数据通过速度更快,允许提供更高的数据容量和更大的信道速率,而不必增加设备成本或规模。

象X.25一样,帧中继是面向包的网络访问协议,适用于突发数据的应用。面向包的技术在今天的网络中起着重要作用。一个时分多路复用器(TDM)将带宽分为时隙,并将一个时隙分配给输入复用器的每个信道。因此,如果一个信道需要64kB/s的带宽,这段带宽甚至在信道上没有信息传送时仍能被进行地址分配并保持稳定。其他信道不能使用未用的带宽。这意味着带宽的大部分经常被闲置不用,也意味着如果数据信息需求发生变化时没有办法分配更多带宽给单个信道并改变响应时间。

相反,面向包的协议提供一种灵活的带宽分配方法:根据需要对不同的信息而进行带宽分配,而不是通过固定的信道分配。这类协议将数据连同辅助信息一起组成若干独立的数据包或帧,而不是永久地放弃带宽。这使得从几个不同信息源传输来的信息流逻辑上复用单一的入网接口。带宽一旦可用,数据包就能通过接口进行传送。

帧中继能够适用任意一种网络,但它最适用于基于包的网络产品,这是因为帧中继加快了涌入广域网数据的不规则突发的进程。在一个电路交换T/E网络中,带宽被分给固定的信道配置;另一方面,在一个基于包的T/E网络中、带宽按需分配,使得它更适合突发传输的应用。总之,帧中继指的是通过数字网接口传送“帧”或信息块的技术,该数据网接口采用为每一帧分配的连接编号来区分单个连接。在网络的边界,这个编号可区分信息源和终端目标。路由选择是由网络在端的基础上加以控制的,但是并不执行链路到链路的纠错和重发。相反,在网络的每一端由更高层的协议保证数据的完整性。实际上,帧中继允许数据信息沿网络“高速公路”快速传输,以最少的处理通过交换网点,目前它以高达2MB/s的速度传输,以减少吞吐延时并支持数据。(未完待续)

帧中继技术的发展及应用(下)

江苏电信管理局 薛兴华

二、帧中继技术应用

1.帧中继和信元中继

新兴的宽带网络是从时分交换传输发展而来的。它是针对种种被称作快速包交换、信元中继和ATM(异步传输模式)这类方法的。这些都是基于包的协议、意味着信息是以小型数据包形式传输的。实际上,帧中继和信元中继都属于快速包技术,它们互不排斥。信元中继标准支持声音、数据、图像及视频,它是新兴的宽带ISDN(综合业务数字网)服务的核心。由于帧中继和信元中继都是基于包的协议,两者都是按需合理分配带宽,不同之处在于帧中继是一种只针对数据流量的网络访问协议,而信元中继是通过一个高速广域主干网为传输数据、声音和图像信息流而设计的一种交换方式。它们使用现有设备的标准接口,信息流通过广域网的传送效率是最高的,特别是在帧中继接口处开始的动态带宽分配是通过信元中继网络进行的。帧中继数据也能够利

用信元中继主干网络的逻辑连通性和路径选择特性。信元中继能使中间节点的处理过程减至最少,因此它是低成本高效率的。

2.帧中继和X.25

帧中继和X.25在网络上各自发挥着至关重要的作用。因为帧中继和信元中继两者都是面向包的网络访问协议,而且都是基于虚拟电路的。虚拟电路是介于两个端点之间的逻辑连接而不是物理连接,借助虚拟电路我们能通过任意的物理路径建立起多个逻辑连接。

网络技术发展到现在,已能够使X.25的用户把帧中继的优点应用到他们所使用的X.25上。目前,凭借当今高质量、高速度的数据传输设备,硬件自身便可以完成更多的处理过程。帧中继为主干网络提供快速高效的访问,而目前的X.25产品能为异步协议提供端对端的差错恢复功能,为各类非标准的专用协议提供协议转换,同时也能提供大量有自动控制的管理业务,例如帐单统计结果的收集。

目前,X.25设备的安装配置甚为庞大,这些网络现在就能够从帧中继受益。例如:假定有一个在偏远地区使用X.25设备的机构,它通过帧中继接口把这些设备集中到一个专用主干网络中使用。X.25设备充当低成本、高性能的子程序进入点,并在低速模拟电路末端修正误差;而后帧中继为进入主干的X.25馈线上的所有数据提供高速访问。因此,通过减少对交换机和子网络的依赖,帧中继可以减缓当前数据网络的折旧、并能在混和语音/数据网络上提供更大的数据吞吐量。因此,不必改变网络的所有配置,就能获得更好的网络性能。

3.帧中继和电路交换构成网络的另一种形式——电路交换,作为数据访问协议的作用,在使用高速电路访问公用网络的地方特别适用,这种高速电路采用时间分割多路复用(TDM)标准(例如T1/D4或E1/GT·704)。电路交换器允许每条话音和数据信道的一定数量的带宽连接到网络上,这表明帧中继接口能够有效地处理与其分得的带宽数目一样多的数据流突发。帧中继应用时,有一半带宽分配给专用的话音和电路数据信道,而另一半带宽转而分配给帧中继虚拟电路的一个独立信道组。这样就有几点好处:首先,帧中继可利用的突发带宽比独立数据信道所提供的带宽多;其次,帧中继电路的数据信息流可被交换且与纯电路数据流无关,这样就使得数据在电路发生故障时可以改道传输。因此,依据现行电路的配置、数据将不得不花费更多排队等候时间,所以利用这种方法会产生更多延时。此外,同时使用两种不同交换技术会在中间接点处产生更多的延时,到达节点的数据流必然会利用电路交换技术进行多路传输,通过帧中继部件进行交换,然后再重新进行多路复用。

4.帧中继和局域网互连

使用帧中继连接局域网有很多好处。帧中继接口标准的发展是减少局域网互联费用的关键。80年代初,开始应用包交换技术时,世界上各大公司的局域网数量很少,社会上对在广域网和局域网之间传输大量突发数据的技术需求不强烈。不久,人们便开始把分布式处理技术视为提高生产率的手段。于是世界各大公司内各部门间的局域网

数目暴增,迫切需要将这许多的局域网有效地互联起来。这样就产生了帧中继。帧中继在广域网上为局域网桥和路由器提供高性能的单线接口,而最终获得更先进的功能项目。

在典型的局域网互联应用中,局域网桥和路由器是通过在互联的局域网设备之间连接一些租用线电路的方法工作的。尽管这样在局域网之间实现了连接,但是增加了基本线路和硬件的费用,否则应使用更低速的电路以降低这些费用。这样网络的帧中继接口能为局域网提供更高速的互联,而且单线访问减少了线路费用和硬件费用。

5.帧中继和ISDN

综合业务数字网(ISDN)是一种全数字网络,它采用单独的一套接口标准,并允许用户使用一系列当前专用的通信服务,其目的是提供全球范围内的端对端的数字连接。ISDN接口是为支持承载能力,和信令信息而设计的。目前,只有使用电路交换和低速包这类混和技术的窄带服务能够实现,可提供高达2MB/s的速率。今后还可以利用基于快速包的高速宽带ISDN服务。

