2026年电子设计竞赛高频应用电路设计项目题目及解答

2026年电子设计竞赛高频应用电路设计项目题目及解答一、设计类题目（共3题，每题20分）1.题目：基于FPGA的雷达信号采集与数字化处理系统设计分值：20分要求：设计一个基于FPGA的雷达信号采集与数字化处理系统，要求实现以下功能：（1）设计一个高速模数转换器（ADC）接口电路，支持采样率不低于1GHz，分辨率12位；（2）实现雷达信号的数字下变频和滤波功能，要求中心频率可调，带宽不超过100MHz；（3）设计信号处理算法，包括脉冲检测和幅度统计，输出目标距离和强度信息；（4）使用Verilog或VHDL语言完成FPGA代码设计，并说明关键模块的实现方法。2.题目：基于单片机的智能照明控制系统设计分值：20分要求：设计一个基于STM32单片机的智能照明控制系统，要求实现以下功能：（1）通过光敏传感器和人体红外传感器检测环境光线和人员活动，自动调节LED灯亮度；（2）支持通过蓝牙远程控制灯的开关和亮度调节；（3）设计低功耗模式，在无人时进入休眠状态，响应时间不超过1秒；（4）绘制系统框图，并说明关键电路的设计原理。3.题目：基于DSP的音频信号处理系统设计分值：20分要求：设计一个基于TMS320C6000DSP的音频信号处理系统，要求实现以下功能：（1）设计一个音频采集电路，支持16位分辨率，采样率44.1kHz；（2）实现音频信号的低通滤波和降噪处理，滤波器截止频率1kHz；（3）设计音频均衡器，支持3段频率调节（低频、中频、高频）；（4）使用MATLAB或C语言仿真关键算法，并说明DSP资源分配方案。二、分析类题目（共3题，每题15分）1.题目：超外差接收机电路性能分析与优化分值：15分要求：分析一个超外差AM/FM接收机电路的性能，并提出优化方案：（1）计算接收机的灵敏度（最小可检测信号功率）和选择性（邻道干扰抑制比）；（2）分析混频器本振频率不稳定对电路性能的影响，提出解决方案；（3）说明滤波器设计对信号质量的影响，并给出具体参数建议。2.题目：无线充电模块电路设计与效率分析分值：15分要求：设计一个基于谐振技术的无线充电模块，并分析其效率：（1）选择合适的LC谐振频率（如100kHz），说明频率选择依据；（2）计算充电电路的耦合系数和传输效率，并分析影响因素；（3）提出提高传输效率的措施，如阻抗匹配或功率补偿。3.题目：射频识别（RFID）读写器电路设计分析分值：15分要求：分析一个125kHzRFID读写器的电路设计，并回答以下问题：（1）说明RFID标签的负载调制原理，并计算最小负载电阻；（2）分析天线匹配电路对读写距离的影响，提出优化方案；（3）比较ASK和FSK调制方式的优缺点，并说明选择依据。三、计算类题目（共3题，每题15分）1.题目：高增益放大器设计计算分值：15分要求：设计一个共源共栅放大器，要求增益不低于60dB，输入阻抗1kΩ，输出阻抗50Ω：（1）计算晶体管偏置参数，确保线性工作区；（2）计算关键元件参数（如电阻、电容），并说明设计依据；（3）分析频率响应特性，说明如何抑制寄生相移。2.题目：微波滤波器设计计算分值：15分要求：设计一个900MHz带通微波滤波器，要求通带带宽50MHz，插入损耗小于1.5dB，阻带抑制60dB：（1）选择滤波器类型（如Chebyshev或Butterworth），并说明理由；（2）计算滤波器阶数和元件参数，使用SmithChart辅助设计；（3）分析温度变化对滤波器性能的影响，提出补偿措施。3.