電子系統(tǒng)設(shè)計課程概述.ppt

1、第一章 電子系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論,1.1 電子系統(tǒng)概述 1.2 電子系統(tǒng)的設(shè)計 1.3 電子系統(tǒng)設(shè)計步驟 1.4 線性電源設(shè)計,1.1 電子系統(tǒng)概述,當(dāng)今電子產(chǎn)品的兩大特點： 1.產(chǎn)品的復(fù)雜性加深，根據(jù)Moore定律IC的復(fù)雜性大約 每6年增加10倍; 2.產(chǎn)品的上市時間與市場壽命減小,競爭加?。?（硬件工程師）,系統(tǒng)定義,什么是系統(tǒng)？,系統(tǒng)是由兩個以上各不相同且相互聯(lián)系，互相制約的單元組成的，在給定環(huán)境下能夠完成一定功能的綜合體。 這里所說的單元，可以是元件，部件或子系統(tǒng)。 一個系統(tǒng)又可以是另一系統(tǒng)的子系統(tǒng)。,電子系統(tǒng)定義,將由電子元器件或部件組成的，能夠產(chǎn)生、傳輸或處理電信號及信息的客觀實體稱為電

2、子系統(tǒng)。 通?？梢酝瓿梢粋€特定功能的完整的電子裝置都可稱為電子系統(tǒng)； 電子系統(tǒng)有大有小，大到航天飛機的測控系統(tǒng)、小到出租車計價器，它們都是電子系統(tǒng)。,復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電子系統(tǒng),電子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、電路的區(qū)別和聯(lián)系,電路也稱為電網(wǎng)絡(luò)。研究抽象規(guī)律采用網(wǎng)絡(luò)，討論具體問題則為電路。 一般系統(tǒng)是比網(wǎng)絡(luò)或電路更復(fù)雜、規(guī)模更大的組合體。有時簡單的網(wǎng)絡(luò)或電路可以稱之為系統(tǒng)，因為我們可以采用研究系統(tǒng)的方法和觀點來研究它們。 例：RC電路 網(wǎng)絡(luò)分析： 研究各支路、回路電流/電壓 系統(tǒng)分析： 研究如何構(gòu)成微積分運算器（系統(tǒng)）,積分電路,微分電路,電子系統(tǒng)的基本組成,電子系統(tǒng)的組成框圖,數(shù)字溫度計,電子系統(tǒng)類型(了解),實現(xiàn)

3、電子系統(tǒng)的器件,中大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路(VLSI)； 專用集成電路； 可編程器件； 少量分立元件和機電元件。,電子系統(tǒng)的類型,非智能型功能簡單或功能固定的電子系統(tǒng) 智能型參照人類活動規(guī)律，例：機器人,電子系統(tǒng)的功能分類(了解),測控系統(tǒng)：如工業(yè)生產(chǎn)控制等； 測量系統(tǒng)：如電量及非電量的精密測量等； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：如語音、圖像、雷達信息處理等； 通信系統(tǒng)：如數(shù)字通信、微波通信等； 計算機系統(tǒng)：計算機本身就是一個電子系統(tǒng)； 家電系統(tǒng)：如多媒體彩電、數(shù)字式視頻光盤機等。,實例-通信系統(tǒng),實例-DVD系統(tǒng),實例-計算機系統(tǒng),子系統(tǒng)基本類型,復(fù)雜電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次: 5種子系統(tǒng)基本類型: 1.模擬子系統(tǒng)

