導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路設(shè)計(jì)及仿真，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：納米尺度互連線 集總參數(shù)模型 電路仿真 CMOS射頻集成電路設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0176-02

1 引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，納米尺度的CMOS工藝射頻集成電路（RFIC）在工業(yè)、科技、醫(yī)藥醫(yī)療的應(yīng)用越來越廣泛，且其工作頻率已經(jīng)進(jìn)入微波、毫米波段，如X波段、Ku波段及60GHz應(yīng)用等[1]。然而，當(dāng)電路的工作頻率進(jìn)入到這種高頻頻段時(shí)，電路模型的精度是電路能否成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。在電路版圖設(shè)計(jì)之后，通常是利用Assura和Calibre等工具來獲得互連線的寄生電阻和寄生電容。然而，由于電路的寄生電感比寄生電阻和寄生電容復(fù)雜且精度低，很難利用版圖驗(yàn)證設(shè)計(jì)工具得到寄生電感值，因此，需要借助于電磁場(chǎng)仿真軟件對(duì)傳輸線進(jìn)行準(zhǔn)確模擬。然而，在電路設(shè)計(jì)初期通常需要考慮用于互連的微帶傳輸線對(duì)電路性能的影響，傳統(tǒng)單純利用電磁場(chǎng)仿真軟件進(jìn)行參數(shù)提取的方法無法準(zhǔn)確根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。本文構(gòu)建了基于物理特性的互連線模型，該模型的寄生參數(shù)通過傳輸線物理特性和電磁場(chǎng)仿真軟件得到，易于計(jì)算和電路設(shè)計(jì)分析。同時(shí)，該模型的參數(shù)和頻率無關(guān)，易于電路分析，適用于射頻集成電路的設(shè)計(jì)。最后，論文詳細(xì)論述了將模型用于集成電路設(shè)計(jì)中的流程。

2 互連線寄生參數(shù)仿真模型

射頻集成電路設(shè)計(jì)中使用的互連線結(jié)構(gòu)按照其類別可分為兩類：第一類是微帶線是以芯片襯底地作為其地平面，第二類是互連線是以某一金屬層（通常是第一層金屬M(fèi)1）作為其地平面。對(duì)于這兩類互連線結(jié)構(gòu)而言，采用襯底地平面作為公共地平面的互連線比采用底層金屬M(fèi)1作為公共地的互連線更加靈活，因?yàn)樵趯?shí)際電路設(shè)計(jì)中受限于電路結(jié)構(gòu)，其底層金屬需要作為信號(hào)線進(jìn)行器件之間互連，這種情況下需要采用第一種結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)互連。然而，使用底層金屬M(fèi)1作地線可以隔離襯底，減少襯底的損耗，因此在集成電路設(shè)計(jì)中兩種傳輸線結(jié)構(gòu)相互并存。

圖1是互連線的模型圖，該模型為單π集總參數(shù)模型，與常規(guī)的電感π模型相似[2]。圖1中模型并聯(lián)部分表示寄生電容和電阻，串聯(lián)部分表示寄生電感和電阻。在設(shè)計(jì)窄帶寬的電路時(shí)，尤其是進(jìn)行放大器電路設(shè)計(jì)，關(guān)注的是工作頻率附近的參數(shù)。所以，方框模型可以視為獨(dú)立于工作頻率，即模型在窄帶電路設(shè)計(jì)中依舊可以使用。模型中，電感L2和電阻R2為互連線自身的分布電感和分布電阻，包含了集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)對(duì)電路的影響，而并聯(lián)電容和電阻為導(dǎo)線和襯底之間等效電容和等效電阻。

對(duì)于該傳輸線模型，其離散參數(shù)的矩陣近似于模擬值和實(shí)際測(cè)量值。根據(jù)等效規(guī)則，電路的參數(shù)都可由Y參數(shù)推導(dǎo)得出[3]。在得到每一模塊的參數(shù)后，串聯(lián)電感值，電阻值和并聯(lián)電容值都可以求出。

根據(jù)等效規(guī)則，工作頻帶的S參數(shù)應(yīng)該與模擬和測(cè)試值相同。根據(jù)對(duì)Y矩陣的定義，可以推導(dǎo)出以下公式：

式中，為工作頻率，函數(shù)real（）和函數(shù)imag（）分別代表著復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部。

以上的公式對(duì)于大多數(shù)傳輸線是可用的，無論傳輸線是否對(duì)稱。在大多數(shù)情況下，傳輸線的Y1，Y3部分在結(jié)構(gòu)上并不對(duì)稱。但是，當(dāng)兩端口的反射系數(shù)的值相同時(shí)，將出現(xiàn)對(duì)稱的特殊情況。此時(shí)傳輸線可化簡(jiǎn)為相同的部分，且可從電報(bào)方程中得出各元件的值。

在以上的分析中，電容，電感和電阻分別是頻率的參數(shù)，而本模型中各部分?jǐn)?shù)值處理成和頻率無關(guān)的數(shù)值，這將在電路設(shè)計(jì)中產(chǎn)生誤差。由于替換產(chǎn)生的誤差可有下面公式得出：

是仿真實(shí)際S參數(shù)值，是模型的S參數(shù)值。

通常，當(dāng)電路的頻率與正常工作頻率差異較大時(shí)，由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，這個(gè)誤差將會(huì)造成更加嚴(yán)重的影響。依照上述的模型，我們利用電磁場(chǎng)仿真軟件ADS-Momentum構(gòu)建了互連傳輸線，該傳輸線采用第二類結(jié)構(gòu)，該傳輸線位于的TSMC 0.18um射頻/混合信號(hào)工藝的第6層金屬上，金屬線寬6um，線長(zhǎng)115um。工作頻率為10GHz，根據(jù)公式（2）得到集總參數(shù)模型各個(gè)參數(shù)如下：

為比較模型和實(shí)際電磁場(chǎng)仿真數(shù)據(jù)之間差別，公式（4）中各個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)模型的S參數(shù)和電磁場(chǎng)仿真軟件得到的S參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，圖2是采用電磁場(chǎng)仿真軟件ADS-Momentum和模型部分參數(shù)對(duì)比，從圖中可以看出，電磁場(chǎng)仿真軟件的模型和本模型S參數(shù)的誤差遠(yuǎn)離工作頻率段誤差越大，這是由于公式（2）中對(duì)頻率進(jìn)行了近似處理，遠(yuǎn)離工作頻率的點(diǎn)采用工作頻率來代替，由于這種代替，數(shù)據(jù)之間誤差越大。在其偏離中心頻率50%位置處（即15GHz和5GHz），模型和Momentum仿真數(shù)據(jù)的差異低于5%。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)，通常需要電路設(shè)計(jì)師關(guān)注于傳輸線寄生參數(shù)對(duì)電路性能影響，此時(shí)工作頻率點(diǎn)附近模型簡(jiǎn)易、準(zhǔn)確是電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)，而偏離工作頻率點(diǎn)的模型誤差在窄帶電路設(shè)計(jì)是可以接受的。

3 模型在射頻集成電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用

CMOS射頻集成電路設(shè)計(jì)是利用已有的有源器件和無源器件模型進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的集成電路設(shè)計(jì)首先進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行電路版圖設(shè)計(jì)，再進(jìn)行參數(shù)提取，在參數(shù)提取中主要利用Cadence系統(tǒng)自身已有的仿真工具Assura來實(shí)現(xiàn)，在參數(shù)提取結(jié)束后再進(jìn)行后仿真。當(dāng)電路設(shè)計(jì)不滿足要求時(shí)，需要重復(fù)上述過程，然而，在上述的傳統(tǒng)集成電路中，由于參數(shù)提取過程的參數(shù)為分布參數(shù)，難以直接用于電路O計(jì)參數(shù)調(diào)整。同時(shí)，傳統(tǒng)的參數(shù)提取方法只進(jìn)行了電阻和電容的參數(shù)提取，而對(duì)寄生電感沒有進(jìn)行提取，這將導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果出入較大。

為克服傳統(tǒng)的射頻集成電路設(shè)計(jì)的上述不足，可以將本論文的參數(shù)模型和集成電路設(shè)計(jì)相互結(jié)合。圖4是本論文的模型應(yīng)用于射頻集成電路設(shè)計(jì)中流程圖，在原理圖和版圖設(shè)計(jì)中依然類似于傳統(tǒng)的集成電路設(shè)計(jì)方法，但版圖設(shè)計(jì)及參數(shù)提取時(shí)將版圖中的互連線單獨(dú)分離出來，利用電磁場(chǎng)仿真軟件ADS-Momentum電磁場(chǎng)仿真，仿真結(jié)束后利用模型將其中的各個(gè)互連線參數(shù)提取出來，由于互連線的寬度、長(zhǎng)度和圖1中模型的各個(gè)參數(shù)密切相關(guān)，故將互連線得到的各個(gè)參數(shù)代入到版圖后仿真設(shè)計(jì)中，檢測(cè)互連線參數(shù)是否滿足電路設(shè)計(jì)要求。如果互連線參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，則電路設(shè)計(jì)完成；否則，根據(jù)要求適當(dāng)調(diào)整互連線參數(shù)，并判斷調(diào)整后參數(shù)是否滿足電路設(shè)計(jì)要求，如果滿足電路設(shè)計(jì)要求，則依據(jù)重新設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行版圖調(diào)整，完成電路設(shè)計(jì)。如果調(diào)整后的互連線參數(shù)依然不滿足電路設(shè)計(jì)要求，則依據(jù)要求進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)調(diào)整，然后依次重復(fù)上述過程。如圖3所示。

