电子系统设计课程概述.ppt

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1、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

2、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,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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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CW78 2.三端固定负输出集成稳压器，国标型号为CW79 3.三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117 4.三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137 5.三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-55150；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25150；民品级多为塑料封装，工作温度范围0125。,三端稳压器的应用,W7900系列稳压器外形及接线图,1端:公共端2端:输入端3端:输出端,-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1.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节,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,