導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路設(shè)計的基本方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：全壽命成本；輸電線路設(shè)計；設(shè)計方法

中圖分類號：TM621.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一，輸電線路全壽命成本的預(yù)測模型

1，預(yù)測模型研究流程

對輸電線路全壽命周期成本分析研究的本質(zhì)是:在輸電線路的設(shè)計階段,在系統(tǒng)規(guī)劃給定的決策信息條件下,基于輸電線路的一般設(shè)計,對輸電線路全壽命周期內(nèi)的所有成本進(jìn)行有效地預(yù)測,以根據(jù)全壽命成本的比較對輸電線路的原有設(shè)計進(jìn)行必要的反饋以改善其設(shè)計,使之符合輸電線路建設(shè)的全壽命理念要求。

既然本項目是對輸電線路全壽命成本進(jìn)行先期的預(yù)測性研究,因此,應(yīng)界定輸電線路全壽命成本預(yù)測分析基本的前提假設(shè)條件,即在設(shè)計階段,輸電線路的全壽命成本預(yù)測是在輸電線路的正常設(shè)計、正常施工及正常運營的情況下進(jìn)行的,不考慮輸電線路全壽命周期中的不可預(yù)測的偶然事件影響。

本文推薦的全壽命成本預(yù)測模型研究流程是:在輸電線路部分確定性己知條件下,由常規(guī)性設(shè)計的經(jīng)驗,進(jìn)行輸電線路后續(xù)本體的設(shè)計假定,從而確定模糊的假設(shè)條件,如后續(xù)設(shè)計部件大約的型號、數(shù)量等參數(shù),以此進(jìn)行輸電線路各個設(shè)計過程的全壽命成本計算。

依據(jù)輸電線路設(shè)計過程進(jìn)行的輸電線路全壽命成本計算思路，在實質(zhì)上,無論是在輸電線路哪個設(shè)計過程及設(shè)計層次,通過已知的確定設(shè)計條件及根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗確定的后續(xù)其它部件設(shè)計的模糊條件,構(gòu)成輸電線路一般設(shè)計的所有條件,由此,在足夠的設(shè)計信息下根據(jù)同一分析方法進(jìn)行同樣的輸電線路全壽命成本計算。

2，全壽命成本表示方法

依據(jù)輸電線路的設(shè)計過程,在各類確定的及模糊的部件設(shè)計條件及設(shè)計參數(shù)下,其全壽命成本的的現(xiàn)值是與路徑相關(guān)的成本現(xiàn)值、導(dǎo)地線的全壽命成本現(xiàn)值、桿塔的全壽命成本現(xiàn)值、基礎(chǔ)的全壽命成本現(xiàn)值、絕緣子的全壽命成本現(xiàn)值、金具的全壽命成本現(xiàn)值、防雷及接地的全壽命成本現(xiàn)值、其它成本的全壽命成本現(xiàn)值等之和。

二，基于全壽命成本的輸電線路設(shè)計方法

設(shè)計作為輸電線路項目全壽命周期管理的龍頭環(huán)節(jié),全壽命周期設(shè)計意味著,在設(shè)計階段就要考慮到產(chǎn)品壽命歷程的所有環(huán)節(jié),以求產(chǎn)品全壽命周期所有相關(guān)因素在產(chǎn)品設(shè)計階段就能得到綜合規(guī)劃和優(yōu)化。輸電線路設(shè)計不僅是設(shè)計功能和結(jié)構(gòu),而且要考慮到電網(wǎng)的規(guī)劃、線路本體的設(shè)計、線路的施工安裝、線路的運行、維修保養(yǎng)、直到回收處置的全壽命周期過程。

根據(jù)全壽命成本的預(yù)測分析及輸電線路的分層次設(shè)計方法,可建立基于全壽命成本的輸電線路設(shè)計方法,其本質(zhì)是:在系統(tǒng)規(guī)劃給定的決策信息條件下,在滿足輸電線路各部件及整體技術(shù)性要求的基礎(chǔ)上,通過一般性的設(shè)計,對輸電線路全壽命周期內(nèi)的所有成本進(jìn)行有效地預(yù)測,從而可根據(jù)全壽命成本的比較對輸電線路的原有設(shè)計進(jìn)行必要的反饋以改善其設(shè)計,使之符合輸電線路建設(shè)的全壽命理念要求。該方法的設(shè)計流程可見下圖基于全壽命成本的輸電線路“分層循環(huán)反饋”設(shè)計流程：

由上圖可知,輸電線路的設(shè)計是基于全壽命成本的分層次設(shè)計,即各個層次的設(shè)計均需全壽命成本的循環(huán)比較來進(jìn)行具體設(shè)計的選擇,可稱為“分層循環(huán)反饋”設(shè)計方法。應(yīng)用本設(shè)計方法,輸電線路的設(shè)計和全壽命成本的預(yù)測是共同進(jìn)行的,即各個層次的輸電線路設(shè)計及全壽命成本預(yù)測均是在部分確定的己知條件下,由常規(guī)性設(shè)計的經(jīng)驗,進(jìn)行輸電線路后續(xù)本體的設(shè)計假定,從而確定模糊的假設(shè)條件,如后續(xù)設(shè)計部件大約的型號、數(shù)量等參數(shù),以此進(jìn)行輸電線路各個設(shè)計過程的全壽命成本預(yù)測,從而對設(shè)計方案的選擇提供全局性的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

三，實例分析

本節(jié)以導(dǎo)線方案優(yōu)選舉例說明基于全壽命成本的輸電線路設(shè)計方法。

1，前提條件的確定

經(jīng)過預(yù)測模型研究流程分析,架空導(dǎo)地線路全壽命成本的具體分析是在輸電線路路徑已選擇完成的情況下,經(jīng)過導(dǎo)地線的具體設(shè)計已掌握了部分必要的已知條件,它們包括了:輸電線路設(shè)計的具體長度；輸電線路路徑的不同地形比例及氣象信息分區(qū)；輸電線路經(jīng)過地區(qū)的各類狀況；輸電線路導(dǎo)地線的型號及相應(yīng)長度；輸電線路導(dǎo)地線的預(yù)期設(shè)計使用壽命；輸電線路導(dǎo)地線的失效模式及相應(yīng)的失效概率。

2，成本模型的建立

導(dǎo)地線包括了導(dǎo)線與地線,由于兩者的使用壽命不一致,因而需分別進(jìn)行建模。導(dǎo)地線成本主要包括了建設(shè)成本(即初始材料成本及初始建造成本)、檢測維護(hù)成本、維修更換成本、失效成本、線路能耗成本及殘值等。

以某5O0kV輸電線路工程導(dǎo)線方案比選為例,已知該項目的路徑長度為119km,采用雙回路,主要氣象條件為最大風(fēng)速32m/S,覆冰厚度10mm;系統(tǒng)輸送功率額定為1200MW.通過計算比較發(fā)現(xiàn)：是依據(jù)本文推薦的“分層循環(huán)反饋”設(shè)計流程,完全可以精確預(yù)測整個項目方案的全壽命成本。

本文推薦的全壽命成本預(yù)測模型研究流程是:在輸電線路部分確定性已知條件下,由常規(guī)性設(shè)計的經(jīng)驗,進(jìn)行輸電線路后續(xù)本體的設(shè)計假定,從而確定模糊的假設(shè)條件,如后續(xù)設(shè)計部件大約的型號、數(shù)量等參數(shù),以此進(jìn)行輸電線路各個設(shè)計過程的全壽命成本計算。根據(jù)全壽命成本的預(yù)測分析及輸電線路的分層次設(shè)計方法,可建立基于全壽命成本的輸電線路設(shè)計方法一“分層循環(huán)反饋”,其本質(zhì)是:在系統(tǒng)規(guī)劃給定的決策信息條件下,在滿足輸電線路各部件及整體技術(shù)性要求的基礎(chǔ)上,通過一般性的設(shè)計,對輸電線路全壽命周期內(nèi)的所有成本進(jìn)行有效地預(yù)測,從而可根據(jù)全壽命成本的比較對輸電線路的原有設(shè)計進(jìn)行必要的反饋以改善其設(shè)計,使之符合輸電線路建設(shè)的全壽命理念要求。最終本文以導(dǎo)線方案優(yōu)選舉例說明基于全壽命成本的輸電線路設(shè)計方法。

結(jié)語

在輸電線路設(shè)計中提出了基于全壽命成本的輸電線路設(shè)計方法一分層循環(huán)反饋方法。根據(jù)輸電線路的確定性已知條件和模糊性假定條件,建立了輸電線路主要部件全壽命成本的分層循環(huán)反饋預(yù)測模型。該模型通過仿真計算輸電線路全壽命周期內(nèi)的所有成本,并對輸電線路的設(shè)計流程加入反饋功能實現(xiàn)對設(shè)計方案的改進(jìn),使之符合輸電線路建設(shè)的全壽命理念。通過案例分析,證明了基于全壽命成本的分層循環(huán)反饋方法切實可行。

參考文獻(xiàn)

篇2

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路;VHDL;教學(xué)改革;設(shè)計方法

1.引言

數(shù)字電路是理工科中的電類專業(yè)和計算機(jī)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是信息類各專業(yè)的平臺課程。該課程在介紹有關(guān)數(shù)字系統(tǒng)基本知識、基本理論、基本電路的基礎(chǔ)上，重點討論數(shù)字系統(tǒng)中各種邏輯電路分析與設(shè)計的基本方法，以及該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及最新的技術(shù)。設(shè)置該課程的主要目的是為了讓學(xué)生了解各種基本邏輯電路，能熟練地運用有關(guān)知識和理論對各類邏輯電路進(jìn)行分析設(shè)計。目前， 大多數(shù)高等院校仍是采用傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學(xué)模式， 以教材為中心，過于強調(diào)基本原理、公式的推導(dǎo)以及波形的分析，往往讓學(xué)生覺得抽象，不能夠很好地理解電路、集成芯片的功能及應(yīng)用。而實驗環(huán)節(jié)主要在實驗箱上完成，開設(shè)的是一些驗證性的實驗，對各實驗項目的電路設(shè)計以手工為主，一般遵循自底向上的設(shè)計方法，從電路的功能分析，真值表、表達(dá)式、邏輯電路圖到器件的選擇、連線、測試等，學(xué)生的認(rèn)識僅僅停留在局部小部件上，復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計思想受到限制。在數(shù)字電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，大規(guī)模以及超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，這種缺乏實用性和創(chuàng)新性的傳統(tǒng)教學(xué)模式，已不再適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。因此，教學(xué)需要融入新技術(shù) 、突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，引入VHDL語言的數(shù)字電路教學(xué)改革就成為一個重要的研究課題。