從上述的電路設(shè)計(jì)流程可以看出，在射頻集成電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用本模型可以及時(shí)了解電路中的各個(gè)互連線參數(shù)，根據(jù)電路設(shè)計(jì)要求調(diào)整互連線參數(shù)，滿足電路設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中，首先根據(jù)互連線提取參數(shù)判斷是否滿足電路設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)整互連線參數(shù)來滿足電路設(shè)計(jì)要求，這將簡(jiǎn)化傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)循環(huán)，減少電路設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)通過互連線參數(shù)調(diào)整將互連線作為電路設(shè)計(jì)的一部分進(jìn)行綜合考慮，這將有助于提高電路綜合性能。

4 結(jié)語

本文提出了適用電路后仿真的納米尺度互連線模型，該模型基于物理意義而構(gòu)建，模型的各個(gè)參數(shù)皆為集總參數(shù)，各個(gè)參數(shù)都可以通過電磁場(chǎng)仿真軟件而獲得并在集成電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)整。該集總參數(shù)的模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于使用，適合于CMOS射頻集成電路設(shè)計(jì)分析中使用，同時(shí)文中給出了該模型應(yīng)用于射頻集成電路設(shè)計(jì)的流程并分析了其特點(diǎn)，分析表明采用文中模型可以根據(jù)電路設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)整互連線的尺寸，并可將互連線參數(shù)作為電路設(shè)計(jì)的一部分進(jìn)行綜合考慮，有助于提高電路綜合性能。

參考文獻(xiàn)

[1]A.Niknejad， “Siliconization of 60 GHz”， IEEE Microw. Mag.， pp.78-85，F(xiàn)eb.2010.

[2]J.Rong， M.Copeland，“The modeling， characterization， and design of monolithic inductors for silicon RFICs”，IEEE Journal of Solid-state Circuits， Vol.32，No.3，pp.357-369，March 1997.

[3]廖承恩.微波技g基礎(chǔ)，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1994.12.

收稿日期：2016-09-28

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關(guān)鍵詞：電路設(shè)計(jì)；proteus；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）03-0248-01

二十一世紀(jì)的今天，社會(huì)科技進(jìn)步較快，proteus仿真軟件在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也越來越廣泛。該仿真軟件是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要成果之一，可以對(duì)模擬電路，數(shù)字電路和電路進(jìn)行仿真操作，軟件自身具備先進(jìn)的虛擬器，包括示波器，邏輯分析儀，信號(hào)發(fā)生器等，為了更全面的了解和更深刻的分析proteus在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，就要在軟件開啟的仿真條件下，對(duì)整體電路和包含的各個(gè)零部件進(jìn)行逐一研究，為之后的電路設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)思路。

1 Proteus仿真軟件簡(jiǎn)述

Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。該軟件包含ISIS和ARES兩個(gè)軟件部分，這兩個(gè)部分在大環(huán)境下扮演著兩個(gè)不同的重要角色，都有著舉足輕重的作用。在日常工作中，ARES部分是用來當(dāng)PCB設(shè)計(jì)工作的助手，進(jìn)行有效輔佐，而ISIS則是主要負(fù)責(zé)在仿真開啟的環(huán)境下對(duì)電路原理和模擬電路的設(shè)計(jì)工作。

2 Proteus仿真軟件進(jìn)行仿真電路設(shè)計(jì)的過程分析

在電子電路實(shí)訓(xùn)過程中，proteus仿真軟件在進(jìn)行仿真電路設(shè)計(jì)時(shí)，要在軟件編輯界面，按照需要模擬的實(shí)際電路思路，設(shè)計(jì)出一套最符合實(shí)際情況的電子電路圖，再通過許多相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，盡可能在最短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)電路的初步設(shè)計(jì)和對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量與計(jì)算整理，最后完成整體的模擬電路設(shè)計(jì)，然后利用軟件的電路生成功能，輸出最后的電路設(shè)計(jì)圖。為了確保電路設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，仿真電路設(shè)計(jì)過程可以這樣：先確定核實(shí)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，然后運(yùn)行proteus軟件，繪制初步的電路原理圖，然后根據(jù)原理確定需要的元件種類和數(shù)量，啟動(dòng)仿真系統(tǒng)，用虛擬儀器檢測(cè)然后讀出數(shù)據(jù)，分析結(jié)果，如不符合要求，對(duì)元件或者電路作適當(dāng)修改然后再次檢測(cè)，當(dāng)符合要求時(shí)，要對(duì)電路進(jìn)行完善，確定無誤后敲定最終設(shè)計(jì)方案，然后系統(tǒng)自動(dòng)生成電路圖。

3 Proteus仿真軟件的仿真電路設(shè)計(jì)與調(diào)試

在進(jìn)行電路工作前，相關(guān)人員要檢查虛擬測(cè)量?jī)x器與被測(cè)量點(diǎn)的兩個(gè)終端是否處于正常連接狀態(tài)，還要確定信號(hào)源良好的接地情況，其中還要注意示波器與地線的連接狀況。測(cè)量結(jié)束后要確保測(cè)量結(jié)果是GND的相反波形，有利于后續(xù)對(duì)電路的研究。實(shí)驗(yàn)過程中，要時(shí)刻注意電壓表，電流表的指針位置，而在仿真電路時(shí)，要注意串聯(lián)電路中電流指針的指數(shù)，如有任何問題，要及時(shí)地在相應(yīng)的執(zhí)行操作界面，通過網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電壓作出適當(dāng)調(diào)整，然后繼續(xù)進(jìn)行仿真電路的研究試驗(yàn)，推動(dòng)proteus仿真軟件在電子電路設(shè)計(jì)應(yīng)用中的發(fā)展。

4 Proteus仿真軟件的實(shí)用電路分析

在今后的與電路設(shè)計(jì)有關(guān)的工作當(dāng)中，我們不光要充分發(fā)揮并發(fā)展proteus仿真軟件，還要通過合理的方法來判斷研究proteus仿真軟件在未來電路研究中的發(fā)展趨勢(shì)，然后進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。而proteus軟件還需要通過傳感器電路，正弦電路等實(shí)用電路中不斷的進(jìn)行試驗(yàn)和探索，最后才能把此項(xiàng)技術(shù)落實(shí)到實(shí)際電子科技產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中去。所以，我們?cè)偈褂迷撥浖M(jìn)行電路設(shè)計(jì)和分析時(shí)，要把重點(diǎn)放到傳感器電路和正弦電路等電路的實(shí)用性上，結(jié)合實(shí)際情況探究，才能更好地讓軟件適用于各種實(shí)用電路的應(yīng)用。還能開發(fā)出仿真系統(tǒng)的其他用法和功能，促使電子行業(yè)發(fā)展，為以后的研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段proteus仿真軟件的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，而其使用功能也十分便利和強(qiáng)大，在進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)時(shí)，為了能夠更深刻研究電路的工作情況，更準(zhǔn)確地對(duì)電路中存在的不足之處進(jìn)行調(diào)整，我們要進(jìn)一步對(duì)軟件進(jìn)行挖掘研究，明確操作規(guī)范，開發(fā)出更實(shí)用的功能以便使用。還能改善傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)工作，并z測(cè)出其中的缺陷，為降低電路實(shí)驗(yàn)成本，更有效地完成實(shí)驗(yàn)和縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間等方面，都有積極的推進(jìn)意義。

參考文祥

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關(guān)鍵詞 EWB LC 振蕩電路 仿真試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TN402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

高頻電子線路是電子類專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其知識(shí)點(diǎn)豐富，電路分析復(fù)雜。傳統(tǒng)的電子技術(shù)教學(xué)方法往往通過板書進(jìn)行理論分析，再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行典型電路實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，教學(xué)效果受到諸多限制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，各種EDA軟件不斷涌現(xiàn)出來，逐漸進(jìn)入到電子設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，其中一些EDA仿真軟件在理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及電路設(shè)計(jì)方面發(fā)揮了很好的作用。EWB仿真軟件是常用的EDA 軟件之一，它常用于教學(xué)中，解決了傳統(tǒng)講授法和多媒體課件所不能解決的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真分析問題。本文使用EWB仿真軟件，詳細(xì)而又逼真的模擬LC振蕩電路的起振和穩(wěn)定過程，使學(xué)生更為直觀的理解LC振蕩電路的起振和穩(wěn)定條件，提高了教學(xué)效果。