帧中继能通过ISDN服务来传输数据,ISDN服务能以64kB/s、384kB/s和1536kB/s速率提供电路交换连接。事实上,帧中继与ISDN可以兼容和互补。

三、帧中继网络的用户接入

1.用户—网络接口及接入规程

帧中继业务是通过用户设备和网络之间的标准接口来提供的,该接口称为用户-网络接口。

在用户-网络接口用户一侧是帧中继接入设备,用于将本地用户设备接入帧中继网。帧中继接入设备可以是LAN设备(例如网桥、路由器或网关)、前端处理机、集中器及传统的PAD等。

在用户-网络接口网络一侧是帧中继网络设备,用于帧中继接口与骨干网之间的连接。帧中继网络设备可以是电路交换,也可以是帧交换或信元交换。

CCITT(ITU-T)、ANSI和帧中继论坛各自制订了其有关用户—网络接口的标准,如下表所示。用户接入帧中继网时,应符合其中一种标准。表 帧中继UNI的相关标准

ITU-T将其各个标准中有关帧中继UNI接口的部分综合,并加以适当增补,形成建议X.36——“通过专用电路提供帧中继数据传输业务的公用帧中继网使用的数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)之间的接口。”

2.用户接入电路及速率

目前,大部分用户采用直通用户电路接入帧中继网,也有些用户通过电话交换电路或ISDN交换电路接入。其方式有:

(1)二线(或四线)带调制解调传输线方式,支持的用户速率由线路长度、调制解调器型号决定。适用于速率较低(如9600B/s、14.4kB/s、19.2kB/s)、距帧中继网络设备较近的用户。

(2)基带传输方式,用户速率通常为16kB/s、32kB或64kB/s。这种基带传输设备中还

可具有TDM复用功能,为多个用户入网提供连接,复用时需留出部分容量供网络管理控制使用。

(3)为节约用户接入线路,可采用基带传输加TDM复用传输方式。这是在基带传输的基础上(如64kB/s基带)加上TDM复用为多个用户入网的传输方式。

(4)2B+D速率线路终接(LT)单元传输方式,可为多个用户提供入网。

(5)PCM数字线路传输方式。该方式可连到用户的光缆与其他业务合用,占一路2048kB/s接入公用帧中继网。

目前,国际上有些网络运营公司也以拨号接入帧中继网的方式提供通过电话网交换电路。这种方式需要在网络设备中加入特殊的处理模块,技术较为复杂,在当前只提供PVC业务的情况下应用减少。将来提供SVC业务后,使用这种电路接入方式的用户将有所增加。国外帧中继网络公司允许用户接入速率一般最低为1200B/s,最高为2MB/s,某些生产厂商已能提供E3(34368kB/s)的接口。由于帧中继业务自身的特点,目前大部分用户的接入速率都在56kB/s～2MB/s范围内。随着业务发展帧中继作为ATM的接入网,用户接入速率将大大提高。

3.用户接入方式

用户接入帧中继网的主要形式有如下几种:

(1)局域网(LAN)接入

LAN用户一般通过路由器或网桥接入帧中继网,其路由器或网桥具有标准的UNI接口规程。当LAN的服务器具有标准的UNI接口规程时,LAN用户可以通过服务器接入帧中继网。LAN用户也可通过其他帧中继接入设备(如集中器、PAD、规程转换器等)接入。

(2)计算机接入

这里计算机的概念既指一般的PC机,也包括大型主机。大部分计算机是通过帧中继接入设备,将非标准的接口规程转换为标准的接口规程后,接入帧中继网的。例如,若干台PC机通过一个PAD接入,主机通过其前端处理机接入。如果计算机自身具有标准的UNI规程,也可作为帧中继终端直接接入帧中继网。

(3)用户帧中继交换机接入公用帧中继网

用户专用的帧中继网接入公用帧中继网时,将专用网中的一台交换机作为公用帧中继网的用户,以标准的UNI规程接入。

用户接入帧中继网,由于具体应用及用户设备、接入设备、传输线路等的不同,用户采用的接入电路、速率,特别是接入方式是多种多样的,和其他业务(如分组交换、语音)混合使用时更是如此。实际接入时,用户可从自身业务需要、业务特点、价格、现有设备等多方面考虑,选择经济合理的接入方式、速率、CTR等。

第二篇：无线光通信技术发展及其应用

无线光通信技术发展及其应用

一、无线光通信技术发展历史

光在空气中直接传输的通信方式称之为无线光通信。也就是利用激光束作为信道在空间（近地或外太空）中直接进行语音、数据、图像等信息双向传送的一种技术。又称为“自由空间光通信”（Freespace opticalunicanon）或虚拟光纤（VirtualFiler）。无线光通信的出现比无线电通信要早得多。在两千七百年前的周幽王时代，就有了利用烽火台通信的方法。这是人类最早利用无线光通信的典型方式。后来，虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高，但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用，例如红黄绿交通信号灯、旗语等。不论是烽火台，还是交通红绿灯、旗语，它们都是利用大气来传播可见光，由人眼来接收。这些都是非常原始的无线光通信方式。其后许多年，无线光通信几乎没有什么太大的发展。

尽管如此，人们仍然没有对无线光通信失去兴致。以发明电话而著名的贝尔，在1876年发明了电话之后，就想到利用光来通电话。1880年，他利用太阳光作光源，大气为传输媒质，用硒晶体作为光接收器件，成功地进行了光电话的实验，通话距离最远达到了213m。1881年，贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文，报导了他的光电话装置。在贝尔本人看来：在他的所有发明中，光电话是最伟大的发明。这被认为是近代无线光通信的开始。1930年至1932年间，日本在东京的日本电报公司与每日新闻社之问实现了3 6kn，的无线光通信，但在大雾大雨天气里效果很差。第二次世界大战期间，无线光电话发展成为红外线电话，因为红外线肉眼看不见，更有利于信息保密。

利用光在大气中传送信息方便简单，所以人们开始研究的光通信都是这种方式。但是光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况，信号传输受到很大阻碍。此外，太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作为通信的光源，因为从通信技术上看，这些光都是带有“噪声”的光。也就是说，这些光的频率不稳定、不单一，光的性质也很复杂。因此，要用光来通信，必须找到高强度的、可靠的光源。在此后的几十年中，由于这项关键技术没有得到解决，无线光通信就一直裹足不前。也正因此，贝尔的光话始终没有走上实用化的阶段。

1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了红宝石激光器，从此人们便可获得性质与电磁波相似而频率稳定的光源。激光器的发明对无线光通信的研究工作产生了重大的影响。研究现代化无线光通信的时代也从此开始。20世纪60年代后，随着人们对通信的要求变得越来越强烈，无线光通信获得了突飞猛进的发展。许多实验室用氢-氖气体激光器做了传送电视信号和20路电话的实验。也有的公司制成了语言信道试验性通信系统，最大传输距离为600米。到70年代初无线激光通信己进入应用发展阶段。然而1970年半导体激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破，使光纤通信开始从理想变成可能，这立即引起了各国电信科技人员的重视，他们竞相进行研究和实验。1977年，世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb/s。这也同时标志着无线光通信的研发开始转向外太空光通信，近地的无线光通信工作几乎停滞。20世纪90年代后期，随着全光接入网的发展，对固定无线应用的关注和对高速率的要求，无线光通信技术因其具有独到的优势，在固定无线宽带接人技术中，能为宽带接人的快速部署提供一种灵活的解决方案，又得到了极大的关注。其应用范围己从军用和航天逐渐迈人民用领域，技术也在得以逐步完善。

