电子系统设计

考核方式平时加作业10%实验10%期末考试80%第一章电子系统设计导论1.1电子系统概述1.2电子系统的设计1.3电子系统设计步骤1.4线性电源设计1.1电子系统概述当今电子产品的两大特点：1.产品的复杂性加深，根据Moore定律IC的复杂性大约每6年增加10倍;2.产品的上市时间与市场寿命减小,竞争加剧；（硬件工程师）系统定义什么是系统？系统是由两个以上各不相同且相互联系，互相制约的单元组成的，在给定环境下能够完成一定功能的综合体。这里所说的单元，可以是元件，部件或子系统。一个系统又可以是另一系统的子系统。电子系统定义将由电子元器件或部件组成的，能够产生、传输或处理电信号及信息的客观实体称为电子系统。通常可以完成一个特定功能的完整的电子装置都可称为电子系统；电子系统有大有小，大到航天飞机的测控系统、小到出租车计价器，它们都是电子系统。复杂结构的电子系统电子系统、网络、电路的区别和联系电路也称为电网络。研究抽象规律采用网络，讨论具体问题则为电路。一般系统是比网络或电路更复杂、规模更大的组合体。有时简单的网络或电路可以称之为系统，因为我们可以采用研究系统的方法和观点来研究它们。例：RC电路网络分析：研究各支路、回路电流/电压系统分析：研究如何构成微积分运算器（系统）积分电路微分电路电子系统的基本组成电子系统的组成框图模拟系统；数字系统；纯硬件系统软硬结合系统数字温度计电子系统类型(了解)实现电子系统的器件中大规模或超大规模集成电路(VLSI)；专用集成电路；可编程器件；少量分立元件和机电元件。电子系统的类型非智能型——功能简单或功能固定的电子系统智能型——参照人类活动规律，例：机器人电子系统的功能分类(了解)测控系统：如工业生产控制等；测量系统：如电量及非电量的精密测量等；数据处理系统：如语音、图像、雷达信息处理等；通信系统：如数字通信、微波通信等；计算机系统：计算机本身就是一个电子系统；家电系统：如多媒体彩电、数字式视频光盘机等。实例-通信系统实例-DVD系统实例-计算机系统子系统基本类型复杂电子系统结构层次:5种子系统基本类型:1.模拟子系统2.数字子系统3.模拟,数混合子系统4.微处理器子系统5.DSP子系统1.2电子系统设计方法自顶向下或从上到下具体描述设计人员首先根据对设计要求的理解及系统可能的工作方式、结构等知识，构成系统总体框图；根据设计要求及指标，规定每个子系统的性能指标，并对总体框图中的每一个方框(子系统)进行分析及设计；对于复杂的子系统还可以继续分解、细化，直到每个方框（功能模块）都可以用一种或一种以上的方法加以实现；每一个功能模块都落实到通用中大规模集成电路层次，同时规定一些关键器件的指标以保证该子系统的性能指标的实现。优点尽量运用概念（抽象）描述，分析设计对象，不过早考虑具体电路、元器件和工艺。抓主要矛盾，逐步细化、分解适用于大型的、复杂的系统设计遵循原则（1）正确性和完备性原则（2）模块化，结构化原则（3）问题不下放原则（4）高层主导原则（5）直观性、清晰性原则自底向上或从下到上特点自底向上的缺点：部件设计在先，设计系统时将受这些部件的限制，影响：系统性易读性可靠性可维护性自底向上的优点：在系统组装和调试过程中有效可利用前人的设计成果自顶向下与自底向上相结合设计过程自顶向下设计过程：理论设计——采用自上而下的设计方法；实际制作——采购器件、设计印刷电路板，装配、调试；各种文档资料整理——设计报告、测试报告、使用说明书等。系统设计的一般原则任何一个系统设计应遵循一定的原则、标准和规范，电子系统设计的原则如下：（1）兼顾技术的先进性和成熟性电子系统的设计要适应技术发展的潮流，是系统保持长时间的先进性和实用性，同时兼顾技术的成熟性，缩短开发周期。（2）安全、可靠和容错性采用成熟的技术、器件和部件，保证系统的可靠、稳定和安全，同时系统具备一定的容错性，能适应各种不同的应用和操作环境。系统设计的一般原则（续）（3）实用性和经济性满足系统基本功能和性能指标的前提下，具有良好的性价比。（4）可扩展性和易维护性设计的单元电路模块化、系列化，使系统进行升级时，能保护原有资源，降低系统维护的复杂性，提高效率。1.3电子系统设计步骤1.行为描述与设计2.结构描述与设计3.物理描述与设计电子系统设计的一般步骤设计步骤（续）1.