模擬電子系統(tǒng)設計現在是1頁\一共有56頁\編輯于星期二1、模擬系統(tǒng)的設計方法和步驟現在是2頁\一共有56頁\編輯于星期二(1)系統(tǒng)描述和分析

明確設計任務，認真分析設計要求，深入了解系統(tǒng)的功能、性能指標和使用條件，完整、清晰地對系統(tǒng)的各項功能要求和技術性能指標進行更具體、更詳細的描述，以作為系統(tǒng)設計的原始依據。

現在是3頁\一共有56頁\編輯于星期二(2)總體方案的設計與選擇根據設計任務、要求和條件，分折電路的總體功能，并將其分解成若干單元功能，形成總體設計方案，畫出總體設計原理框圖。框圖必須正確反映系統(tǒng)應完成的任務和各組成部分的功能，清楚表示系統(tǒng)的基本組成和相互關系。一般一個系統(tǒng)有多個設計方案，設計者應仔細分析、比較各方案的優(yōu)缺點，擇優(yōu)選用。方案論證要敢于探索，勇于創(chuàng)新，力爭做到設計方案合理、可靠、經濟、功能齊全、技術先進。現在是4頁\一共有56頁\編輯于星期二方案設計與選擇必須優(yōu)先考慮以下問題①原理的可行性：解決一個間題，可能有許多種方法，但有的方法是不能達到設計要求的②元器件的可行性：如采用什么元器件、什么微控制器、什么可編程邏輯器件，能否采購得到？③測試的可行性：有無所需要的測量儀器儀表？④設計、制作的可行性：難度如何，如何積累？⑤時間的可行性：研制周期多長？現在是5頁\一共有56頁\編輯于星期二(3)系統(tǒng)模塊劃分:根據總體設計方案將系統(tǒng)劃分為若干個功能模塊，并確定各模塊間的接口參數。

(4)單元電路設計:確定單元電路的功能及性能指標、與前后級之間的關系，并分析單元電路的工作原理，然后選擇設計單元電路的結構形式?？梢酝ㄟ^查找資料，尋找現成的電路，或者相近電路，再調整電路參數。若沒有，則需設計新的電路。要注意，各單元電路間的相互配合，盡量減少元器件的數量、類型、電平轉換和接口電路，以使電路簡單可靠?，F在是6頁\一共有56頁\編輯于星期二(5)元器件選擇和參數計算參數計算包括放大電路中各電阻值、放大倍數的計算，振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數的計算。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，計算的參數才能滿足設計要求。參數計算時，同一個電路可能有幾組數據，注意選擇一組能完成電路設計所要求的功能、在實踐中真正可行的參數。

現在是7頁\一共有56頁\編輯于星期二計算電路參數時應注意下列問題:元器件的工作電流、電壓、頻率和功耗等參數應能滿足電路指標的要求；元器件的極限參數必須留有足夠充裕量，一般應大于額定值的1.5倍；對于環(huán)境溫度、交流電網電壓等工作條件應按最壞的情況考慮；選用的元器件參數值都必須采用計算值附近的標稱值。現在是8頁\一共有56頁\編輯于星期二①阻容元器件的選擇：不同的電路對電阻和電容的性能要求也不同，有些電路對電容的漏電要求很嚴；還有些電路對電阻、電容的性能和容量要求很高。例如，濾波電路中常用大容量（100～3000mF）鋁電解電容，為濾掉高頻通常還需并聯小容量（0.0l～0.lmF）瓷片電容。設計時要根據電路的要求選擇性能和參數合適的阻容元器件，并要注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。

現在是9頁\一共有56頁\編輯于星期二②半導體器件的選擇

半導體器件包括二極管、晶體三極管、場效應管、光電二（三）極管、晶閘管等。根據其用途分別進行選擇。例如，選擇晶體三極管時，首先注意選擇NPN型還是PNP型管，高頻管還是低頻管，大功率管還是小功率管，并且注意管子的參數PCM、ICM、VCEO、IBCO、β、fT和fβ是否滿足電路設計指標的要求；高頻工作時，要求fT

