第一章 电子系统设计(1)

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
EDA设计特点
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
设计步骤（续）
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,屏蔽,散热等等
➢ 优点：为设计人员提供了一个完整的系统设计环境， 使人们摆脱了手工设计所带来的各种弊端；
使得设计者可以集中精力于系统的高层设计，诸如算法、功能等 概念设计方面，而把大量的具体设计过程留给EDA软件去完成；
改变了传统设计过多地依赖设计者的知识和经验，在EDA软件中 集成了大量的成熟经验、算法及工具，
集成稳压器符号
外形图
不同型号、不 同封装的稳压 器三个电极的 位置不一样
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
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：从事电路、电气等设计，设计难度降低，综合 素质提高）
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。
保证了设计的可靠性及水平，加速了设计速度，满足了日益复杂 的设计需要。
➢ 局限：目前还只限于数据处理、通信及多媒体领域。
电子系统设计的一般详细步骤
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
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
电子系统设计的一般步骤 ➢ 1.行为描述与设计 ➢ 2.结构描述与设计 ➢ 3.物理描述与设计
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
接口
具体描述（模块化）
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；(系统级)
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；
始有软、硬件的分工安排，再分别进行硬件设计和软
件设计；
➢当代设计方法是使用EDA软件工具。
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。
适用于大型的、 复杂的系统设计
遵循原则
➢ （1）合理性和完整性原则 ➢ （2）结构化和模块化原则 ➢ （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：
可利用前人的设计成果，减少重复劳动，提高效率
适用于简单的电子系统
自顶向下与自底向上相结合
主
辅
自顶向下设计过程
➢理论设计——自上而下； ➢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。
应该注意的是：
设计过程：
➢复杂型电子系统应包括有软、硬件两部分，设计开
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；
每一个功能模块一定要落实到集成电路层次，同时规定一些关键器 件的指标以保证该子系统（或模块）性能指标的实现。
优点
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。
过程：抓主要矛盾，逐步细化、分解
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，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
电子系统的组成框图
❖电子系统的基本组成 开环（如：数字温度计） 闭环（如：冰箱）
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。
电子系统设计的一般详细步骤（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
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
-10V 2 W7905 3 -5V
VO
= VREF
+ VREF R1
RP
Ia RP
1.25 (1
RP ) R1
利用三端集成稳压器组成恒流源
三端集成稳压器做恒流源电路如下：
7805稳压器做恒流源
317稳压器做恒流源
单电源实际应用举例
双电源实际应用举例
设计步骤（续）
1.行为描述与设计
描述系统的各项功能、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,声控录音,游
戏等
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
整理技术要求, 划分总体框图,确定技术指标
设计步骤（续）
2.结构描述与设计
系统集成及应用
考核方式
平时加作业 实 验 期末考试
20% 25% 55%
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
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
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：
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
子系统基本类型
复杂电子系统结构层次:
总体示意图
实现给定规 范与结功构能级的 子系统、部 件或元件及 其互联方式
系统级 子系统级
部件级 元件级
用户需求变
为行技为术级规范 与功能描述
用一定材料与 工物艺理实级现结构
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。
➢ 模拟系统；
纯硬件系统
➢ 数字系统；
软硬结合系统
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。