前言

現在這個世界無論是哪一個國家都要擁有創新能力，然后才能走在發展的前沿，就像俄羅斯一樣，俄方作出表率，走出新思路研制新技術，基礎上不怕美國芯片卡脖子。

很多人看到關于俄羅斯的報道，應該提到的都是這一個國家關于[敏感詞]方面的研制，但是說到芯片技術俄羅斯卻很少會提到，這是因為俄羅斯繼承了蘇聯[敏感詞]上的制造能力，但是芯片的核心技術卻沒有。

所以經過了那么多年的發展之后，俄羅斯還是沒有能夠研制出自己的芯片系統，很多人都會疑問，像中國這樣一個芯片研制投入比較大的國家到現在都還會受到美國的卡脖子，難道俄羅斯就不怕突然被美國在技術上卡脖子嘛？

其實沒有哪一個國家不怕自己的發展受到限制，但是俄羅斯針對美國可能會有的做法采用了一種新的思路，他們確實沒有美國那么成熟的技術，但是他們取代芯片的技術是可以的。

大家可能不知道，小型電子管這個領域俄羅斯占據了一定的位置，他們在這樣一個基礎下研發出了激晶體振蕩器的技術。

有作者于2018-19年圍繞"俄羅斯研發[敏感詞][敏感詞]緣何沒有芯片危機"這一問題在環球網上先后發表三篇網文。這些文章的中心意思是：俄羅斯盡管沒有高端芯片，但他的設計人員多方面采取自主創新措施，尤其是提倡揚長避短，設計出構思獨特，性能優良的微波（射頻）電路、模擬電路等來替代[敏感詞]芯片。筆者還以"他激晶體振蕩器"為例，用作中頻相參積累，就是個成功的范例。這些網文發表后受到不少網站和讀者的關注。一些網站全文或摘要轉載，還收集讀者的意見，作者還注意到，大部分網站都對此"他激晶體振蕩器"特有興趣。但多數讀者對何謂中頻積累？何謂他激振蕩？有的自媒體還信口稱"俄羅斯由于設計出激晶體振蕩器，解決了芯片問題"。他激振蕩是個正式電子學詞匯，它的含義是振蕩電路只有當外加激勵時才起振蕩，以別于不需外激勵的自由振蕩。

俄羅斯的這一項新技術肯定會讓不了解的人覺得并不好，但實際上俄羅斯的這一新技術其實對于他們的發展有著巨大的作用。

首先這一技術應用起來能夠讓俄羅斯的安全有保障，其次這一技術它的精密性很高，你可能都不知道俄羅斯的防空導彈上就應用了這樣一技術。

根據公開資料，"他激晶體振蕩器"是俄S-300的 "中頻積累器"（ИПЧ-Интегратор Промежточной Частоты ）組合中的核心部件。它的任務就是完成"中頻相參積累"。下面試圖用科普語言（不是從數理的角度，所以不太嚴格）來解釋何謂中頻積累？何謂他激振蕩？最后介紹俄羅斯芯片最近一些新動向。希望廣大科普愛好者以及非電子專業的網友都能看懂，感興趣。說得不對的地方歡迎大家指正。

何謂中頻脈沖積累？

大家知道，雷達接收到的目標回波信號往往是極其微弱的，或者說回波的信號-噪聲比S/N值很低。雷達的主要任務首先是把回波從噪聲中提取出來。辦法是設法提高回波信號的信噪比，也就是說在提高信號電平的同時不提高噪聲的電平，或提高很少（否則信噪比不變，甚至更差）。雷達原理證明，如果將M個中頻脈沖回波進行相參積累，就可使信噪比（S/N）值提高到原來的M倍。M為積累的脈沖數。所謂相參積累就是同相相加，就是各中頻信號的相位必須一致。否則就會互相抵消一部分甚至全部。這一點讀者從物理概念就能理解。

圖1的上面是雷達收到的一連串（假定我們一次處理M個）中頻脈沖回波Ud(t)。因為這些脈沖信號都來自同一穩定信號源（同一發射機），所以脈內中頻信號的相位關系是相參的，也就是說如果我們將[敏感詞]個脈沖延時MT（T為脈沖重復周期），第二個脈沖延時（M-1）T，.....第M個脈沖延時T；那么所有脈沖都將在第M+1脈沖處重疊；由于此時脈沖內中頻的相位都是一致的，所以將直接相加；相加后電壓幅度將提高M倍，或者說功率增加M^2倍。但噪聲增加不了那么多。因為噪聲是隨機過程，所以不是電壓相加，而是功率相加，最后噪聲功率將增加M倍。所以中頻積累結果，信噪比將提高M^2/M=M倍。這就是中頻脈沖積累的方法和過程。直至目前，中頻積累大多數就是用精密的延時線來完成的。

