模拟电子技术课程设计20100704

模拟电子技术课程设计（19周）自普本08杨君玲/任国燕/李翠英/刘玉成20100704流程一、课程设计目的及基本任务二、电子系统设计概论三、模拟电子线路设计四、模拟电子技术设计参考选题（10个）五、课程设计报告书写标准格式六、软件Multisim简介一、课程设计目的及基本要求1、目的

培养同学们具有电子电路设计、仿真、装配与测试的初步能力，培养理论联系实际、解决问题的能力。2、基本要求：综合运用模拟电子技术课程中所学到的理论知识，在教师的指导下独立完成一个实习课题。同学们在这周内要完成以下内容：通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；了解电子系统的设计步骤和方法；学会电子电路的仿真与调试；学会电子电路安装与调试技能。进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。学会撰写课程课程设计总结报告。二、电子系统设计概论

1、电子设计概述（电子线路设计步骤）2、电路设计与仿真技术3、电子电路的加工和调试基础（PCB版图的设计、电子产品的装配工艺）1、电子系统概述1.1一般的电子系统由输入、输出、信息处理三大部分组成，用来实现对信息的采集处理、变换与传输功能。图1.1

电子系统方框图电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。图１.2模/数混合系统结构1.2现代电子设计主要有下列特点：

1.系统性

2.社会性

3.创造性

4.最优化

5.动态化

6.人性化

7.智能化

8.EDA化1.3电子系统的设计步骤图１.3电子系统设计流程1.4电子系统设计方法自底向上设计方法：传统的系统设计用。从系统的最底层开始设计，直至完成顶层设计。整个系统的功能验证要在所有底层模块设计完成之后才能进行，一旦不满足设计要求，所有底层模块可能需要重新设计，延长了设计时间。自顶向下设计方法：目前VLSI系统设计中用。采用综合技术和硬件描述语言，让设计人员用正向的思维方式重点考虑求解的目标问题。这种采用概念和规则驱动的设计思想从高层次的系统级入手，从最抽象的行为描述开始把设计的主要精力放在系统的构成、功能、验证直至底层的设计上，从而实现设计、测试、工艺的一体化。当前EDA工具及算法把逻辑综合和物理设计过程结合起来的方式，有高层工具的前向预测(lookahead)能力，较好地支持了自顶向下设计方法在电子系统设计中的应用。

层次式设计方法：它的基本策略是将一个复杂系统按功能分解成可以独立设计的子系统，子系统设计完成后，将各子系统拼接在一起完成整个系统的设计。模块化是实现层次式设计方法的重要技术途径，模块化是将一个系统划分成一系列的子模块，对这些子模块的功能和物理界面明确地加以定义，模块化可以帮助设计人员阐明或明确解决问题的方法，还可以在模块建立时检查其属性的正确性，因而使系统设计更加简单明了。将一个系统的设计划分成一系列已定义的模块还有助于进行集体间共同设计，使设计工作能够并行开展，缩短设计时间。

嵌入式设计方法：现代电子系统的规模越来越复杂，而产品的上市时间(timetomarket)却要求越来越短，即使采用自顶向下设计方法和更好的计算机辅助设计技术，对于一个百万门级规模的应用电子系统，完全从零开始自主设计是难以满足上市时间要求的。嵌入式设计方法在这种背景下应运而生。嵌入式设计方法除继续采用自顶向下设计方法和计算机综合技术外，它的最主要的特点是大量知识产权(IntellectualProperty-IP)模块的复用，这种ＩＰ模块可以是RAM、CPU、及数字信号处理器等。在系统设计中引入IP模块，使得设计者可以只设计实现系统其它功能的部分以及与IP模块的互连部分，从而简化设计，缩短设计时间。

一个复杂的系统通常既包含有硬件，又有软件，因此需要考虑哪些功能用硬件实现，哪些功能用软件实现，这就是硬件/软件协同设计的问题。硬件/软件协同设计要求硬件和软件同时进行设计，并在设计的各个阶段进行模拟验证，减少设计的反复，缩短设计时间。硬件/软件协同是将一个嵌入式系统描述划分为硬件和软件模块以满足系统的功耗、面积和速度等约束的过程。