2 EWB在教學(xué)中的應(yīng)用

EWB（Electronics Workbench）也稱電子設(shè)計(jì)工作平臺(tái)或者虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，是一個(gè)電子電路的仿真軟件。EWB軟件是交互圖像技術(shù)有限公司在九十年代初推出的EDA軟件，但在國(guó)內(nèi)開始使用卻是近幾年的事。它可以將不同類型的電路組合成混合電路進(jìn)行仿真，仿真功能十分強(qiáng)大，可以幾乎100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果。

2.1簡(jiǎn)單的操作方法，強(qiáng)大的教學(xué)功能。

EDA軟件采用大方直觀的圖形界面創(chuàng)建電路，在電腦屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，電路仿真需要的測(cè)試儀器、繪制電路圖需要的元器件均可直接從屏幕上選取。軟件帶有豐富的電路元件庫，能提供多種電路分析方法。在眾多的電路仿真軟件中，EWB是最容易上手的，未接觸過它的人稍加學(xué)習(xí)就可以很熟練地使用該軟件。

2.2實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐教學(xué)的同步。

在教學(xué)中，利用EWB仿真軟件，可以建立起了一種類似于真實(shí)實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)的虛擬平臺(tái)，逼真地模擬各種元器件和儀器儀表，從而不需要任何真實(shí)的元器件和儀表，就可以完成多種電路實(shí)驗(yàn)，不僅可以作為現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)一種補(bǔ)充，還可以作為復(fù)雜的電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真與驗(yàn)證的手段。

2.3激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。

利用EWB仿真軟件可以在實(shí)際操作前用計(jì)算機(jī)仿真軟件制作的多媒體課件先展現(xiàn)給學(xué)生，幫助學(xué)生更快、更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。并且通過仿真熟悉電子儀器的測(cè)量方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激發(fā)他們的科技創(chuàng)新欲望，進(jìn)而在實(shí)際操作中培養(yǎng)綜合分析能力、排除故障能力和應(yīng)用開發(fā)、創(chuàng)新能力。4 結(jié)束語

利用仿真軟件EWB對(duì)LC振蕩電路輸出電壓波形進(jìn)行了仿真，結(jié)果顯示與理論基本相同。通過仿真，學(xué)生可以把抽象的認(rèn)識(shí)和比較形象的仿真結(jié)果聯(lián)系起來，加深對(duì)課程理論知識(shí)的理解。因此，將仿真軟件與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，能夠彌補(bǔ)電路實(shí)驗(yàn)硬件資源的不足，更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

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關(guān)鍵詞：電路設(shè)計(jì) ROM序列號(hào) Proteus仿真 單總線

Abstract：The author designs a kind of reading ROM serial number of DS18B20 which is independent of application system completely. The structure of this circuit is simple and the software is very concise. The system hardware and software are simulated interactively on the platform of Proteus. This system possesses higher practicality compared with single bus identifying system based on existing complex algorithms.

Keywords：DS18B20ROM serial number Proteus simulationsingle bus

一、引言

美國(guó)DALLA公司生產(chǎn)的基于單總線結(jié)構(gòu)的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，以其檢測(cè)精度高、抗干擾力強(qiáng)、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，已逐步取代了其它常用溫度傳感器在溫度檢測(cè)領(lǐng)域中的地位。單總線技術(shù)是美國(guó)DALLA半導(dǎo)體公司近年推出的新技術(shù)。它將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、電源線合為一根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛數(shù)百個(gè)測(cè)控對(duì)象[1]。

使用基于單線總線結(jié)構(gòu)的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度，特別是在多點(diǎn)測(cè)量領(lǐng)域，必須首先確定其64位ROM序列號(hào)。開始8位是產(chǎn)品類型編碼(DSl8B20編碼均為28H而DSl820編碼均為10H)，接著的48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào)，最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))碼[2]。

每一個(gè)DS18B20都有唯一一個(gè)編號(hào)，且這個(gè)編號(hào)是存在內(nèi)部ROM中的，在產(chǎn)品上或產(chǎn)品說明書上是無法找到的，必須通過電的方法讀出來。而單總線應(yīng)用系統(tǒng)必須要知道每個(gè)DS18B20的序列號(hào)后才可以工作。所以正確識(shí)別出每個(gè)實(shí)際元件的ROM序列號(hào)是應(yīng)用DS18B20的第一步，也是非常關(guān)鍵的一步。

在DSl8B20單總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，首先要設(shè)計(jì)一種電路或程序來讀出所有DSl8B20的序列號(hào)。而通常的思路是，在系統(tǒng)應(yīng)用電路不變的前提下，即使用單總線上掛多個(gè)DSl8B20的電路結(jié)構(gòu)，來設(shè)計(jì)軟件程序，利用復(fù)雜的算法來在線識(shí)別所有DSl8B20的序列號(hào)。大部分算法搜索速率相當(dāng)可觀，但是邏輯復(fù)雜，程序冗長(zhǎng)，在程序存儲(chǔ)空間十分匱乏的嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用不便。有研究人員事先將序列號(hào)存到程序空間，這樣跳過復(fù)雜的序列號(hào)搜索過程，從而大大簡(jiǎn)化了測(cè)溫過程，但是在傳感器應(yīng)用數(shù)量比較多的場(chǎng)合存儲(chǔ)序列號(hào)所需的程序空間消耗相當(dāng)大，而且不利于系統(tǒng)維護(hù)[3]。

本文介紹一種比較實(shí)用的讀DSl8B20序列號(hào)的電路設(shè)計(jì)，電路及程序都非常簡(jiǎn)潔，不涉及復(fù)雜的算法，把設(shè)計(jì)者有效的精力更多地投入到應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中去。

二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

在DSl8B20單總線應(yīng)用系統(tǒng)中，是把多個(gè)DSl8B20掛在一根總線上，而在讀DSl8B20 ROM序列號(hào)電路中，還是把多個(gè)DSl8B20掛在一根總線上，但是用多位開關(guān)，采取分時(shí)復(fù)用的辦法，一個(gè)一個(gè)地讀DSl8B20的ROM序列號(hào)。

圖1是在Proteus中畫出的讀ROM序列號(hào)電路。圖中，使用AT89C51單片機(jī)通過單總線對(duì)DS18B20進(jìn)行控制。四位開關(guān)分時(shí)把四個(gè)DS18B20與單總線接通，啟動(dòng)按鈕后，發(fā)光二極管每亮一次，在兩位數(shù)碼管中讀出一個(gè)字節(jié)的十六制數(shù)并記錄下來。該電路可以一次順序讀四個(gè)DSl8B20的ROM序列號(hào)。設(shè)置發(fā)光二極管的作用是等間隔的讀數(shù)，以正確區(qū)分連續(xù)相同的十六進(jìn)制數(shù)。

三、 Proteus中DS18B20的參數(shù)設(shè)置

在溫度控制系統(tǒng)仿真進(jìn)行前，必須在Proteus中對(duì)DS18B20進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，即精度設(shè)置和ROM序列號(hào)設(shè)置兩項(xiàng)。雙擊圖1中的U1，打開如圖2所示的元件屬性對(duì)話框。

在“Granularity”一欄中，把1改成0.1，即測(cè)量溫度的精確度由1℃改成了0.1℃。

在“ROM Serial Number”一欄，有三個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)，是ROM序列號(hào)的第五、六、七字節(jié)（從高到低），我們只能對(duì)這三個(gè)字節(jié)進(jìn)行更改，以區(qū)別不同的DS18B20仿真元件，即只要使四個(gè)DS18B20的ROM序列號(hào)不一樣就行。其它五個(gè)字節(jié)是系統(tǒng)設(shè)置好的，能通過軟件編程讀出來，最高位字節(jié)固定為28H[4]。

我們把Proteus中四個(gè)DS18B20的三字節(jié)ROM序列號(hào)分別設(shè)為：

U1：39C524；U2：B8C530；U3：B8C531；U4：B8C532

四、系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)

讀DS18B20序列號(hào)的程序并不復(fù)雜，主程序流程如圖3所示。首先對(duì)單片機(jī)的P2口和P3.0進(jìn)行清零，然后查詢按鈕是否按下，沒有則等待；按下，則往下執(zhí)行。先調(diào)一個(gè)對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化的子程序，然后寫入讀ROM序列號(hào)命令33H，該命令只對(duì)單總線上掛一個(gè)DS18B20進(jìn)行操作，調(diào)寫命令子程序。接下來調(diào)從DS18B20讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的子程序，把讀出來的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)存入40H，最先讀出的是ROM中64位序列號(hào)的高八位， 28H。繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀操作，順序把讀出的其余七個(gè)字節(jié)分別存入單片機(jī)的41H～47H。