4、 2.數(shù)字子系統(tǒng) 3.模擬,數(shù)混合子系統(tǒng) 4.微處理器子系統(tǒng) 5.DSP子系統(tǒng),1.2 電子系統(tǒng)設(shè)計方法,自頂向下或從上到下,具體描述,設(shè)計人員首先根據(jù)對設(shè)計要求的理解及系統(tǒng)可能的工作方式、結(jié)構(gòu)等知識，構(gòu)成系統(tǒng)總體框圖； 根據(jù)設(shè)計要求及指標(biāo)，規(guī)定每個子系統(tǒng)的性能指標(biāo)，并對總體框圖中的每一個方框(子系統(tǒng)) 進行分析及設(shè)計； 對于復(fù)雜的子系統(tǒng)還可以繼續(xù)分解、細化，直到每個方框（功能模塊）都可以用一種或一種以上的方法加以實現(xiàn)； 每一個功能模塊都落實到通用中大規(guī)模集成電路層次，同時規(guī)定一些關(guān)鍵器件的指標(biāo)以保證該子系統(tǒng)的性能指標(biāo)的實現(xiàn)。,優(yōu)點,盡量運用概念（抽象）描述，分析設(shè)計對象，不過早考慮具體電路、

5、元器件和工藝。 抓主要矛盾，逐步細化、分解,適用于大型的、復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計,遵循原則,（1）正確性和完備性原則 （2）模塊化，結(jié)構(gòu)化原則 （3）問題不下放原則 （4）高層主導(dǎo)原則 （5）直觀性、清晰性原則,自底向上或從下到上,特點,自底向上的缺點： 部件設(shè)計在先，設(shè)計系統(tǒng)時將受這些部件的限制，影響： 系統(tǒng)性 易讀性 可靠性 可維護性 自底向上的優(yōu)點： 在系統(tǒng)組裝和調(diào)試過程中有效 可利用前人的設(shè)計成果,自頂向下與自底向上相結(jié)合,設(shè)計過程,自頂向下設(shè)計過程：,理論設(shè)計采用自上而下的設(shè)計方法； 實際制作采購器件、設(shè)計印刷電路板，裝配、調(diào)試； 各種文檔資料整理設(shè)計報告、測試報告、使用說明書等。,系統(tǒng)設(shè)計

6、的一般原則,任何一個系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循一定的原則、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，電子系統(tǒng)設(shè)計的原則如下： （1）兼顧技術(shù)的先進性和成熟性 電子系統(tǒng)的設(shè)計要適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的潮流，是系統(tǒng)保持長時間的先進性和實用性，同時兼顧技術(shù)的成熟性，縮短開發(fā)周期。 （2）安全、可靠和容錯性 采用成熟的技術(shù)、器件和部件，保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定和安全，同時系統(tǒng)具備一定的容錯性，能適應(yīng)各種不同的應(yīng)用和操作環(huán)境。,系統(tǒng)設(shè)計的一般原則（續(xù)）,（3）實用性和經(jīng)濟性 滿足系統(tǒng)基本功能和性能指標(biāo)的前提下，具有良好的性價比。 （4）可擴展性和易維護性 設(shè)計的單元電路模塊化、系列化，使系統(tǒng)進行升級時，能保護原有資源，降低系統(tǒng)維護的復(fù)雜性，提高效率。,1.3

7、 電子系統(tǒng)設(shè)計步驟,1.行為描述與設(shè)計 2.結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計 3.物理描述與設(shè)計,電子系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟,設(shè)計步驟（續(xù)）,1.行為描述與設(shè)計 描述系統(tǒng)的各項功能、各個單元的輸入輸出關(guān)系、各種技術(shù)指標(biāo) 舉例： 移動電話的功能:通話功能,來電顯示,存儲,時鐘,網(wǎng)絡(luò),傳真,聲控錄音,游戲,MP3等 性能指標(biāo):接收/發(fā)射頻率,調(diào)制方式,待機時間,連續(xù)通話時間,電池電壓 ,尺寸重量等等,設(shè)計步驟（續(xù)）,2.結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計 描述各單元之間的互連關(guān)系或協(xié)議 1)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的互連方式與協(xié)議. 2)子系統(tǒng),模塊級的結(jié)構(gòu)設(shè)計 功能框圖 電路圖 文字說明 3)模擬仿真驗證,3.物理描述與設(shè)計

