光电开关电路设计方法
本文介绍了一种高可靠性的光电开关电路，带有稳频调制光以抗各种干扰，具有大功率驱动电路和光电三极管的自动增益控制特性，检测电路的输出级带有放大和施密特迟滞特性，确保整机的高抗干扰能力。
本电路由发光电路和光电接收电路两部分组成。它具有抗外光干扰、灵敏度可以不用人工调整，工作稳定可靠等优点，在反射式或对射式光电开关中均可应用。
1发光电路
图1给出了一个具有大功率输出的发光二极管驱动电路，它具有发射15kHz调制光的能力。
图1发光二极管的大功率驱动器
第一级4001为单脉冲发生器，可以人工按键输出检测脉冲，用于故障维修。
为了稳定被调制光信号的频率，电路中使用了分频器CD4060。它带有一个外接晶体振荡器，内部有多级分频器。对于1M晶振来说，经过4060的六次分频，可以得到频率稳定的151625kHz的方波，再通过功率场效应管的电流放大，就可以同时驱动上百个发光二极管同时发光。
2带自动增益控制的光电开关接收电路
图2给出了光电三极管的检测电路。红外光电三极管T2带有基极引出脚。因此可以对其进行灵敏度控制。它射极输出的光电流被放大管T3反相之后，反馈到光电三极管的基极。由于反馈回路中有由R13和C11组成的低通滤波器，因此这个反馈是对于直流工作点的负反馈，也使得交流电压增益得到控制，这就是自动增益控制(AGC)电路。图2光电接收电路输入光信号较强时，T3集电极信号有变强趋势，导致光电三极管T2基极的直流工作点电压下降，从而使T2和T3的交流输出均减小。因此，这个负反馈系统将使T3的交流输出信号在很大范围内与T2得到的光强大小几乎无关。可知，该接收电路在输入光发生变化时，T3输出信号变化不大。就是说，光源和光电三极管之间的距离变化，在很大范围内对T3输出信号影响不大。只有光源被充分隔挡之后，T3的输出信号才有明显变化。
图2中的U11组成二阶带通滤波器，可以滤去151625kHz以外的信号。该级增益为1,Q 值为5,截止频率、中心频率以及滤波特性容易调整。二极管D1和电容C14组成检波电路，可以从151625kHz信号上解调出包络信号。上述两部分电路可以滤除阳光、日光灯、白炽灯等干扰源的作用。
图2中的输出电路由放大级U12和施密特电路U13组成。U13的迟滞作用可以消除光电开关的临界抖动现象，避免光电开关的误翻现象。最后，光电开关的输出状态由发光二极管D2显示。
3实验数据
表1为实验测得的数据。发光管和接收管之间正面相对，两者之间无聚焦光学元件。用有无遮光对整机主要参数进行测试。由表可知，两管表面之间的相对距离在015～170mm范围内，无需调整灵敏度都能正常工作。表1光电开关整机实验数据
在距离接收管100mm处用1个40W白炽灯照射时，接收管仍可正常工作，表现为接收管不会饱和，抗干扰性极强。倘要加大工作距离，应加入光学透镜;在2m以上光射距离时，可用半导体激光二极管作调制光源。
4结束语
本文所介绍的高级光电开关电路具有如下特点：
由于负反馈使接收光电三极管不容易饱和。只要该管不饱和，外来光干扰就能抑制。
由于使用了调制和解调电路，所以在各种磁、电、光干扰之下，都能可靠工作。
施密特电路可以对开关进行消抖。
由于电路尽量采用集成电路，特别是大功率FET的应用，使本文所介绍的电路更适于阵列式光电开关应用的场合。
由于采用了AGC电路，导致了接收灵敏度几乎无需调整。
淮安信息职业技术学院2012-2013学年度第2学期 《智能电子电路设计与制作》期末试卷A 一、填空题（每空0.5分）共15分 1、MEGA16单片机I/O 端口的方向寄存器作用是（对端口输入输出选择）。 2、MEGA16单片机I/O 端口的输入寄存器作用是（ 判断端口电平高低 ）。 3、MEGA16单片机I/O 端口的数据寄存器作用是（对端口写入“1”或“0” ）。 4、ATmega16单片机是（ 8 ）位单片机。 5、MCUCR 寄存器是（ 控制寄存器 ），用于设置 INTO 和INT1的中断（ 触发）方式。 6、GICR 寄存器是（ 中断控制寄存器 ），用于设置外部中断的中断（允许 ）位。 7、全局中断使能位是（状态）寄存器中的 第（ 七 ）位 即（ BIT/7 ）位。 8、TCNT0是定时器（ T/C0）的（数据 ）寄存器，作用是（ 对计数器进行读写 ）。 9、T/C0的计数时钟源可以来自（ 内部 ）和（ 外部 ）两种。 10、T/C0工作在普通模式时，（ 计数初值 ）由TCNTO 设置，最大值为（ OXFFFF ）。 11、使用MEGA16单片机的AD 相关寄存器有（ AD 多工选择寄存器 ）、（ ADC 控制和状态寄存器A ）、（ ADC 数据寄存器）、（ 特殊功能IO 寄存器 ）。 12、MEGA16单片机TWI 相关寄存器有（ TWI 比特率寄存器 ）、( TWI 控制寄存器 )、（ TWI 状态寄存器 ）、（ TWI 数据寄存器 ）。 13、MEGA16单片机与SPI 相关的寄存器有（ SPI 控制寄存器 ）、（ SPI 状态寄存器 ）。 14、24C08是具有（ I 2c ）总线协议的非易失性存储器。 15、USART 模块的管脚发送数据管脚名称为（ TXD ）。 二、选择题（每题3分，共45分） 1. MCUCR 寄存器中的中断触发模式位是？（D ） A 、ICS00\ICS01 B 、ICS10\ICS11 C 、SM2 D 、A 和B 2. ATmega16的GICR 寄存器中外部中断0的中断使能位是（B ） A 、INT1 B 、INT0 C 、INT2 D 、INT3 3.多位数码管显示器通常采用（B ）法显示 系部： 班级： 学号： 姓名：