然后是按從高到低字節(jié)順序把8個(gè)字節(jié)的ROM序列號(hào)輸出給P2口的十六進(jìn)制數(shù)碼管進(jìn)行顯示。8個(gè)字節(jié)顯示完畢后，程序再回去判斷啟動(dòng)開關(guān)的狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)DS18B20的ROM序列號(hào)讀取和顯示。

子程序比較簡(jiǎn)單，不再介紹。

在Keilμversion3中進(jìn)行程序編寫和調(diào)試，編譯成十六進(jìn)制文件“*.hex”。在Proteus中，雙擊單片機(jī)AT89C51，打開元件屬性對(duì)話框，把編譯好的程序文件“*.hex”虛擬下載到單片機(jī)[5]。點(diǎn)擊仿真運(yùn)行按鈕。把四位選擇開關(guān)放置到一個(gè)位置，按下啟動(dòng)按鈕，順序讀八個(gè)字節(jié)的ROM序列號(hào)。操作時(shí)，要保證在每次燈亮?xí)r讀數(shù)。

五、結(jié)束語

通過以上方法獲取所有DS18B20 ROM序列號(hào)后，設(shè)計(jì)者可以開始設(shè)計(jì)單總線應(yīng)用系統(tǒng)，只需把讀到的DS18B20 ROM序列號(hào)適時(shí)地嵌入程序中即可。正是由于本文的設(shè)計(jì)思路完全獨(dú)立于應(yīng)用系統(tǒng)，電路簡(jiǎn)單、程序簡(jiǎn)潔，所以大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前為讀DS18B20 ROM序列號(hào)而所化費(fèi)的勞動(dòng)，設(shè)計(jì)者可以把更多的精力集中在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞:防繞擊 直擊 避雷針

中圖分類號(hào):TM1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-3973 (2010) 02-025-02

雷電危害可分成直擊雷、感應(yīng)雷和浪涌三種。對(duì)于線路來說,危害線路的主要是直擊雷。雷直擊于有避雷線的輸電線路分為三種情況:① 繞過避雷線擊于導(dǎo)線;②雷擊桿塔頂部或桿塔頂部附近避雷線;③雷擊避雷線中央部分。且直擊雷主要有繞擊(雷電流為15kA～30kA)和反擊(雷電流達(dá)100kA及以上)兩種形式。

高壓送電線路各種防雷措施都有其針對(duì)性,因此,在進(jìn)行高壓送電線路設(shè)計(jì)時(shí),我們選擇防雷方式首先要明確高壓送電線路遭雷擊跳閘原因。

1線路發(fā)生雷擊成因分析

高壓送電線路繞擊成因分析:根據(jù)高壓送電線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和模擬試驗(yàn)均證明,雷電繞擊率與避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度以及高壓送電線路經(jīng)過的地形、地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。山區(qū)高壓送電線路的繞擊率約為平地高壓送電線路的3倍。山區(qū)設(shè)計(jì)送電線路時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)大跨越、大高差檔距,這是線路耐雷水平的薄弱環(huán)節(jié):一些地區(qū)雷電活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈,使某一區(qū)段的線路較其它線路更容易遭受雷擊。

高壓送電線路反擊成因分析:雷擊桿、塔頂部或避雷線時(shí),雷電電流流過塔體和接地體.使桿塔電位升高,同時(shí)在相導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。如果升高塔體電位和相導(dǎo)線感應(yīng)過電壓合成的電位差超過高壓送電線路絕緣閃絡(luò)電壓值,即時(shí),導(dǎo)線與桿塔之間就會(huì)發(fā)生閃絡(luò),這種閃絡(luò)就是反擊閃絡(luò)。根據(jù)計(jì)算公式可以看出降低桿塔接地電阻、提高耦合系數(shù)k、減小分流系數(shù)B、加強(qiáng)高壓送電線路絕緣都可以提高高壓送電線路的耐雷水平。在實(shí)際實(shí)施中。我們著重考慮降低桿塔接地電阻和提高耦合系數(shù)k的方法作為提高線路耐雷水平的主要手段。

線路易發(fā)生雷擊的主要原因:一是特殊的地理環(huán)境和多變的氣候條件,容易產(chǎn)生雷電,雷電活動(dòng)頻繁;二是線路處在海拔較高的斜坡或山頂,易遭雷電繞擊;三是線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,桿塔防雷保護(hù)角較大,易遭繞擊;四是線路絕緣配合偏低,耐雷水平低,易發(fā)生線路遭雷電反擊跳閘;五是正電荷向大地放電頻繁而且猛烈,桿塔及避雷線遭雷擊易發(fā)生反擊。

高壓送電線路遭受雷擊的事故主要與四個(gè)因素有關(guān):線路絕緣子的50%放電電壓;有無架空地線;雷電流強(qiáng)度;桿塔的接地電阻。

2線路更易遭受繞擊

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明, 對(duì)于500 kV 線路, 跳閘主要不是雷擊桿塔時(shí)引起的反擊, 而大部分是繞擊造成的。尤其是運(yùn)行在山區(qū),與平原地區(qū)相比,發(fā)生繞擊的概率更高于反擊。

由平原地區(qū)的500kV線路桿塔保護(hù)有小于20米桿高小于50m均能得到可靠保護(hù);最大繞擊雷電流幅值遠(yuǎn)小于繞擊耐雷水平24.5kA, 因此很難發(fā)生繞擊跳閘事故。平原地區(qū)雷電先導(dǎo)頭部由于投有地形高差的影響,也很難形成側(cè)面雷擊,雷電先導(dǎo)基本上已被架有雙避雷線的桿塔大面積的屏蔽區(qū)域控制,國(guó)此平原地區(qū)可能發(fā)生繞擊的雷電先導(dǎo)對(duì)導(dǎo)線的最終階躍已經(jīng)低到難以形成對(duì)桿塔的側(cè)擊,屏蔽效果滿意。即使有部分雷電先導(dǎo)接近桿塔高度,由于雷電流幅值遠(yuǎn)小于桿塔耐雷水平,因此只能使絕緣子串部分閃絡(luò)而不會(huì)發(fā)生線路跳閘事故。

山區(qū)500kV桿塔的擊距是平原地區(qū)的2倍以上,繞擊雷電流幅值約為平原地區(qū)的3倍,有相當(dāng)數(shù)量的繞擊雷電流幅值大于500kV線路桿塔的耐雷水平24.5kA; 山區(qū)桿塔的屏蔽效果隨桿塔高度和保護(hù)有增大而降低。桿塔高度每增加3m,保護(hù)有約相應(yīng)減小5才能得到相近的屏蔽效果,對(duì)于36m及以上500kV線路桿塔只有采用0或負(fù)保護(hù)角才能夠到可靠屏蔽。

考慮山區(qū)地形、地質(zhì)、氣象等特殊條件影響, 屏蔽失效會(huì)大失增加,因此解決山區(qū)500kV超高壓輸電線路屏蔽失效是防雷面臨的當(dāng)務(wù)之急。

3防繞擊避雷針設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)繞擊特點(diǎn),防止繞擊應(yīng)考慮:

(1)對(duì)設(shè)計(jì)耐雷水平遠(yuǎn)高于本地區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)度的接地體,可在高空攔截雷電先導(dǎo),不使其進(jìn)入接地體繞擊區(qū)。

(2)對(duì)既要防止反擊,又要防止繞擊的接地體,應(yīng)降低雷電先導(dǎo)對(duì)接地體閃擊的定位高度,使接地體不發(fā)出易使雷電先導(dǎo)定位高度較高的“定位迎面先導(dǎo)”。同時(shí)應(yīng)在接地體側(cè)面安裝接閃裝置,如在高接地體或線路桿塔側(cè)面安裝具有防繞擊功能的“全屏蔽防雷裝置”,作為對(duì)已進(jìn)入接地體側(cè)面屏蔽失效區(qū)的雷電先導(dǎo)可靠接閃的有效防繞擊措施。

在地線上裝設(shè)避雷針是有效的防止反擊雷和直擊雷的措施。避雷針的有效性與引雷效率緊密相連。避雷針的引雷(攔截)效率,即是對(duì)被保護(hù)物的保護(hù)作用(保護(hù)范圍),與雷電極性、雷電通道及空間電荷分布、先導(dǎo)頭部電位、放電定位高度、避雷針數(shù)量和高度、被保護(hù)物高度、相互之間位置以及當(dāng)時(shí)的大氣條件和地理?xiàng)l件等因素有關(guān)。一般說,地理?xiàng)l件影響先導(dǎo)階段的電場(chǎng)分布及到主放電的發(fā)展;大氣條件的影響是空氣濕度和溫度愈高,避雷針保護(hù)效果愈小;雷電流幅值(即放電定位高度)愈大,避雷針引雷(攔截)范圍愈大,即保護(hù)范圍愈大。

其它幾點(diǎn)建議:

