淺析電子信息工程中的物理學(xué)原理

王冬 咸陽師范學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院電信班1601

電子信息工程是一個(gè)非常寬泛的概念，因?yàn)槠渲蟹诸惒煌芏啻髮W(xué)對開設(shè)科目的側(cè)重點(diǎn)就有所不同，但是根據(jù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)可以看出，該專業(yè)需要學(xué)生具備良好的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識儲備，明白和理解電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)知識，并對計(jì)算機(jī)技術(shù)、工程技術(shù)和外語能力有一定的要求。電子信息工程需要人才的寬口徑、高素質(zhì)和創(chuàng)新能力，需要具備扎實(shí)的電子信息工程相關(guān)基礎(chǔ)，對動手能力和實(shí)踐能力都需要很高的要求。

1 電子信息工程與物理學(xué)的必然聯(lián)系

很多院校都開設(shè)了電子信息工程專業(yè)，學(xué)生需要學(xué)習(xí)大學(xué)物理和數(shù)學(xué)兩大門學(xué)科，倘若要向集成電路方向發(fā)展，因?yàn)楹芏郤OC和NOC都牽扯到數(shù)學(xué)建模和相關(guān)算法，因此對數(shù)學(xué)素質(zhì)要求很高，在軟件層面上需要對計(jì)算機(jī)編程很熟悉，物理的關(guān)系主要在電路方面。而根據(jù)就業(yè)前景來看，學(xué)生如果想要從軟件方向相關(guān)的電子信息工程工作，那么對物理的掌握水平就不用太高，但是終歸出于物理學(xué)科的重要性，電子信息工程專業(yè)中物理學(xué)仍是一門必修課。電子信息工程的就業(yè)方向眾多，主要有硬件方向和軟件方向。以下將分別說明：

1.1 硬件方向

電子信息工程中的基帶和射頻相關(guān)工作，需要掌握電路理論，熟悉掌握模擬電路和數(shù)字電路課程，以手機(jī)中的tranceiver和PA研究為例，射頻是影響手機(jī)信號的重要因素，因?yàn)樾枰治龈哳l的干擾特性，濾波和傳輸線阻抗炸設(shè)計(jì)的時(shí)候需要匹配，因此專業(yè)性和學(xué)習(xí)難度非常明顯，從事電子信息工程硬件方向工作，就應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)物理學(xué)中的微波理論、通信原理、高頻和數(shù)字信號處理等相關(guān)知識。

1.2 軟件方向

電子信息工程軟件方向可以是driver的底層驅(qū)動開發(fā)和應(yīng)用層的控制、MMI協(xié)議，應(yīng)用層指令通過發(fā)動指令給驅(qū)動層，進(jìn)而控制驅(qū)動層的程序執(zhí)行。其主要是通過ioctl和switch函數(shù)實(shí)現(xiàn)，因此軟件方面電子信息工程與物理學(xué)的關(guān)系并不是很明顯，但因?yàn)榈讓拥尿?qū)動設(shè)計(jì)也是需要掌握一定的物理學(xué)知識，因此即使想從事軟件方向工作也必須物理學(xué)作為支撐。

2 電子信息工程中物理學(xué)原理的應(yīng)用

物理學(xué)是很多學(xué)科的基礎(chǔ)，其電學(xué)和電磁學(xué)相關(guān)知識被廣泛應(yīng)用于電子信息工程。電子信息工程中物理學(xué)原理的應(yīng)用也非常廣泛。

2.1 磁懸浮列車

當(dāng)今中國已經(jīng)投入了磁懸浮列車的商業(yè)化運(yùn)營，磁懸浮列車就是通過電磁力實(shí)現(xiàn)低空懸浮，克服地球地心引力帶給傳統(tǒng)列車與鐵軌不可避免的摩擦，從而實(shí)現(xiàn)更快的運(yùn)行速度。中國第一條磁懸浮專線的速度可以達(dá)到8分鐘走完30多公里。其使用的常導(dǎo)磁吸型磁懸浮列車，是采用同名磁極相互排斥的物理學(xué)原理設(shè)計(jì)而成，列車兩側(cè)轉(zhuǎn)化架上的電磁鐵與軌道上的磁鐵，通過磁場力的作用相斥令列車懸浮低空，從而實(shí)現(xiàn)克服摩擦力以達(dá)到更快的運(yùn)行速度。磁懸浮列車的系統(tǒng)分為三部分，懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)，懸浮系統(tǒng)分為電磁懸浮和電力懸浮，分別采用電磁場相斥實(shí)現(xiàn)無接觸導(dǎo)向、電流斥力實(shí)現(xiàn)無接觸導(dǎo)向。推進(jìn)系統(tǒng)則使用同步直線電動機(jī)原理，推動列車做直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)非接觸的牽引和制動。導(dǎo)向系統(tǒng)也是采用了懸浮系統(tǒng)相類似的物理學(xué)原理，“同性相斥，異性相吸”從而保證磁懸浮列車能按照導(dǎo)軌規(guī)定的方向運(yùn)動。

