基于光端发射机的设计及PROTEL体会

基于光端发射机的设计及PROTEL体会摘要：本文介绍了一款射频光端发射机的电源模块和偏置电路，阐述了光源、光检测器件等光器件的选择原则，提出了光源驱动电路和电源稳压电路的设计方法，并通过PROTEL软件实现从原理图设计到PCB板的绘制。讨论了在使用PROTEL过程中的常见的问题的解决和使用该款软件的体会，并结合其他PCB绘制软件进行比较，讨论PROTEL绘制DXP原理图和PCB板与其他软件的差异。关键词:发射机电源PROTEL偏置电路一、引言1、FM光端发射机中光源和光检测器件是决定器性能的主要器件，电源的稳定性既可以保证器件的正常使用寿命，也可以提高探测精度，因此，设计一款光端发射机要选择好器件，设计好偏置电路和电源。2、PROTEL是一款集DXP原理图设计和PCB设计的电路设计软件，但在使用过程中也会出现一些问题，需要设计者在实践中不断总结。二、电源模块的设计本设计中需要从电网中220V的交流电转换成供偏置模块稳定的12V直流电，从220V交流电转换到12V的稳定直流电的步骤如下：变压整流滤波稳压根据以上步骤，本设计中设计如图一所示的电源模块图一、电源模块采用线圈匝数比为10:1的变压器，将电网电压转换为22V的交流电，通过由四个整流二极管组成的整流桥，再通过滤波转换为具有一定纹波的22V直流电。（整流管和电容选择时要选择高耐压值的，22V电压相对这些器件来说是偏高的电压，选择高耐压值防止烧坏器件）。为了达到输出低纹波的直流电目的，本设计采用了LM317稳压芯片，该稳压芯片稳压值在（37V~~~1.25V内可调），输出纹波小，电压稳定，不易受输入电压和输出总电阻的影响。决定LM317输出电压的是电阻R3,R4的比值,R4是一个固定电阻.因为输出端的电位高,电流经R3,R4流入接地点.LM317的控制端消耗非常少的电流,可忽略不计.所以,控制端的电位是IxR4,又因为LM317控制端,输出端接脚间的电位差为1.25V,所以Out(输出）的电压是:UO=1.25*（1+R3/R4）使用LM317时须注意以下几点：1、输入电压不可超过35V。2、输入电压必须高于稳压值2V以上3、电流不可超过1.5A。将滤波后的电压输入到LM317电路中，通过调节R4，使输出电压文稳定的12V直流电。三、偏置模块1、光源的选择本设计中采用LED作为光源，作为光纤通信的光源，应选择高亮度的LED作为发射光源。LED作为光源具有亮度低，发散角大，耦合效率低等特点，但它成本低，使用寿命长，使用于较短大的信号传输，本设计是一款局域光端发射机，因此选择LED具有更高的性价比。本设计的偏置电路如图二所示图二、光源偏置电路对于LED偏置电路可采取电流驱动也也可以采取电压驱动，本设计偏置电路采用电压驱动的方式。本设计采用双运放LM358和负反馈电路，LED光源D6反向接入，加载调制信号。电感L1起到信号隔离作用，第一运放电路作用是从供电电压+12V通过分压电阻R5、R6、R7取出一个基准电压，通过电压比较放大，输出到第二级运放和三极管Q1，构成电流驱动电路，由于光源发射功率受到电压控制，所以在第一级运放电路中加入可调电位器R7，进行出纤功率的微调，为了避免调整幅度过大，损坏光器件，串联了具有较大阻值的限压电阻R6，并通过2.5V稳压二极管D5，将最大输出电压钳位在2.5V，确保LED光源正常工作。本偏置设计采用低噪声运放，为了抑制纹波和其他低频信号对光源驱动的影响，在第二级运放钳采用R2、C3构成的低通滤波电路，反馈回路中电容C1作用是为了避免电压放大时出现自激。本偏置设计虽然控制灵活性高，但电路较为复杂，成本高，且三极管电压大、功率大，需要带有散热的大功率三极管。四、PROTEL中常见的问题该款软件是一款功能强大的电路设计软件，在设计过程中常会遇到一些问题需要解决，作为一名设计者更应该在每一次设计中不断对遇到问题进行总结归纳，不断提高该款软件的操作能力。1、DXP原理绘制常出现的问题及解决方法在DXP原理图绘制之前，要先建立DXP元件库，有两种途径，一是采用软件自带的库或者网络上下载常用DXP库。而是，根据自己所需的元件清单自己绘制元件并建立库。前者虽然可以减去自己建库的麻烦，但自带库或者下载的库往往分成好几个小库，需要一个个去找，同时还要知道它在库中的DXP名称，寻找较为麻烦。后者虽然需要自己多花一个程序去绘制元件，但设计时易找。作为设计者本人更倾向后者。