(1)高于雷電先導(dǎo)定位高度的避雷針,不能防止已在避雷針下方的先導(dǎo)對(duì)接地體閃擊,因此應(yīng)在接地體側(cè)面安裝符合要求的側(cè)面接閃針,僅注意防護(hù)上部空間雷云,對(duì)接地體側(cè)面的低空小雷電先導(dǎo)失去了防護(hù),是裝有防雷設(shè)備線路或接地體上依然發(fā)生繞擊雷害事故的原因之一。

(2)不同方位的避雷針發(fā)生定位迎面先導(dǎo)的方位不同。垂直方向的避雷針更易于接閃高空、高幅值雷云,因而,不宜裝在輸電線路,尤其是已架有避雷線的輸電線路上,以避免本來不應(yīng)在桿塔頂部高空定位的高幅值雷云,反被吸引到桿塔自身。在桿塔上安裝側(cè)面接閃針,以防護(hù)進(jìn)入桿塔側(cè)面避雷線屏蔽失效區(qū)的低空雷電先導(dǎo),補(bǔ)充避雷線屏蔽的不足。

(3)防止高空、高幅值先導(dǎo)直擊接地體,是高建筑物防雷主要問題。但高建筑物頂端只宜安裝符合要求的雷電接閃裝置,不必一定要把高空中大范圍的雷云都吸引到自身。對(duì)于四周空曠的超高建筑物,為防止低空小雷電先導(dǎo)對(duì)建筑物中部繞擊,在建筑物中部適當(dāng)位置安裝側(cè)向防繞接閃裝置。

(4)防止雷電對(duì)接地體繞擊,也可在接地體附近架設(shè)“旁路”避雷針、線。

參考文獻(xiàn):

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[6]錢冠軍等.輸電線路繞擊分散性的試驗(yàn)研究[J].高電壓技術(shù),1998,24(3);17.

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關(guān)鍵詞:EDA仿真;負(fù)載能力;擴(kuò)流設(shè)計(jì);仿真對(duì)比驗(yàn)證

中圖分類號(hào):TN702文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)19-199-02

Research and Application of IC Test Instrument Power Circuit Simulation Design

SUN Chengting,ZHU Chunjiang

(Lianyungang Technical College,Lianyungang,222006,China)

Abstract:According to the problems of certain lab IC test instrument not being perfect on power circuit design and the system halted or restoration not being unusual on lower load capacity,the power circuit design and current-amplification circuit are being improved based on the original circuit,the contrastive verificafion is used for improving circuit with EDA simulation technique,and the problem in practical application is also solved.

Keywords:EDA simulation;load capacity;current-amplification design;simulation contrast verification

0 引 言

集成電路測(cè)試儀可用來測(cè)量集成電路的好壞,在電子實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用廣泛。在實(shí)際使用中,發(fā)現(xiàn)部分廠家生產(chǎn)的測(cè)試儀存在一些問題,如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載加重后容易出現(xiàn)死機(jī)或復(fù)位不正?，F(xiàn)象,這對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程和實(shí)驗(yàn)室管理有很大影響,也是困擾實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師的常見問題,必須予以解決。本文通過某一種測(cè)試儀電源電路的改進(jìn)的試驗(yàn),會(huì)給實(shí)驗(yàn)室管理者以借鑒。

在電路設(shè)計(jì)中用到EDA(Electronics Design Automation,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)。在進(jìn)行電路改進(jìn)前,從電路參數(shù)設(shè)計(jì),電路功能仿真驗(yàn)證等都在計(jì)算機(jī)上先用EDA軟件完成,不但縮短了電路設(shè)計(jì)時(shí)間,而且大大地節(jié)約了成本。

EDA 技術(shù)是隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一種高級(jí)、快速、有效的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具。它經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Assist Design,CAD)、計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)(Computer Assist Engineering Design,CAE)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic Design Automation,EDA)三個(gè)發(fā)展階段[1]。利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),具有以下幾個(gè)特點(diǎn)[2]:用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件;用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的;對(duì)設(shè)計(jì)電路功能是否正確可進(jìn)行仿真分析。

目前流行的EDA軟件有Protel 99 SE,EWB,Multisim,PSpice等幾種[3]。本文運(yùn)用Protell 99 SE 中的Advanced SIM 99仿真功能對(duì)所改進(jìn)的電路進(jìn)行仿真和應(yīng)用。

1 EDA仿真在測(cè)試儀電源電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

學(xué)校電工電子實(shí)驗(yàn)室有多臺(tái)LM-800C數(shù)字集成電路測(cè)試儀,在使用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)死機(jī),復(fù)位不正?，F(xiàn)象。通過研究,發(fā)現(xiàn)電源電路存在問題:電源擴(kuò)展能力差,帶負(fù)載能力弱。筆者根據(jù)其PCB(Printed Circuit Board,印制電路板)繪制出其電源電路原理圖,如圖1所示。

圖1 LM-800C數(shù)字集成電路測(cè)試儀電源電路圖

圖1中,78M05為5 V三端穩(wěn)壓器[4],RL為測(cè)試儀負(fù)載,實(shí)際上是待測(cè)集成電路。

限于篇幅,只繪制主要部分,電源線路濾波器在圖中未畫出。通過研究,發(fā)現(xiàn)電源電路存在問題:電源擴(kuò)展能力差,帶負(fù)載能力不強(qiáng),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)死機(jī)、無法復(fù)位現(xiàn)象。通過對(duì)其電源電路的改進(jìn),增加了擴(kuò)流電路,從而解決了實(shí)際使用中存在的問題。

1.1測(cè)試儀電源電路的擴(kuò)流設(shè)計(jì)

為了節(jié)約成本,不能對(duì)原來電路進(jìn)行全新設(shè)計(jì),只能在原來電源電路基礎(chǔ)上,通過增加部分電路來增強(qiáng)其帶負(fù)載能力。

改進(jìn)中需要考慮的問題[5]:

(1) 選擇合適的濾波電容。電源輸出直流電壓要穩(wěn)定,紋波小。

(2) 增加了擴(kuò)流電路,當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定或測(cè)試系統(tǒng)負(fù)載增大時(shí),電源帶負(fù)載能力強(qiáng),輸出電壓穩(wěn)定。

圖2為經(jīng)過改進(jìn)的帶擴(kuò)流功能的電路,帶負(fù)載能力較強(qiáng),能擴(kuò)大電路的輸出電流。Q1為外接擴(kuò)流功率三極管,R1為Q1的偏置電阻。該電路帶負(fù)載能力與Q1的參數(shù)有關(guān)。C1,C4為濾波電容,C2為0.33 μF,可抵消輸入接線的電感效應(yīng),C3可防止高頻自激,消除高頻噪聲,改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)[6,7]。

圖2 帶擴(kuò)流功能的電路

電源電路擴(kuò)展輸出電流的工作原理:

二極管D1用于消除三極管Q1的發(fā)射結(jié)Ube對(duì)輸出電壓的影響(相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電壓0.7 V),并提供電容C4的放電回路。設(shè)三端穩(wěn)壓器78M05的最大輸出電流為Imax,則晶體管的最大基極電流Ib=Imax-IRL,因而負(fù)載RL上電流的最大值I可表示為:

I=(1+β)(Imax- IRL)

一般三極管的基極電流Ib很小,與Imax相比可忽略不計(jì),I比Imax大許多,可見輸出電流提高了,從而可提高電源的帶負(fù)載能力。

1.2 兩種電路帶負(fù)載能力的仿真對(duì)比驗(yàn)證

可用Protell 99 Advanced SIM 99[6,7]對(duì)原電路(圖1)和改進(jìn)后的電路(圖2)進(jìn)行仿真分析,以驗(yàn)證二者的帶負(fù)載能力。

(1) 仿真參數(shù)設(shè)置

首先進(jìn)行仿真參數(shù)設(shè)置,進(jìn)行瞬態(tài)分析與傅里葉分析[8,9],仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖3所示。

圖3 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

為了突出顯示,顯示器上只顯示兩個(gè)波形,其中in為輸入端,out為輸出端。

(2) 仿真波形對(duì)比分析

用Protell 99 Advanced SIM 99對(duì)圖1所示電路進(jìn)行仿真,發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)載變重,超過78M05最大輸出電流(0.7 A)時(shí)[10],將使輸出電壓的紋波增大,輸出電壓(out)下降且不穩(wěn)定,out波形有明顯的波動(dòng),5 V下降為4 V左右,且輸出(out)波形不平滑,紋波大。負(fù)載變重后的仿真波形如圖4所示。

圖4 負(fù)載變重后的波形

為了增大電源的帶負(fù)載能力,在原電路的基礎(chǔ)上加擴(kuò)展電流三極管Q1后,帶同樣的負(fù)載,輸出電壓很穩(wěn)定(5 V),仿真波形如圖5所示。

