模拟集成电路设计的流程篇1
关键词：ip技术模拟集成电路流程
中图分类号：tp3文献标识码：a文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02
1模拟集成电路设计的意义
当前以信息技术为代表的高新技术突飞猛进。以信息产业发展水平为主要特征的综合国力竞争日趋激烈，集成电路（iC，integratedcircuit）作为当今信息时代的核心技术产品，其在国民经济建设、国防建设以及人类日常生活的重要性已经不言
而喻。
集成电路技术的发展经历了若干发展阶段。20世纪50年代末发展起来的属小规模集成电路（SSi），集成度仅100个元件；60年展的是中规模集成电路（mSi），集成度为1000个元件；70年代又发展了大规模集成电路，集成度大于1000个元件；70年代末进一步发展了超大规模集成电路（LSi），集成度在105个元件；80年代更进一步发展了特大规模集成电路，集成度比VLSi又提高了一个数量级，达到106个元件以上。这些飞跃主要集中在数字领域。
（1）自然界信号的处理：自然界的产生的信号，至少在宏观上是模拟量。高品质麦克风接收乐队声音时输出电压幅值从几微伏变化到几百微伏。视频照相机中的光电池的电流低达每毫秒几个电子。地震仪传感器产生的输出电压的范围从地球微小振动时的几微伏到强烈地震时的几百毫伏。由于所有这些信号都必须在数字领域进行多方面的处理，所以我们看到，每个这样的系统都要包含一个模一数转换器（aD，C）。
（2）数字通信：由于不同系统产生的二进制数据往往要传输很长的距离。一个高速的二进制数据流在通过一个很长的电缆后，信号会衰减和失真，为了改善通信质量，系统可以输入多电平信号，而不是二进制信号。现代通信系统中广泛采用多电平信号，这样，在发射器中需要数一模转换器（DaC）把组合的二进制数据转换为多电平信号，而在接收器中需要使用模一数转换器（aDC）以确定所传输的电平。
（3）磁盘驱动电子学计算机硬盘中的数据采用磁性原理以二进制形式存储。然而，当数据被磁头读取并转换为电信号时，为了进一步的处理，信号需要被放大、滤波和数字化。
（4）无线接收器：射频接收器的天线接收到的信号，其幅度只有几微伏，而中心频率达到几GHz。此外，信号伴随很大的干扰，因此接收器在放大低电平信号时必须具有极小噪声、工作在高频并能抑制大的有害分量。这些都对模拟设计有很大的挑战性。
（5）传感器：机械的、电的和光学的传感器在我们的生活中起着重要的作用。例如，视频照相机装有一个光敏二极管阵列，以将像点转换为电流；超声系统使用声音传感器产生一个与超声波形幅度成一定比例的电压。放大、滤波和a/D转换在这些应用中都是基本的功能。
（6）微处理器和存储器：大量模拟电路设计专家参与了现代的微处理器和存储器的设计。许多涉及到大规模芯片内部或不同芯片之间的数据和时钟的分布和时序的问题要求将高速信号作为模拟波形处理。而且芯片上信号间和电源间互连中的非理想性以及封装寄生参数要求对模拟电路设计有一个完整的理解。半导体存储器广泛使用的高速/读出放大器0也不可避免地要涉及到许多模拟技术。因此人们经常说高速数字电路设计实际上是模拟电路的
设计。
2模拟集成电路设计流程概念
在集成电路工艺发展和市场需求的推动下，系统芯片SoC和ip技术越来越成为iC业界广泛关注的焦点。随着集成技术的不断发展和集成度的迅速提高，集成电路芯片的设计工作越来越复杂，因而急需在设计方法和设计工具这两方面有一个大的变革，这就是人们经常谈论的设计革命。各种计算机辅助工具及设计方法学的诞生正是为了适应这样的要求。
一方面，面市时间的压力和新的工艺技术的发展允许更高的集成度，使得设计向更高的抽象层次发展，只有这样才能解决设计复杂度越来越高的问题。数字集成电路的发展证明了这一点：它很快的从基于单元的设计发展到基于模块、ip和ip复用的
设计。
另一方面，工艺尺寸的缩短使得设计向相反的方向发展：由于物理效应对电路的影响越来越大，这就要求在设计中考虑更低层次的细节问题。器件数目的增多、信号完整性、电子迁移和功耗分析等问题的出现使得设计日益复杂。
3模拟集成电路设计流程
3.1模拟集成电路设计系统环境
集成电路的设计由于必须通过计算机辅助完成整个过程，所以对软件和硬件配置都有较高的要求。
（1）模拟集成电路设计eDa工具种类及其举例
设计资料库―CadenceDesignFramework11
电路编辑软件―texteditor/Schematiceditor