自己绘制元件时，注意要把封装与自己要的封装库里的封装对应。如果采用自带或者网络下载的DXP库，经常会遇到的问题就是不知怎么把自己所需的元件从库中寻找出来，解决这个问题最好的方法就是去下载一份PROTELDXP元件在DXP库中的名称、和分类，然后在其分类中按名称查找。如果是自己绘制元件并建库，怎样才能使元件绘制得更合理，不会过大或者过小，最重要的是要设置好栅格，适当修改引脚的长度。其次要自已绘制引脚与实际元件引脚的对应，不可出错，否则在导入PCB绘制时会出错。原理图绘制时主要是电气连接问题，容易在连线时按键，而不是。后者才是正确的，虽然在图中看起来两者并没有什么差别，但在电气上前者是没有电气连接的。在设计中还会出现这么一个问题，地线和电源线标志在DXP中都是同一个标志，该如何得到自己想要的地线或者电源呢？选正后，右键点击该标志，选择对话框中Bar为电源、选择PowerGround为地。当原理图较为复杂的时候，可试着采用网络标号，相同的标号系统会默认电气连接。为了更好操作PROTEL最好能去载一份快捷键的用法。掌握如何删除多余元件、旋转元件、等方法。设计完了一个电路，如何检测正误点击Tool中ERC检测。系统会自动生成检测报告，根据检测报告中提示的错误去修改电路图，直至检测无错误后再生成网络表格。点击Design中CreateNetlist。生成网络表格。查看网络表格中电气连接与自己所想要的电气连接是否一致，然后保存。2、PCB中常见的问题及解决方法在PCB设计中最好能提前检查错误，设计完了在检查有时得重新来，做了无用功。首先在PCB对话框中点击Design中LoadNets......。导入DXP中从生成的网络表格文件。它会对错误的类型和错误的电气连接点进行提示。在设计中，本人总结了几种可能出现错误的原因：1、所需原件的封装没完全添加进去，导致系统找不到封装——解决方法：查找元件库中的封装，修改成与PCB库一致，若都一致但PCB库中缺少某一需要的封装，添加该封装即可。2、原理图中的引脚与封装库中的引脚不一致。——解决方法：根据错误提示的电气点。找到连接该电气连接的元件。查找这些元件的引脚与封装中的引脚是否一致。不一致在进行修改。可以修改DXP元件库里的元件引脚，也可以修改PCB库里的元件引脚。每个设计者都会有不同的布局习惯，可以先规划板框，然后布局，根据布局完的情况在根据实际情况修改板框尺寸。布局时应该遵守以下布局原则：1、按模块布局2、尽量减少交叉的线3、布局要尽量紧凑，在实际生产中注重的是经济效益，所以应该设计紧凑点。4、滤波电容尽量靠近它所滤波的电路。在布局中常会出现这样一个问题，某些元件被选中了，结果拖动其中一个其他几个元件也会跟着动，无法进行布局，这是初学者一个很常见的问题。解决办法就是点击键盘上快捷键E-E-A.,取消选中。布完局后就是布线，本设计中采用双面板，布线时应该注意以下问题：1、布线时不能布得过细，一般布在0.5mm左右（15mil）2,、地线和电源线要布宽一点，一般布在其他线1.5倍到2倍之间3、不同面的线最好交叉布，不要重合，防止上一层的干扰耦合到下一层去。4、布线最好有一定的折角，一般为45°。5、布完线要补下泪滴。本设计设计的PCB3D预览如图三和所示。图三、PCB3D图五、PROTEL和PROTEUS软件的使用比较Protel和proteus都是集原理图设计和PCB板设计的电路设计软件，在未做该款设计时，一直都在使用proteus这款软件，现在做了这款设计时选择了不是很熟悉的protel这款软件来完成该发射模块。通过对两款不同软件的使用得出一些体会。就自己的设计习惯来说，更喜欢于proteus，该款软件可以实现电路仿真、C程序和汇编程序仿真。就使用而言，它有统一原理图库和元件封装库。可以直接输入查询。但就protel而言，protel的库里的元件更全。不管那款软件都有其优劣，结合这应用会使设计更加完善，取长补短。六、结束语这是一次很有意义的课程设计，通过该设计，不仅学会了电路的设计，学会光端机的实际应用和设计，同时也学会了protel这款软件的应用。七、参考文献【1】朱清惠，张凤蕊编.PROTEUS教程【M】北京：清华大学出版社20008.9【2】曹丙霞，赵艳华编.PROTEL99SE原理图与PCB设计【M】北京：电子工业出版社2007.5【3】夏路易，石宗义编。电路原理图与电路板设计教程PROTEL99SE教程【M】北京：北京希望电子出版社2002.6