题目：电源管理电路效率计算分值：15分要求：设计一个开关电源（如BuckConverter），要求输入电压24V，输出电压5V，输出电流2A，效率不低于90%：（1）计算开关频率和占空比，选择合适的MOSFET；（2）计算电感和电容参数，并说明设计依据；（3）分析电路的损耗来源，提出降低损耗的措施。答案及解析1.基于FPGA的雷达信号采集与数字化处理系统设计（20分）解析：（1）ADC接口设计：使用高速ADC（如AD9164），通过FPGA的DDR接口传输数据，确保采样率高于1GHz。控制逻辑需实现时钟同步和数据对齐。（2）数字下变频：采用NCO（直接数字频率合成器）生成本地振荡信号，通过复数乘法器实现混频，使用FIR滤波器（如窗函数法设计）滤除镜像频率。（3）信号处理算法：使用阈值检测算法识别脉冲，通过积分器统计幅度，输出距离（基于时间延迟）和强度（基于峰值）。（4）FPGA代码：关键模块包括ADC控制模块、下变频模块、滤波器模块和信号处理模块，使用流水线技术提高效率。2.基于单片机的智能照明控制系统设计（20分）解析：（1）传感器接口：光敏传感器（如BH1750）读取光照强度，人体红外传感器（如HC-SR501）检测移动，通过PWM控制LED亮度。（2）蓝牙控制：使用HC-05模块实现蓝牙通信，设计协议解析函数，支持远程调光。（3）低功耗设计：通过定时器唤醒检测传感器，使用STM32的睡眠模式降低功耗。（4）系统框图：包括传感器模块、MCU控制模块、蓝牙模块和LED驱动模块，关键电路为PWM调光和低功耗唤醒电路。3.基于DSP的音频信号处理系统设计（20分）解析：（1）音频采集：使用TLC5510实现16位采样，通过I2S接口传输数据。（2）滤波和降噪：使用FIR滤波器（如汉明窗设计）实现低通滤波，采用自适应滤波算法（如LMS）降噪。（3）均衡器设计：通过查表或实时计算调整滤波器系数，实现3段频率调节。（4）DSP资源分配：使用DMA传输数据，优化算法减少内存占用，核心计算使用并行处理。1.超外差接收机电路性能分析（15分）解析：（1）灵敏度计算：根据接收机噪声系数（如NF=5dB）和带宽（如500kHz），计算最小信号功率。（2）本振频率不稳定影响：可能导致失谐，增加误码率，解决方案为使用锁相环（PLL）稳定频率。（3）滤波器设计：低通滤波器（如巴特沃斯）可抑制带外干扰，截止频率应高于接收带宽。2.无线充电模块电路设计（15分）解析：（1）谐振频率选择：基于电容器和电感器的品质因数（Q值），选择100kHz以提高效率。（2）传输效率计算：通过耦合系数（k≈0.5）和阻抗匹配（如使用阻抗变换器）提高效率至85%以上。（3）优化措施：增加耦合线圈间距调节或采用多线圈阵列提高传输稳定性。3.RFID读写器电路设计分析（15分）解析：（1）负载调制原理：标签通过改变天线阻抗实现ASK调制，最小负载电阻（如10Ω）确保可靠读数。（2）天线匹配：使用L型匹配网络优化阻抗匹配，提高读写距离至1-2m。（3）调制方式比较：ASK抗干扰能力强但速度低，FSK速度高但易受噪声影响，选择依据为应用场景。1.高增益放大器设计计算（15分）解析：（1）偏置参数：通过分压电路设定栅极电压，确保晶体管工作在饱和区。（2）元件参数：电阻值取决于偏置电流，电容用于耦合和滤波，计算需考虑带宽需求。（3）频率响应：使用极点补偿（如添加RC网络）抑制寄生相移，确保相位裕度大于60°。2.微波滤波器设计计算（15分）解析：（1）滤波器类型选择：Chebyshev滤波器过渡带陡峭，适合窄带应用。（2）元件参数：通过计算传输函数确定LC值，使用SmithChart调整阻抗匹配。（3）温度补偿：采用温度补偿电阻或变容二极管调整滤波器参数。3.开关电源效率计算（