8、實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的具體形式,技術(shù),工藝 1)傳統(tǒng)的PCB電路板 2)PLD邏輯器件 3)VLSI 版圖,外形尺寸,材料,散熱,設(shè)計步驟（續(xù)）,傳統(tǒng)設(shè)計步驟,1.審題 2.方案選擇與可行性論證 3.單元設(shè)計,計算和元件選擇 4.組裝、調(diào)試 5.編寫設(shè)計文檔,總結(jié)報告,電子系統(tǒng)設(shè)計EDA技術(shù),1.EDA技術(shù)的發(fā)展 EDA技術(shù)是從二十世紀(jì)集成電路問世起（60年代），經(jīng)歷了CAD（70年代），CAE（輔助工程，80年代）發(fā)展階段，到90年代進入EDA階段。 EDA技術(shù)匯集了計算機應(yīng)用科學(xué)，微電子結(jié)構(gòu)與工藝學(xué)和電子系統(tǒng)科學(xué)最新成果的先進CAD技術(shù)，它是計算機工作平臺上開發(fā)的一套電子設(shè)計系統(tǒng)軟件。 比較著名的ED

9、A公司有：Matlab(信息處理），MaxplusII(邏輯綜合),Protel(PCB)等等。,2.系統(tǒng)的EDA工具設(shè)計流程,模擬系統(tǒng)設(shè)計的詳細步驟,1、總體方案確定 根據(jù)任務(wù)書功能和指標(biāo)拆分系統(tǒng)，畫出總體設(shè)計框圖，通過論證，選擇最優(yōu)方案。 2、單元電路設(shè)計 盡可能選擇現(xiàn)有的、成熟的器件、部件及電路，注意各個器件之間的接口電平匹配、速度匹配等；選擇統(tǒng)一的供電電源；盡量選擇集成電路，減小體積，提高可靠性。 3、參數(shù)計算 根據(jù)指標(biāo)計算電路的各項參數(shù)，例如：電流、增益、振蕩頻率、截止頻率等等，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?模擬系統(tǒng)設(shè)計的詳細步驟（續(xù)）,4、元器件選擇 根據(jù)器件的各項參數(shù)如頻率、環(huán)境溫度、成本

10、等因素考慮，優(yōu)先考慮集成芯片。 5、計算機模擬仿真和實驗 繪制電路前，對關(guān)鍵電路進行用EDA模擬仿真和實驗，驗證各項技術(shù)指標(biāo)，如：品質(zhì)因素、失真度等等。 6、繪制電路圖 用EDA軟件繪制電路圖，并制作實物版圖。 7、組裝、調(diào)試及撰寫設(shè)計報告,數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計步驟,（1）明確設(shè)計要求（完成系統(tǒng)功能示意框圖） （2）確定系統(tǒng)方案（完成系統(tǒng)總體框圖） （3）控制器設(shè)計 （4）工程實現(xiàn)與調(diào)試,1.4 線形電源設(shè)計,整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電。 濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。 穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負反饋技術(shù)進一步穩(wěn)定直流電壓。,三端集成

11、穩(wěn)壓器,將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器，集成穩(wěn)壓器只有三個：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器，如下：,不同型號、不同封裝的穩(wěn)壓器三個電極的位置不一樣,外形圖,線性三端集成穩(wěn)壓器的分類,按輸出方式： 1. 三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW78 2. 三端固定負輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW79 3. 三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW117 4. 三端可調(diào)負輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW137 5. 三端低壓差集成穩(wěn)壓器 按級別： 1-為軍品級；2-為工業(yè)品級；3-為民品級。 軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55150； 工業(yè)品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25150； 民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0125。,三端穩(wěn)壓器的應(yīng)用,W7900系列穩(wěn)壓器外形及接線圖,1端: 公共端 2端: 輸入端 3端: 輸出端,-10V,