2.2 移動通信信號傳輸

移動通信的概念非常寬泛，大到汽車火車，小到日常使用的手機(jī)，甚至于人體都可以看做是移動通信單位，以下介紹的主要是無線通信，其采用的物理學(xué)原理是無線電波信號。實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號傳輸?shù)膶?shí)際上是電磁波，本質(zhì)上看，其與天線電視的電磁波是相同的，但是波段上的不同導(dǎo)致傳輸效果不同。手機(jī)是一個(gè)傳輸內(nèi)容的轉(zhuǎn)換器，通過將人的聲音、圖像和視頻等媒體轉(zhuǎn)化成一定編碼的電磁波，向外界擴(kuò)散，手機(jī)既是一個(gè)接受信號的機(jī)器也是發(fā)送信號的集齊，以接受信號為例，手機(jī)將天線接受的射頻信號，經(jīng)過U400進(jìn)入接收回路，通過天線開關(guān)的射頻帶通濾波器接收并方法，進(jìn)入數(shù)字信號處理器進(jìn)行信號的加工處理。本質(zhì)上講傳輸信號的過程也是大致相同的，手機(jī)的信號發(fā)射范圍有限，因此需要電信運(yùn)營商的接力設(shè)備支持，以無線電波的形式進(jìn)行手機(jī)間的信號傳輸。

2.3 電子和通信器件開發(fā)

電子信息工程中很重要的一方面就是電子和通信器件的開發(fā)，以半導(dǎo)體開發(fā)為例，其主要應(yīng)用的是電子學(xué)，固態(tài)電子學(xué)理論中的微電子學(xué)，是研究微型器件和電路系統(tǒng)的電子學(xué)分支。半導(dǎo)體微電子學(xué)中物理知識的應(yīng)用和研究領(lǐng)域主要是半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件物理、集成電路相關(guān)。半導(dǎo)體領(lǐng)域中的等比例縮小定論，其指導(dǎo)思想是恒定電場（CE）規(guī)律，其延伸出來的規(guī)律是恒定電壓等比例縮?。–V）規(guī)律和準(zhǔn)恒定電場等比例縮?。≦CE）規(guī)律，會影響到電子器件的尺寸、負(fù)載電容、功耗、集成密度等諸多方面。影響電子器件尺寸的因素中，材質(zhì)也非常重要，例如高K介質(zhì)、SOI介質(zhì)都是典型代表，但是其中不僅僅包含了物理學(xué)知識，還有相應(yīng)的化學(xué)原理。

3 電子信息工程中物理學(xué)原理的應(yīng)用前景

物理學(xué)在電子信息工程中的應(yīng)用廣泛，并且其基本理論為電子信息工程的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)，在通信方向、多媒體方向、射頻、微波電路、微電子方向、數(shù)字電子線路等方向都有非常廣泛的應(yīng)用。

通信方向可以進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、基站機(jī)房的調(diào)試工作，也可以進(jìn)行路由器、交換器和軟件的開發(fā)，需要要求技術(shù)人員懂7號指令并且了解相關(guān)的通信協(xié)議，也要學(xué)習(xí)ARM、Linux等開發(fā)平臺；多媒體方向可以進(jìn)行音頻和視頻的編碼；射頻和微波電路是通信系統(tǒng)的核心組成，高頻模擬電路的設(shè)計(jì)也需要物理學(xué)知識為支撐。微電子技術(shù)中物理學(xué)應(yīng)用的發(fā)展，主要是其集成電路將逐漸發(fā)展為系統(tǒng)SOC芯片，因?yàn)楣栉㈦娮蛹夹g(shù)對集成度的影響較大，因此晶圓尺寸增大也會影響芯片的產(chǎn)量和性價(jià)比。在微電子技術(shù)與其他領(lǐng)域相互穿插雜糅以后會生成新的產(chǎn)業(yè)，其中比較典型的是MEMS和DNA芯片。數(shù)字電子線路方向可以從事單片機(jī)、微機(jī)接口的開發(fā)，是很多電子信息工程專業(yè)的主要從事方向。

因?yàn)殡娮有畔⒐こ滔嚓P(guān)的很多就業(yè)方向都涉及到底層開發(fā)，需要掌握開發(fā)平臺的應(yīng)用，例如C語言、ARM、Linux等等都需要根據(jù)自己的研究方向不同進(jìn)行涉及。這也就意味著在學(xué)習(xí)和培訓(xùn)中電子信息工程技術(shù)人員不僅要掌握本專業(yè)知識，還要對物理學(xué)、計(jì)算機(jī)、化學(xué)等基本原理進(jìn)行廣泛涉獵，扎實(shí)掌握。但正是因?yàn)閷θ瞬诺囊蟾?，電子信息工程專業(yè)人才非常稀缺，其就業(yè)前景和發(fā)展前景非常廣闊。

4 結(jié)語

總而言之，物理是一門非常重要的學(xué)科，經(jīng)典物理中包含電磁學(xué)理論是學(xué)習(xí)電子信息工程的基礎(chǔ)。因?yàn)殡姶艑W(xué)在電子信息工程中的使用非常廣泛，因此也意味著工作人員和相關(guān)專業(yè)學(xué)生要將物理學(xué)掌握扎實(shí)、認(rèn)真理解，真正掌握其中的內(nèi)涵。電子信息工程師一門理科學(xué)科，大學(xué)學(xué)習(xí)該專業(yè)就需要針對實(shí)驗(yàn)、學(xué)術(shù)不斷研究，以提升知識技能和分析解決問題的基本素養(yǎng)，這就需要肯吃苦的鉆研精神和創(chuàng)新進(jìn)取的科研精神，以保證未來學(xué)習(xí)和工作的穩(wěn)步推進(jìn)。