电气原理图设计方法及实例分析 【摘要】本文主要对电气原理图绘制的要求、原则以及设计方法进行了说明，并通过实例对设计方法进行了分析。 【关键词】电气原理图；设计方法；实例 继电-接触器控制系统是由按钮、继电器等低压控制电器组成的控制系统，可以实现对 电力拖动系统的起动、调速等动作的控制和保护，以满足生产工艺对拖动控制的要求。继电-接触器控制系统具有电路简单、维修方便等许多优点，多年来在各种生产机械的电气控制 中获得广泛的应用。由于生产机械的种类繁多，所要求的控制系统也是千变万化、多种多样的。但无论是比较简单的，还是很复杂的控制系统，都是由一些基本环节组合而成。因此本节着重阐明组成这些控制系统的基本规律和典型电路环节。这样，再结合具体的生产工艺要求，就不难掌握控制系统的分析和设计方法。 一、绘制电气原理图的基本要求 电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求连接而成，从而实现对某种设备的电气自动控制。为了便于对控制系统进行设计、研究分析、安装调试、使用和维修，需要将电气控制系统中各电气元件及其相互连接关系用国家规定的统一图形符号、文字符号以图的形式表示出来。这种图就是电气控制系统图，其形式主要有电气原理图和电气安装图两种。 安装图是按照电器实际位置和实际接线电路，用给定的符号画出来的，这种电路图便于安装。电气原理图是根据电气设备的工作原理绘制而成，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。绘制电气原理图应按GB4728-85、GBTl59-87等规定的标 准绘制。如果采用上述标准中未规定的图形符号时，必须加以说明。当标准中给出几种形式时，选择符号应遵循以下原则： ①应尽可能采用优选形式； ②在满足需要的前提下，应尽量采用最简单形式； ③在同一图号的图中使用同一种形式。 根据简单清晰的原则，原理图采用电气元件展开的形式绘制。它包括所有电气元件的导电部件和接线端点，但并不按照电气元件的实际位置来绘制，也不反映电气元件的大小。由于电气原理图具有结构简单、层次分明、适于研究等优点，所以无论在设计部门还是生产现场都得到广泛应用。 控制电路绘制的原则： ①原理图一般分主电路、控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。 ②图中所有电器触头，都按没有通电和外力作用时的开闭状态（常态）画出。 ③无论主电路还是辅助电路，各元件应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。 ④为了突出或区分某些电路、功能等，导线符号、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。 ⑤原理图中各电气元件和部件在控制电路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一电气元件的各个部件可以不画在一起，但必须采用同一文字符号标明。 ⑥原理图中有直接电联系的交叉导线连接点，用实心圆点表示；可拆卸或测试点用空心圆点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。 ⑦对非电气控制和人工操作的电器，必须在原理图上用相应的图形符号表示其操作方式。 ⑧对于电气控制有关的机、液、气等装置，应用符号绘出简图，以表示其关系。 二、分析设计法及实例设计分析 根据生产工艺要求，利用各种典型的电路环节，直接设计控制电路。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制电路，掌握多种典型电路的设计资料，同时具有丰富的设计经验，在设计过程中往往还要经过多次反复地修改、试验，才能使电路符合设计
电子电路设计软件 我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。但是有的时候，我们会发现做出来的东西有很多的问题，事先并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道结果的方法呢？结论是有，这就是电路设计与仿真技术。 说到电子电路设计与仿真工具这项技术，就不能不提到美国，不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。以前我国定型一个中型飞机的设计，从草案到详细设计到风洞试验再到最后出图到实际投产，整个周期大概要10年。而美国是1年。为什么会有这样大的差距呢？因为美国在设计时大部分采用的是虚拟仿真技术，把多年积累的各项风洞实验参数都输入电脑，然后通过电脑编程编写出一个虚拟环境的软件，并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入电脑的相关经验参数。这样一来，只要把飞机的外形计数据放入这个虚拟的风洞软件中进行试验，哪里不合理有问题就改动那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在实际环境中测试几次找找不足就可以定型了，从他们的波音747到F16都是采用的这种方法。空气动力学方面的数据由资深专家提供，软件开发商是IBM，飞行器设计工程师只需利用仿真软件在计算机平台上进行各种仿真调试工作即可。同样，他们其他的很多东西都是采用了这样类似的方法，从大到小，从复杂到简单，甚至包括设计家具和作曲，只是具体软件内容不同。其实，他们发明第一代计算机时就是这个目的（当初是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计算量大的设计）。 电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面简单介绍前三个软件。 ①SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim 公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE（Personal-SPICE）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。 ②multiSIM（EWB的最新版本）软件：是Interactive Image Technologies Ltd在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（对于multiSIM7还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫频仪）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪（相当于真实环境中的晶体管特性图示仪）和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent 示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。 ③MATLAB产品族：它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和