=(5～10)f,f為工作頻率。

現在是10頁\一共有56頁\編輯于星期二③集成電路的選擇：由于集成電路可以實現很多單元電路甚至整機電路的功能，所以選用集成電路來設計單元電路和總體電路既方便又靈潘，它不僅使系統(tǒng)體積縮小，而且性能可靠，便于調試及運用。集成電路有模擬集成電路和數字集成電路之分。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實現設計方案，而且還要滿足功耗、電壓、速度、價格等多方面的要求?，F在是11頁\一共有56頁\編輯于星期二(6)安裝與調試

方案論證和單元電路硬件設計之后，緊接著就是設計制作印制電路板。對于數字部分，因為頻率較低，可以利用現代軟件技術直接排版。對于模擬部分，特別是高頻部分，需要考慮抗干擾問題，既要考慮抗外部干擾，又要考慮抗內部干擾；既要考慮模電自身的相互干擾，又要考慮數電（脈沖信號）對模電部分的干擾。簡單的系統(tǒng)或模塊電路可用手工制作電路板?，F在是12頁\一共有56頁\編輯于星期二鎖相環(huán)應用系統(tǒng)實例知識補充：鎖相環(huán)的基本組成相位比較單元,用來比較輸入信號和基準信號的之間的相位.它的輸出電壓正比于兩個輸入信號之相位差線性電路,其作用是濾除鑒相器輸出電壓中的高頻分量,起平滑濾波的作用.通常由電阻、電容或電感等組成，有時也包含運算放大器

振蕩頻率受控制電壓控制的振蕩器，而振蕩頻率與控制電壓之間成線性關系。在PLL中，壓控振蕩器實際上是把控制電壓轉換為相位。

現在是13頁\一共有56頁\編輯于星期二(2)鎖相環(huán)工作原理相位比較器把輸入信號作為標準，將它的頻率和相位與從VCO輸出端送來的信號進行比較。如果在它的工作范圍內檢測出任何相位（頻率）差，就產生一個誤差信號，這個誤差信號正比于輸入信號和VCO輸出信號之間的相位差，通常是以交流分量調制的直流電平。

由低通濾波器濾除誤差信號中的交流分量，產生信號去控制VCO，強制VCO朝著減小相位/頻率誤差的方向改變其頻率，使輸入基準信號和VCO輸出信號之間的任何頻率或相位差逐漸減小直至為0，這時我們就稱環(huán)路已被鎖定。環(huán)路鎖定后，鑒相器的兩個輸入信號的頻率相等，即：fo=Nfi現在是14頁\一共有56頁\編輯于星期二(3)捕捉帶與同步帶若環(huán)路原本處于失鎖狀態(tài)，由于環(huán)路的調節(jié)作用，最終進入鎖定狀態(tài)，這一過程，稱環(huán)路捕捉過程，環(huán)路能捕捉的最大起始頻差范圍稱捕捉帶或捕捉范圍若環(huán)路原本處于鎖定狀態(tài)，由于溫度或電源電壓的變化，使VCO輸出頻率變化，或者輸入信號頻率變化，通過環(huán)路自動相位控制作用，使VCO相位（頻率）不斷跟蹤輸入信號的相位（頻率），這個過程稱跟蹤過程，或同步過程，或保持過程?，F在是15頁\一共有56頁\編輯于星期二設計舉例：設計任務：采用數字鎖相環(huán)技術產生一個與可變行頻同頻同步的鋸齒波電壓。已知：行同步信號是幅度為3.5V的負脈沖，其頻率變化為15.625~64kHz。設計要求：鋸齒波電壓的幅度范圍為0~5V,鋸齒波的線性度由于1%，鋸齒波的逆程時間小于0.5us行頻切換時，要求系統(tǒng)的轉換時間小于0.5s在規(guī)定條件下，傳感器校準曲線與擬合直線間的最大偏差（ΔYmax）與滿量程輸出（Y）的百分比，稱為線性度（線性度又稱為“非線性誤差”），