圖5 加擴(kuò)流三極管后仿真波形

從輸出波形(out)可以看出,電壓很穩(wěn)定,沒有紋波。

1.3 設(shè)計(jì)電路的應(yīng)用效果

經(jīng)改進(jìn)后的電源電路,在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際使用中,再未發(fā)現(xiàn)死機(jī)或不能正常復(fù)位現(xiàn)象,證明通過EDA仿真所設(shè)計(jì)的電路在使用中獲得成功。

2 結(jié) 語

用EDA仿真技術(shù)能方便電路設(shè)計(jì),并可驗(yàn)證電路

設(shè)計(jì)的正確性。通過對(duì)兩種電路的仿真對(duì)比,說明改進(jìn)后電源電路帶負(fù)載能力強(qiáng),這在實(shí)際使用中得到驗(yàn)證。

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篇7

論文關(guān)鍵詞：輸配電線路　施工技術(shù)　仿真系統(tǒng) 　設(shè)計(jì)

論文摘要：由于社會(huì)對(duì)于電力的總的需求不斷增大，同樣對(duì)于輸配電線路的施工技術(shù)要求也更加嚴(yán)格，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為電力部門非常重視的問題，文章講述了輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)概況和輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)詳情，講述了目前輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略及應(yīng)用。

一、輸配電線路施工技術(shù)概述

目前我國(guó)的輸配電線路施工技術(shù)參與人員數(shù)量較多，但是這些人員的能力水平都是各不相同的，操作人員的各方面知識(shí)水平和素質(zhì)也需要提升。對(duì)于輸配電線路施工操作人員的培訓(xùn)如果僅僅停留在理論的層面，就難以替身操作人員的實(shí)踐能力，參加培訓(xùn)的人員因?yàn)閷?shí)踐比較少，所以技能就比較差，正是這種原因使得人們對(duì)于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的需求也更加迫切。

二、輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

（一）輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)概況

輸配電線路施工技術(shù)仿真是對(duì)現(xiàn)實(shí)配電線路施工技術(shù)系統(tǒng)的抽象屬性的模仿。人們利用這樣的模型進(jìn)行試驗(yàn)，從中得到輸配電線路施工技術(shù)所需的信息，然后幫助實(shí)踐者對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的輸配電線路施工技術(shù)的問題做出決策。輸配電線路施工技術(shù)仿真是一個(gè)相對(duì)概念，任何逼真的仿真都只能是對(duì)真實(shí)系統(tǒng)某些屬性的逼近然而仿真是有層次的，既要針對(duì)所欲處理的客觀系統(tǒng)的問題，又要針對(duì)提出處理者的需求層次，否則很難評(píng)價(jià)一個(gè)仿真系統(tǒng)的優(yōu)劣。

輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)一種先進(jìn)的實(shí)施培訓(xùn)手段，提高培訓(xùn)的效率，強(qiáng)化培訓(xùn)效果。輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)，通過Internet 軟件平臺(tái)及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，綜合設(shè)定，使得輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)具有實(shí)用性和可維護(hù)控制性。

輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的開發(fā)，主要是首先起源于國(guó)外對(duì)于計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是西方國(guó)家如英國(guó)、美國(guó)等大型企業(yè)開發(fā)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，并取得了顯著的效果，這樣參加培訓(xùn)的人員可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得具體輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，其技能可以與在現(xiàn)場(chǎng)工作2年的人員比，因此很多國(guó)家都看到了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的優(yōu)越性，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)也越來越多的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。目前我國(guó)對(duì)于仿真系統(tǒng)的應(yīng)用也是在一些危險(xiǎn)性較大的領(lǐng)域，例如大型的鍋爐裝置、化學(xué)化工及變電站的應(yīng)用中，后來有人提出在輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)中應(yīng)用，但是目前仿真系統(tǒng)在輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)中應(yīng)用僅僅停留在提出的階段，還沒有完全開發(fā)出完善的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)。

（二）輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

目前關(guān)于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的思想越來越統(tǒng)一，即輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)必須能夠便于施工技術(shù)模型的調(diào)試和輸配電線路畫面的構(gòu)造，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)還應(yīng)采取先進(jìn)的運(yùn)行軟件和保證運(yùn)行數(shù)據(jù)相分離的一種設(shè)計(jì)思路。

關(guān)于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)應(yīng)該分成培訓(xùn)師和受培訓(xùn)者兩個(gè)方面的功能，對(duì)于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)師功能應(yīng)該是輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的集成操作，其主要功能是可以控制受培訓(xùn)者的機(jī)器，包括受培訓(xùn)者機(jī)器的開始暫停關(guān)機(jī)等功能，另外可以準(zhǔn)確知道受培訓(xùn)者機(jī)器是否有事故及分析事故產(chǎn)生源，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)師機(jī)器功能還應(yīng)是控制受培訓(xùn)人員考核的現(xiàn)場(chǎng)等具體狀況。輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)學(xué)員機(jī)器功能設(shè)計(jì)，首先要依附于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)師機(jī)的功能下，即能夠受到輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)師機(jī)器的監(jiān)管控制。在這種模式的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)受培訓(xùn)人員的機(jī)器可以提供參家培訓(xùn)人員的操作畫面，主要包括操作的流程圖、、控制組、趨勢(shì)圖及操作記錄等具體的監(jiān)控畫面。

輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)將電網(wǎng)仿真系統(tǒng)和輸配電線路仿真及配電站系統(tǒng)仿真等有機(jī)結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)應(yīng)該具有的特點(diǎn)是確保在硬件使用上采用了以局域網(wǎng)應(yīng)用為核心，利用工作站、開放式系統(tǒng)及微機(jī)構(gòu)成的分布式，以便于以后輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級(jí)。此外，在輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)軟件上采用了軟件相互支持系統(tǒng)技術(shù)，這樣使輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)系統(tǒng)更加便于修改和維護(hù)。再者，在功能上要更加完善，即充分考慮了仿真電網(wǎng)和輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)及仿真變電站之間的相互影響，使輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)更加具有真實(shí)性。最后，還應(yīng)通過采用了輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)多媒體技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)輸配電線路施工技術(shù)的圖像化和可視化，比較完整的反映出輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)情況，同時(shí)也使仿真的對(duì)象更加便于更改和進(jìn)一步擴(kuò)充，這樣輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)就會(huì)具有更高的性價(jià)比。

通過輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)為輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)人員提供了一種較為先進(jìn)的培訓(xùn)手段，同時(shí)也徹底改變了傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式，它的設(shè)計(jì)及應(yīng)用可以提高整體的輸配電線路施工作業(yè)技術(shù)，進(jìn)一步確保電網(wǎng)安全，同樣也大大提高了作業(yè)者的勞動(dòng)生產(chǎn)率，為創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益發(fā)揮著顯著的作用。

三、結(jié)論

輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)仿在不斷的發(fā)展和完善中，供電有限公司每年都會(huì)投入很大的資金和時(shí)間等用于施工技術(shù)人員的培訓(xùn)及考核，著力開發(fā)完善的輸配電線路施工技術(shù)的仿真系統(tǒng)，使得輸配電線路施工技術(shù)的仿真系統(tǒng)能自由安排培訓(xùn)項(xiàng)目，并且允許人員在培訓(xùn)中發(fā)生各種錯(cuò)誤，同時(shí)演示出因?yàn)椴僮麇e(cuò)誤造成的種種后果且不帶來任何實(shí)際危害，不受其他客觀條件的限制，此外還可以人為制造各種故障來綜合培訓(xùn)操作人員處理操作中故障的能力。輸配電線路施工作業(yè)人員進(jìn)行重復(fù)性集中培訓(xùn)，從而使的操作人員在短期內(nèi)接受較多的培訓(xùn)項(xiàng)目，縮短總的培訓(xùn)周期?？晒?jié)約大量的培訓(xùn)時(shí)間與經(jīng)費(fèi)。所介紹的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)目前已經(jīng)投入運(yùn)行，實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)能極大地提高培訓(xùn)的質(zhì)量，在短時(shí)間內(nèi)提高施工技術(shù)人員的技術(shù)水平，對(duì)電力系統(tǒng)的建設(shè)起到了重大的推動(dòng)作用。目前很多設(shè)計(jì)成果效果較為顯著，但是為了進(jìn)一步提高輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用水平，還需要更好的完善輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)，爭(zhēng)取達(dá)到創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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篇8

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；交通燈控制器；電路仿真

前言：數(shù)字電路早在上世紀(jì)中后期就已經(jīng)形成，其主要由組合邏輯電路以及時(shí)序邏輯電路所組成。就當(dāng)前的實(shí)際情況來看，交通燈控制器的顯示設(shè)計(jì)均采用單片機(jī)的原理，為了能夠?qū)で笠环N更加簡(jiǎn)便的方法，設(shè)計(jì)者利用數(shù)字集成電路來完成交通燈控制器，并以此來實(shí)現(xiàn)十字路通信號(hào)燈的控制。通過一系列的仿真與修改，能夠得知，和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，利用數(shù)字電路的技術(shù)，具有靈活性強(qiáng)、效率高以及成本低等特點(diǎn)。