大家可能知道（或至少聽說）現代先進雷達大都采用脈沖多普勒技術，其實脈沖多普勒是由中頻（或射頻）脈沖積累技術演變過來，二者是等效的。只是前者容易數字實現而得到廣泛應用（從數學家看，就是FFT快速傅立葉變換；可以用FPGA或DSP芯片來完成），后者難以數字實現，就逐漸被人們忽視。俄羅斯沒有高端芯片，他們不得不從模擬電路和微波電路中去挖掘潛力。

何謂外激晶體振蕩器？

從原理上講，晶體振蕩器也好，他激晶振也好，都是一般的電子電路。但俄羅斯科技人員把它做成中頻積分器，用來實現中頻相參積累，就是個構思獨特的創新了。俄羅斯工程師創新地用較簡單的模擬電路-中頻積分器來實現中頻相參積累（理論上等效FFT）。這種中頻積分器實際上是一個外激晶體振蕩器，這種外激晶體振蕩器平時不振蕩，其自身諧振頻率就是石英晶體頻率fok；它應和雷達的中頻頻率fom一致。只要有中頻信號Ud(t)輸入，它就會被激勵而振蕩。振蕩頻率就是fok=fom。由于雷達的中頻信號是被脈沖調制的（見圖1的Ud(t)），在脈沖持續期間，晶振工作并作增幅振蕩。而在中頻脈沖間歇期間，晶振停止工作，但由于石英晶體的Q值非常高（高達10^5-10^6以上），輸出能維持在等幅振蕩值幾乎不變。待下一個脈沖到來時，晶振又被激勵，振蕩幅度再進一步增大。然后又維持在更高的等幅振蕩值。如此晶振輸出隨著脈沖不斷到來而不斷上升，這就實現了中頻脈沖積累。這種中頻積分器的主要性能指標（速度、精度等）可與數字積累比美。

如果回波來自動目標時，中頻信號Ud(t)輸出的頻率將從fom變至fom+fd，此處fd就是表征動目標徑向速度的多普勒頻率。他激晶振的振蕩頻率也跟著變至fom+fd。也就是說他激晶振有跟蹤動目標多普勒頻率的能力。只要設計得當，跟蹤范圍能滿足系統的要求。圖2是他激振蕩器的輸出幅度特性（輸出幅度與多普勒頻率的關系） 。圖中B為他激晶振輸出3dB帶寬；B值與石英晶體的Q值密切相關。

據報道，即使是俄羅斯的S-400、S-500仍保留不少分立元件構成的模擬電路和模塊。他們強調“繼承中漸進創新發展”道路。原型號的一些非關鍵部件，只要穩定可靠，就不要輕易更新換代。當然對關鍵部分，他們還是不惜花大力氣，不斷改進和更新。

對于模擬電路技術，我總認為國內尤其高校老師們有一些誤解；一是模擬電路已經落后，所以有的高校已經取消這門基礎課。二是模擬電路可靠性一定比數字電路差。實際上我認為，模擬電路作為一種基礎技術，在相當長一段時間內不會“窮途末路”。現在國內畢業大學生到單位工作后常常遇到大量模擬電路問題，而這些畢業生解決實際問題的能力太差，更不用說有所創新，有所發明了。

我國晶振專家馮金梅先生生前經研究分析后認為：這種他激晶振器我們國家也能研發出；性能可完全和俄的產品相當；體積約可縮小一般；總經費也許只有數字式（譬如用FPGA芯片構成脈沖多普勒）的一半。

俄羅斯芯片一些新動態

據俄媒報道，近年來俄在發展軍用芯片方面也取得一些成績。尤其是SoC(集成小系統)芯片，已推出的產品稱"貝加爾-T1"。它采用28nm芯片，1.2GHz主頻。俄方設計完后交我國臺灣省的臺積電生產，已可批量投產。有網友認為28nm芯片水平很低。但筆者曾在網文[3]中指出，軍用芯片不能完全和民用芯片比，因為軍用芯片的選用條件如體積，功耗等要比民用手機寬松得多。我在網文[1]中曾引用《簡氏防務年鑒》中的一句話"美國的F-35戰機，渾身上下都裝有芯片"。這句話也轉而被一些網站所引用，但據另一國外資料稱：像F-35這類第五代戰機上所用芯片，要求光刻精度不會高于20nm。但軍用芯片在環境使用條件方面的要求，如溫度范圍，抗震，抗輻射，壽命等方面，卻遠比民用嚴苛。不只是價高，而且禁運。現在美國也是從這個方面來卡我們。

據俄科普雜志《空天界》（Воздушно-космическийрубеж）報道，有人試驗將上述"他激振蕩器"等部件成功集成于貝加爾-T1芯片。當然石英晶體是必須有的。估計體積將進一步減小。但是否已用于現役[敏感詞]，例如S-400和S-500系統，尚不得而知，但肯定是個發展方向。值得我們關注。

這些也告訴我們芯片國產化和自主可控，如果我們遇到了問題，我們確實應該去直面他，但是并不是一條路走到黑而是需要有創新，能夠換一個思維去解決問題，這樣的話或許我們在芯片這個領域會做出更好的成就。俄羅斯經驗給我們提供了很好的借鑒！

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