2.VHDL語言及其特點

超高速集成電路硬件描述語言（VHDL） 是一種用于數(shù)字電路設(shè)計的高級語言，是被IEEE和美國國防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言，其主要用于描述數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口?；谶@種描述結(jié)合相關(guān)的軟件工具，可以得到所期望的實際數(shù)字電路。利用VHDL語言進(jìn)行電路設(shè)計具有以下幾個特點：

（1）VHDL可用于設(shè)計復(fù)雜的、多層次的設(shè)計，并且支持設(shè)計庫和設(shè)計的重復(fù)使用;

（2）與其他的硬件描述語言相比，VHDL具有更強的行為描述能力;

（3）VHDL有豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使其在設(shè)計的早期就能查驗設(shè)計系統(tǒng)的功能可行性，借助于相關(guān)仿真器隨時可對設(shè)計進(jìn)行仿真模擬;

（4）對于VHDL完成的一個確定的設(shè)計，一般可進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并能自動的把VHDL描述設(shè)計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表;

（5）VHDL語言支持電路描述由高層向低層的綜合變換，便于文檔管理，易于理解和設(shè)計的再利用;

（6）VHDL對于設(shè)計的描述具有相對獨立性，設(shè)計者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)的目標(biāo)器件設(shè)計。

3.VHDL語言較傳統(tǒng)設(shè)計方法的優(yōu)點

通過上述特點，我們了解到VHDL語言功能強大、設(shè)計靈活、容易掌握。將VHDL語言引入數(shù)字電路教學(xué)中，有利于增強學(xué)生對電路設(shè)計的認(rèn)識，掌握更多的設(shè)計方法，提高分析設(shè)計能力。本文針對六進(jìn)制約翰遜計數(shù)器的設(shè)計，分別采用了傳統(tǒng)設(shè)計方法和VHDL方法進(jìn)行設(shè)計，通過對比可得出，VHDL可以顯著提升數(shù)字電路的教學(xué)效果。

3.1 傳統(tǒng)設(shè)計方法

傳統(tǒng)電路設(shè)計采用自底向上的設(shè)計方法如圖1所示。本文選用JK、D觸發(fā)器及門電路來實現(xiàn)，采用3個觸發(fā)器連接產(chǎn)生8個狀態(tài)，六進(jìn)制約翰遜計數(shù)器只有6個狀態(tài)，將其中的010，011兩個狀態(tài)禁止掉，具體狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表1所示。

圖1 自底向上設(shè)計方法

表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

CLK Q2n'Q1n'Q0n Q2n+1'Q1n+1'Q0n+1

1 0..0..0 0...0...1

2 0..0..1 0...1...1

3 0..1..1 1...1...1

4 1..1..1 1...1...0

5 1..1..0 1...0...0

6 1..0..0 0...0...0

由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得出狀態(tài)方程：

，，

將Q2，Q1選用D觸發(fā)器，Q0選用JK觸發(fā)器，得出驅(qū)動方程：

，，，

根據(jù)驅(qū)動方程最終畫出邏輯原理圖如圖2所示。

圖2 邏輯原理圖

在得到邏輯原路圖后，還需要進(jìn)行邏輯驗證，驗證無誤后再對邏輯原理圖進(jìn)行邏輯驗證無誤后，在PCB版上完成布線、裝配、焊接及調(diào)試，如有問題，再進(jìn)行局部修改，直至整個電路調(diào)試完畢為止。

圖3 自頂向下設(shè)計方法

3.2 VHDL設(shè)計方法

VHDL設(shè)計采用自頂向下的設(shè)計方法如圖3所示。首先根據(jù)設(shè)計要求對電路功能進(jìn)行行為級描述和仿真，然后再進(jìn)行RTL級描述和仿真，達(dá)到預(yù)期結(jié)果后再進(jìn)行邏輯綜合、布局布線，最終完成電路設(shè)計。

（1）行為描述，也就是對計數(shù)器數(shù)學(xué)模型的描述，通過代碼描述出輸入、輸出引腳和計數(shù)過程中狀態(tài)變化時序及關(guān)系，具體程序如下：

LIBRARY ieee;

USE ieee.std_logic_1164.all;

entity counter6 is

port（clk，reset：in std_logic;

count_out：out std_logic_vector（2 downto 0））;

end counter6;

architecture rtl Of counter6 is

signal next_count：std_logic_vector（2 downto 0）;

begin count_proc：process（clk，reset）

begin if reset='0' then

next_count<="000";

elsif clk'event and clk='1' then

case next_count is

when "000"=>next_count<="001";

when "001"=>next_count<="011";

when "011"=>next_count<="111";

when "111"=>next_count<="110";

when "110"=>next_count<="100";

when "100"=>next_count<="000";

when others=>next_count<="000";

end case;

end if;

count_out<=next_count;

end process;

end rtl;

利用Max+plusⅡ軟件對上述程序進(jìn)行編譯、仿真，仿真結(jié)果如圖4所示，結(jié)果表明，該方案符合設(shè)計要求。

圖4 仿真結(jié)果

（2）RTL描述，即用具體門電路、運算器等來描述行為部分。行為描述程序抽象程度較高，故需轉(zhuǎn)化為RTL方式描述的VDHL程序，以便于映射到具體的邏輯元件，得到硬件的具體實現(xiàn)。對于改寫后的RTL程序同樣需要進(jìn)行仿真，檢查正確性。

（3）邏輯綜合，利用MAX+PLUS II Advanced Synthsis ALtera將其轉(zhuǎn)換為門級網(wǎng)絡(luò)表，輸出邏輯原理圖并進(jìn)行仿真、檢查定時關(guān)系。最后根據(jù)需要利用門級網(wǎng)表做出ASIC芯片或生成FPGA碼點，完成電路設(shè)計。

3.3 VHDL與傳統(tǒng)設(shè)計方法比較

相較于傳統(tǒng)設(shè)計方法，VHDL采用自頂向下的設(shè)計方法，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計，更利于分工合作，再加上各層次的仿真檢查，便于早期發(fā)現(xiàn)錯誤并改正，提高了設(shè)計效率;同時設(shè)計描述的相對獨立性，使得學(xué)生設(shè)計時不必寫表達(dá)式、真值表，不必考慮所用器件，降低了設(shè)計難度;另外VHDL語言簡單易學(xué)，MAX+PLUS II界面友好，通過仿真波形分析，學(xué)生能更形象、更深刻的理解所學(xué)內(nèi)容。

4.結(jié)束語

數(shù)字電路作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果的好壞，將直接影響后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。在數(shù)字電路教學(xué)中引入VHDL描述語言，利用MAX+PLUS II進(jìn)行編譯、仿真、演示，不但豐富了教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)了教學(xué)手段，提高學(xué)習(xí)興趣，還有助于學(xué)生消除“抽象感”;另外VHDL能將傳統(tǒng)教學(xué)中較難實現(xiàn)的電路設(shè)計轉(zhuǎn)換為軟件設(shè)計，不僅簡化了設(shè)計工作，還有利于增強學(xué)生對集成芯片的認(rèn)識，提高分析設(shè)計能力，掌握更多的設(shè)計方法，以適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]張?zhí)扈?基于VHDL的數(shù)字電路課程改革研究[J].湖北廣播電視大學(xué)學(xué)報：2010（02）：25-26.

[2]黃紅霞.基于VHDL提升數(shù)字電路教學(xué)效果的研究[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報，2010（03）：66-70.

[3]譚勇，朱斌.基于EDA技術(shù)的數(shù)字電路實驗教學(xué)改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（17）：43-44.

篇3

【關(guān)鍵詞】計算機(jī) 電路設(shè)計 輔助 方法

之前在進(jìn)行電路設(shè)計的時候，主要就是靠人工將一些電子元件通過導(dǎo)線然后連接起來，對于一些比較簡單的電路，這樣的方法還是可行的，但是現(xiàn)在的電路設(shè)計越來越復(fù)雜，在進(jìn)行人工連接電路的時候就顯得無從下手。所以人們才開始采用印制電路板的方式來進(jìn)行電路的連接，傳統(tǒng)的手工方式制作的話，工作量是比較的大，而且制作的周期也比較的長，往往很小的電路板也需要很長的時間才能夠經(jīng)過很多人制作出來，而且在后期如果要進(jìn)行修改的話也比較的麻煩。隨著計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，就能夠很好的去解決這些問題。在通過計算機(jī)進(jìn)行輔助電路設(shè)計的時候，往往之前需要很多人才能完成的工作，現(xiàn)在也只需要一個人就可以完成，而且在進(jìn)行電路設(shè)計的時候，時間的周期也縮短了很多。

一、計算機(jī)輔助電路設(shè)計的一些優(yōu)點

在采用計算機(jī)輔助電路設(shè)計的時候，主要就是利用了計算機(jī)模擬代替了之前的通過搭接來對電路進(jìn)行試驗的方法，這樣的話在電路的設(shè)計階段，就可以減少很多去驗證電路的工作量，使得在進(jìn)行電路設(shè)計的過程當(dāng)中，進(jìn)程會比之間快了很多?，F(xiàn)在很多的專業(yè)軟件上面都有很多的參數(shù)數(shù)據(jù)庫和圖形數(shù)據(jù)庫，在設(shè)計當(dāng)中需要用到的電子元件基本上這些數(shù)據(jù)庫當(dāng)中都能夠提供，如果有些電子元件在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中沒有的話，那么也可以在設(shè)計之間先設(shè)計好這樣一個電子元件的模型放入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，在設(shè)計當(dāng)中如果需要的話那么也就可以很方便的直接拿出來用。同時在進(jìn)行印刷電路板設(shè)計的時候，也可以采用相應(yīng)的印刷電路板設(shè)計的專業(yè)軟件，而這些專業(yè)的軟件是可以進(jìn)行自動布線布局以及后期處理的作用。而在進(jìn)行圖紙的繪制時，也可以采用相應(yīng)的軟件來進(jìn)行制版。這樣的話對于電路設(shè)計的周期就可以縮短很多，而且成本的費用也可以節(jié)約不少。