嵌入式系统的规模和复杂度逐渐增长,其发展的另一趋势是系统中软件实现功能增加，并用软件区分不同的产品，增加灵活性、快速响应标准的改变，降低升级费用和缩短产品上市时间。基于IP的系统芯片(S0C)的设计：IP的基本定义是知识产权模块。在设计电路时可以将IP看作黑匣子，只需保证IP模块与外部电路的接口，无需关心其内部操作。

SOC(SystemonaChip)芯片意味着在单芯片上集成一个完整的数据处理系统，其结构是比较复杂的。SOC芯片的运行需要强大的软件支持，而且芯片的功能会随支持软件的不同而变化，因此在设计芯片的同时需要进行软件编制工作，并非以往单纯的电路设计。SOC芯片的出现在芯片的优化设计方面也提出了很大的挑战。芯片的设计需要系统设计人员与软件设计人员的深入参与，在SOC芯片的设计流程中，一般都结合了从顶向下和从底向上设计的特点，与传统的芯片设计相比SOC芯片设计有以下几项主要特点：

①芯片的软件设计与硬件设计同步进行；

②各模块的综合与验证同步进行；

③在综合阶段考虑芯片的布局布线；

④只在没有可利用的硬模块或软宏模块的情况下重新设计模块。

电路设计中的成本控制方法：优秀的电路实现方案应该是简洁、可靠的。要以最少的社会劳动消耗获得最大的劳动成果。这里所说的社会劳动，包括在产品设计、产品生产、产品维护以及元器件的生产中所付出的劳动。为了控制产品成本，常常采用目标价格反算法，也就是先根据市场调查对相应的技术指标制定目标价格，然后在设计实施中找出影响产品经济指标的关键因素，并采取针对性较强的措施。1.5系统设计与系统仿真技术借助EDA工具，采用“自顶向下”的设计方法，使开发者从一开始就要考虑到产品生产周期的诸多方面,包括质量成本、开发周期等因素。系统设计与仿真包括这样几个步骤：第一步，从系统方案设计入手，在顶层进行系统功能划分和结构设计；第二步，用VHDL、Verilog-HDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述；第三步，通过编译器形成标准的VHDL文件，并在系统级验证系统功能的设计正确性；第四步，用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网络表,这是将高层次的描述转化为硬件电路的关键；第五步，将利用产生的网络表进行适配前的时序仿真;最后系统的物理实现级，它可以是CPLD、FPGA或ASIC。1.6板卡设计与板卡仿真技术本次仿真用MultiSim完成，并撰写在课程设计报告中。PCB版的制作在后续课程中会陆续学习。1.7电子系统综合设计概述

系统综合是建立在前期分块设计之上的依据约束条件进行的系统优化过程。电子线路的最优化设计是最优化技术的一个方面。它利用最优化理论和方法，以电子计算机为手段对电子线路进行综合设计。以达到缩短设计周期，提高设计质量，获得最大效益的目的。1.8设计工具对于EDA技术而言，电子系统设计的内容可以概括为：算法设计、芯片设计和电路设计三个部分。在常用的算法级EDA工具软件包括Matlab、SystemView等；芯片设计的PLD设计工具软件包括QuartusII、XilinxISE、FpgaAdvantage等；电原理图和板级的设计工具包括MultiSim、Protel、OrCAD、等。电路设计的任务有两个，即电原理图设计与印刷电路板的设计。电原理图的设计是根据算法设计与芯片设计的成果，再根据系统的完整要求，设计出整个系统的电气原理图，包括系统芯片的供电和与外部世界的接口。印刷电路板的设计是将设计好的电原理图转换为可以加工的PCB文件，制作成PCB板后安装上系统芯片等器件，设计的电子系统就可以在实际环境中运行，通过测试验证设计的正确性。三模拟电子线路设计3.1模拟系统的组成3.2模拟电路设计的主要任务和基本方法3.3电源电路3.4功率放大电路3.5信号处理电路3.6信号发生及输出电路3.1模拟系统的组成模拟电路的主要作用是实现电信号的放大和变换以推动执行机构动作。如：放大电路、振荡电路、整流电路、电源电路、滤波电路各种波形变换电路或它们的组合就是模拟电路。