《电子电路设计与制作》教学大纲1．课程中文名称：电子电路设计与制作 2．课程代码： 3．课程类别：实践教学环节 4．课程性质：必修课 5．课程属性：独立设课 6．电子技术课程理论课总学时:256总学分：16 电子电路设计与制作学时：3周课程设计学分：3 7．适用专业：电子信息类各专业 8．先修课程：电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术、PCB电路设计一、课程设计简介 实验课、课程设计、毕业设计是大学阶段既相互联系又相互区别的三大实践性教学环节。实验课是着眼于实验验证课程的基本理论，培养学生的初步实验技能；毕业设计是针对本专业的要求所进行的全面的综合训练；而课程设计则是针对某几门课程构成的课程群的要求，对学生进行综合性训练，培养学生运用课程群中所学到的理论学以致用，独立地解决实际问题。电子电路设计与制作是电子信息类各专业必不可少的重要实践环节，它包括设计方案的选择、设计方案的论证、方案的电路原理图设计、印制板电路（即PCB）设计、元器件的选型、元器件在PCB板上的安装与焊接，电路的调试，撰写设计报告等实践内容。电子电路设计与制作的全过程是以学生自学为主，实践操作为主，教师的讲授、指导、讨论和研究相结合为辅的方式进行，着重就设计题目的要求对设计思路、设计方案的形成、电路调试和参数测量等展开讨论。 由指导教师下达设计任务书（学生自选题目需要通过指导教师和教研室共同审核批准），讲解示范的案例，指导学生各自对自己考虑到的多种可行的设计方案进行
比较，选择其中的最佳方案并进行论证，制作出满足设计要求的电子产品，撰写设计报告。需要注意是，设计方案的原理图须经Proteus软件仿真确信无误后，才能进行印刷电路图的制作，硬件电路的制作，以避免造成覆铜板、元器件等材料的浪费。电路系统经反复调试，完全达到（或超过）设计要求后，再完善设计报告。设计的整个过程在创新实验室或电子工艺实验室中完成。 二、电子电路设计与制作的教学目标与基本要求 教学目标： 1、通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识，提高综合运用知识的能力，逐步提升从事工程设计的能力。 2、注重培养学生正确的工程设计思想，掌握工程设计的思路、内容、步骤和方法。使学生能根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过设计、安装、焊接、调试等实践过程，使电子产品达到设计任务书中要求的性能指标的能力。 3、为后续的毕业设计打好基础。课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐转向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解工程设计的程序和实施方法；通过课程设计的训练，可以给毕业设计提供坚实的铺垫。 4、培养学生获取信息和综合处理信息的能力，文字和语言表达能力以及协调工作能力。课程设计报告的撰写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术文件打下基础。 5、提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。 基本要求： 1、能够根据设计任务和指标要求，综合运用电路分析、电子技术课程中所学到的理论知识与实践操作技能独立完成一个设计课题的工程设计能力。 2、会根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。能独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析问韪、解决问题的能力。
电子技术课程设计的基本方法和步骤
电子技术课程设计的基本方法和步骤 一、明确电子系统的设计任务 对系统的设计任务进行具体分析, 充分了解系统的性能、指标及要求, 明确系统应完成的任务。 二、总体方案的设计与选择 1、查阅文献, 根据掌握的资料和已有条件, 完成方案原理的构想; 2、提出多种原理方案 3、原理方案的比较、选择与确定 4、将系统任务的分解成若干个单元电路, 并画出整机原理框图, 完成系统的功能设计。 三、单元电路的设计、参数计算与器件选择 1、单元电路设计 每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务, 详细拟订出单元电路的性能指标, 与前后级之间的关系, 分析电路的组成形式。具体设计时, 能够模拟成熟的先进电路, 也能够进行创新和改进, 但都必须保证性能要求。而且, 不但单元电路本身要求设计合理, 各单元电路间也要相互配合, 注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。 2、参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求, 就需要用电子技术知识对参数进行计算, 例如放大电路中各电阻值、放大倍数、振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。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