二、計算機(jī)輔助電路設(shè)計的具體方法

（一）設(shè)計電路圖。在設(shè)計一個電路，要想使得它能夠去完成一定的作用和功能，就應(yīng)該先要設(shè)計好一個比較完整是電路原理圖。在使用計算機(jī)復(fù)制電路設(shè)計的時候，采用計算機(jī)技術(shù)來設(shè)計電路的原理圖是非常方便的，而且在設(shè)計的過程當(dāng)中對于一些不合理需要修改的地方進(jìn)行修改的時候也非常的方便，同時在設(shè)計好了電路的原理圖之后，在通過相關(guān)的專業(yè)軟件進(jìn)行自動的布線布局，對于最后制作成線路板的版圖也非常的方便。首先就是要在計算機(jī)當(dāng)中打開進(jìn)行原理圖設(shè)計的專業(yè)軟件，在打開了專業(yè)的設(shè)計軟件之后就應(yīng)該要新建一個文件，然后還要加載一些原理圖設(shè)計的數(shù)據(jù)庫。如果在這些電子元件庫當(dāng)中沒有設(shè)計所需要的電子元件，那么就需要使用電子元件的生產(chǎn)軟件，制作出相應(yīng)的電子元件，然后就可以按照之前的電路設(shè)計的構(gòu)思，調(diào)用數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的電子元件來進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計。在設(shè)計的當(dāng)中，對于那些有電氣性能連接的電子元件，就應(yīng)該要用線把這些電子元件的管腳連上，而對于設(shè)計當(dāng)中的總線電路，則可以才有一個總線來進(jìn)行連接，這樣的話就減少在設(shè)計當(dāng)中連接的線條比較多的麻煩。但是如果需要在總線的兩端分出很多的線條，那么就需要對這些線條進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注。而有些的線路上如果是有節(jié)點的話，那么就必須要把這些節(jié)點連接起來，不然的話計算機(jī)系統(tǒng)就會認(rèn)為這些線路是沒有連接在一起的。

在原理圖的設(shè)計完成了之后，就應(yīng)該要建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。在原理圖和印制線路版圖的之間，是需要靠網(wǎng)絡(luò)表來進(jìn)行連接的，要想將原理圖最終變成相應(yīng)的線路板版圖就需要通過網(wǎng)絡(luò)表來完成。首先要打開印制線路版圖的相關(guān)軟件，然后加載成功相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。在禁止布線層當(dāng)中畫好相應(yīng)的印制線路版圖的基本外形，然后就對自動布線的設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使得印制線路版圖能夠很好的達(dá)到設(shè)計的相關(guān)要求。在通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表，通過自動布局的命令來擺好那些相應(yīng)的組件，還應(yīng)該要通過自動布線的命令來進(jìn)行布線，這個過程是需要一定的時間才能夠完成的。在完成了上述過程之后，在通過人工來對電路圖當(dāng)中一些不合理的地方進(jìn)行調(diào)整，是電路圖的設(shè)計能夠合理。在全部完成電路設(shè)計之后，就可以生產(chǎn)電路板。

（二）設(shè)計電路板的版圖?，F(xiàn)在很多電路板廠在生產(chǎn)電路板的時候，基本上都是根據(jù)用戶自己設(shè)計的印制線路版圖來進(jìn)行生產(chǎn)的。如果是那些已經(jīng)成型了的電路板，還想要多生產(chǎn)一塊或者是很多塊的話，就可以直接利用計算機(jī)來進(jìn)行輔助的設(shè)計，在生成了印制線路版圖之后在進(jìn)行電路板的生產(chǎn)。針對一些線路比較簡單的電路，可以采用刻度尺度量的方法來將印制線路版圖輸入到計算機(jī)當(dāng)中，首先要在線路當(dāng)中的某一角設(shè)置一個原點，然后其他的點則是可以用這點來進(jìn)行參照，然后來用刻度尺進(jìn)行度量。針對一些線路比較復(fù)雜，電子元件比較多的電路，如果還是采用刻度尺來進(jìn)行度量輸入的話，那么就需要很多的時間，而且精確度也不是很高。這種情況下，就可以采用掃描儀將印制線路版圖輸入到計算機(jī)當(dāng)中。通過這種方法，就可以省去很多的麻煩，而且還可以減少一些差錯，所以采用掃描儀將印制線路版圖輸入到計算機(jī)當(dāng)中，在提高電路質(zhì)量的同時還可以提高工作的效率。

三、結(jié)束語

在社會的科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的時候，計算機(jī)輔助電路設(shè)計的方法也在不斷的發(fā)展和更新，所以電路的設(shè)計者也應(yīng)該要不斷的學(xué)習(xí)新的技術(shù)和知識，使自己可以得到相應(yīng)的提高，才能夠更好的滿足科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉勇盛.計算機(jī)輔助電路設(shè)計教學(xué)方法研究與實踐[J].職業(yè)教育研究，2010，03：90-91.

[2]侯云濤.APFC電路的計算輔助設(shè)計與仿真研究[D].西北大學(xué)，2003.

[3]張尚韜.計算機(jī)輔助電路分析程序設(shè)計（CAA）[J].福建信息技術(shù)教育，2008，01：25-28.

篇4

建設(shè)集成電路設(shè)計相關(guān)課程的視頻教學(xué)資源，包括集成電路設(shè)計基礎(chǔ)理論課程講授視頻、典型案例設(shè)計講解視頻、集成電路制造工藝視頻等；構(gòu)建集教師、博士研究生、碩士研究生和本科生于一體的設(shè)計數(shù)據(jù)共享平臺。集成電路設(shè)計是一項知識密集的復(fù)雜工作，隨著該行業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)教學(xué)模式在內(nèi)容上沒法完全展示集成電路的設(shè)計過程和設(shè)計方法，尤其不能展示基于EDA軟件進(jìn)行的設(shè)計仿真分析，這勢必會嚴(yán)重影響教學(xué)效果。另外，由于課時量有限，學(xué)生在課堂上只能形成對集成電路的初步了解，若在其業(yè)余時間能夠通過視頻教程系統(tǒng)地學(xué)習(xí)集成電路設(shè)計的相關(guān)知識，在進(jìn)行設(shè)計時能夠借鑒共享平臺中的相關(guān)方案，將能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，顯著提高教學(xué)效果。

二、優(yōu)化課程教學(xué)方式方法

以多媒體教學(xué)為主，輔以必要的板書，力求給學(xué)生創(chuàng)造生動的課堂氛圍；以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和提升學(xué)生設(shè)計能力的目標(biāo)為導(dǎo)向[3]，重點探索啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式，激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)；在教學(xué)講義的各章節(jié)中添加最新知識，期末開展前沿專題討論，幫助學(xué)生掌握學(xué)科前沿動態(tài)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以板書為主，不能滿足集成電路設(shè)計課程信息量大的需求，借助多媒體手段可將大量前沿資訊和設(shè)計實例等信息展現(xiàn)給學(xué)生。由于集成電路設(shè)計理論基礎(chǔ)課程較為枯燥乏味，傳統(tǒng)的“老師講、學(xué)生聽”的教學(xué)模式容易激起學(xué)生的厭學(xué)情緒，課堂教學(xué)中應(yīng)注意結(jié)合生產(chǎn)和生活實際進(jìn)行講解，多列舉一些生動的實例，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。另外，關(guān)于集成電路設(shè)計的書籍雖然很多，但是在深度和廣度方面都較適合作為本科生教材的卻很少，即便有也是出版時間較為久遠(yuǎn)，跟不上集成電路行業(yè)的快速發(fā)展節(jié)奏，選擇一些較新的設(shè)計作為案例講解、鼓勵學(xué)生瀏覽一些行業(yè)資訊網(wǎng)站和論壇、開展前沿專題講座等可彌補教材和行業(yè)情況的脫節(jié)。

三、改革課程考核方式

改革課程考核、評價模式，一方面通過習(xí)題考核學(xué)生對基礎(chǔ)知識和基本理論的掌握情況；另一方面，通過項目實踐考核學(xué)生的基本技能，加大對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程考核，突出對學(xué)生分析問題和解決問題能力、動手能力的考察；再者，在項目實踐中鼓勵學(xué)生勇于打破常規(guī)，充分發(fā)揮自己的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。傳統(tǒng)“一張試卷”的考核方式太過死板、內(nèi)容局限，不能充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。集成電路設(shè)計牽涉到物理、數(shù)學(xué)、計算機(jī)、工程技術(shù)等多個學(xué)科的知識，要求學(xué)生既要有扎實的基礎(chǔ)知識和理論基礎(chǔ)，又要有很好的靈活性。因此，集成電路設(shè)計課程的考核應(yīng)該是理論考試和項目實踐考核相結(jié)合，另外，考核是評價學(xué)生學(xué)習(xí)情況的一種手段，也應(yīng)該是幫助學(xué)生總結(jié)和完善課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的一個途徑，課程考核不僅要看學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，也要看學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

四、加強實踐教學(xué)