把非电量信号（如：声音、温度、压力、流量等）转换为连续变化的电信号。把模拟电路传送来的电能转换成其它形式的能量，以完成人们所需的功能。如：喇叭、电铃、继电器、示波管、表头等都是执行机构。3.2模拟电路设计的主要任务和基本方法模拟电路知识告诉我们任何复杂的电路都是由简单的单元电路组合而成的。电信号的放大和变换也是由一些基本功能的电路来完成的。所以可将一个复杂的模拟电路的设计，分解成若干具有基本功能的电路。如放大器、振荡器、整流器以及各种波形变换器电路等，然后分别对这些单元电路进行设计。在基本功能电路中，放大器应用的最普遍、也是最基本的电路形式。其它电子线路多是由放大器组合或派生出来的。所以掌握放大器的设计方法是做好模拟电路设计的基础。另外，由于单级放大器性能往往不能满足实际需要，因此，在许多模拟电路系统中，采用的是多级放大电路，显然多级放大器是模拟电路中的关键部分，它具有典型性，是课程设计经常要研究的内容。随着生产工艺水平的提高，线性集成电路和各种具有专用功能的新型元器件迅速发展起来。许多电路系统已渐渐的由线性集成块直接组装而成。

3.3电源电路

稳压电源输出电压和电流只是相对稳定的，并不是绝对不变的，设计者的任务是将变化限定在允许的范围内，保持相对稳定。引起稳压电源不稳定的原因有：

1.电网输入电压不稳定。电网供电有高峰和低谷，不可能始终稳定。

2.由供电对象引起。由于负载的变化，当电源内阻较大时，会造成电源供给电压的不稳定，有时可能超出允许范围；若负载短路，则负载电流很大，电源输出的电压趋于零。时间长还会烧坏电源；如果负载开路，则没有电流流过负载，输出电压升高。即使不止以上情况，负载电阻变化时，也会引起稳定电源的输出电压和电流的变化。

3.由稳定电源本身的条件促成。构成稳压电源的元件不好，参数变化或失效等，都会使稳压电源的输出不稳定。

4.其他如元件受温度、湿度和环境影响等也会使稳压电源的输出不稳定。当然还有一些其他因素。

因此在设计稳压电源时，必须慎重考虑上述几个要素，精心设计出满足要求的稳压电源来。稳压电源的分类：按调整元件和反馈元件的连接方式可分为串联式和并联式两种。

按调整元件的工作状态可分为线性稳压电源和开关稳压电源。前者元件工作在线性区。后者元件工作在开关特性。其中开关电源又分自激式、他激式、频率调整式、脉冲调整式、斩波式、推挽式、半桥式、全桥式、单端正激式和单端反激式。按调整元件的品种可分为辉光放电管稳压电源、稳压管稳压电源、电子管稳压电源、晶体管稳压电源和可控桂稳压电源。3.4功率放大电路功率放大器要求在允许的失真条件下输出足够大的功率，放大器件几乎工作在极限状态，因此功率放大器是大信号放大器。功率放大器的电路结构、工作状态、分析方法及电路的性能指标等都与普通放大器不同。

功率放大器的主要特点：1、尽量大的向负载输出功率。即管子工作在极限值状态。2、尽可能高的功率转换效率。η＝(PO/PE)*100%

，η的大小反映了电源的利用率。例如，某放大器的效率η＝50％，说明电源提供的直流功率只有一半转换成了输出功率传给了负载，另一半消耗在电路内部，这部分电能使管子和元件等温度升高，严重时会烧坏晶体管。要重视功放管的散热问题，为了保证功率管的安全工作，一般给大功率管加装散热片。如何提高效率、减小功耗是功率放大器的一