二、基本工作原理

1880年，贝尔的光电话用弧光灯或者太阳光作为光源，光束通过透镜聚焦在话筒的震动片上。当人对着话筒讲话时，震动片随着话音震动而使反射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化，从而使话音信息调制在光波上。在接收端，装有一个抛物面接收镜，它把经过大气传送过来的载有话音信息的光波反射到硅光电池上，硅光电池将光能转换成电流。电流送到听筒，就可以听到从发送端送过来的声音了。这是无线光通信的基本工作原理。现代无线光通信设备的每一端分别包括专用光学望远镜、激光收发器、线路接口、电源、机械支架等部分组成。一些厂商的设备还包括伺服机构、监控装置、微波备份及远程管理软件等部分。

激光收发器的光源主要采用LD和LED，其中的LD多采用铝砷化钾二极管、DFB，接收器主要采用PIN或APD。

三、技术优势与劣势

1、技术优势 相对于常用的数字微波、铜缆数字用户线、光纤等其他几种接入方式，无线光通信主要优势有：①良好的安全保密性，由于激光的高指向性使它的发射光束极窄，方向性很好。通常激光光束的发散角都在毫弧度，甚至微弧度数量级，因此具有数据传递极高的保密性。②无微波频段的许可证，因为无线光通信的工作频段在350THz，设备间无射频信号干扰前无需申请频率使用许可证。③运营成本相对低廉，由于无须进行昂贵的管道工程铺设和维护，使得其造价约为光纤通信工程的五分之一。④架设迅速无线光通信架设、组网速度快，只须在通信节点上进行设备安装，工程建设以小时或天为计量单位，尤其适合作为光纤通信的应急故障后备及临时构造大容量的通信链路。重新撤换部署也很方便。⑤透明的传输协议对于任何传输协议均可容易的迭加，电路和数据业务都可透明传输。⑥设备尺寸小，由于光波的波长短，在同样功能情况下，光收发天线的尺寸比微波、毫米波通信天线尺寸要小许多，同时功耗小，体积小，重最轻。⑦信息容量大，光波作为信息载体可轻易传输高达10Gb/s的数据。目前已经商用无线激光设备，最高速率已达2 5Gb/s。实验室里最高传输速率已达160Gb/s。

2、技术劣势

当然，无线光通信也有其固有的劣势：①天气影响通信质量天气因素尤其是大雾、沙尘暴等所引起的光的色散、漫反射将极大影响光通信的质量。②通信距离受限目前用于近地的民用无线光通信的设备所能达到的距离受人眼安全的发射功率、成本、数据速率、天气条件等的限制，一般为100m-5kmm，延长传输距离也可以通过建立中继站的方法。③只能在视距范围内建立通信链路两个通信节点之间视距范围内必须无遮挡。对于中间存在障碍物而不可直视的两点之间的传输，可以通过建立一个中继站实现连接。④安装点的震动影响楼顶摇晃、振动可能会影响两个节点之间的激光对准，使通信质量下降甚至暂时中断。⑤意外因素可能使通信链路中断如飞鸟等障碍物经过链路空问，通信可能会瞬间中断。

总之，由于无线光通信设备固有的特点，在众多接入方式中具有比较明显的优势。

四、应用领域

与传统的租用线路比较，无线光通信综合了光纤通信与微波通信的优点，根据其最大优势（宽带宽）与最大劣势（短距离），定位在城域接入网、交换机和移动基站等设备的连接、闭路监视系统、广播电视信号的单、双工的传输中使用。可以很灵活的接人数据、话音、视频业务。其益处在于长期费用的节约和对数据吞吐能力的增长。目前的主要应用场合包括：①对于特殊要求的线路进行冗余备份以及应急时链路和意外恢复：在突发的自然或人为意外灾害中，原有通信线路被破坏，难以立即恢复时，或者在一些特殊地方发生突发事件，需要应急通信，采用无线光通信进行快速的部署。②提供室内外、临近局域网之间的互连互通：当分布在两座楼宇之间的办公室需要建立一条企业内部通信链路，受价格、带宽、线路资源等因素和其他通信方式不能较好地解决时，采用无线光通信就可快速解决。③解决综合业务网（FSN）接入的“最后一公里”：对智能小区的宽带接入，大企业Intmnet的互连，校园网的互连，大客户的宽带接入等提供一种快速灵活的方案，可提供2Mb／s～2.5Gb／s的带宽。④在不具备接入条件或带宽不足时提供高效的接入方案：在通信链路跨越高速公路、铁路、河流、峡谷、海湾或拥挤的城区时，由于地理条件的限制无法敷设光纤线路时，采用无线光通信可以有效解决。⑤用于移动通信蜂窝网基站与交换中心的互联。⑥用于一些大型集会如运动会、展览会、庆祝会等需要快速建立一些临时链路用于现场通信的场合。

五、结束语

无线光通信填补了受频率资源许可、价格、带宽等限制的无线通信方式与受地形、建网时间等特殊限制的光纤通信方式之间的空白。在一些情况下可以解决其他方式无法解决的问题。可以灵活、快速地以较小的投资建立宽带通信链路。因此，在调查和了解使用过程中的不同条件和要求如传输的距离、速率、误码率、可通率以及当地的鸟群和气象条件如降雨、雪、雾、沙尘的天数及程度等情况下，可以充分考虑利用无线光通信的方式组阿，迅速建立一个有效覆盖且能够为用户提供端到端的综合接入服务能力的宽带接入网络。

第三篇：浅析脉冲电子围栏技术发展及应用

浅析脉冲电子围栏技术发展及应用

前言》

脉冲电子围栏作为最主流应用的一种实现公共安全的新型高科技智能周界报警产品，它与传统的红外、微波、静电感应等周界安防系统相比，具有误报率低、不受地形和环境限制、安全性高等显著优点，已被广泛应用于世博会、奥运会、变电站、工厂、小区、学校、别墅、仓库、机场、军事基地、看守所、监狱等各个行业。

随着网络技术的发展与信息化建设的深入，市场对周界安防要求不断提高，尤其对解决安防行业核心系统存在的技术漏洞需求最为明显。市场需求催生了创新的周界安防产品，第五代脉冲电子围栏产品—“T6/T8系列触网防旁路脉冲电子围栏主机”应运而生。T6/T8系列电子围栏主机采用Smart DEC智能算法（全称“防等电位破解技术”），新增单线触网报警、防旁路报警功能，终结了电子围栏行业长期存在的两大技术漏洞，且能通过识别前端触网信号，极大的降低误报率。从用户的角度考虑，第五代脉冲电子围栏主机最大程度上改善了用户体验，电子围栏技术发展及应用进入了下一个里程碑时代。

脉冲电子围栏的前世今身》

电子围栏发展可追溯到上世纪二三十年代，从最原始的牧场电子围栏到第五代智能触网防旁路型脉冲电子围栏的演化，这无疑是电子围栏近100年来无数次技术革新的成果。第一阶段：牧场电子围栏

电子围栏最早起源于英国英格兰的流动牧场，牧人为了放牧的需要，拉一根导线，通上直流电，就形成简单的电子围栏，使牲畜在一定范围内活动。战后在欧洲，牧业在农业中的比重是很高的，大量的牧业市场需求促进了“电子围栏”的开发和推广。牛羊等遇到“电子围栏”的电击阻挡而退回，很好地起到“牧羊人”的作用，同时也防止圈外的大型动物或猛兽跑进来，对当时的牧业发展起到了较大的促进，在一些畜牧业比较发达的国家仍然在发挥着较大的作用，姑且算是第一代电子围栏产品的雏形。第二阶段：报警电子围栏