在理論課程講解到集成電路的最小單元電路時就要求學(xué)生首先進(jìn)行模擬仿真實驗，然后隨著課程的推進(jìn)進(jìn)行設(shè)計性實驗，倡導(dǎo)自選性、協(xié)作性實驗。理論課程講授完后，在暑期學(xué)期集中進(jìn)行綜合性、更深層次的設(shè)計性實驗。集成電路設(shè)計是一門實踐性很強的課程，必須通過大量的項目實踐夯實學(xué)生的基礎(chǔ)知識水平、鍛煉學(xué)生分析和解決問題的能力。另外，“設(shè)計”要求具備自主創(chuàng)新意識和團(tuán)隊協(xié)作能力，應(yīng)在實踐教學(xué)中鼓勵學(xué)生打破常規(guī)、靈活運用基礎(chǔ)知識、充分發(fā)揮自身特點并和團(tuán)隊成員形成優(yōu)勢互補，鍛煉和提升創(chuàng)新能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

五、總結(jié)

篇5

因此，首先需要得到晶體管的輸入輸出曲線。在ADS中，輸入輸出關(guān)系是通過對晶體管做直流掃描得到的。實驗步驟是先建立一個新的工程項目（Project）和一個新的設(shè)計（Design），然后選擇晶體管直流工作點掃描模板（ADS中常用的功能都做成了模板，可以直接調(diào)用），并在其提供的元器件庫中選擇合適的元件，加入到模板中，如圖1所示。其次，需要設(shè)定晶體管的工作范圍，就是IBB和VCE的范圍，可以通過掃描參數(shù)設(shè)置得到，如圖2所示。

本例中，IBB的掃描范圍是從20uA到100uA，掃描步長為10uA。VCE的掃描范圍從0V到5V，掃描步長為0.1V。當(dāng)掃描參數(shù)確定后，點擊仿真按鈕，就會產(chǎn)生圖3的輸入輸出曲線。圖3所示的輸入輸出關(guān)系曲線與課本上的曲線幾乎是一致的，它表明在不同的基極電流IBB作用下，集電極電流IC與集射電壓VCE的關(guān)系。通過輸入輸出曲線，可以選擇合適的靜態(tài)工作點，以實現(xiàn)電路的功能。在本例中，為與教材保持一致，將靜態(tài)工作點選擇在輸出曲線的中點，大致對應(yīng)于圖3中光標(biāo)m1的位置，軟件會自動顯示出此處的參數(shù)，即IBB=60uA，VCE＝3V，IC=6mA。當(dāng)靜態(tài)工作點確定后，可以據(jù)此設(shè)計直流偏置電路。由于本例是設(shè)計共射極基本放大電路，因此需要計算基極和集電極電阻的大小。根據(jù)共射極放大電路的基本計算結(jié)果，可以設(shè)計出圖6所示電路。驗證該電路的方法是對其做直流仿真，并將仿真計算的結(jié)果直接顯示在電路圖中對應(yīng)的元件和支路上。

從圖中可以看出，基極的電位為809mV，電流為69.9uA，而集電極電位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。對比前面得到的靜態(tài)工作點參數(shù)（IBB=60uA，VCE＝3V，IC=6mA），可以發(fā)現(xiàn)它們之間存在一個小的偏差，這是因為在電路設(shè)計中，無論是在靜態(tài)工作點還是元件參數(shù)的選擇上，都存在近似的過程，因此，任何電路的設(shè)計，都是一個近似的設(shè)計，由此得到的實際電路都需要經(jīng)過調(diào)試合格后才能夠?qū)嶋H使用。以上的例子為學(xué)生展示了一個電路設(shè)計的基本過程以及設(shè)計方法。當(dāng)課程進(jìn)一步深入后，可以對本例進(jìn)行擴(kuò)展，例如在分析放大電路動態(tài)特性時，可以加入不同幅度的輸入信號，觀察在不同靜態(tài)工作點，放大電路的輸入輸出波形和非線性失真，有助于學(xué)生理解設(shè)計靜態(tài)工作點的意義。

篇6

【關(guān)鍵詞】EDA技術(shù) 模擬電路 Multisim 10.0

EDA技術(shù)即為通過計算機(jī)來設(shè)計電子電路和系統(tǒng)的計算機(jī)軟件。將其應(yīng)用在電路設(shè)計中能夠顯著提高電路設(shè)計的工作效率，減少誤差，增強可靠性。

1 EDA技術(shù)概述

1.1 EDA技術(shù)特點

EDA技術(shù)就是以計算機(jī)為基本工作平臺，結(jié)合了多種現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)而形成的開展電子產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)。典型的EDA工具都包括綜合器與適配器，通過EDA技術(shù)能夠在設(shè)計電子系統(tǒng)時減少大量的工作量而交由計算機(jī)完成。并且通過EDA技術(shù)能夠?qū)㈦娮赢a(chǎn)品從電路設(shè)計直至設(shè)計版圖的整個流程都在計算機(jī)上實現(xiàn)自動智能化處理。當(dāng)前EDA技術(shù)的應(yīng)用范圍十分寬廣，例如機(jī)械、航空、生物、軍事、教學(xué)等各個領(lǐng)域都已經(jīng)廣泛開展使用EDA技術(shù)。

1.2 EDA技術(shù)類別

EDA軟件大致能夠分為芯片設(shè)計輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計軟件以及系統(tǒng)設(shè)計輔助軟件三大主要類別。通過EDA軟件的功能和應(yīng)用領(lǐng)域可以將其分為電路設(shè)計、仿真工具、IC設(shè)計軟件與其他EDA軟件等。常用的模擬電子電路包括晶體管放大電路、集成運算放大器以及電源電路等。

2 Multisim 10.0軟件的應(yīng)用

2.1 Multisim 10.0特點

2.1.1 元件庫豐富

Multisim 10.0配備了海量的元件模型數(shù)據(jù)庫，其中有數(shù)以千計的電路元件，其中包括基本元件、基礎(chǔ)電路、繼電器等元器件。同時，用戶還能夠根據(jù)自己需求來新建元器件庫，給客戶提供了極大的便捷。該軟件中各元器件的參數(shù)可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)。

2.1.2 強大的虛擬儀表與分析功能

Multisim 10.0中配備了雙蹤示波器，邏輯分析儀、頻譜分析儀等十余種虛擬儀器儀表，并且操作界面十分友好，不論是專業(yè)人士還是學(xué)生都能夠快捷方便的進(jìn)行操作。

2.1.3 仿真范圍大

Multisim 10.0不僅可以對數(shù)字或模擬電路實現(xiàn)仿真，還能夠仿真射頻電路。

2.1.4 兼容性良好

Multisim 10.0網(wǎng)絡(luò)表文件可以與Spice網(wǎng)絡(luò)表文件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，并且形成電路原理圖。Multisim 10.0中電路原理圖還能夠與PCB軟件進(jìn)行傳輸，進(jìn)行印刷電路板設(shè)計?？梢钥闯?，Multisim 10.0能夠全程完成電路設(shè)計與印刷電路板所有設(shè)計工作，電子產(chǎn)品開發(fā)速度得到了提升。

2.2 Multisim 10.0應(yīng)用實例

2.2.1 差動放大電路與差模信號

差動放大電路在電子技術(shù)與IC制造業(yè)中應(yīng)用十分普及，其能夠放大差模信號，對共模信號起到抑制作用，因此可以有效的避免零點漂移，妥善解決了直流放大電路中增益與零點漂移的問題。圖1為恒流源的差動放大電路圖。如不加輸入信號時，首先調(diào)節(jié)R2，輸出電壓接近0.圖2為輸入差模信號電路圖，輸入端加上50mV，1KHz的差模信號，對節(jié)點8與節(jié)點3進(jìn)行瞬態(tài)分析，獲得兩個大小相同，方向相反的差模輸出信號。

用后處理器獲得雙端輸出電壓波形曲線圖。最大輸出電壓為Vod=4.1034V。

2.2.2共模信號

使用相同的方法對節(jié)點8與節(jié)點3進(jìn)行分析，可以得到兩個大小相同，方向也相同的共模輸出信號。單端輸出最大電壓值為38.04Pv.從該數(shù)據(jù)可以得知，共模信號單端輸出的抑制程度也較高。

2.2.3 結(jié)論

Multisim 10.0是一個系統(tǒng)的，功能齊全的電路仿真軟件，其強大的元件數(shù)據(jù)庫與大量的虛擬儀表具有多種分析方式。Multisim 10.0軟件存在以下幾大優(yōu)勢：

（1）進(jìn)行模擬電路能夠調(diào)整電路參數(shù)，觀察不同參數(shù)與電路性能之間的關(guān)系，同時可以重復(fù)多次的選擇最合適的元件參數(shù)來設(shè)計方案。

（2）Multisim 10.0能夠在電路測試中分析數(shù)據(jù)、曲線圖形都集中在單一的設(shè)計窗口中，使用人員可以直觀形象的觀察到數(shù)據(jù)和圖形的改編。其所顯示的曲線圖也較為平滑，這是其他硬件測試中無法比擬的優(yōu)勢。

（3）Multisim 10.0的虛擬儀器儀表調(diào)試十分便捷，信號干擾因素小，雙蹤顯示時不會出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)和閃爍的現(xiàn)象。相對于傳統(tǒng)的模擬電路方式來說，其十分容易受到外界電源信號的影響，并且實驗設(shè)備不先進(jìn)，十分容易導(dǎo)致測量結(jié)果精確度欠佳。然而該測量結(jié)果將通過數(shù)字表現(xiàn)，其精確度較高。

3 結(jié)束語

隨著自動化水平的提高和電子領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，EDA技術(shù)在電路設(shè)計中的作用越來越明顯。利用EDA技術(shù)電路設(shè)計師能夠高效、準(zhǔn)確的設(shè)計電路。Multisim 10.0能夠提供強大的元件數(shù)據(jù)庫與虛擬儀表，分析方法十分多元，是電路設(shè)計教學(xué)、電路設(shè)計模擬中不可或缺的軟件。EDA正在面臨發(fā)展的關(guān)鍵時刻，EDA技術(shù)將電子設(shè)計技術(shù)推向了新的階段，未來EDA技術(shù)將會向新器件、新工具軟件等趨勢發(fā)展。

作者簡介

高昀（1984-）女，四川省遂寧人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)供職于四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院。主要研究方向為Eda技術(shù)。