电路模拟软件―Spectre，HSpiCe，nanosim
版图编辑软件―Cadencevirtuoso，Laker
物理验证软件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules
（2）系统环境
工作站环境；Unix-Based作业系统；由于eDa软件的运行和数据的保存需要稳定的计算机环境，所以集成电路的设计通常采用Unix-Based的作业系统，如图1所示的工作站系统。现在的集成电路设计都是团队协作完成的，甚至工程师们在不同的地点进行远程协作设计。eDa软件、工作站系统的资源合理配置和数据库的有效管理将是集成电路设计得以完成的重要保障。
3.2模拟集成电路设计流程概述
根据处理信号类型的不同，集成电路一般可以分为数字电路、模拟电路和数模混合集成电路，它们的设计方法和设计流程是不同的，在这部分和以后的章节中我们将着重讲述模拟集成电路的设计方法和流程。模拟集成电路设计是一种创造性的过程，它通过电路来实现设计目标，与电路分析刚好相反。电路的分析是一个由电路作为起点去发现其特性的过程。电路的综合或者设计则是从一套期望的性能参数开始去寻找一个令人满意的电路，对于一个设计问题，解决方案可能不是唯一的，这样就给予了设计者去创造的机会。
模拟集成电路设计包括若干个阶段，设计模拟集成电路一般的过程。
（l）系统规格定义；（2）电路设计；（3）电路模拟；（4）版图实现；（5）物理验证；（6）参数提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）测试。
除了制造阶段外，设计师应对其余各阶段负责。设计流程从一个设计构思开始，明确设计要求和进行综合设计。为了确认设计的正确性，设计师要应用模拟方法评估电路的性能。
这时可能要根据模拟结果对电路作进一步改进，反复进行综合和模拟。一旦电路性能的模拟结果能满足设计要求就进行另一个主要设计工作―电路的几何描述（版图设计）。版图完成并经过物理验证后需要将布局、布线形成的寄生效应考虑进去再次进行计算机模拟。如果模拟结果也满足设计要求就可以进行制造了。
3.3模拟集成电路设计流程分述
（1）系统规格定义
这个阶段系统工程师把整个系统和其子系统看成是一个个只有输入输出关系的/黑盒子，不仅要对其中每一个进行功能定义，而且还要提出时序、功耗、面积、信噪比等性能参数的范围要求。
（2）电路设计
根据设计要求，首先要选择合适的工艺制程；然后合理的构架系统，例如并行的还是串行的，差分的还是单端的；依照架构来决定元件的组合，例如，电流镜类型还是补偿类型；根据交、直流参数决定晶体管工作偏置点和晶体管大小；依环境估计负载形态和负载值。由于模拟集成电路的复杂性和变化的多样性，目前还没有eDa厂商能够提供完全解决模拟集成电路设计自动化的工具，此环节基本上通过手工计算来完成的。
（3）电路模拟
设计工程师必须确认设计是正确的，为此要基于晶体管模型，借助eDa工具进行电路性能的评估，分析。在这个阶段要依据电路仿真结果来修改晶体管参数；依制程参数的变异来确定电路工作的区间和限制；验证环境因素的变化对电路性能的影响；最后还要通过仿真结果指导下一步的版图实现，例如，版图对称性要求，电源线的宽度。
（4）版图实现
电路的设计及模拟决定电路的组成及相关参数，但并不能直接送往晶圆代工厂进行制作。设计工程师需提供集成电路的物理几何描述称为版图。这个环节就是要把设计的电路转换为图形描述格式。模拟集成电路通常是以全定制方法进行手工的版图设计。在设计过程中需要考虑设计规则、匹配性、噪声、串扰、寄生效应、防门锁等对电路性能和可制造性的影响。虽然现在出现了许多高级的全定制辅助设计方法，仍然无法保证手工设计对版图布局和各种效应的考虑全面性。
（5）物理验证
版图的设计是否满足晶圆代工厂的制造可靠性需求？从电路转换到版图是否引入了新的错误？物理验证阶段将通过设计规则检查（DRC，DesignRuleCheek）和版图网表与电路原理图的比对（VLS，LayoutVersusschematic）解决上述的两类验证问题。几何规则检查用于保证版图在工艺上的可实现性。它以给定的设计规则为标准，对最小线宽、最小图形间距、孔尺寸、栅和源漏区的最小交叠面积等工艺限制进行检查。版图网表与电路原理图的比对用来保证版图的设计与其电路设计的匹配。VLS工具从版图中提取包含电气连接属性和尺寸大小的电路网表，然后与原理图得到的网表进行比较，检查两者是否一致。
参考文献
模拟集成电路设计的流程篇2