电路设计功能、在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题: （1）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。 （2）元器件的极限必须留有足够的裕量, 一般应大于额定值的 1.5倍。 （3）电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3、器件选择 ( 1) 阻容元件的选择 电阻和电容种类很多, 正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同, 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, 例如滤波电路中常见大容量( 100~3000uF) 铝电解电容, 为滤掉高频一般还需并联小容量( 0.01~0.1uF) 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件, 并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。 ( 2) 分立元件的选择 分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。选择的器件类型不同, 注意事项也不同。 ( 3) 集成电路的选择 由于集成电路能够实现很多单元电路甚至整机电路的功能, 因此选用集成电路设计单元电路和总体电路既方便又灵活, 它不但使系统体积缩小, 而且性能可靠, 便于调试及运用, 在设计电路时颇受欢迎。选用的集成电路不但要在功能和特性上实现设计方案, 而且要满足功耗、电压、速度、价格等方面要求。 4、注意单元电路之间的级联设计, 单元电路之间电气性能的 相互匹配问题, 信号的耦合方式
课程设计报告 微电子电路 带有源负载的共源极放大器与带有源负载的cascode 放大器 集成电路设计 目录 1.课程设计目的···································页码3 2.课程设计题目描述和要求·························页码3 3.设计思路·······································页码4 4.带有源负载的共源极放大器设计过程及结果·········页码5 5.带有源负载的cascode放大器设计过程及结果·······页码7 6.心得体会·······································页码9 7.参考书目·······································页码9
２ 1.课程设计目的 深刻理解课本上学到的知识，建立各个章节的知识体系之间的联系。 加强动手能力和运用课本知识理论解决问题的能力。 对于放大器的性能和参数有更深刻的理解和掌握。 2.课程设计题目描述和要求 分析如图这样的带有源负载的共源极放大器与带有源负载的cascode 放大器的开环增益，3dB 频宽，单位增益频率。其中负载电容为3PF ，电源电压为5V ，要求CS 放大器的开环增益大于30dB ，cascode 放大器的开环增益大于60 dB 。对仿真结果进行分析，功耗小于2mW 。 Vdd C
３ Vdd C 3.设计思路：根据题目要求来计算以cs 放大器为例 ⑴功率不超过2mW ，电源为 5v ，得到总电流不能超过400uA 。 ⑵开始分配给ID 的电流为50u 运用了镜像电流源，电流大小之比为2，在长度一定时候的宽度之比也是2，故在右边电路的id 为100u ⑶根据公式 对于n 管来说，预估一个过驱动电压0.4v （大约0.2-0.5v ）均可。计算出来n 管宽长比为11.26，取11。因为实验中给定了n 管的阈值电压为0.723v ，所以，可以确定栅源电压为1.1v 左右。 对于p 管来说，预估一个过驱动电压为0.5v （大约0.2-0.5v ）均可。经过计算，p 管的宽长比为11.59，取12 。
电子系统设计的基本原则和设计方法 一、电子系统设计的基本原则： 电子电路设计最基本的原则应该使用最经济的资源实现最好的电路功能。具体如下： 1、整体性原则 在设计电子系统时，应当从整体出发，从分析电子电路整体内部各组成元件的关系以及电路整体与外部环境之间的关系入手，去揭示与掌握电子系统整体性质，判断电子系统类型，明确所要设计的电子系统应具有哪些功能、相互信号与控制关系如何、参数指标在那个功能模块实现等，从而确定总体设计方案。 整体原则强调以综合为基础，在综合的控制与指导下，进行分析，并且对分析的结果进行恰当的综合。基本的要点是：（1）电子系统分析必须以综合为目的，以综合为前提。离开了综合的分析是盲目的，不全面的。（2）在以分析为主的过程中往往包含着小的综合。即在对电子系统各部分进行分别考察的过程中，往往也需要又电子局部的综合。（3）综合不许以分析为基础。只有对电子系统的分析了解打到一定程度以后，才能进行综合。没有详尽以分析电子系统作基础，综合就是匆忙的、不坚定的，往往带有某种主管臆测的成分。 2、最优化原则 最优化原则是一个基本达到设计性能指标的电子系统而言的，由于元件自身或相互配合、功能模块的相互配合或耦合还存在一些缺陷，使电子系统对信号的传送、处理等方面不尽完美，需要在约束条件的限制下，从电路中每个待调整的原器件或功能模块入手，进行参数分析，分别计算每个优化指标，并根据有忽而
指标的要求，调整元器件或功能模块的参数，知道目标参数满足最优化目标值的要求，完成这个系统的最优化设计。 3、功能性原则 任何一个复杂的电子系统都可以逐步划分成不同层次的较小的电子子系统。仙子系统设计一般先将大电子系统分为若干个具有相对独立的功能部分，并将其作为独立电子系统更能模块；再全面分析各模块功能类型及功能要求，考虑如何实现这些技术功能，即采用那些电路来完成它；然后选用具体的实际电路，选择出合适的元器件，计算元器件参数并设计个单元电路。 4、可靠性与稳定性原则 电子电路是各种电气设备的心脏，它决定着电气设备的功能和用途，尤其是电气设备性能的可靠性更是由其电子电路的可靠性来决定的。电路形式及元器件选型等设计工作，设计方案在很大程度上也就决定可靠性，在电子电路设计时应遵循如下原则：只要能满足系统的性能和功能指标就尽可能的简化电子电路结构；避免片面追求高性能指标和过多的功能；合理划分软硬件功能，贯彻以软代硬的原则，使软件和硬件相辅相成；尽可能用数字电路代替模拟电路。影响电子电路可靠性的因素很多，在发生的时间和程度上的随机性也很大，在设计时，对易遭受不可靠因素干扰的薄弱环节应主动地采取可靠性保障措施，使电子电路遭受不可靠因素干扰时能保持稳定。抗干扰技术和容错设计是变被动为主动的两个重要手段。 5、性能与价格比原则 在当今竞争激烈的市场中，产品必须具有较短的开发设计周期，以及出色的性能和可靠性。为了占领市场，提高竞争力，所设计的产品应当成本低、性能好、