現在是16頁\一共有56頁\編輯于星期二系統(tǒng)框圖現在是17頁\一共有56頁\編輯于星期二參數選擇D/A的位數D/A的位數決定鋸齒波的線性度。8位D/A的分辨率為1/(2n-1)=0.39,若其最大的線性誤差按1LSB計算，則其小于設計要求的1%，因此8位D/A即可滿足要求，則分頻器（計數器）的分頻系數N=256?，F在是18頁\一共有56頁\編輯于星期二(2)系統(tǒng)的最高工作頻率輸入信號的最高行頻為64kHz,則壓控振蕩器的工作頻率是fo=256fi=16.384MHz,VCO、計數器、D/A的速度均應達到此值。(3)環(huán)路的捕捉帶、同步帶及VCO的頻率變化范圍VCO輸出信號頻率范圍為256fi(4-16.384MHz),覆蓋系數fmax/fmin>4,需分頻段實現環(huán)路應工作在快捕帶內，以保證快速跟蹤，因此快捕帶△ωL

>16.384-4=12.384MHz。(4)鑒相器的工作頻率為15.625~16kHz現在是19頁\一共有56頁\編輯于星期二器件型號選擇D/A變換器CA33388位20MHz電壓輸出型輸出電壓幅度可調現在是20頁\一共有56頁\編輯于星期二現在是21頁\一共有56頁\編輯于星期二(2)鑒相器CD4046集成鎖相環(huán)，工作頻率小于1MHz，鑒相靈敏度Ad=Vdd/2π現在是22頁\一共有56頁\編輯于星期二CD4046的內部結構現在是23頁\一共有56頁\編輯于星期二工作波形PDI為跳邊沿觸發(fā)現在是24頁\一共有56頁\編輯于星期二PDII為上升沿觸發(fā)現在是25頁\一共有56頁\編輯于星期二(3)VCO74LS124雙VCO最高頻率30MHz工作頻率由外接電容Cext決定兩個受控端，一個為頻率調節(jié)電壓Vreg和另一個為頻率控制電壓Vc,均可調節(jié)輸出信號頻率每個VCO有使能端，可以進行三態(tài)輸出控制現在是26頁\一共有56頁\編輯于星期二74LS124引腳分布現在是27頁\一共有56頁\編輯于星期二(4)分頻器(計數器)74LS161最高計數頻率25MHz現在是28頁\一共有56頁\編輯于星期二參數計算頻帶劃分鎖相環(huán)路的頻率覆蓋系數取決于VCO的頻率變化范圍現在是29頁\一共有56頁\編輯于星期二74LS124的工作頻率與外接電容成反比，近似公式為fo=5x10-4/Cextf-VRng

是負斜率的（VRng=2~4.5V）;f-Vc是正斜率的(Vc=1~5V)不同的VRng，頻率隨Vc的變化靈敏度不同，VRng越大，壓控靈敏度越高fvco的最大頻率變化范圍為0.5fo~1.12fo,覆蓋系數約為2.24現在是30頁\一共有56頁\編輯于星期二令高頻段VCO的最高頻率

f1max=16.384MHzfo1=f1max/1.2=14.62MHz，f1min=0.5fo1=14.62x0.5=7.31MHz

令低頻端VCO的最低頻率

f2min=4MHZfo2=f2min/0.5=8MHzf2max=1.12fo2=8.9MHzf2max>f1min滿足要求，實現了頻率覆蓋要求可得：Cext1=5x10-4/fo1=34pFCext2=5x10-4/fo2=62pF現在是31頁\一共有56頁\編輯于星期二(2)波段切換現在是32頁\一共有56頁\編輯于星期二F/V變換器采用LM331滿量程頻率范圍1Hz~100kHz線性度±0.01%電源電壓3.9~40V現在是33頁\一共有56頁\編輯于星期二LM331應用電路現在是34頁\一共有56頁\編輯于星期二LM331定時電容充放電波形現在是35頁\一共有56頁\編輯于星期二LM331外接元件參數計算Ct充電到2/3Vcc時，定時比較器翻轉，則由可得Ct充電時間為