随着整个“电子围栏”行业的发展和深入，产品附件和种类越来越多，90年代中后期具有阻挡和报警功能的智能型周界安防报警系统，开始专业用于社会公共安全领域，它具有断路、短路、失电报警功能同时又秉承了电子围栏的安全阻挡功能。该产品充分考虑了人的主动性和智慧性，能准确判断出无意触摸、蓄意破坏、非法闯入等各种情况，是现周界安防项目的比较好的选择。第三阶段：智能电子围栏

随着人们对产品性能和功能的要求越来越高，产品需要更加人性化，具有更多功能的产品开始出现。第二代产品输出脉冲电压恒定，当周界的长短出现变化时，前端的电压会随着周界的长度出现过高或过低的现象;同时当产品安装在围墙较低的别墅或小区时，白天会出现误击到小孩或附近工作人员的现象。基于以上问题，第三代可调节输出电压和可设定高压模式、安全模式切换功能的产品入市，如G3/T5系列脉冲电子围栏主机，它具有断路、短路、失电报警功能同时又秉承了电子围栏的安全阻挡功能，充分考虑了人的主动性和智慧性，能准确判断出无意触摸、蓄意破坏、非法闯入等各种情况。同时，这一阶段的产品还有的具有遥控操作、远距离操作等功能，为产品大规模地应用于别墅、小区提供了更好的产品。第四阶段：网络电子围栏

随着安防行业物联网的逐步深入，绝大部分周界报警系统仍停留在前端报警和单一设备的控制管理之上，存在无法进行联动的缺陷，致使安防系统处于“分散管理”的状态。由此网络电子围栏应运而生，以G5S/G5P系列脉冲电子围栏主机为例，其主要节点设备全网络电子围栏主机、智能控制终端和管理软件都可直接接入以太网，用户通过网络即可监管电子围栏，实现信息实时传递、数据交互和远程监管的功能需求。第四代产品的网络化与集成化程度达到了空前成熟水平，且具有方案灵活、施工简便、成本节省、传输稳定的特点。

三年磨一剑的技术突破》

智能感知磁场平衡波，弥补技术漏洞

脉冲电子围栏是通过主机的发射端口向前端围栏上的合金线发射脉冲电，由接收端接收脉冲电信号，使电子围栏系统形成一个完整的回路。一旦有人为入侵，造成相邻两根合金线的短路或者有人故意破坏剪断前端围栏合金线（开路），脉冲电子围栏主机会及时发出警报并通过通信线路传送至控制中心。

在脉冲电子围栏行业蓬勃发展的当下，却有着两个致命的技术弊端困扰着行业从业人员多年：单线触网不报警和旁路跨接不报警，为用户带来了极大的安全隐患。目前市面上的脉冲电子围栏产品单线触网虽然可以对入侵者产生电击，在电阻很小的时候有些产品也会产生报警，但当电阻很大的时候就不会报警。这也就是说，当入侵者穿着球鞋或带着塑胶手套以单线触网方式攀爬围栏，则市面上的电子围栏将不会产生报警，而入侵者所穿戴的绝缘材质物品也可阻挡其遭受前段围栏的电击，使其顺利翻越围墙，存在严重的防范漏洞。

旁路跨接不报警是现有电子围栏的另一技术弊端。旁路跨接分为单线旁路跨接（图1）和回路旁路跨接（图2），当入侵者用短路线分别连接电子围栏前端每根金属线的两端（单线旁路跨接），或用两

（四）条短路线在围栏网络接线跨接处分别连接相间隔的金属线（回路旁路跨接）后，电子围栏前端产生失效区，而当失效区金属线被剪断时，主机不报警，入侵者就可以趁这个“漏洞”翻越围栏，造成财产损失。

图1

图2 为了弥补电子围栏的缺陷及增加客户的安全保障，上海广拓耗时3年成功研发出全新的T6/T8系列触网防旁路型脉冲电子围栏，采用Smart DEC智能算法（全称“防等电位破解技术”），能通过识别前端触网情况，实现单线触网报警、防旁路报警、短路报警和断路报警这四类报警方式，从真正意义上解决了长久存在的技术漏洞，提升电子围栏的安全性。全析计算识别入侵信号，最大降低误报

电子围栏主机原则上是不允许有漏报，如何在没有漏报的基础上减少误报是目前各电子围栏技术急需解决的问题。现如今，减少误报普遍着力于对硬件的改进上，即传感器与前端关键元器件的提升。传感器负责对收集信号进行分析，传感器分析的程度越准确，就越能将各种误报的信号排除在外。从总的趋势来看，脉冲电子围栏正不断向数字化技术迈进，并成为一种主流趋势。与以往几代脉冲电子围栏在硬件上的更迭相比，现在数字化的技术越来越偏重于软件，即把一些产生误报、漏报的可能情况，比如小动物、风、雨、雪等干扰信号进行软件建模，通过软件算法识别出各种误报信号，这样就可以减少误报情况发生的机率。在这个方面，T6/T8系列脉冲电子围栏主机采用Smart DEC智能算法，通过感知电子围栏金属线上的磁场变化，并经由一系列精密运算，从而精准判断出前端围栏的触网情况，全面革新了电子围栏的报警技术。当前端围栏被碰触，搭载于主机内的Smart DEC智能算法能够通过计算围栏金属线上电磁场的变化量辨别出是人体还是小动物的触碰，并针对人为入侵行为向控制中心发出报警信号，极大减少电子围栏产品的误报率。同时，当入侵者使用短路方式对前端围栏进行接驳，围栏金属线上的电磁场平衡将被遭到破坏，Smart DEC智能算法通过对电磁场平衡波动的监测准确探知入侵者的旁路跨接行为（包含单线旁路跨接和回路旁路跨接），并即刻将报警信息发送控制中心，为安保人员进行处警提供绝佳的时间优势。

行业发展趋势》

网络化、数据化应用引发的市场大变革

基于物联网的渗入，未来周界安防的发展趋势，必然是以用户为核心而设计网络化、数据化等特征的综合信息操作系统。作为安防系统的第一道屏障，电子围栏需要一个数据化的系统操作从而更有效的来判断系统的稳定性及安全性。业内专家普遍认为，T6/T8系列触网防旁路型脉冲电子围栏主机采用独创的Smart DEC技术，智能识别入侵者触碰电子围栏前端的多种报警类型，其技术设计理念在周界的前端入侵探测领域具有显著创新性和先进性。

然而，电子围栏主机入侵探测传感模式与触发判断的技术革新仍不能完全满足日益增长的用户需求，周界安防解决方案更需要拥有强大的网络系统集成平台，这使得电子围栏主机在设计上考虑多种通信方式。以T6/T8系列主机为例，产品内置以太网，RS485丰富接口，最大程度提高了产品通讯连接能力和稳定性，适应用户与视频监控系统、语音对讲系统、灯光控制系统有效集成需求。便捷的通过智能键盘或控制软件调控用户服务器结构，如远程防区布撤防、模式切换、输出电压调整、灵敏度调节、报警响应时间调节等功能，顺利实现跨地区远程移动的安全警戒和管理。