电子电路设计的一般方法与步骤 一、总体方案的设计与选择 1.方案原理的构想 (1)提出原理方案 一个复杂的系统需要进行原理方案的构思，也就是用什么原理来实现系统要求。因此，应对课题的任务、要求和条件进行仔细的分析与研究，找出其关键问题是什么，然后根据此关键问题提出实现的原理与方法，并画出其原理框图（即提出原理方案）。提出原理方案关系到设计全局，应广泛收集与查阅有关资料，广开思路,开动脑筋,利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，以便作出更合理的选择。所提方案必须对关键部分的可行性进行讨论，一般应通过试验加以确认。 (2)原理方案的比较选择 原理方案提出后，必须对所提出的几种方案进行分析比较。在详细的总体方案尚未完成之前,只能就原理方案的简单与复杂，方案实现的难易程度进行分析比较，并作出初步的选择。如果有两种方案难以敲定，那么可对两种方案都进行后续阶段设计，直到得出两种方案的总体电路图,然后就性能、成本、体积等方面进行分析比较，才能最后确定下来。 2.总体方案的确定 原理方案选定以后，便可着手进行总体方案的确定，原理方案只着眼于方案的原理，不涉及方案的许多细节，因此，原理方案框图中的每个框图也只是原理性的、粗略的，它可能由一个单元电路构成，亦可能由许多单元电路构成。为了把总体方案确定下来，必须把每一个框图进一步分解成若干个小框，每个小框为一个较简单的单元电路。当然，每个框图不宜分得太细，亦不能分得太粗，太细对选择不同的单元电路或器件带来不利，并使单元电路之间的相互连接复杂化；但太粗将使单元电路本身功能过于复杂，不好进行设计或选择。总之,
应从单元电路和单元之间连接的设计与选择出发，恰当地分解框图。 二、单元电路的设计与选择 1.单元电路结构形式的选择与设计 按已确定的总体方案框图，对各功能框分别设计或选择出满足其要求的单元电路。因此，必须根据系统要求，明确功能框对单元电路的技术要求，必要时应详细拟定出单元电路的性能指标，然后进行单元电路结构形式的选择或设计。 满足功能框要求的单元电路可能不止一个，因此必须进行分析比较，择优选择。 2.元器件的选择 (1)元器件选择的一般原则 元器件的品种规格十分繁多，性能、价格和体积各异，而且新品种不断涌现，这就需要我们经常关心元器件信息和新动向，多查阅器件手册和有关的科技资料，尤其要熟悉一些常用的元器件型号、性能和价格，这对单元电路和总体电路设计极为有利。选择什么样的元器件最合适，需要进行分析比较。首先应考虑满足单元电路对元器件性能指标的要求，其次是考虑价格、货源和元器件体积等方面的要求。 (2)集成电路与分立元件电路的选择问题 随着微电子技术的飞速发展，各种集成电路大量涌现，集成电路的应用越来越广泛。今天，一块集成电路常常就是具有一定功能的单元电路，它的性能、体积、成本、安装调试和维修等方面一般都优于由分立元件构成的单元电路。 优先选用集成电路不等于什么场合都一定要用集成电路。在某些特殊情况，如：在高频、宽频带、高电压、大电流等场合，集成电路往往还不能适应，有时仍需采用分立元件。另外，对一些功能十分简单的电路，往往只需一只三极管或一只二极管就能解决问题，就不必选用集成电路。
电子电路设计的基础知识 一、电子电路的设计基本步骤： 1、明确设计任务要求： 充分了解设计任务的具体要求如性能指标、内容及要求，明确设计任务。 2、方案选择： 根据掌握的知识和资料，针对设计提出的任务、要求和条件，设计合理、可靠、经济、可行的设计框架，对其优缺点进行分析，做到心中有数。 3、根据设计框架进行电路单元设计、参数计算和器件选择： 具体设计时可以模仿成熟的电路进行改进和创新，注意信号之间的关系和限制；接着根据电路工作原理和分析方法，进行参数的估计与计算；器件选择时，元器件的工作、电压、频率和功耗等参数应满足电路指标要求，元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般应大于额定值的1.5倍，电阻和电容的参数应选择计算值附近的标称值。 4、电路原理图的绘制： 电路原理图是组装、焊接、调试和检修的依据，绘制电路图时布局必须合理、排列均匀、清晰、便于看图、有利于读图；信号的流向一般从输入端或信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出务单元电路，反馈通路的信号流向则与此相反；图形符号和标准，并加适当的标注；连线应为直线，并且交叉和折弯应最少，互相连通的交叉处用圆点表示，地线用接地符号表示。 二、电子电路的组装 电路组装通常采用通用印刷电路板焊接和实验箱上插接两种方式，不管哪种方式，都要注意： 1．集成电路：
认清方向，找准第一脚，不要倒插，所有IC的插入方向一般应保持一致，管脚不能弯曲折断； 2．元器件的装插： 去除元件管脚上的氧化层，根据电路图确定器件的位置，并按信号的流向依次将元器件顺序连接； 3．导线的选用与连接： 导线直径应与过孔（或插孔）相当，过大过细均不好；为检查电路方便，要根据不同用途，选择不同颜色的导线，一般习惯是正电源用红线，负电源用蓝线，地线用黑线，信号线用其它颜色的线；连接用的导线要求紧贴板上，焊接或接触良好，连接线不允许跨越IC或其他器件，尽量做到横平竖直，便于查线和更换器件，但高频电路部分的连线应尽量短；电路之间要有公共地。 4．在电路的输入、输出端和其测试端应预留测试空间和接线柱，以方便测量调试； 5．布局合理和组装正确的电路，不仅电路整齐美观，而且能提高电路工作的可靠性，便于检查和排队故障。 三、电子电路调试 实验和调试常用的仪器有：万用表、稳压电源、示波器、信号发生器等。调试的主要步骤。 