1 交通燈控制器的設(shè)計(jì)要求

本次設(shè)計(jì)的交通燈控制器所工作的條件是由甲、乙兩個(gè)交叉路口所構(gòu)成，通過對(duì)交通燈控制器的設(shè)計(jì)，要求其控制的任務(wù)是：在甲路口綠燈亮的同時(shí)，要求乙路口紅燈亮，這樣的狀態(tài)保持3s。在3s之后，甲路口綠燈停，黃燈亮，保持1s，1s之后甲路口的黃燈以及乙路口的紅燈同時(shí)停止，甲路口紅燈亮，乙路口綠燈亮，保持3s。3s之后乙路口的綠燈停，黃燈亮，保持1s，1s之后乙路口的黃燈滅，亮起紅燈，同時(shí)甲路口綠燈亮起，并以此循環(huán)。

而這時(shí)的交通燈控制系統(tǒng)被分為控制器和受控電路兩個(gè)部分，根據(jù)對(duì)交通燈控制器的具體設(shè)計(jì)要求，本次研究中需要設(shè)計(jì)出一個(gè)循環(huán)控制系統(tǒng)，并觀察其控制的狀態(tài)。在下文中，將重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)的具體方案。

2 交通燈控制器的具體設(shè)計(jì)方案

2.1主控制器的設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況來看，在十字路口，車輛通行主要有兩種情況：一種是在交通事故條件下要求車輛禁行。在這種情況下，十字路口的兩端均不通行，這是交通燈需要紅燈亮，倒計(jì)時(shí)功能停止，并保持閃爍的狀態(tài)；另一種就是無特殊情況的通行，主要包含四種情況：第一，最開始的時(shí)候，東西道路為通行狀態(tài)，綠燈亮，南北道路為禁行狀態(tài)，紅燈亮；第二，十字路口的道路全部禁行東西道路黃燈亮，南北道路紅燈閃爍；第三，東西道路禁行，紅燈亮，南北道路通行，綠燈亮；最后，十字路口全部禁行，南北道路黃燈亮，且東西道路紅燈閃爍。根據(jù)這種情況，主控制器要實(shí)現(xiàn)4種狀態(tài)，并分別定義為S0、S1、S2、S3。要想實(shí)現(xiàn)這4種電路，可以應(yīng)用到數(shù)字電路技術(shù)[1]。設(shè)計(jì)如下圖所示：

在這個(gè)設(shè)計(jì)圖當(dāng)中，我們利用的是兩塊74LS192芯片，K0表示清零，由位置1切換到2，K1和K2是交通道路特殊狀態(tài)的控制鍵，如果有特殊狀態(tài)按K1，特殊狀態(tài)處理后，再按K2，表示恢復(fù)了正常的通車控制。A、B、C三種信號(hào)均用于對(duì)信號(hào)燈的控制，同時(shí)C還兼做停止計(jì)時(shí)時(shí)的閃爍效果控制。

2.2狀態(tài)譯碼器的設(shè)計(jì)

上文中提到，主控制器在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生四種狀態(tài)，而狀態(tài)譯碼器則要求分別控制十字路口上紅、綠、黃燈的狀態(tài)，而這3種燈的狀態(tài)和主控制器的輸出可以用R1來表示。與此同時(shí)，利用信號(hào)真值表能夠設(shè)計(jì)出交通燈控制器狀態(tài)譯碼器的電路。

在本次設(shè)計(jì)中的數(shù)字電路技術(shù)，共分為8個(gè)雙向3態(tài)緩沖電路，在其輸入和輸出均為高阻態(tài)的狀態(tài)。高阻態(tài)就是指在應(yīng)用過程中相當(dāng)于沒有這個(gè)數(shù)字芯片。在本次研究的電路中，主要是實(shí)現(xiàn)紅燈的閃爍，無論是在十字路口的主干道和支干道，都能夠利用這個(gè)狀態(tài)譯碼器來進(jìn)行控制[2]。

2.3倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

在這次的研究中，交通燈控制器的倒計(jì)時(shí)電路主要是利用數(shù)字芯片74LS192來進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)如下圖所示：

在倒計(jì)時(shí)電路的脈沖信號(hào)和交通道路特殊情況控制信號(hào)C經(jīng)過與非門U5：A后，被送入到個(gè)位片U2的DN端口，而十位片則被連接到另外的Q3端口當(dāng)中。通過預(yù)置數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制下倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)，并且十位和個(gè)位片U1和U2的預(yù)置數(shù)據(jù)要按照下表來進(jìn)行設(shè)計(jì)：

通過上表能夠得知所預(yù)置的具體數(shù)值，由于U1和U2的預(yù)置時(shí)間是倒計(jì)時(shí)電路到0s時(shí)根據(jù)U1和U2的TCD信號(hào)經(jīng)過或門U6：A之后才形成的，考慮到數(shù)字芯片的延遲特點(diǎn)，因此選擇03s時(shí)就對(duì)主控制器當(dāng)中的U11產(chǎn)生出驅(qū)動(dòng)脈沖，以此來實(shí)現(xiàn)U1和U2的預(yù)置數(shù)據(jù)最終能順利送達(dá)。

3 交通燈控制器的仿真結(jié)果

在本次研究設(shè)計(jì)完成之后，需要利用到Proteus的軟件來進(jìn)行仿真檢測(cè)，這個(gè)軟件是英國(guó)一家公司專門的EDA的工具軟件。本次設(shè)計(jì)當(dāng)中的所有數(shù)字集成芯片都可以在這個(gè)軟件的元件庫里找到[3]。在仿真檢測(cè)中，設(shè)計(jì)人員畫好仿真電路并修訂出元件的具體參數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)仿真。通過仿真，數(shù)字電路對(duì)于交通的燈的基本控制功能就能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還具有倒計(jì)時(shí)及時(shí)間設(shè)置功能，能夠被廣泛運(yùn)用。

結(jié)論：本次研究設(shè)計(jì)是通過將數(shù)字電路的分析設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化相互結(jié)合，能夠完成交通燈控制器中各個(gè)單元電路以及整體信號(hào)電路的設(shè)計(jì)。為了能夠進(jìn)一步驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，本次研究還通過Proteus軟件來進(jìn)行仿真觀察，通過仿真檢測(cè)，可以看出仿真的結(jié)果符合設(shè)計(jì)的具體要求，并達(dá)到了所預(yù)期的目的。本次設(shè)計(jì)的交通燈控制器是在數(shù)字電路的基礎(chǔ)上完成的，相比于傳統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制器，這種設(shè)計(jì)方法更加簡(jiǎn)單便捷，不需要再次進(jìn)行軟件的編程和調(diào)試，并且成本低廉，適合在實(shí)際應(yīng)用中廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋朝君.基于數(shù)字電路的交通燈控制器的設(shè)計(jì)與仿真[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013，11（20）：96-97.

[2]劉建華，龔校偉，崔雅君.交通燈控制器數(shù)字電路的設(shè)計(jì)及仿真[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012，10（01）：1-2+4.

[3]黃鴻鋒.交通燈控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)集成電路，2010，12（07）：65-67.

篇9

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 模擬電路 發(fā)展

1 前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，電子信息產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，逐漸滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)軍事領(lǐng)域也有著深遠(yuǎn)的影響，改變了傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)模式，在現(xiàn)代國(guó)防中發(fā)揮著越來越重要的作用，其在其在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用也彰顯了一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)防水平。

作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，知識(shí)、技術(shù)和資本是電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展的三個(gè)重要因素，它彰顯了一個(gè)國(guó)家或地區(qū)制造業(yè)的整體水平，也是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。就我國(guó)目前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀而言，我國(guó)正處于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型時(shí)期。如何平衡新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定快速發(fā)展，解決目前政府資本過剩、內(nèi)需不足、市場(chǎng)疲軟等宏觀經(jīng)濟(jì)問題是我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。而加速電子信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，對(duì)于促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革、改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加就業(yè)率、提升就業(yè)水平具有重要作用是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的最好辦法。

電子電路是電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)支撐。是電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重要限制因素。電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展離不開電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。生產(chǎn)技術(shù)的提高及加工工藝的改進(jìn)加快了集成電路的更新速度，也為電子信息產(chǎn)業(yè)注入了蓬勃的朝氣以及更加旺盛的生命力，使其得以快速發(fā)展。根據(jù)其結(jié)構(gòu)、功能的不同，電子電路可以分為模擬電路和數(shù)字電路。