当有人非法翻越围墙或破坏围栏时，脉冲电子围栏具有阻挡作用，联动视频监控系统弹出报警点视频画面，进行视频复核。通过智能控制终端配套的移动云警APP管理前端电子围栏防区信息一目了然，推送机制保障报警信息即时送达，报警信息列表轻松查看报警详情，随时随地处理警情。

最后，电子围栏系统采用的全网络化架构，和MK智能控制终端、SMC3000管理平台组成三级网络结构，只需简单的将网线插入主机和光纤收发器，施工费用至少减少30%，降低了工程施工的复杂程度及成本。以上正是脉冲电子围栏网络化、数据化所带来的技术革新，这种变革真正意义上区别了国内各厂商在产品技术和设计理念上的差异。产品技术上的差异可以在较短时间内得以赶超，而设计理念的差异往往源自于厂商本身自带的基因，并非简单就能弥补及突破。在全球安防市场风云骤变的时代，更验证了电子围栏领先厂商创新、匠心的战略实施为用户创造安防的全新价值。

第四篇：CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用

CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用

CMP-化学机械抛光技术它利用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。在一定压力及抛光浆料存在下，被抛光工件相对于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面151.CMP技术最广泛的应用是在集成电路(IC)和超大规模集成电路中(ULSI)对基体材料硅晶片的抛光。而国际上普遍认为，器件特征尺寸在0.35 5m以下时，必须进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率，而CMP是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。其中化学机械抛光浆料是关键因素之一。抛光磨料的种类、物理化学性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等均与抛光效果紧密相关。此外，抛光垫的属性(如材料、平整度等)也极大地影响了化学机械抛光的效果.随着半导体行业的发展，2003年，全球CMP抛光浆料市场已发展至4.06亿美元.但国际上CMP抛光浆料的制备基本属于商业机密，不对外公布。1化学机械抛光作用机制

CMP作用机理目前还没有完整的从微观角度的理沦解释。但从宏观上来说，可以解释如下:将旋转的被抛光晶片压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上，而抛光浆料在晶片与领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

底板之间连续流动。上下盘高速反向运转，被抛光晶片表面的反应产物被不断地剥离，新抛光浆料补充进来，反应产物随抛光浆料带走。新裸露的品片平面又发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复，在衬底、磨粒和化学反应剂的联合作用下，形成超精表面，要获得品质好的抛光片，必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用达到一种平衡。如果化学腐蚀作用大于机械抛光作用，则会在抛光片表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹;反之，机械抛光作用大于化学腐蚀作用则表面产生高损伤层.为了进一步了解CMP作用的本质，近年来国内外有很多关于CMP作用微观机理的研究.清华人学王亮亮、路新春的研究表明:CMP中主要是低频、大波长的表面起伏被逐渐消除，而小尺度上的粗糙度并未得到显著改善;当颗粒直径在10^-25 nm的范围时，粒径和粗糙度不存在单调的增减关系;桔皮的产生主要是抛光浆料中碱浓度过高所致。而北京交通大学张朝辉等根据Lei提出的CMP作用中纳米流体薄膜理论，提出化学机械抛光过程中，受载的粗糙峰和被抛光的品片表面之间存在一纳米量级的薄流体膜，形成了纳米级薄膜流动系统，指出对纳米级流动规律进行研究将有助r-了解化学机械抛光的作用机理，其中，在极薄的膜厚情况下的温度场分析是一项迫切任务。同时，陈杨的研究也表明了相似的观点:材料的去除首先源于化学腐蚀作用。一方面，在抛光领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

过程中晶片表面局部接触点产生高温高压，从而导致一系列复杂的摩擦化学反应;在抛光浆料中的碱性组分和纳米磨料颗粒作用下，硅片表面形成腐蚀软质层，从而有效地减弱磨料对硅片基体的刻划作用，提高抛光效率和抛光表面质量。另一方面，根据Preston公式: N RR=QWNV(其中，NRR为材料去除率;QW为被抛光材料的密度;N为抛光有效磨料数;V为单个磨料所去除材料的体积，包括被去除的硅丛体的体积V,和软质层的体积V2)，软质层的形成导致v增大(即化学腐蚀作用可促进机械磨削作用)，V1减小，从而有利于减小切削深度、增强塑性磨削和提高抛光表面质量。因此，在抛光浆料质量浓度相同的条件下，采用纳米磨料抛光不仅有利于减小切削深度、提高抛光表面质量，同时由于有效磨料数N的急剧增大，还有利于提高抛光效率。应该指出的是，软质层的厚度同抛光条件有关，就纳米级磨料而言，相应的软质层的厚度一般处于几纳米至十几纳米之间:而由于CMP是机械去除和化学去除相互作用的过程，因此难以通过静态化学腐蚀测最软质层的硬度。忽略抛光垫和其它一些因素的影响，抛光浆料的流动特性对CMP的行为有很大的影响。一般抛光浆料磨粒为圆形的纳米级粒子，利用微极性流体可以模拟粒子的微旋运动对抛光性能的影响。张朝辉研究的模拟结果表明微极性将增加承载能力，从而有利于提高抛光速率。这一特性在低节距或低转速下更为显著，体现出尺寸依赖性。

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2化学机械抛光浆料

抛光浆料的成分主要由三部分组成:腐蚀介质、成膜剂和助剂、纳米磨料粒子。抛光浆料要满足抛光速率快、抛光均一性好及抛后易清洗等要求.磨料粒子的硬度也不宜太高，以保证对膜层表面的机械损害比较轻。

按pH值分类，抛光浆料主要分为两类:酸性抛光浆料和碱性抛光浆料。一般酸性抛光浆料都包含氧化剂、助氧化剂、抗蚀剂(又叫成膜剂)、均蚀剂、pH调制剂和磨料。氧化剂起在被抛光物件表面发生氧化腐蚀作用，然后通过机械作用去除表面凸起部分，使物件表面平整:另外，氧化剂还能氧化基体表面形成一层氧化膜从而提高选择性。助氧化剂起到提高氧化速率的作用。均蚀剂可使腐蚀均匀，从而使表面光滑细腻;抗蚀剂的作用是在被抛光物件表面与被腐蚀基体形成一层联结膜，从而阻止腐蚀的进行以提高选择性。而碱性抛光浆料中一般包含络合剂、氧化剂、分散剂、pH调制剂和磨料。因为碱性抛光浆料仅在强碱中才有很宽的腐蚀领域，而且磨料易造成划伤，所以应用远不如酸性抛光浆料广泛。对于不同的腐蚀基体要选择不同的络合剂:分散剂一般为大分子量非离子有机分散剂，其作用是保证浆料中的磨料不发生絮凝和沉降现象，并使磨料的勤度保持尽可能低，具有良好的流动性。下面主要介绍目前使用最为广泛的几种抛光浆料。

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2.1 CeO2抛光浆料

稀土氧化物CeO2具有很好的抛光性能，其特点是抛光速率高，对材料的去除率高，被抛光表面粗糙度和表面微观波纹度较小，颗粒硬度低，对被抛光表面损伤较弱;其缺点是勃度大，易划伤且高低选择性不好，沉淀在介质膜_L吸附严重，为后续清洗带来困难.CeO2抛光浆料广泛应用于玻璃精密抛光、超大规模集成电路Sio2介质层抛光和单晶硅片抛光等，而现在国内外有很多研究也致力于CeO2抛光浆料对半导体衬底材料(如GaAs晶片)的抛光。