1．调试前不加电源的检查 对照电路图和实际线路检查连线是否正确，包括错接、少接、多接等；用万用表电阻档检查焊接和接插是否良好；元器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确；电源供电包括极性、信号源连线是否正确；电源端对地是否存在短路（用万用表测量电阻）。 若电路经过上述检查，确认无误后，可转入静态检测与调试。 2．静态检测与调试 断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，观察有无异常现象：如冒烟、异常气味、手摸元器件发烫，电源短路等，如发现异常情况，立即切断电源，排除故障； 如无异常情况，分别测量各关键点直流电压，如静态工作点、数字电路各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系、放大电路输入、输出端直流电压等是否在
西安邮电学院电子工程学院 本科集成电路设计与集成系统专业培养方案 学科：工学---电气信息专业：集成电路设计与集成系统（Engineering---Electric Information）（Integrated Circuit Design & Integrated System）专业代码：080615w 授予学位：工学学士 一、专业培养指导思想 遵循党和国家的教育方针，体现“两化融合”的时代精神，把握高等教育教学改革发展的规律与趋势，树立现代教育思想与观念，结合社会需求和学校实际，按照“打好基础、加强实践，拓宽专业、优化课程、提高能力”的原则，适应社会主义现代化建设和信息领域发展需要，德、智、体、美全面发展，具有良好的道德修养、科学文化素质、创新精神、敬业精神、社会责任感以及坚实的数理基础、外语能力和电子技术应用能力，系统地掌握专业领域的基本理论和基本知识，受到严格的科学实验训练和科学研究训练，能够在集成电路设计与集成系统领域，特别是通信专用集成电路与系统领域从事科学研究、产品开发、教学和管理等方面工作的高素质应用型人才。 二、专业培养目标 本专业学生的知识、能力、素质主要有：①较宽厚的自然科学理论基础知识、电路与系统的学科专业知识、必要的人文社会学科知识和良好的外语基础；②较强的集成电路设计和技术创新能力，具有通信、计算机、信号处理等相关学科领域的系统知识及其综合运用知识解决问题的能力；③较强的科学研究和工程实践能力，总结实践经验发现新知识的能力，掌握电子设计自动化（EDA）工具的应用；④掌握资料查询的基本方法和撰写科学论文的能力，了解本专业领域的理论前沿和发展动态；⑤良好的与人沟通和交流的能力，协同工作与组织能力；⑥良好的思想道德修养、职业素养、身心素质。毕业学生能够从事通信集成电路设计与集成系统的设计、开发、应用、教学和管理工作，成为具有奉献精神、创新意识和实践能力的高级应用型人才。 三、学制与学分 学制四年，毕业生应修最低学分198学分，其中必修课110学分，限选课36学分，任选课10学分，集中实践环节34学分，课外科技与实践活动8学分。
集成电路设计方法的发展历史 、发展现状、及未来主流设 计方法报告 集成电路是一种微型电子器件或部件，为杰克·基尔比发明，它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。 一、集成电路的发展历史： 1947年：贝尔实验室肖克莱等人发明了晶体管，这是微电子技术发展中第一个里程碑； 1950年：结型晶体管诞生； 1950年： R Ohl和肖特莱发明了离子注入工艺； 1951
年：场效应晶体管发明； 1956年：C S Fuller发明了扩散工艺； 1958年：仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史； 1960年：H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺；1962年：美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管； 1963年：和首次提出CMOS技术，今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺； 1964年：Intel摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍； 1966年：美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列； 1967年：应用材料公司成立，现已成为全球最大的半导体设备制造公司； 1971年：Intel推出1kb动态随机存储器，标志着大规模集成电路出现； 1971年：全球第一个微处理器4004Intel公司推出，采用的是MOS工艺，这是一个里程碑式的发明； 1974年：RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802； 1976年：16kb DRAM和4kb SRAM问世； 1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路时
实验一 EDA软件实验 一、实验目的： 1、掌握Xilinx ISE 9.2的VHDL输入方法、原理图文件输入和元件库的调用方法。 2、掌握Xilinx ISE 9.2软件元件的生成方法和调用方法、编译、功能仿真和时序仿真。 3、掌握Xilinx ISE 9.2原理图设计、管脚分配、综合与实现、数据流下载方法。 二、实验器材： 计算机、Quartus II软件或xilinx ISE 三、实验内容： 1、本实验以三线八线译码器（LS74138）为例，在Xilinx ISE 9.2软件平台上完成设计电 路的VHDL文本输入、语法检查、编译、仿真、管脚分配和编程下载等操作。下载芯片选择Xilinx公司的CoolRunner II系列XC2C256-7PQ208作为目标仿真芯片。 