模拟电子系统设计.ppt
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1、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、
2、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,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 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? 测试的可行性:有无所需要的测量仪器仪表? 设计、制作的可行性:难度如何,如何积累? 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
3、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
4、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。,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(1003000m F)铝电解电容,为滤掉高频通常还需并联小容量(0.0l0.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。,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
5、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、fT和f是否满足电路设计指标的要求;高频工作时,要求fT = (510) f, f为工作频率。,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
6、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,相位比较单元,用来比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差,线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成,有时也包含运算放大器,振荡频率受控制电压控制
7、的振荡器,而振荡频率与控制电压之间成线性关系。在PLL中,压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。,(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
8、号的频率相等,即:fo=Nfi,(3)捕捉带与同步带,若环路原本处于失锁状态,由于环路的调节作用,最终进入锁定状态,这一过程,称环路捕捉过程,环路能捕捉的最大起始频差范围称捕捉带或捕捉范围 若环路原本处于锁定状态,由于温度或电源电压的变化,使VCO输出频率变化,或者输入信号频率变化,通过环路自动相位控制作用,使VCO相位(频率)不断跟踪输入信号的相位(频率),这个过程称跟踪过程,或同步过程,或保持过程。,设计举例:,设计任务: 采用数字锁相环技术产生一个与可变行频同频同步的锯齿波电压。已知:行同步信号是幅度为3.5V的负脉冲,其频率变化为15.62564kHz。 设计要求: 锯齿波电压的幅度范
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