首先纳米CeO2粒子通过化学吸附与抛光表面上的Sio2之间形成Ce-O-Si键，CeO2粒子将表面部分Sio2撕裂下来，进入溶液中;经过扩散，Sio2粒子又从CeO2粒子的表面脱落。Ce-O-Si键的形成与S-O-Si键的断裂影响着抛光速率.化学吸附作用和机械撕裂作用同时影响着Si-O-Si键的断裂。CeO2抛光浆料区别于传统抛光活性强的抛光浆料都是强酸，它在碱性抛光环境下是两性的，能同时吸附阳离子和阴离子，故有更好的抛光性能。乡屯度、硬度、粒度、粒度分布、悬浮性、表面电性、表面活性和密度等都是影响其抛光性能的主要因素.粒度大的适合高速抛光，粒度小的适用于低速抛光圈.具有高抛光性能的纳米CeO2目前的合成方法主要有:液相反应法、固相反应法、机械化学法。液相反应法包括:溶领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

胶一凝胶法、液相沉淀法、电化学法、水热法、微乳液法、喷雾热分解法等。张鹏珍等采用溶胶一凝胶法制备了平均晶粒度在13.3 nm且粒度分布均匀的纳米CeO2粉体，经此CeO2抛光浆料抛光后的玻璃幕片表面粗糙度(Ra)可降到0.6nm左右，显示了良好的抛光性能。Ming等(2a)也采用此法在常压下制备纳米CeO2,原料为硝酸饰钱、尿素和去离子水，通过加热得到的CeO2粒径为8 nm，具有立方体结构。电化学法制得的CeO2优点是粒子粒度很小，分散性也较好，工艺也相对简单，但是产率较低。水热法的优点是不需要进行高温灼烧处理，避免了硬团聚。Verdon等在耐熔的合金容器中，于1.5 MPa和500%条件下进行水热合成制得的纳米CeO2晶型较好。BondioliF等利用固相反应在得到的CeO2产物尺寸为10-20 nm，且具有较好的尺寸分布.有研究表明，用机械化学法也能制成粒度在10-20nm的纳米CeO2.Rajendran(291通过一种新的方法研究了CeO2抛光Si仇过程，发现CeO2的机械作用能加速其与Siq还原的化学反应，并且在抛光过程中存在Cc 3+与Ce0+两种价态。

2.2 Si02抛光浆料

Si仇抛光料的优点是选择性和分散性好，机械磨损性能较好，化学性质较活泼，后清洗过程废液处理较容易，其缺点是硬度较高，易在被抛光物体表面造成不平整，且在抛光领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

浆料中易产生凝胶现象，对抛光速度的再现性有不良影响，同时会使被抛光物体表面产生刮伤。SiO2抛光浆料的pH值、磨料粒径(50-200 nm)与分散度、浓度等都对其抛光效果有很大的影响。Si02抛光浆料用于硅片的抛光、层间介电层OLD)的抛光、妮酸钾晶片的抛光、硬盘基片的抛光等。Siq抛光料的制备方法国内外有很多研究，从总体来说主要是分散法与凝聚法:分散法是通过机械搅拌将纳米Si仇粉末直接分散到水中来制备Si02浆料的。用分散法制备Si02浆料主要包括以下3个过程:①纳米Si02颖粒在液体中润湿:②团聚体在机械搅拌力作用下被打开成独立的原生粒子或较小的团聚体;③将原生粒子或较小的团聚体稳定住，阻止再发生团聚。采用分散法制备出的Si仇浆料浓度高、颗粒均匀、分散性好、纯度高、黏度较小，但受粉体本身性能的影响特别严重。凝聚法是利用水溶液中化学反应所生成的SiO2通过成核、生长，采用各种方法脱除其中杂质离子得到纳米Sio2水分散体系的一种方法，该法制得的Sio2浆料颖粒粒径均一，形状规整，纯度与浓度也较高.王占银以SiO2作为抛光浆料，分析了影响妮酸铿晶片抛光效果的因素，通过优化工艺参数，使妮酸锉的表面粗糙度凡达到0.387 nmo雷红制备了Sio2抛光浆料用来抛光镍磷敷镀的硬盘基片，表面形貌仪测得抛光后基片的表面粗糙度和波纹度分别为0.052 nm和0.063 nm,且基片表面无凹坑、电蚀等缺陷。另有研究领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

表明[301当Si02抛光浆料pH->9时，在抛光浆料中加入适量的活性剂和鳌合剂，能消除Si02凝胶现象，得到较好的抛光结果。目前，对影响Si02抛光浆料抛光效果〔高抛光速率、低表面损伤、高表面平整度、易清洗等)的各种因素(抛光浆料粒度、pH值、温度、抛光浆料流速等)的研究己比较成熟.2.3 A1203抛光浆料

1998年日本COSMOS公司首次开发了纳米级别的超细A1203微粉作磨料的纳米级抛光剂，从而Al2o3抛光浆料广泛应用于CMP领域，以纳米Y-AI203为研磨粒子的浆料可用于集成电路生产过程中层间钨、铝、铜等金属薄膜的平坦化及高级光学玻璃、石英品体和各种宝石的抛光等.A12o3场抛光浆料因具有选择性低、分散稳定性不好、易团聚等缺点，往往在几分钟内就会出现沉淀，颗粒变粗，所以在抛光中表面划伤严重，损伤层深，所以通常A1203抛光浆料要混合有机添加物一起使用并控制好工艺条件以达到良好的抛光效果。宋晓岚等的研究表明，在y-A12伪固含量为6%的浆料中，加入异丙醉胺分散剂的用量为-y-A1203粉体质量的1%，同时控制浆料的pH值约为4，此时纳米y-A12场粉末的润湿性能最佳，浆料Zeta电位值较高，勃度较小，在该条件下可成功获得长时间不沉降的稳定浆料。卢海参采用丙烯酞氯对超细氧化铝进行表面改性，有效提高了氧化铝抛光浆料的分领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

散性，进一步的研究表明材料去除速率随压力或下盘转速先增大后减小，随抛光时的延长，材料去除速率初期较人，后期变化趋于平缓。具有良好的抗静电性和可擦性的A1203抛光浆料在国内已经研制出来，应用于磁性材料的精密抛光加工中。有研究表明,通过A1203外层包覆Si02形成壳一核性结构粒子抛光浆料抛光能很好地提高抛光性能，减低表面损伤和粗糙度，其机理可能为壳一核结构的缓冲效应和粒子之间的解聚作用。

3化学机械抛光技术发展趋势

随着计算机、通信及网络技术的高速发展，对作为其基础的集成电路的性能要求愈来愈高。集成电路芯片增大而单晶体管元件减小及多层集成电路芯片是发展的必然趋势，使得CMP在集成电路行业的重要性越来越显著，这对CMP技术提出了更高的要求。

在CMP设备方面，正在由单头、双头抛光机向多头抛光机发展;结构逐步由旋转运动结构向轨道抛光方法和线形抛光技术方面发展;开发带有多种在线检测装置的设备，如组装声学信号、力学信号、薄膜厚度及抛光浆料性质等在线测量装置，并且结合目前的干进干出要求，将抛光后清洗装置与抛光机集成来进行开发。在应用方面，CMP技术已从集成电路的硅品片、层间介质(ILD)、绝缘体、导体、镶嵌金属W.AI.Cu.Au及多晶硅、硅氧化物沟道等的平面化，拓展至领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