2、用1中所设计的的三线八线译码器（LS74138）生成一个LS74138元件，在Xilinx ISE 9.2软件原理图设计平台上完成LS74138元件的调用，用原理图的方法设计三线八线译 码器（LS74138），实现编译，仿真，管脚分配和编程下载等操作。 四、实验步骤： 1、三线八线译码器（LS 74138）VHDL电路设计 (1)三线八线译码器（LS74138）的VHDL源程序的输入 打开Xilinx ISE 6.2编程环境软件Project Navigator，执行“file”菜单中的【New Project】命令，为三线八线译码器（LS74138）建立设计项目。项目名称【Project Name】为“Shiyan”,工程建立路径为“C:\Xilinx\bin\Shiyan1”，其中“顶层模块类型（Top-Level Module Type）”为硬件描述语言（HDL），如图1所示。 图1 点击【下一步】，弹出【Select the Device and Design Flow for the Project】对话框，在该对话框内进行硬件芯片选择与工程设计工具配置过程。
集成电路设计方法--复习提纲 2、实际约束：设计最优化约束：建立时钟，输入延时，输出延时，最大面积 设计规则约束：最大扇出，最大电容 39.静态时序分析路径的定义 静态时序分析通过检查所有可能路径上的时序冲突来验证芯片设计的时序正确性。时序路径的起点是一个时序逻辑单元的时钟端，或者是整个电路的输入端口，时序路径的终点是下一个时序逻辑单元的数据输入端，或者是整个电路的输出端口。 40.什么叫原码、反码、补码？ 原码：X为正数时，原码和X一样；X为负数时，原码是在X的符号位上写“1”反码：X为正数是，反码和原码一样；X为负数时，反码为原码各位取反 补码：X为正数时，补码和原码一样；X为负数时，补码在反码的末位加“1” 41.为什么说扩展补码的符号位不影响其值？ SSSS SXXX = 1111 S XXX + 1 —— 2n2n12n1例如1XXX=11XXX,即为XXX-23=XXX+23-24. 乘法器主要解决什么问题？ 1.提高运算速度2.符号位的处理 43.时钟网络有哪几类？各自优缺点？ 1. H树型的时钟
网络： 优点：如果时钟负载在整个芯片内部都很均衡，那么H 树型时钟网络就没有系统时钟偏斜。缺点：不同分支上的叶节点之间可能会出现较大的随机偏差、漂移和抖动。 2. 网格型的时钟网络 优点：网格中任意两个相近节点之间的电阻很小，所以时钟偏差也很小。缺点：消耗大量的金属资源，产生很大的状态转换电容，所以功耗较大。 3.混合型时钟分布网络优点：可以提供更小的时钟偏斜，同时，受负载的影响比较小。缺点：网格的规模较大，对它的建模、自动生成可能会存在一些困难。 总线的传输机制？ 1. 早期：脉冲式机制和握手式机制。 脉冲式机制：master发起一个请求之后，slave在规定的t时间内返回数据。 握手式机制：master发出一个请求之后，slave在返回数据的时候伴随着一个确认信号。这样子不管外设能不能在规定的t时间内返回数据，master都能得到想要的数据。 2. 随着CPU频率的提高，总线引入了wait的概念 如果slave能在t时间内返回数据，那么这时候不能把wait信号拉高，如果slave不能在t时间内返回数据，那么必须在t时间内将wait信号拉高，直到slave将可以返回
电子线路设计与制作 实验报告 班级：电信12305班 指导老师：朱婷 小组成员：张壮安剑锋罗杰杨康熊施任务分工：1.张壮实验报告的撰写 2.安剑锋检查元件及整理 3.罗杰电路的焊接 4.杨康元器件的保管及测试 5.熊施协助电路的焊接 2014年11月14日
项目一：红外线电路设计 一、电路工作原理 常用的红外线遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一直特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的红外线而不会死可见光。 接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外线接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外线接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外线二极管一般有圆形和方形两种。 二、电路原理图设计
课题名称元件数量备注 红外线发射——接收模拟 电路红外线发射管 1 红外线接收管 1 发光二极管 1 运放uA741 1 20K可调电位器 1 100Ω电阻 1 10kΩ电阻 1 330Ω电阻 1 元件清单表 三、电路设计与调试 （1）各小组从指导老师那里领取元器件，分工检测元器件的性能。（2）依据电路原理图，各小组讨论如何布局，最后确定一最佳方案在洞洞板上搭建红外线发射\接收电路图。 （3）检查电路无误后，从信号发生器送入适应电压。 （4）调节可调电阻R3的阻值，观察发光二极管LED是否出现闪烁现象，如果出现说明有发射和接收，如果没有检查电路。（5）实验完毕，记录结果，并写实验报告。
四、实验注意事项 （1）发光二极管的电流不能天大（小于200mA）；（2）在通电前必须检查电路无误后才可； （3）信号发生器的输出电压峰峰值1.5~2.5V。 项目二：定时电路的设计一、电路原理图与工作原理
电子电路识图的基本方法和技巧 对初学者来说，复杂的电子电路图上布满了密密麻麻的电路符号，根本不知从何下手识图，也不能从电子电路原理图中找出电子产品的故障所在，更不能得心应手地去设计各种各样的电子电路。其实，只要对电子电路图进行仔仔细细观察，就会发现电子电路的构成具有很强的规律性，即相同类型的电子电路不仅功能相似，而且在电路结构上也是大同小异的。任何一张错综复杂、表现形式不同的电子电路图都是由一些最基本的电子电路组合而成的，构成复杂电子电路图的最基本电路称为单元电路。只要掌握了基本单元电路，任何复杂的电路都可以看成是基本单元电路的集合。1.从基本元器件入手，为识图打下良好的基础。电子元器件是构成电子产品的基础。因此，了解电子元器件的基础知识，掌握不同元器件在电路中的电路表示符号及各元器件的基本功 能特点是进行电子识图的第一步。 2.掌握基本单元电路，为识读复杂电路打下基础。在学习基本单元电路时，要掌握好基本单元电路的工作原理、电路的功能及特性、电路典型参数、组成电路的元器件、每一个元器件在电路中所起的作用及电路调试方法等。 3.分解复杂电路。复杂电路被分解为基本单元电路后，就可以根据一个个基本单元电路的功能、特点进而分析到整个复
