《模拟电子系统设计.ppt

模拟电子系统设计 1、模拟系统的设计方法和步骤 (1)系统描述和分析明确设计任务，认真分析设计要求，深入了解系统的功能、性能指标和使用条件，完整、清晰地对系统的各项功能要求和技术性能指标进行更具体、更详细的描述，以作为系统设计的原始依据。 ??? (2)总体方案的设计与选择 根据设计任务、要求和条件，分折电路的总体功能，并将其分解成若干单元功能，形成总体设计方案，画出总体设计原理框图。 框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。一般一个系统有多个设计方案，设计者应仔细分析、比较各方案的优缺点，择优选用。 方案论证要敢于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。 方案设计与选择必须优先考虑以下问题 ①原理的可行性：解决一个间题，可能有许多种方法，但有的方法是不能达到设计要求的 ②元器件的可行性：如采用什么元器件、什么微控制器、什么可编程逻辑器件，能否采购得到？ ③测试的可行性：有无所需要的测量仪器仪表？ ④设计、制作的可行性：难度如何，如何积累？ ⑤时间的可行性：研制周期多长？ (3)系统模块划分: 根据总体设计方案将系统划分为若干个功能模块，并确定各模块间的接口参数。 (4)单元电路设计: 确定单元电路的功能及性能指标、与前后级之间的关系，并分析单元电路的工作原理，然后选择设计单元电路的结构形式。可以通过查找资料，寻找现成的电路，或者相近电路，再调整电路参数。若没有，则需设计新的电路。要注意，各单元电路间的相互配合，尽量减少元器件的数量、类型、电平转换和接口电路，以使电路简单可靠。 (5)元器件选择和参数计算 参数计算包括放大电路中各电阻值、放大倍数的计算，振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数的计算。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。参数计算时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计所要求的功能、在实践中真正可行的参数。??? 计算电路参数时应注意下列问题: 元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求； 元器件的极限参数必须留有足够充裕量，一般应大于额定值的1.5倍； 对于环境温度、交流电网电压等工作条件应按最坏的情况考虑； 选用的元器件参数值都必须采用计算值附近的标称值。 ①阻容元器件的选择： 不同的电路对电阻和电容的性能要求也不同，有些电路对电容的漏电要求很严；还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高。例如，滤波电路中常用大容量（100～3000m F）铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小容量（0.0l～0.lm F）瓷片电容。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元器件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。 ②半导体器件的选择 半导体器件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二（三）极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。例如，选择晶体三极管时，首先注意选择NPN型还是PNP型管，高频管还是低频管，大功率管还是小功率管，并且注意管子的参数PCM、ICM、VCEO、IBCO、β、fT和fβ是否满足电路设计指标的要求；高频工作时，要求fT = (5～10) f, f为工作频率。 ③集成电路的选择： 由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又灵潘，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及运用。集成电路有模拟集成电路和数字集成电路之分。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且还要满足功耗、电压、速度、价格等多方面的要求。 (6)安装与调试 ??? 方案论证和单元电路硬件设计之后，紧接着就是设计制作印制电路板。对于数字部分，因为频率较低，可以利用现代软件技术直接排版。对于模拟部分，特别是高频部分，需要考虑抗干扰问题，既要考虑抗外部干扰，又要考虑抗内部干扰；既要考虑模电自身的相互干扰，又要考虑数电（脉冲信号）对模电部分的干扰。简单的系统或模块电路可用手工制作电路板。 锁相环应用系统实例 知识补充： 锁相环的基本组成 (2) 锁相环工作原理 相位比较器把输入信号作为标准，将它的频率和相位与从VCO输出端送来的信号进行比较。如果在它的工作范围内检测出任何相位（频率）差，就产生一个误差信号，这个误差信号正比于输入信号和VCO输出信号之间的相位差，通常是以交流分量调制的直流电平。?由低通滤波器滤除误差信号中的交流分量，产生信号去控制VCO，强制VCO朝着减小相位/频率误差的方向改变其频率，使输入基准信号和VCO输出信号之间的任何频率或相位差逐渐减小直至为0，这时我们就称环路已被锁定。 环路锁定后，鉴相器的两个输入信号的频率相等，即：fo=Nfi