在輸入信號一個周期內Ct必須充放電一次，則須滿足

fimax=64kHz,取Ct=2200pF,Rt=2kΩ現在是36頁\一共有56頁\編輯于星期二根據輸入負脈沖幅度，確定7腳電平。當行頻負脈沖到來時，為使輸入比較器翻轉，應滿足

現在是37頁\一共有56頁\編輯于星期二RS的推薦值為1kΩ與5kΩ電位器的串聯，其電流i=1.9/RS決定了輸出電壓的大小。RLCL決定了輸入信號頻率變化時輸出電壓隨之變化所需要的時間及輸出電壓的文博。與其它器件相比，帶有RLCL的LM331是低速器件，可認為系統(tǒng)的轉換時間主要取決于它。要求行頻切換時系統(tǒng)轉換時間小于0.5s,可近似取RLCL為該時間的1/10，即0.05s,則RL=51kΩ,CL為1uF現在是38頁\一共有56頁\編輯于星期二比較器LM311電源電壓5-15V,響應時間200ns。若設高低頻段的頻率分界點是30kHz,由F/V的變換曲線可知，f=30kHz時的輸出電平為5.8V,可取比較器的比較電壓為5.8V?，F在是39頁\一共有56頁\編輯于星期二(3)分頻器、鑒相器現在是40頁\一共有56頁\編輯于星期二CD4046的鑒相器II是上升沿觸發(fā)的相位比較器，直接將Q7送至鑒相器比較，會使輸出與行同步信號相位相差180度，應將Q7取反后再送入現在是41頁\一共有56頁\編輯于星期二現在是42頁\一共有56頁\編輯于星期二(4)壓控振蕩器的頻率控制VCO的頻率控制電壓Vc來自鑒相器4046的輸出輸出的誤差電壓vc,Vc與vc應保證

(1)相同的電平變化范圍

(2)vc隨（fvc0/N-fi）的變化趨勢與VC對頻率的控制趨勢一致，以使VCO的輸出頻率接近行頻，并使相位差逐步減小?，F在是43頁\一共有56頁\編輯于星期二現在是44頁\一共有56頁\編輯于星期二當輸入行頻信號變化時，為使VCO得輸出頻率快速鎖定于輸入信號頻率，應使頻率調節(jié)電壓VRng不接固定電壓，而是以與行頻大小成比例變化的電壓，以進行頻率粗調，然后由VC細調頻率。應保證V/F變換器的變換特性和VRng對VCO輸出信號頻率的控制特性相一致。若不一致，應采用比例加法運算電路作信號變換現在是45頁\一共有56頁\編輯于星期二現在是46頁\一共有56頁\編輯于星期二(5)D/A變換器CA3338現在是47頁\一共有56頁\編輯于星期二例：數控串聯穩(wěn)壓電源1.設計任務設計一個輸出可調的數控電壓源，并由數碼管顯示輸出，具體要求為：輸出電壓2~20V之間，調節(jié)單位0.1V電壓穩(wěn)定度小于0.2%，紋波電壓小于10mV輸出電流1A由輸出電壓由數碼管顯示，并“+”、“-”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減。現在是48頁\一共有56頁\編輯于星期二2.方案設計輸出電流1.5A輸出電壓范圍1.5-37V可調內有過熱過流保護現在是49頁\一共有56頁\編輯于星期二系統(tǒng)結構現在是