杂的电子电路，设计出各种各样的电路。 4.掌握基本单元电路之间的连接方法。基本单元电路之间可以直接连接起来，叫做直接耦合；通过变压器的初、次级间的磁感应来实现信号的连接，叫做变压器耦合；用电容来连接，叫做电容耦合。 5.明确各分体元器件在电子电路中所起的作用。为了方便初学者识图，现将各分体元器件在电子电路中不同的接法及与不同元器件连接所起的作用归纳如下。电阻器：在电路中主要起限流、分压的作用。 1）电阻器与电阻器在电路中并联一般是为了增大电阻器的功率。 2）电阻器与电阻器串联并从中间引出抽头，在一般情况下是为了得到电阻器上的分压。 3）电阻与稳压管串联，电阻器为稳压二极管的限流电阻器。4）电阻器与电容器串联组成微分电路，在这里电阻器为电容器的充电限流电阻器，充电常数由RC的乘积觉定。在这里如果微分电路与二极管或单向晶闸管等半导体器件并联，且电路中有电感性负载，则微分电路在电路中起阻容吸收的作用，即吸收电感器由于在开机、关机一瞬间产生的较高感应电动势，保护半导体器件不因太高的感应电动势而击穿损坏。 5）电阻器与电容器并联，在一般情况下电阻器为电容器的
集成电路设计流程 . 集成电路设计方法 . 数字集成电路设计流程 . 模拟集成电路设计流程 . 混合信号集成电路设计流程 . SoC芯片设计流程 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University 集成电路设计流程 . 集成电路设计方法 . 数字集成电路设计流程 . 模拟集成电路设计流程 . 混合信号集成电路设计流程 . SoC芯片设计流程 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University 正向设计与反向设计 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University 自顶向下和自底向上设计 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University Top-Down设计 –Top-Down流程在EDA工具支持下逐步成为 IC主要的设计方法 –从确定电路系统的性能指标开始，自系 统级、寄存器传输级、逻辑级直到物理 级逐级细化并逐级验证其功能和性能 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University Top-Down设计关键技术 . 需要开发系统级模型及建立模型库，这些行 为模型与实现工艺无关，仅用于系统级和RTL 级模拟。 . 系统级功能验证技术。验证系统功能时不必 考虑电路的实现结构和实现方法，这是对付 设计复杂性日益增加的重要技术，目前系统 级DSP模拟商品化软件有Comdisco，Cossap等， 它们的通讯库、滤波器库等都是系统级模型 库成功的例子。 . 逻辑综合--是行为设计自动转换到逻辑结构 设计的重要步骤 State Key Lab of ASIC & Systems, Fudan University
A/D转换器的设计 一．实验目的： （1）设计一个简单的LDO稳压电路 （2）掌握Cadence ic平台下进行ASIC设计的步骤； （3）了解专用集成电路及其发展，掌握其设计流程； 二．A/D转换器的原理： A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。 模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。符号框图如下： 数字输出量 常用的几种A/D器为; (1):逐次比较型 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB 开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。 (2): 积分型 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 (3):并行比较型/串并行比较型
并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级型AD，而从转换时序角度又可称为流水线型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。 一．A/D转换器的技术指标: (1）分辨率,指数字量的变化，一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2^n的比值。分辨率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。 (2）转换速率,是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级，属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位ksps 和Msps，表示每秒采样千/百万次。 (3）量化误差，由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。（4）偏移误差，输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。（5）满刻度误差，满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。 （6）线性度，实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。 三、实验步骤 此次实验的A/D转换器用的为逐次比较型，原理图如下：