篇7

【關(guān)鍵詞】電工技術(shù)教學(xué) EDA技術(shù) 電路

一、EDA技術(shù)在模擬電路教學(xué)中的應(yīng)用舉例

模擬電路通常是電工技術(shù)教學(xué)中的難點，一是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生難以理解；其次，學(xué)生不了解該部分內(nèi)容在實際工作中的應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不高。為此，可以適當(dāng)將EDA技術(shù)穿插在這部分的教學(xué)中，從實際電路設(shè)計的過程中引出與課程關(guān)鍵知識點相關(guān)的內(nèi)容，以達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的。

以下用一個實際的例子來表明如何將EDA設(shè)計過程與電工課程中相關(guān)知識點進(jìn)行結(jié)合。例：使用ADS（Advanced design system）軟件實現(xiàn)共射極放大電路的靜態(tài)分析與直流偏置設(shè)計。共射極基本放大電路是電工技術(shù)中模擬電路部分接觸的第一個重要的知識點，課程要求學(xué)生熟練使用計算法與圖解法來確定放大電路的靜態(tài)工作點。學(xué)生對這一部分的掌握情況直接影響到其對后續(xù)知識點的掌握，因此，本例從電路設(shè)計的實際過程出發(fā)，引出相應(yīng)的知識點。

在講解例子之前，需要給學(xué)生明確的是在實際的有源電路設(shè)計中，通常情況下，晶體管靜態(tài)工作點的選擇與設(shè)計是第一步，也是至關(guān)重要的一步。實現(xiàn)不同功能的電路，可能在電路圖上區(qū)別不大，重要的是其靜態(tài)工作點的選擇。例如，低噪聲功率放大器需要無失真地放大微弱信號，因此它的靜態(tài)工作點需要選擇在輸出曲線的中點，而高功率放大電路為了盡可能提高輸出效率，通常靜態(tài)工作點選擇到靠近截止區(qū)，而混頻器、倍頻器等電路，主要為了使用其非線性性能，因此，它們的靜態(tài)工作點通常要靠近飽和區(qū)。其次，需要強調(diào)的是電路設(shè)計是電路分析的逆過程，遵循的步驟是根據(jù)輸入輸出關(guān)系，確定靜態(tài)工作點，再得到直流偏置電路，與課程中計算直流工作點的順序正好相反，但是，它們所反映出的基本原理都是相同的。

確定靜態(tài)工作點，就是根據(jù)電路所要實現(xiàn)的功能，確定基極電流IBB和集電極電流IC，集射電壓UCE。因此，首先需要得到晶體管的輸入輸出曲線。在ADS中，輸入輸出關(guān)系是通過對晶體管做直流掃描得到的。實驗步驟是先建立一個新的工程項目和一個新的設(shè)計，然后選擇晶體管直流工作點掃描模板，并在其提供的元器件庫中選擇合適的元件，加入到模板中。

其次，需要設(shè)定晶體管的工作范圍，就是IBB和VCE的范圍，可以通過掃描參數(shù)設(shè)置得到。

圖1所示的輸入輸出關(guān)系曲線與課本上的曲線幾乎是一致的，它表明在不同的基極電流IBB作用下，集電極電流IC與集射電壓VCE的關(guān)系。通過輸入輸出曲線，可以選擇合適的靜態(tài)工作點，以實現(xiàn)電路的功能。在本例中，為與教材保持一致，將靜態(tài)工作點選擇在輸出曲線的中點，大致對應(yīng)于圖3中光標(biāo)m1的位置，軟件會自動顯示出此處的參數(shù)，即IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA。當(dāng)靜態(tài)工作點確定后，可以據(jù)此設(shè)計直流偏置電路。由于本例是設(shè)計共射極基本放大電路，因此需要計算基極和集電極電阻的大小。在ADS中，偏置電阻的大小可以自動計算，但是需要手動輸入相關(guān)的公式。

圖1晶體管輸入輸出關(guān)系

EqnRb=（5-VBE）/IBB[5]

EqnRc=（5-VCE）/IC.i

根據(jù)計算公式，可以得到計算結(jié)果。當(dāng)選擇Ibb=60uA時，對應(yīng)的基射電壓和基極電阻在一個范圍內(nèi)變動，因此只能選擇一個近似的值VBE=0.8V，Rb=60K。用同樣的方法，可以得到的集電極電阻Rc=340。當(dāng)所有的參數(shù)都計算得到后，需要對該電路進(jìn)行驗證，并根據(jù)驗證結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。驗證電路及其參數(shù)如圖2所示。

根據(jù)共射極放大電路的基本計算結(jié)果，可以設(shè)計出圖4所示電路。驗證該電路的方法是對其做直流仿真，并將仿真計算的結(jié)果直接顯示在電路圖中對應(yīng)的元件和支路上。從圖中可以看出，基極的電位為809mV，電流為69.9uA，而集電極電位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。對比前面得到的靜態(tài)工作點參數(shù)（IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA），可以發(fā)現(xiàn)它們之間存在一個小的偏差，這是因為在電路設(shè)計中，無論是在靜態(tài)工作點還是元件參數(shù)的選擇上，都存在近似的過程，因此，任何電路的設(shè)計，都是一個近似的設(shè)計，由此得到的實際電路都需要經(jīng)過調(diào)試合格后才能夠?qū)嶋H使用。

圖2共射極基本放大電路

以上的例子為學(xué)生展示了一個電路設(shè)計的基本過程以及設(shè)計方法。當(dāng)課程進(jìn)一步深入后，可以對本例進(jìn)行擴(kuò)展，例如在分析放大電路動態(tài)特性時，可以加入不同幅度的輸入信號，觀察在不同靜態(tài)工作點，放大電路的輸入輸出波形和非線性失真，有助于學(xué)生理解設(shè)計靜態(tài)工作點的意義。

三、結(jié)語

通過在電工技術(shù)課堂上增加EDA設(shè)計的過程，可以使課程從純理論教學(xué)轉(zhuǎn)向理論與實際設(shè)計相結(jié)合的教學(xué)方式，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠培養(yǎng)他們的實際動手能力，并極大增加了教師和學(xué)生間的互動。同時，課本上的理論與公式不再需要死記硬背，它們已經(jīng)融合到設(shè)計過程中，學(xué)生通過一兩個簡單的設(shè)計就可以熟練掌握，使學(xué)生能夠輕松完成課程的學(xué)習(xí)和考試。

參考文獻(xiàn)

篇8

關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；實驗教學(xué)體系；微電子人才

作者簡介：周遠(yuǎn)明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師；梅菲（1980-），女，湖北武漢人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，副教授。（湖北 武漢 430068）

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0089-02

電子科學(xué)與技術(shù)是一個理論和應(yīng)用性都很強的專業(yè)，因此人才培養(yǎng)必須堅持“理論聯(lián)系實際”的原則。專業(yè)實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，對于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)具有不可替代的作用，是高等學(xué)校培養(yǎng)人才這一系統(tǒng)工程中的一個重要環(huán)節(jié)。[1，2]

一、學(xué)科背景及問題分析

1.學(xué)科背景

21世紀(jì)被稱為信息時代，信息科學(xué)的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)，它屬于教育部本科專業(yè)目錄中的一級學(xué)科“電子科學(xué)與技術(shù)”。微電子技術(shù)一般是指以集成電路技術(shù)為代表，制造和使用微小型電子元器件和電路，實現(xiàn)電子系統(tǒng)功能的新型技術(shù)學(xué)科，主要涉及研究集成電路的設(shè)計、制造、封裝相關(guān)的技術(shù)與工藝。[3]由于實現(xiàn)信息化的網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)和各種電子設(shè)備的基礎(chǔ)是集成電路，因此微電子技術(shù)是電子信息技術(shù)的核心技術(shù)和戰(zhàn)略性技術(shù)，是信息社會的基石。此外，從地方發(fā)展來看，武漢東湖高新區(qū)正在全力推進(jìn)國家光電子信息產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，形成了以光通信、移動通信為主導(dǎo)，激光、光電顯示、光伏及半導(dǎo)體照明、集成電路等競相發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局，電子信息產(chǎn)業(yè)在湖北省經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位日益突出，而區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對人才的素質(zhì)也提出了更高的要求。

湖北工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)成立于2007年，完全適應(yīng)國家、地區(qū)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中對人才的需求，建設(shè)專業(yè)方向為微電子技術(shù)，畢業(yè)生可以從事電子元器件、集成電路和光電子器件、系統(tǒng)（激光器、太能電池、發(fā)光二極管等）的設(shè)計、制造、封裝、測試以及相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究與開發(fā)等相關(guān)工作。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自成立以來，始終堅持以微電子產(chǎn)業(yè)的人才需求為牽引，遵循微電子科學(xué)的內(nèi)在客觀規(guī)律和發(fā)展脈絡(luò)，堅持理論教學(xué)與實驗教學(xué)緊密結(jié)合，致力于培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面廣、實踐能力強、綜合素質(zhì)高的微電子專門人才，以滿足我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)對微電子人才的迫切需求。

2.存在的問題與影響分析

電子科學(xué)與技術(shù)是一個理論和應(yīng)用性都很強的專業(yè)，因此培養(yǎng)創(chuàng)新型和實用型人才必須堅持“理論聯(lián)系實際”的原則。要想培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才，就必須建設(shè)配套的實驗教學(xué)平臺。然而目前人才培養(yǎng)有“產(chǎn)學(xué)研”脫節(jié)的趨勢，學(xué)生參與實踐活動不論是在時間上還是在空間上都較少。建立完善的專業(yè)實驗教學(xué)體系是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的客觀前提。

二、建設(shè)思路

電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)體系包括基礎(chǔ)課程實驗平臺和專業(yè)課程實驗平臺。基礎(chǔ)課程實驗平臺主要包括大學(xué)物理實驗、電子實驗和計算機(jī)類實驗；專業(yè)課程實驗平臺即微電子實驗中心，是本文要重點介紹的部分。在實驗教學(xué)體系探索過程中重點考慮到以下幾個方面的問題：