薄膜存贮磁盘、微电子机械系统(MFMS)、陶瓷、磁头、机械磨具、精密阀门、光学玻璃和金属材料等表面加工领域。在CMP抛光浆料方面，关键是要开发新型抛光浆料，特别是复合磨料抛光浆料，使其能提供高的抛光速率、好的平整度、高的选择性以及利于后续清洗过程，以使磨料粒子不会残留在芯片表面而影响集成电路性能。

CMP浆料有待于发展的技术有:磨料制各技术、浆料分散技术和抛光浆料配方技术。首先要解决的就是尺寸小、分散度大、硬度适中、均匀性好、纯度高的纳米磨料粒子。抛光浆料的排放及后处理工作最也在增大(出于环保原因，即使浆料不再重复利用，也必须先处理才可以排放)。而且，抛光浆料价格昂贵，如何对抛光浆料进行后处理，补充必要的化学添加剂，重复利用其中的有效成分，或降级使川，不仅可以减少环境污染，而且可以大大降低加工成本。抛光浆料的后处理研究将是未来的新研究热点。另外一方面，复合磨料抛光浆料的研究也将是未来的趋势之一，因为复合磨料抛光浆料在保持单一磨料抛光浆料优点同时也改善了其缺点，在国外已经出现了复合抛光磨料的研究报道，如A1203, Si02, CeO2各种单一抛光磨料互相通过包覆形成壳一核型的复合抛光磨料，集中各种单一抛光磨料的优点，从而配制出抛光效果更佳的新型复合抛光浆料。实验表明，在较软的磨料粒子外面包覆一层较硬的物质，可以在提高其抛光速率的同时领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

也保持了较高的选择性;而在较硬的磨料粒子外面包覆一层较软的物质，则可在保持其较高抛光速率的基础上改善其抛光表面质量。如Lu等成功地在球形SiO2粒子外面包覆一层Ce02，并以其作为磨料制备复合抛光浆料与Sio2和Ce02抛光浆料进行抛光实验的比较，研究表明，复合磨料具有更好的抛光效果。目前，CMP技术己经不局限于使用固体磨料，甚至出现了用气体来进行抛光的技术(如HVPE技术等)，为抛光浆料的发展开拓了新的思路。

近年来，CMP技术得到了长足的发展，涌现出了不少新技术，例如:固结磨料化学机械抛光技术、电化学机械平坦化技术、无磨料化学机械抛光技术、无应力抛光技术、接触平坦化技术和等离子辅助化学蚀刻平坦化技术等。

尽管CMP技术发展的速度很快，但目前对CMP技术的了解还处于定性的阶段，需要解决的理论及技术问题还很多。如人们对诸如抛光参数(如压力、转速、温度等)对平面度的影响、抛光垫一浆料一片子之间的相互作用、浆料化学性质(如组成、pH值、颗粒度等)对各种CMP参数的影响及其机理了解仍然甚少，因而定量确定最佳CMP工艺、系统地研究CMP工艺过程参数、建立完善的CMP理论模型、满足各种超大型集成电路生产对CMP工艺的不同要求，是研究CMP技术的重大课题。由于缺乏有效的在线终点检测技术，维持稳定的、一次通过性的生产运转过程还存在困难，因而迫切需要开发领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

实用的在线检测手段。一般在芯片工艺的最后几个阶段也需进行CMP加工，此时每个芯片的价值已达到数千至数十万美元，因而，芯片表面残留浆料的清除是CMP后清洗的主要课题。研制合适的CMP工艺、抛光设备及浆料以使去除速度高而稳定、片子的模内均匀性和片内均匀性都理想，且产生的表面缺陷少，是CMP技术发展的主要难题。4结语

综上所述，CMP技术可用于各种高性能和特殊用途的集成电路制造，且应用领域口益扩展，已成为最为重要的超精细表面全局平面化技术，也是国际竞争的关键技术，其增长势头和发展前景非常可观。深入研究和开发CMP技术，并形成拥有自主知识产权的材料和工艺，将促进我国IC产业的良性发展，提高我国在这一方面的国际地位，同时也将带来了巨大的经济和社会效益。

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第五篇：超声成像技术发展现状及应用

超声成像技术的发展现状及应用引言

超声成像以其使用安全、成像速度快、价格便宜和使用方便等优势在临床诊断中被大量使用，是临床诊断的重要工具之一[1]。随着超声在医学诊断领域的广泛而深入的应用，以及微电子技术、计算机技术、图像处理技术和探头技术等工程技术的进步，促进了超声诊断技术不断发展。不仅仪器的图像质量明显提高，而且诊断的模式和方法也更加丰富。国内外很多研究人员从事着超声的研究，使超声技术从模拟技术扩展到数字技术，即数字声束形成技术[2]；从低帧率成像扩展到高帧率成像[3]；从二维成像扩展到三维成像[4]；从线性技术扩展到非线性技术[5]，以适应临床不同的需求。本文着重对多普勒血流成像、三维成像技术和谐波成像技术作一下介绍，并对各自在临床方面的应用进行概括。超声多普勒成像技术

超声多普勒技术主要应用于心脏和血管疾病的诊断。它是无损诊断血管疾病的一种重要手段，对超声多普勒血流信号的分析处理可以为疾病诊断提供重要依据[6]。当超声源与人体内运动目标之间存在相对运动时,接收到的回波信号将产生多普勒频移,由此确定其运动速度大小、方向以及在断层上的分布。

2.1多普勒成像技术简介

目前应用于临床的有一维连续多普勒、一维脉冲多普勒、彩色多普勒、能量多普勒和多普勒组织成像[7]。下面就多普勒组织成像技术及其应用做一个简单的介绍。

多普勒组织成像技术[7]是将低速高振幅的心肌运动信息进行彩色编码显示心脏运动信息的图像诊断技术。该技术能够直观的观察心动周期内各时相的室壁运动方向，并定量分析心脏各节段的室壁运动速度。与传统超声目测分析室壁运动相比，能够更为客观地评价心脏的运动特点。但多普勒组织成像无法克服多普勒声束与室壁运动方向夹角所产生的影响[8]。

2.2 超声多普勒成像技术应用

关于超声多普勒成像技术的临床应用的报道有很多。学者经研究发现二维及

彩色多普勒超声对甲状腺良恶性肿瘤的鉴别有一定的诊断价值[9]。李斌采用彩色多普勒超声对子宫颈部肌瘤的声像图特征及其相应的生理、病理学基础作了相关的实验分析，得出彩色多普勒超声对子宫颈部肌瘤有很高的诊断价值[10]。也有人针对彩色多普勒超声和多层螺旋CT两种检查方式进行比较[11]。另外，超声多普勒成像技术也可用于心脏图像的动态三维图像[12]。三维超声成像技术

三维超声成像的概念最初由Baun和Greewood在1961年提出[13]。他们在采集一系列平行的人体器官二维超声截面的基础上，用叠加的方式得到了器官的三维图像。在这之后，很多人进行了这方面的研究工作。随着计算机技术和图像处理技术的发展，三维超声成像取得了明显的进展，一些实用的系统开始进入临床应用。