2 模擬電路

模擬電路是一種針對(duì)模擬信號(hào)（幅值隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)）行傳輸或處理的電子電路。它主要是利用電流或電壓對(duì)真實(shí)信號(hào)進(jìn)行模擬，使其等比例的再現(xiàn)。如調(diào)幅/調(diào)頻的收音機(jī)，接收處理無線電廣播信號(hào)，然后經(jīng)過一系列的混頻、放大、解調(diào)等過程，最終完成音樂的播放和新聞等的報(bào)道。模擬電路在生活中的應(yīng)用非常廣泛，如晶體管小信號(hào)放大器，低頻功率放大器，負(fù)反饋放大器，MOS 集成運(yùn)放，諧振放大器，直流穩(wěn)壓電源等。都是用模擬電路制作的。

模擬電路的設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于電路參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。其設(shè)計(jì)的基本流程主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1 系統(tǒng)定義

系統(tǒng)定義是模擬電路設(shè)計(jì)的基本前提。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，模擬電路設(shè)計(jì)工程師需要對(duì)電路系統(tǒng)及子系統(tǒng)做出相應(yīng)的功能定義，并確定面積、功耗等相關(guān)性能的參數(shù)范圍。

2.2 電路設(shè)計(jì)

電路結(jié)構(gòu)的選擇是電路設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計(jì)工程師需要根據(jù)模擬電路需要實(shí)現(xiàn)的功能要求、設(shè)計(jì)規(guī)范及相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)選擇合適的電路結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上確定元器件的組合方式等。針對(duì)模擬電路的設(shè)計(jì)，目前暫時(shí)沒有可以利用的比較成熟的設(shè)計(jì)軟件，因此，只能是有工程師根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)手工完成。這在一定程度上增加了模擬電路設(shè)計(jì)的難度，限制了模擬電路的發(fā)展速度。

2.3 電路仿真

電路仿真是模擬電路的設(shè)計(jì)過程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，是模擬工程師判斷模擬電路是否可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的一個(gè)重要依據(jù)。工程師根據(jù)仿真結(jié)果，不斷對(duì)電路進(jìn)行修改和調(diào)整，直到模擬電路的仿真結(jié)果可以達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)及相應(yīng)的功能要求。常用方法主要有參數(shù)掃描法，直流和交流分析法、蒙特卡羅分析等

2.4 版圖實(shí)現(xiàn)

版圖將電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的重要橋梁。在由前面的設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果確定了模擬電路的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)后，設(shè)計(jì)工程師對(duì)設(shè)計(jì)的模擬電路進(jìn)行物理幾何性的描述，將其轉(zhuǎn)換成圖形格式，以便于模擬電路后續(xù)的加工與制作。

2.5 物理驗(yàn)證

在物理驗(yàn)證階段，需要對(duì)設(shè)計(jì)的模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）。設(shè)計(jì)規(guī)則檢查是在給定的設(shè)計(jì)規(guī)則的基礎(chǔ)上對(duì)其最小線寬、孔尺寸、最小圖形間距等限制工藝進(jìn)行檢查，衡量版圖工藝實(shí)現(xiàn)上的可行性。此外，還要對(duì)版圖與電路圖的一致性進(jìn)行檢查（LVS）?？梢岳肔VS工具提取版圖的參數(shù)，將得到的電路圖與原電路設(shè)計(jì)圖進(jìn)行比較，保證版圖與原電路設(shè)計(jì)的一致性。

2.6 寄生參數(shù)提取后仿真

在版圖之前進(jìn)行的電路設(shè)計(jì)的仿真稱之為“前仿真”，“前仿真”都是比較理想的仿真，沒有考慮到連線的電阻、電容等寄生參數(shù)。將寄生參數(shù)加入版圖后進(jìn)行的電路仿真稱之為“后仿真”，只有當(dāng)后仿真的仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)及系統(tǒng)功能要求，電路的設(shè)計(jì)工作才算完成。寄生參數(shù)對(duì)模擬電路的影響較大，前仿真的仿真結(jié)果滿足的情況下，后仿真結(jié)果卻無法滿足要求。因此，設(shè)計(jì)工程師需要根據(jù)后仿真結(jié)果不斷進(jìn)行晶體管參數(shù)的修改，有時(shí)甚至要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的調(diào)整，直至后仿真結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

目前，模擬電路設(shè)計(jì)難度高且比較復(fù)雜，使用的EDA工具的功能和系統(tǒng)配套性又相對(duì)落后，且在設(shè)計(jì)過程中需要進(jìn)行頻繁的人工干預(yù)，對(duì)寄生參數(shù)等比較敏感等，這些都在一定程度上限制了模擬電路的發(fā)展，導(dǎo)致模擬電路發(fā)展速度相對(duì)緩慢。

3 數(shù)字電路

篇10

一般情況下，半導(dǎo)體集成電路常用直流電壓，電網(wǎng)中的電壓通常是交流電壓，若要將電網(wǎng)中交流電的電壓換成直流電壓，則需要借由電壓變壓器進(jìn)行降壓，再經(jīng)由整流電路實(shí)現(xiàn)交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的目的。但是，整流過后的直流電壓內(nèi)還存在著交流電壓的成分，應(yīng)采用濾波電路濾除夾雜的交流電壓，得到平滑純正的直流電壓。通過利用Protel98軟件進(jìn)行模擬仿真和分析發(fā)現(xiàn)，沒有接連濾波電路之前，整流電路所輸出電壓的波形呈現(xiàn)為直流電壓。而將濾波電容器加在電路中以后，不僅可以降低整流輸出脈動(dòng)直流電壓，并使電容器的容量得以改變，還能夠改變電路開關(guān)電源的波紋。如果需要較小的電路開關(guān)電源波紋，受負(fù)載電流大小的影響，應(yīng)該將電容量調(diào)大。由于電流大的時(shí)候，放電的速度比較快，最電容量的要求就會(huì)增大。而當(dāng)電路交流成分減少時(shí)，也會(huì)使電容器的容量減少，因此容量改變以后所輸出的計(jì)算結(jié)果也會(huì)不同于容量改變前的計(jì)算結(jié)果。通過采用示波器進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，利用Protel98軟件模擬仿真后輸出來圖形同實(shí)際電路測(cè)試輸出的波形相同。由此可見，若要改變電子電路中的某個(gè)元件，只需要利用Protel98軟件修改參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到模擬仿真應(yīng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。Protel98軟件成為修改和優(yōu)化設(shè)計(jì)電子電路的有效輔助工具，也是電子電路設(shè)計(jì)模擬仿真的重要手段。利用Protel98軟件模擬仿真電路設(shè)計(jì)的具體步驟包括以下幾個(gè)方面：第一，根據(jù)電子電路設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)和所需規(guī)模繪制準(zhǔn)確的電路原理圖。在繪制原理圖時(shí)，應(yīng)選用比較簡(jiǎn)單和普及的電路，從而有效實(shí)現(xiàn)模擬仿真的目的。第二，繪制完電路原理圖之后，借由Protel98軟件設(shè)置元件的參數(shù)，通過鼠標(biāo)選中元件并雙擊元件的性質(zhì)項(xiàng)目后，就可以修改元件的參數(shù)。修改結(jié)果可以利用電子電氣法進(jìn)行測(cè)試和檢查，從而找出出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，再通過有效的分析和科學(xué)的修改，就可以完善電路設(shè)計(jì)。第三，再用Protel98軟件模擬繪制出的電路原理圖，并對(duì)電路功能進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，從而判斷所設(shè)計(jì)的電路是否具有可行性。

2基本邏輯門電路的模擬實(shí)驗(yàn)

Protel98軟件的仿真器由實(shí)用的數(shù)模與模擬混合而組成，利用網(wǎng)表文件將電路的所有元素結(jié)合起來，使數(shù)字仿真與模擬間的壁壘被有機(jī)的打破，再利用波形記錄分析系統(tǒng)將數(shù)字波形的結(jié)果同模擬結(jié)果一起顯示出來，組合成一個(gè)各種門電路。在進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)首先輸入繪制出來的電路圖，并編輯激勵(lì)信號(hào)波形和跟蹤誤差信號(hào)的波形，再從電子元件的數(shù)據(jù)庫里找出相關(guān)的數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行電路模擬，并計(jì)算出波形模擬的結(jié)果。而從繪制的波形圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入信號(hào)的電平組合表現(xiàn)為高—高、高—低、低—低和低—高時(shí)，基本邏輯門電路輸出的信號(hào)和輸入的信號(hào)之間具有可行的邏輯性關(guān)系。由此可見，利用Protel98軟件對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行模擬仿真，不僅能擴(kuò)大模擬電路設(shè)計(jì)規(guī)模，而且對(duì)其進(jìn)行定時(shí)的精確度也非常高，通過采取輸入不同激勵(lì)信號(hào)波形的方式，可以準(zhǔn)確修改基本邏輯門電路數(shù)據(jù)庫的特性。不但如此，Protel98軟件進(jìn)行電路模擬仿真，其良好界面對(duì)于分析電路設(shè)計(jì)和修改電路設(shè)計(jì)具有重要的意義。

3結(jié)束語