第一，突出“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用、強創(chuàng)新”的微電子人才培養(yǎng)理念。微電子人才既要求具備扎實的理論基礎(chǔ)（包括基礎(chǔ)物理、固體物理、器件物理、集成電路設(shè)計、微電子工藝原理等），又要求具有較寬廣的系統(tǒng)知識（包括計算機(jī)、通信、信息處理等基礎(chǔ)知識），同時還要具備較強的實踐創(chuàng)新能力。因此微電子實驗教學(xué)環(huán)節(jié)強調(diào)基礎(chǔ)理論與實踐能力的緊密結(jié)合，同時兼顧本學(xué)科實踐能力與創(chuàng)新能力的協(xié)同訓(xùn)練，將培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和競爭力的高素質(zhì)人才作為實驗教學(xué)改革的目標(biāo)。

第二，構(gòu)建科學(xué)合理的微電子實驗教學(xué)體系，將“物理實驗”、“計算機(jī)類實驗”、“專業(yè)基礎(chǔ)實驗”、“微電子工藝”、“光電子器件”、“半導(dǎo)體器件課程設(shè)計”、“集成電路課程設(shè)計”、“微電子專業(yè)實驗”、“集成電路專業(yè)實驗”、“生產(chǎn)實習(xí)”和“畢業(yè)設(shè)計”等實驗實踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，相互貫通，有機(jī)銜接，搭建以提高實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為主體的“基本實驗技能訓(xùn)練實踐應(yīng)用能力訓(xùn)練創(chuàng)新能力訓(xùn)練”實踐教學(xué)體系。

第三，兼顧半導(dǎo)體工藝與集成電路設(shè)計對人才的不同要求。半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈涉及到設(shè)計、材料、工藝、封裝、測試等不同領(lǐng)域，各個領(lǐng)域?qū)θ瞬诺囊蠹扔泄残?，也有個性。為了擴(kuò)展大學(xué)生知識和技能的適應(yīng)范圍，實驗教學(xué)必須涵蓋微電子技術(shù)的主要方面，特別是目前人才需求最為迫切的集成電路設(shè)計和半導(dǎo)體工藝兩個領(lǐng)域。

第四，實驗教學(xué)與科學(xué)研究緊密結(jié)合，推動實驗教學(xué)的內(nèi)容和形式與國內(nèi)外科技同步發(fā)展。倡導(dǎo)教學(xué)與科研協(xié)調(diào)發(fā)展，教研相長，鼓勵教師將科研成果及時融化到教學(xué)內(nèi)容之中，以此提升實驗教學(xué)質(zhì)量。

三、建設(shè)內(nèi)容

微電子是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基石，是我國高新技術(shù)發(fā)展的重中之重，但我國微電子技術(shù)人才緊缺，尤其是集成電路相關(guān)人才嚴(yán)重不足，培養(yǎng)高質(zhì)量的微電子技術(shù)人才是我國現(xiàn)代化建設(shè)的迫切需要。微電子學(xué)科實踐性強，培養(yǎng)的人才需要具備相關(guān)的測試分析技能和半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計、制造等綜合性的實踐能力及創(chuàng)新意識。

電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將利用經(jīng)費支持建設(shè)一個微電子實驗教學(xué)中心，具體包括四個教學(xué)實驗室：半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測試分析實驗室、微電子器件和集成電路性能參數(shù)測試與應(yīng)用實驗室、集成電路設(shè)計實驗室、科技創(chuàng)新實踐實驗室。使學(xué)生具備半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測試分析、微電子器件、光電器件參數(shù)測試與應(yīng)用、集成電路設(shè)計、LED封裝測試等方面的實踐動手和設(shè)計能力，鞏固和強化現(xiàn)代微電子技術(shù)和集成電路設(shè)計相關(guān)知識，提升學(xué)生在微電子技術(shù)領(lǐng)域的競爭力，培養(yǎng)學(xué)生具備半導(dǎo)體材料、器件、集成電路等基本物理與電學(xué)屬性的測試分析能力。同時，本實驗平臺主要服務(wù)的本科專業(yè)為“電子科學(xué)與技術(shù)”，同時可以承擔(dān)“通信工程”、“電子信息工程”、“計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”、“電子信息科學(xué)與技術(shù)”、“材料科學(xué)與工程”、“光信息科學(xué)與技術(shù)”等10余個本科專業(yè)的部分實踐教學(xué)任務(wù)。

（1）半導(dǎo)體材料特性與微電子技術(shù)工藝參數(shù)測試分析實驗室側(cè)重于半導(dǎo)體材料基本屬性的測試與分析方法，目的是加深學(xué)生對半導(dǎo)體基本理論的理解，掌握相關(guān)的測試方法與技能，包括半導(dǎo)體材料層錯位錯觀測、半導(dǎo)體材料電阻率的四探針法測量及其EXCEL數(shù)據(jù)處理、半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)測試、半導(dǎo)體少數(shù)載流子壽命測量、高頻MOS C-V特性測試、PN結(jié)顯示與結(jié)深測量、橢偏法測量薄膜厚度、PN結(jié)正向壓降溫度特性實驗等實驗項目。完成形式包括半導(dǎo)體專業(yè)實驗課、理論課程的實驗課時等。

（2）微電子器件和集成電路性能參數(shù)測試與應(yīng)用實驗室側(cè)重于半導(dǎo)體器件與集成電路基本特性、微電子工藝參數(shù)等的測試與分析方法，目的是加深學(xué)生對半導(dǎo)體基本理論、器件參數(shù)與性能、工藝等的理解，掌握相關(guān)的技能，包括器件解剖分析、用圖示儀測量晶體管的交（直）流參數(shù)、MOS場效應(yīng)管參數(shù)的測量、晶體管參數(shù)的測量、集成運算放大器參數(shù)的測試、晶體管特征頻率的測量、半導(dǎo)體器件實驗、光伏效應(yīng)實驗、光電導(dǎo)實驗、光電探測原理綜合實驗、光電倍增管綜合實驗、LD/LED光源特性實驗、半導(dǎo)體激光器實驗、電光調(diào)制實驗、聲光調(diào)制實驗等實驗項目。完成形式包括半導(dǎo)體專業(yè)實驗課、理論課程的實驗課時、課程設(shè)計、創(chuàng)新實踐、畢業(yè)設(shè)計等。

（3）集成電路設(shè)計實驗室側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生初步掌握集成電路設(shè)計的硬件描述語言、Cadence等典型的器件與電路及工藝設(shè)計軟件的使用方法、設(shè)計流程等，并通過半導(dǎo)體器件、模擬集成電路、數(shù)字集成電路的仿真、驗證和版圖設(shè)計等實踐過程具備集成電路設(shè)計的能力，目的是培養(yǎng)學(xué)生半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計能力。以美國Cadence公司專業(yè)集成電路設(shè)計軟件為載體，完成集成電路的電路設(shè)計、版圖設(shè)計、工藝設(shè)計等訓(xùn)練課程。完成形式包括理論課程的實驗課時、集成電路設(shè)計類課程和理論課程的上機(jī)實踐等。

（4）科技創(chuàng)新實踐實驗室則向?qū)W生提供發(fā)揮他們才智的空間，為他們提供驗證和實現(xiàn)自由命題或進(jìn)行科研的軟硬件條件，充分發(fā)揮他們的想象力，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與能力，包括LED封裝、測試與設(shè)計應(yīng)用實訓(xùn)和光電技術(shù)創(chuàng)新實訓(xùn)。要求學(xué)生自己動手完成所設(shè)計器件或電路的研制并通過測試分析，制造出滿足指標(biāo)要求的器件或電路。目的是對學(xué)生進(jìn)行理論聯(lián)系實際的系統(tǒng)訓(xùn)練，加深對所需知識的接收與理解，初步掌握半導(dǎo)體器件與集成電路的設(shè)計方法和對工藝技術(shù)及流程的認(rèn)知與感知。完成形式包括理論課程的實驗課時、創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)、生產(chǎn)實踐、畢業(yè)設(shè)計、參與教師科研課題和國家級、省級和校級的各類科技競賽及課外科技學(xué)術(shù)活動等。

四、總結(jié)

本實驗室以我國微電子科學(xué)與技術(shù)的人才需求為指引，遵循微電子科學(xué)的發(fā)展規(guī)律，通過實驗教學(xué)來促進(jìn)理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，系統(tǒng)了解與掌握半導(dǎo)體材料、器件、集成電路的測試分析和半導(dǎo)體器件、集成電路的設(shè)計、工藝技術(shù)等技能，最終實現(xiàn)培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、實踐能力強、綜合素質(zhì)高、適應(yīng)范圍廣的具有較強競爭力的微電子專門人才的目標(biāo)，以滿足我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)對微電子人才的迫切需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉瑞，伍登學(xué).創(chuàng)建培養(yǎng)微電子人才教學(xué)實驗基地的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2004，（5）：6-9.