行为描述与设计描述系统的各项功能、各个单元的输入输出关系、各种技术指标举例：移动电话的功能:通话功能,来电显示,存储,时钟,网络,传真,声控录音,游戏,MP3等性能指标:接收/发射频率,调制方式,待机时间,连续通话时间,电池电压,尺寸重量等等设计步骤（续）2.结构描述与设计描述各单元之间的互连关系或协议1)系统的结构设计确定系统与外部系统的互连方式与协议.2)子系统,模块级的结构设计功能框图电路图文字说明3)模拟仿真验证3.物理描述与设计实现结构的具体形式,技术,工艺1)传统的PCB电路板2)PLD逻辑器件3)VLSI版图,外形尺寸,材料,散热设计步骤（续）传统设计步骤1.审题2.方案选择与可行性论证3.单元设计,计算和元件选择4.组装、调试5.编写设计文档,总结报告电子系统设计EDA技术1.EDA技术的发展EDA技术是从二十世纪集成电路问世起（60年代），经历了CAD（70年代），CAE（辅助工程，80年代）发展阶段，到90年代进入EDA阶段。EDA技术汇集了计算机应用科学，微电子结构与工艺学和电子系统科学最新成果的先进CAD技术，它是计算机工作平台上开发的一套电子设计系统软件。比较著名的EDA公司有：Matlab(信息处理），MaxplusII(逻辑综合),Protel(PCB)等等。2.系统的EDA工具设计流程模拟系统设计的详细步骤1、总体方案确定根据任务书功能和指标拆分系统，画出总体设计框图，通过论证，选择最优方案。2、单元电路设计尽可能选择现有的、成熟的器件、部件及电路，注意各个器件之间的接口电平匹配、速度匹配等；选择统一的供电电源；尽量选择集成电路，减小体积，提高可靠性。3、参数计算根据指标计算电路的各项参数，例如：电流、增益、振荡频率、截止频率等等，并留有适当的余量。模拟系统设计的详细步骤（续）4、元器件选择根据器件的各项参数如频率、环境温度、成本等因素考虑，优先考虑集成芯片。5、计算机模拟仿真和实验绘制电路前，对关键电路进行用EDA模拟仿真和实验，验证各项技术指标，如：品质因素、失真度等等。6、绘制电路图用EDA软件绘制电路图，并制作实物版图。7、组装、调试及撰写设计报告数字系统设计步骤（1）明确设计要求（完成系统功能示意框图）（2）确定系统方案（完成系统总体框图）（3）控制器设计（4）工程实现与调试1.4线形电源设计整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。三端集成稳压器将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器，集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器，如下：集成稳压器符号不同型号、不同封装的稳压器三个电极的位置不一样外形图线性三端集成稳压器的分类按输出方式：1.三端固定正输出集成稳压器，国标型号为CW782.三端固定负输出集成稳压器，国标型号为CW793.三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW1174.三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW1375.三端低压差集成稳压器按级别：1---为军品级；2---为工业品级；3---为民品级。军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃；民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。三端稳压器的应用W7900系列稳压器外形及接线图1231端:公共端2端:输入端3端:输出端–+W7905UI–+Uo231CI0.1~1FCo1µF-10V-5V注意：1、散热2、压降三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图：可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节)1(25.1+=1PPaP1REFREFORRRIRRVVV利用三端集成稳压器组成恒流源7805稳压器做恒流源317稳压器做恒流源三端集成稳压器做恒流源电路如下：单电源实际应用举例双电源实际应用举例