3.1 三维超声成像技术原理简介

三维超声成像技术包括数据获取、三维图像重建和三维图像的显示[14]。三维超声成像是在采集二维图像的基础上进行重建而成。

要获得理想而准确的三维图像，需要清楚地了解二维图像的位置及角度，还需尽快扫查以避免运动伪像。常用机械驱动扫查、自由扫查、一体化容积探头扫查等方式获取[15]。

获取二维图像数据后，便可形成三维立体数据库。当选择一个参考切面对三维立体数据库进行任意方向的切割和观察时，即可完成对感兴趣结构的三维重建与显示。常用的重建方法为[15]：基于特征的三维图像重构法、基于体素的三维图像重构方法。显示方式有：断面成像、表面成像、透明成像。

3.2 三维超声成像的优缺点

与传统二维超声成像相比，三维超声成像具有明显的优势。主要表现在以下几个方面[16]：直接显示脏器的三维解剖结构；可对三维成像的结果进行重新断层分层，从而能从传统成像方式无法实现的角度进行观察；可对生理参数进行精确测量，对病变位置精确定位。

无可厚非，三维超声成像还存在不足之处[16]。主要表现在三个方面：(1)成像速度慢；(2)空间分辨力低；(3)成像效果未达到临床诊断要求。

3.3 三维成像的应用

三维超声在产科领域的应用较早，技术也较成熟[14]。不仅可以对胎儿体表结构进行表面成像，还可利用透明成像对胎儿体内结构进行三维重建，从而对胎儿整体形态结构进行观察。在心血管疾病诊断中，可用于多种心脏疾病以及血管内疾病的检查。随着实时三维超声成像的研究成功，三维超声有望在心脏疾病检查中发挥更大的作用。另外，三维成像对慢性膀胱炎症、憩室、结石、凝血块等膀胱疾病的诊断，也显示出优越性[14]。当然，它的临床应用还有很多，如在肝脏疾病、肾脏疾病以及眼科疾病等方面的治疗中也取得不错的成效[17]，再次不一一列举。谐波成像技术

在谐波成像应用于临床之前，所有超声成像系统都是按照线性超声来设计的。非线性声学的理论和实验表明，有限振幅声波在传播过程中会产生非线性效应，因此可以利用人体组织产生的高次谐波进行成像[18]。当前应用较广的有造影谐波成像，组织谐波成像等。具有谐波成像和Doppler血流成像功能成为高端超声成像仪的主要标志。

4.1 组织谐波成像和造影谐波成像

临床上，由于肥胖、胃肠气体干扰、腹壁较厚或疾病等原因，约有20%-30%此类的病人被称为超声显像困难病人[18]。对于此类病人需要较低频率的超声检查以增加穿透力从而得到进一步的诊断研究，组织谐波成像便能解决此问题。

组织谐波成像是利用超声传播过程中由人体组织自身产生的高次谐波进行成像[19]。组织谐波成像和造影谐波成像都是通过提取回波信号中的高次谐波分量进行成像，但高次谐波产生的物理原理却不相同。造影谐波成像的原理如下

[20]：超声造影剂内存在大量的微气泡，若通过静脉注射造影剂，由于造影剂中的微气泡与周围血液的声阻抗差异较大，增强了超声束的后向散射信号，从而提高超声图像的对比度，改善图像质量。这种利用造影剂反射回波的二次谐波成像的方式称为造影剂谐波成像。

4.3 谐波成像应用

目前谐波成像技术在心脏和腹部疾病超声图像诊断方面的应用较为广泛。但谐波成像发射频率较低，接受频率较高，使得靶区图像分辨力降低。因此，此项技术尚处在初级应用阶段。国内对组织谐波成像研究仅限于临床应用研究，尚缺

少对该项技术在理论和实验方面的深入研究。国外已经开展了组织谐波成像模型的理论研究，取得了一些成果。比如Yadong Li研究了用于产生谐波B型超声图像的计算模型[21]。组织谐波成像已经被证实具有较好的影像解析度，它比基波图像有着更好的对比，造影剂二次谐波成像可以增强造影剂与周围组织的对比度，使成像更为清晰。展望

从早期超声诊断技术到目前的超声多普勒成像技术、三维成像技术和谐波成像技术的发展历程来看，超声图像诊断技术的发展目的是为了提高图像质量，准确反映疾病信息。超声成像技术在过去、现在和将来都是医学影像研究的重点内容之一。随着技术的发展、研究的深入，相信将会有更多新发现和新技术用于超声成像中。

参考文献：

[1] 王艳丹, 高上凯.超声成像新技术及其临床应用[J].北京生物医学工程，2006，25(5):553-556.[2] 伍于添.超声诊断方法和设备的前沿技术[J].中国超声医学杂志，2004，20(6):470-475.[3] 彭虎，韩雪梅，杜宏伟.高帧率超声成像系统中一种高信噪比扇形成像模式的实现[J].生物医学工程学杂志，2006，23(1):25-29.[4] B.SEDGMEN, C.McMAHON.The impact of two-dimensional versus three-dimensional ultrasound exposure on maternal–fetal attachment and maternal health behavior in pregnancy[J].Ultrasound Obstet Gynecol, 2006(27): 245–251.[5] 杜宏伟，彭虎等.吸收媒质中非线性gauss聚焦超声场的仿真研究[J].中国科学技术大学学报，2007,37(9):1120-1124.[6] 张良筱，张泾周，马颖颖.超声多普勒血流信号的分析方法.北京生物医学工程，2007，26(5):548-551.[7] 吴立顺, 管喜歧.超声图像诊断技术的发展及应用现状[J].医疗卫生装备, 2007, 28(12):35-36.[8] 余薇, 胡佑伦.医学超声成像方法学进展[J].北京生物医学工程, 2001，20（3）：225-228.[9] 米和伟，颜社平.彩色多普勒超声对甲状腺良恶性肿瘤的鉴别诊断[J].现代医用影像学, 2008, 17(4):211-212.[10] 李斌.彩色多普勒超声诊断子宫颈部肌瘤的价值[].现代医用影像学, 2008，17(4):187-189.[11] 兰莉，许方洪.彩色多普勒超声与多层螺旋CT成像对下肢深静脉血栓诊断的对比研究

[J].温州医学院学报, 2008, 38(5):432-434.[12] 何爱军，郑昌琼，汪天富.组织多普勒超声心脏图像的动态三维重建[J].生物医学工程学杂志，2005，22(3):570-574.[13] 郝晓辉，高上凯.三维超声成像的发展现状及若干关键技术分析[J].生物医学工程学杂志, 1998, 15(8):311-316.[14] 王建红.三维超声成像的临床应用现状与进展[J].医学影像杂志，2004，14(10):858-860.[15] 黄志远.三维超声成像的新技术及发展趋势[J].武汉科技学院学报, 2006, 19(10):5-8.[16] 刑晋放，曹铁生，杜联芳.三维超声成像研究概述[J].中华超声影像学杂志，2005，14(8):629-631.[17] 孙彦.三维超声成像诊断肝脏疾病的现状与进展[J].中国医学影像学杂志，2005，13(1):55-57.[18] 刘贵栋，沈毅，王艳等.医学超声谐波成像技术研究进展[J].哈尔滨工业大学学报，2004,36(5):600-602.[19] 刘贵栋，沈毅等.基于编码脉冲技术的医学超声组织谐波抑制[J].中国医学物理学杂志，2007,27(6):444-446.[20] Pompili M, Riccardi L.Contrast-enhanced gray-scale harmonic ultrasound in the efficacy assessment of ablation treatments for hepatocellular carcinoma[J].Liver International, 2005(25): 954-961.[21] YaDong Li.Computer model for harmonic ultrasound imaging[J].IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control,2000,47(5):1259-1272.