篇9

一、“電子設(shè)計自動化”課程教學(xué)的特點

電子設(shè)計自動化是一個較為寬泛的概念，它涵蓋了電路設(shè)計、電路測試與驗證、版圖設(shè)計、PCB板開發(fā)等各個不同的應(yīng)用范圍。而當(dāng)前“電子設(shè)計自動化”課程設(shè)置多數(shù)側(cè)重電路設(shè)計部分，即采用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字電路。因此，該課程的教學(xué)具非常突出的特點。

1.既要有廣度，又要有深度有廣度即在教學(xué)過程中需要把電子設(shè)計自動化所包含的各個不同的應(yīng)用環(huán)節(jié)都要讓學(xué)生了解，從而使學(xué)生從整個產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，把握電子設(shè)計自動化的真正含義，以便于他們建立起一個全局概念。有深度即在教學(xué)過程中緊抓電路設(shè)計這個重點，著重講解如何使用硬件描述語言設(shè)計硬件電路，使學(xué)生具備電路設(shè)計的具體技能，并能夠應(yīng)用于實踐和工作當(dāng)中。

2.突出硬件電路設(shè)計的概念在眾多高校開設(shè)的“電子設(shè)計自動化”課程中，多數(shù)是以硬件描述語言VHDL作為學(xué)習(xí)重點的。而VHDL語言是一門比較特殊的語言，與C語言、匯編語言等存在很大的不同。因此，在教學(xué)過程中首先要讓學(xué)生明白這門語言與前期所學(xué)的其他語言的區(qū)別，并通過實例，如CPU的設(shè)計及制造過程，讓學(xué)生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途，并將硬件電路設(shè)計的概念貫穿整個教學(xué)過程。

3.理論與實踐并重“電子設(shè)計自動化”是一門理論性與實踐性都很強的課程，必須兩者并重，才能收到良好的教學(xué)效果。在理論學(xué)習(xí)中要突顯語法要點和電路設(shè)計思想，[2]并通過實踐將這些語法與設(shè)計思想得以加強和鞏固，同時在實踐中鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、“電子設(shè)計自動化”課程教學(xué)方法總結(jié)

良好的教學(xué)方法能起到事半功倍的效果。因此，針對“電子設(shè)計自動化”課程的教學(xué)特點，筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)了一些行之有效的教學(xué)方法。

1.以生動的形式帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入電子設(shè)計自動化的世界電子設(shè)計自動化對學(xué)生來說是一個全新的概念。如何讓他們能夠快速地進(jìn)入到這個世界中，并了解這個世界的大概，從而對這個領(lǐng)域產(chǎn)生興趣，是每個老師在這門課授課之前必須要做的一件事情。教師可以采用一些現(xiàn)代化的多媒體授課技術(shù)，讓學(xué)生更直觀地了解電子設(shè)計自動化。由于電子設(shè)計自動化是一個很抽象的概念，因此，可以通過播放視頻、圖片等一些比較直觀的內(nèi)容來讓學(xué)生了解這個領(lǐng)域。從學(xué)生最熟悉的電腦CPU引入，通過一段“CPU從設(shè)計到制造過程”的視頻，讓學(xué)生了解集成電路設(shè)計與制造的流程與方法，并引出集成電路這個概念。通過早期的集成電路與現(xiàn)在的集成電路的圖片對比，引出EDA的概念，并詳細(xì)講解EDA對于集成電路行業(yè)的發(fā)展所作的巨大貢獻(xiàn)。在教學(xué)過程中，通過向?qū)W生介紹一些使用EDA技術(shù)實現(xiàn)的當(dāng)前比較主流的產(chǎn)品及其應(yīng)用，提高學(xué)生對EDA的具體認(rèn)識。這些方法不僅使學(xué)生對EDA相關(guān)的產(chǎn)業(yè)有了相應(yīng)的了解，更激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠踴躍地投入到“電子設(shè)計自動化”的學(xué)習(xí)中。

2.以實例展開理論教學(xué)“電子設(shè)計自動化”的學(xué)習(xí)內(nèi)容包含三大部分：[3]硬件描述語言（以VHDL語言為學(xué)習(xí)對象）、開發(fā)軟件（以QUARTUSII為學(xué)習(xí)對象）和實驗用開發(fā)板（以FPGA開發(fā)板為學(xué)習(xí)對象）。硬件描述語言的學(xué)習(xí)屬于理論學(xué)習(xí)部分，是重中之重。對于一門編程語言的學(xué)習(xí)來說，語法和編程思想是學(xué)習(xí)要點。在傳統(tǒng)的編程語言學(xué)習(xí)的過程中，通常都是將語法作為主線，結(jié)合語法實例逐漸形成編程思想。這種學(xué)習(xí)方法會使學(xué)生陷入到學(xué)編程語言就是學(xué)習(xí)語法的誤區(qū)中，不僅不能學(xué)到精髓，還會因為枯燥乏味而產(chǎn)生厭倦感。如何能使學(xué)生既能掌握電路設(shè)計的方法，又輕松掌握語法規(guī)則是一個教學(xué)難題。筆者改變傳統(tǒng)觀念，將編程思想的學(xué)習(xí)作為教學(xué)主線，在理論學(xué)習(xí)過程中，以具體電路實例為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生從分析電路的功能入手，熟悉將電路功能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的程序語句的過程，并掌握如何將這些語句按照規(guī)則組織成一個完整無誤的程序。在此過程中，不斷引入新的語法規(guī)則。由于整個過程中學(xué)生的思考重點都放在電路功能的實現(xiàn)上，而語法的學(xué)習(xí)就顯得不那么突兀，也不會產(chǎn)生厭倦感。由于語法時刻都需要用到且容易忘記，因此在后期的實例講解過程中需要不斷地鞏固之前所學(xué)過的語法現(xiàn)象，以避免學(xué)生遺忘，以此讓學(xué)生明白，學(xué)習(xí)編程語言的真正目的是為了應(yīng)用于電路設(shè)計。通過一些實踐，學(xué)生體會到語言學(xué)習(xí)的成就感，進(jìn)一步提高了學(xué)習(xí)興趣，此方法收到了良好的教學(xué)效果。

3.將硬件電路設(shè)計的概念貫穿始終硬件描述語言與軟件語言有本質(zhì)區(qū)別。很多學(xué)生由于不了解硬件描述語言的特點，在學(xué)習(xí)過程中很容易將之前所學(xué)的C語言等軟件編程語言的思維慣性的應(yīng)用于VHDL語言的學(xué)習(xí)過程中，這對于掌握硬件電路設(shè)計的實質(zhì)有非常大的阻礙。因此，在教學(xué)過程中，從最初引入到最后設(shè)計電路，都要始終將硬件電路設(shè)計的概念和思維方式貫穿其中。在講述應(yīng)用實例時，需要向?qū)W生分析該例中的語句和硬件電路的關(guān)系，并強調(diào)這些語句與軟件語言的區(qū)別。以if語句為例，在VHDL語言中，if語句的不同應(yīng)用可以產(chǎn)生不同的電路結(jié)構(gòu)。完整的if語句產(chǎn)生純組合電路，不完整的if語句將產(chǎn)生時序電路，如果應(yīng)用不當(dāng)，會在電路中引入不必要的存儲單元，增加電路模塊，耗費資源。[4]而對于軟件語言，并沒有完整if語句與不完整if語句之分。為了讓學(xué)生更深刻地理解不同的if語句對應(yīng)的硬件電路結(jié)構(gòu)特性，可以通過一個小實例綜合之后的電路結(jié)構(gòu)圖來說明。如以下兩個程序：（1）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsifa<btheny<=''''0''''；endif；endprocess；end；（2）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsey<=''''0''''；endif；endprocess；end；（1）（2）兩個程序唯一的不同點在于：程序（1）中使用的是elsif語句，是一個不完整的if語句描述，而程序（2）使用的是else語句，是一個完整的if語句描述。這一條語句的區(qū)別卻決定了兩個程序的電路結(jié)構(gòu)有很大的不同。（1）綜合的結(jié)果是一個時序電路，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如圖1所示。而（2）綜合的結(jié)果是一個純組合電路，電路結(jié)構(gòu)非常簡單，如圖2所示。通過綜合后的電路圖比較，學(xué)生更深刻理解這兩類語句的區(qū)別。強化硬件電路設(shè)計的思想，可以促使學(xué)生逐漸形成一種規(guī)范、高效、資源節(jié)約的設(shè)計風(fēng)格，培養(yǎng)一個優(yōu)秀的硬件電路設(shè)計工程師。

4.通過實踐拓展強化學(xué)生動手能力“電子設(shè)計自動化”是一門實用性很強的課程，學(xué)生在學(xué)完該課程后必須具備一定的硬件電路設(shè)計和調(diào)試的能力，因此在教學(xué)中需要不斷地用實踐訓(xùn)練來強化學(xué)生在課堂所學(xué)習(xí)的理論知識，并使他們達(dá)到能夠獨立設(shè)計較復(fù)雜硬件電路的能力。筆者在教學(xué)過程中鼓勵學(xué)生將課程實踐和畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容相結(jié)合的方法，讓學(xué)生強化實踐能力，收到了良好的效果。學(xué)習(xí)“電子設(shè)計自動化”課程的學(xué)生基本上都是即將進(jìn)入大四，此時他們的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)開始進(jìn)入選題，開始了初步設(shè)計的過程。筆者先在實驗課堂向?qū)W生布置一些常用硬件電路設(shè)計的題目，比如交通燈、自動售貨機(jī)、電梯控制器等，讓學(xué)生體會電子設(shè)計自動化課程的實用性，激發(fā)他們的思考和學(xué)習(xí)興趣。在此基礎(chǔ)上分組組建實踐小團(tuán)隊，讓每組學(xué)生共同完成一個較復(fù)雜的電路系統(tǒng)，比如遙控小車、溫度測控系統(tǒng)等，鼓勵他們將所做的內(nèi)容與畢業(yè)設(shè)計對接。其中大部分同學(xué)通過這些訓(xùn)練都可以掌握硬件電路設(shè)計的基本方法和流程，有一部分同學(xué)還能設(shè)計出比較出色的作品。此過程不僅讓學(xué)生體會到了學(xué)習(xí)知識的快樂，也培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊協(xié)作精神，為他們以后的繼續(xù)深造和工作做了鋪墊。

篇10

【關(guān)鍵詞】電子工程設(shè)計;高頻電路;教學(xué)研究

1.引言

《電子工程設(shè)計》是電子信息工程專業(yè)的一門專業(yè)課和必修課。本課程是學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)十分重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是對學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)知識的綜合實踐訓(xùn)練。通過電子技術(shù)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生鞏固所學(xué)的電子技術(shù)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，加強基本技能的訓(xùn)練，切實提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。教學(xué)任務(wù)是通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握常用電子元器件基本知識，常見電子電路的設(shè)計，綜合電子應(yīng)用電路的設(shè)計，電子線路板元件布置與布線基本知識，元件焊接技術(shù)，硬件電路的調(diào)試技術(shù)，電信號的檢測技術(shù)。

