电子系统与设计.ppt

第二章 模拟电路子系统的设计 2.1 模拟电路设计的特点 2.2 模拟系统设计简介 2.3 模拟电路设计的一般原则和步骤 2.4 常用单元电路 2.5 模拟电路设计举例 模拟系统 模拟系统是将各类待处理物理量通过各种传感器转换为电信号，使电信号的电压、电流、相位、频率等参数与某物理量具有直接的对应关系。 此对应关系是对原始物理量的模拟。如：测量温度的仪表将温度转换成电信号后经处理再转换成磁信号，通过指针表示温度值。 优点：整个处理过程中，电信号的相关参数始终与原始物理量有直接的对应关系，即模拟关系。 数字系统 数字系统是将被处理的物理量首先转换成模拟的电信号，在对电信号处理之前先经过A/D转换，将模拟信号转换成数字信号。 状态只有“0”和“1”。数字信号可以根据需要再经D/A变换成模拟电信号，再由电信号转换成物理量。 数字系统的优点：抗干扰强、便于处理、可采用高度集成的数字器件，便于利用计算机技术等。 但不论模拟系统还是数字系统都要用模拟电子电路。 模拟电路设计方法 模拟电路设计方法： (1)人工设计：电路结构的确定、元器件参数的选取、电路的各项指标的计算等各个设计关节均由设计人员完成。 (2)计算机辅助设计（CAD）：电路的各项指标的计算由计算机完成。 2.1 模拟电路设计的特点 （1）器件模型的精度有限。 （2）计算方法简化。 （3）模拟电路的种类较多。 （4）电路的技术指标众多。 （5）模拟器件种类繁多。 （6）分布参数和干扰对模拟电路的影响较大。 （7）要求设计者具有较高的综合素质。 模拟电路设计的注意点 （1） 注意技术指标的精度及稳定性，考虑元器件的温度特性，电源电压波动，负载变化及干扰因素的影响。 （2） 重视级间阻抗匹配问题。（反射） （3） 元器件的选择应注意参数的分散性及温度的影响。（发散与收敛、温漂） （4） 调试中应遵循先单元后系统，先静态后动态，先粗调后细调。（调零、温度补偿等） 2.2 模拟系统设计简介 将需要处理的物理量转化为电信号，以电信号的电压、电流、频率、相位等参数模拟被处理的物理量，用电子技术对电信号的处理，达到对物理量的处理，这种处理方式叫模拟方式。 以模拟处理方式为主，应用电子技术完成信号处理的系统称为模拟电子系统。 模拟电子系统的设计阶段 1.系统级设计 任务：将系统的总要求分解为不同的子功能，再根据不同的子功能确定出可完成各个子功能的模块（即单元电路），并为各个模块确定具体的技术指标。 设计步骤： 1）系统指标可行性分析：包括指标合理性、难易程度、先进性、主客观条件、元器件的货源情况、可否按时完成、成本和市场前景。 2）信号处理的流程分析。 3）拟定信号处理流程中所设定的处理环节和处理要求，设置可完成各种相对独立的功能模块，用框图完成 模拟电子系统的设计阶段（续） 4）拟订框图中模块的指标。 5）确定单元电路的技术指标。 6）系统设计的优化。 2.电路级设计 任务：根据系统级设计时所制定的各个子模块的指标，选定合理的电路结构、电路参数和器件，使之达到指标的要求，实现各个子模块的功能。 举例：交流电压表的设计 具体指标： （1）电压测量范围：50uV-30V （2）电压量程：1mV，3mV，10mV，100mV，1V，3V，30V，300V。 （3）被测信号频率范围：2Hz-500Hz。 （4）频率响应：以1KHz的不均匀性为基准，分别为2Hz-200KHz＜±3%；2Hz-500KHz＜±5%。 （5）输入阻抗：在1KHz下，输入阻抗不低于2M，输入电容小于60PF。 （6）测量误差：＜±2.5%。 （7）用磁电式表头指示测量结果。 系统设计 1）可行性分析 该仪表被测量电压范围、输入阻抗和误差要求均属于常规性指标，易达到。电压表应用放大和整流技术，所用器件可选范围很宽，因此设计可行。 2）信号处理流程分析 衰减（使输入较大电压值的被测信号具有合适幅度）→放大（使被测信号的幅度满足后续整流电路的要求） →整流（将正弦信号转支流以驱动表头） →由表头指示测量结果 系统设计（续） 系统设计（续） 系统设计（续） （4）拟订模块指标 需要反复比较核算，合理分配衰减值、放大倍数和频率特性指标，根据电路结构提出阻抗匹配要求，考虑整流线性度的保证措施，系统误差的分配