課程內(nèi)容中高頻電路設(shè)計部分是重點也是難點，高頻電路設(shè)計包括各種調(diào)諧電路的設(shè)計、高頻振蕩器的設(shè)計以及實際電路的制作和調(diào)試。學(xué)生在進(jìn)行各種參數(shù)選擇和電路調(diào)試的過程中很容易出現(xiàn)問題，本文針對高頻電路設(shè)計和調(diào)試方法進(jìn)行了深入的教學(xué)研究，結(jié)合課程講授過程中的實際問題對此部分教學(xué)內(nèi)容做了詳細(xì)分析，并取得了良好的教學(xué)效果。

2.調(diào)諧放大電路的設(shè)計和調(diào)試方法研究

調(diào)諧放大器是一種選頻放大器，即從所輸入的信號中選出有用信號并進(jìn)行電壓放大。調(diào)諧放大器在各種電子設(shè)備、發(fā)射和接收機(jī)中被廣泛應(yīng)用。在調(diào)諧放大器中由L、C元件組成并聯(lián)諧振回路，對信號進(jìn)行選頻[1]。放大器件可以是雙極型晶體管，也可以是場效應(yīng)管。

2.1 原理電路

圖1 原理電路一

圖2 原理電路二

RB1、RB2、RE提供管子的靜態(tài)工作點，使管子處在放大狀態(tài)。電路之一中的L、C組成并聯(lián)諧振回路，決定諧振頻率。電路只對諧振頻率及其通頻帶內(nèi)的信號進(jìn)行電壓放大，而對通頻帶以外的輸入信號不放大，從而實現(xiàn)選頻放大。電路之二的直流偏置與電路之一相同。電路中的C、L1、L2決定諧振回路的諧振頻率。放大的電壓信號經(jīng)L1、L2之間的互感耦合，由L2兩端輸出。上述電路在發(fā)射和接收設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。如超外差收音機(jī)的中放電路、電視機(jī)的中放電路等普遍使用上述電路。

2.2 電路的設(shè)計方法

（1）按所需諧振頻率選擇LC參數(shù)

諧振頻率由L、C參數(shù)共同決定，在設(shè)計中一般先固定電容的參數(shù)，選擇電感元件的參數(shù)。在設(shè)計高頻諧振回路時，由于管子的結(jié)電容和元件分布電容影響諧振頻率，選擇電容參數(shù)時適當(dāng)將容量選的小些。電感最好選用具有磁帽的電感，以方便電路調(diào)試時微調(diào)電感量。如果選用有骨架電感，可通過增減匝數(shù)來微調(diào)電感量;如果選用空心電感也可通過改變匝與匝之間距離來微調(diào)電感。

（2）三極管放大電路的設(shè)計

電路屬于小信號放大電路，設(shè)計時參照中頻段單管放大電路的設(shè)計過程。其實就是通過設(shè)計使管子具有合適的靜態(tài)工作點，并具有合適的動態(tài)范圍。如UCEQ≈1/2VCC。注意：對直流來說LC回路相當(dāng)于短路。

2.3 電路的調(diào)試方法

（1）靜態(tài)調(diào)試

調(diào)試電路的靜態(tài)工作點，使電路中管子的靜態(tài)電流和有關(guān)電壓達(dá)到設(shè)計值。UCEQ最好接近1/2VCC。

（2）動態(tài)調(diào)試

在信號輸入端輸入接近LC回路諧振頻率的頻率可變的信號，用毫伏表測試LC回路的電壓。將輸入信號由低到高改變頻率，觀察毫伏表讀數(shù)，當(dāng)毫伏表讀數(shù)最大時，所輸入的信號頻率就是該電路所放大的信號頻率。

上述毫伏表可以用示波器代替。當(dāng)示波器顯示波形幅度最大時，所輸入的信號頻率即為該LC回路的諧振頻率，也就是該電路所放大的頻率。在沒有毫伏表的情況下，也可以用萬用表直流電壓檔測量管子的UCE，在LC諧振時UCE最小。如果電路的諧振頻率偏離設(shè)計頻率，可以通過微調(diào)電感量進(jìn)行諧振頻率的微調(diào)。如果諧振頻率偏離設(shè)計值太多，可先改變電容的容量，然后再微調(diào)電感量。如果有條件最好用掃頻儀調(diào)試放大電路的頻率特性。

3.高頻正弦振蕩電路的設(shè)計和調(diào)試方法研究

所謂高頻正弦振蕩器是指產(chǎn)生幾百kHz以上正弦信號的電路（幾赫茲～幾千赫茲正弦信號由RC正弦振蕩器產(chǎn)生）。

高頻振蕩器按選頻網(wǎng)絡(luò)分為LC正弦振蕩器和石英晶體正弦振蕩器[2]。LC正弦振蕩器的頻率穩(wěn)定度為10-2～10-5，石英晶體正弦振蕩器的頻率穩(wěn)定度為10-7～10-9。

LC正弦振蕩器的振蕩頻率可通過改變電感量實現(xiàn)微調(diào)。如果需要使振蕩頻率該變量較大，一般先改變諧振回路電容的容量，然后微調(diào)電感量。當(dāng)石英晶體的標(biāo)稱頻率選定后，石英晶體振蕩器的振蕩頻率基本固定，雖然理論上可通過改變配諧電容的容量來微調(diào)振蕩頻率，但由于配諧電容的容量很小，在實際中通過改變配諧電容容量對電路振蕩頻率的改變很很小。只要應(yīng)用場合對振蕩器振蕩頻率穩(wěn)定度的要求不是很高，實際中高頻振蕩器大多是LC正弦振蕩器。

3.1 LC正弦振蕩器的電路設(shè)計

從理論上講，LC正弦振蕩電路有變壓器反饋式、電感三點式、電容三點式、改進(jìn)的電容三點式（克拉撥電路）。實際中的LC正弦振蕩電路上述四種形式都有，但最多的是電容三點式和改進(jìn)的電容三點式[3]。這是由于電容三點式電路管子的結(jié)電容和元件分布電容對諧振頻率的影響小。電容三點式電路原理電路如圖3所示。

圖3

由管子和RP、R1、R2、R3、R4、C1、C2組成的電路是小信號放大電路。顯然它是阻容耦合共基極放大電路。電阻決定電路中管子的直流偏置，由于整體電路為振蕩電路，管子在處于放大狀態(tài)的前提下，應(yīng)盡量使直流偏置小些，即靜態(tài)工作點靠近截止區(qū)，如管子的靜態(tài)集電極電流一般在（1～2）mA。電容C1、C2為隔直通交電容，它們的容量視振蕩頻率決定[4]。

振蕩頻率計算公式近似為：

在選擇C3和C4容量時，要注意C4對諧振頻率的容抗決定正反饋的大小，其容抗越大則正反饋量就越大，電路容易起振[5]。但正反饋量過大會使管子退出放大狀態(tài)，反而電路不能振蕩。在設(shè)計中先選擇C的容量，然后計算L的電感量。振蕩頻率在幾MHz以下時，C的容量選幾百pF;振蕩頻率幾十MHz時，選C為幾十pF。在C的容量選定后，根據(jù)振蕩頻率f0確定L的值。

3.2 電路的調(diào)試方法

先調(diào)試放大電路的靜態(tài)工作點：先將LC諧振回路用短路線短路，則整體電路僅為放大電路。放大電路的調(diào)試僅調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點即可。即通過調(diào)節(jié)RP的阻值，改變管子的靜態(tài)工作點，使其達(dá)到設(shè)計值（一般小功率振蕩電路，靜態(tài)ICQ=1～2mA）。

靜態(tài)調(diào)試完成后調(diào)試動態(tài)：即將原跨接在LC諧振回路的短路線去掉，通電后用示波器觀察振蕩波形。在LC回路元件參數(shù)選擇合理時，只要電路的靜態(tài)合適，接通電源后一般都能振蕩。

振蕩頻率的微調(diào)：振蕩頻率的微調(diào)一般通過改變電感量實現(xiàn)。如果使用無骨架電感，通過增減線圈匝數(shù)或改變匝間距離改變電感量;如果使用有磁芯電感，則通過調(diào)節(jié)磁芯與線圈的距離改變電感量;如果使用無磁芯有骨架電感，只能通過增減線圈匝數(shù)改變電感。

電路不起振可能是下列原因之一：

（1）電路的靜態(tài)工作點過低，或管子的β值太小

解決的方法分別是通過減小RP阻值來提高靜態(tài)工作點。這個工作可在用示波器觀察著振蕩波形的情況下微調(diào)RP阻值。

如果是管子β值太小引起的不起振，則應(yīng)更換β值大一些的管子。一般β值在幾十以上就可，β值過高會使電路工作不穩(wěn)定。

（2）電路中LC回路的Q值太低

解決的辦法是增大L/C的數(shù)值，即在LC乘積為常數(shù)的情況下增大L/C的比值?；驕p小線圈的損耗電阻（改用線徑粗的絕緣漆包線繞制電感），或減小負(fù)載對諧振回路的影響。前兩個原因往往是LC回路設(shè)計時元件參數(shù)選擇的不十分合理。

（3）正反饋量過小或過大

解決的辦法是在保證總電容量基本不變的情況下，改變C3、C4的比值。C4對振蕩頻率的容抗越大，正反饋就越大。

4.小結(jié)

通過理論教學(xué)和實踐教學(xué)過程中得到的經(jīng)驗，對高頻調(diào)諧電路和高頻振蕩電路設(shè)計的設(shè)計方案，參數(shù)選擇方法和電路調(diào)試方法進(jìn)行了總結(jié)，根據(jù)理論計算數(shù)據(jù)調(diào)試電路是教學(xué)的難點，也是把理論應(yīng)用于實踐的關(guān)鍵，采用了上述教學(xué)方法能夠有效地解決學(xué)生在調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種問題，提高學(xué)生的設(shè)計水平和能力。

參考文獻(xiàn)

[1]付家才.電子工程實踐技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]戴伏生.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實踐[M].國防工業(yè)出版社，2002.

[3]吳慎山.電子線路設(shè)計與實踐[M].電子工業(yè)出版社，2005.

[4]姚福安.電子電路設(shè)計與實踐[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，2005.