关键词：多通道DC传感器；校验平台；虚拟仪器；多通道数据采集模块
中图分类号：tn722.7+3?34；tn98；tm45文献标识码：a文章编号：1004?373X（2017）14?0144?05
abstract：inordertoimprovetheverificationefficiencyofDCsensor，adesignschemeofmulti?channelDCsensorcalibrationplatformbasedonvirtualinstrumentispresented，andaphysicalcalibrationplatformwasbuilt.thecalibrationplatformiscomposedofvirtualinstrumentcontrolandprocessingmodule，multi?channeldataacquisitionmoduleandRS485buscommunicationmodule.ithascharacteristicsofmulti?channelcalibration，powerfuldataprocessingandanalysis.accordingtothecalibrationrequirementofDCsensor，thecalibrationexperimentsofDCsensorwerecarriedout.theexperimentalresultsshowthatthecalibrationplatformcancalibratemulti?channelDCsensoraccuratelyandeffectively，andimproveefficiencyandautomationlevelofsensorcalibration.
Keywords：multi?channelDCsensor；calibrationplatform；virtualinstrument；multi?channeldataacquisitionmodule
0引言
直流电流（DirectCurrent，DC）传感器不仅用来测量直流电流，而且是直流供电系统中重要的漏电保护设备之一。随着直流输电、供电的发展和应用的日渐广泛，大量的直流设备与工具投入使用，DC传感器作为直流电流测量和漏电保护所必须的关键器件，目前市场需求量在逐年提高。为了保证直流电流的准确测量和保护功能的正常运行，DC传感器的精确校准是一个重要环节。在保证准确度同时，为了提高校验效率，本文给出了一种基于虚拟仪器的多通道DC传感器校验平台的设计方案。为了验证方案的可行性，设计并实现了15路DC传感器校验的校验平台。
本文给出的校验平台设计方案的优点有，基于虚拟仪器的多通道DC传感器的校验平台，摆脱了传统仪器的开发成本高和过程复杂的缺点；可以快速完成对多通道DC传感器的数据采集、分析处理，具有较高的校验效率。
1多通道DC传感器校验平台设计方案
图1为本文给出的多通道DC传感器校验平台设计方案的结构框图。从图1可以看出，本校验平台主要由3部分构成：虚拟仪器控制及处理模块；多路数据采集模块；与传感器进行通信的RS485总线通信模块。
校验平台的基本工作原理为：每只DC传感器的电压输出端口与数据采集模块的其中一个通道连接，作为该通道的模拟输入信号；数据采集模块并行实现对每个通道的实时采样，并转换为输入信号的数字输出量。其中一个通道作为参考通道，对基准电压进行采样。虚拟仪器控制及处理模块可以计算每一个通道采集数据与基准信号的差值，并进行校准系数的相关计算，通过RS485总线通信模块将校准系数发送给指定的传感器，从而实现校准。
215路DC传感器校验平台的设计
为了验证多路DC传感器校验平台方案的可行性，本文成功搭建了15路DC传感器校验平台。本节按平台的3个组成部分，分别介绍每个组成部分的具体实现。
2.1虚拟仪器控制及处理模块
本校验平台基于LabView2011实现虚拟仪器控制及处理模块的开发。LabView是一种图形化的编程软件，它被工业界、学术界和实验室研究广泛接受，被看作标准的数据采集和仪器控制软件。使用这种图形化的程序语言编程时，主要借助于流程图或者框图来完成仪器的各种功能，基本上不需要写程序代码，很大程度上避免了程序代码的编写和硬件电路的o计，缩短了开发周期[1?2]。LabView程序设计包括前面板设计和程序框图设计。
2.1.1虚拟仪器前面板设计
LabView前面板是用户操作界面，通常使用输入控件和显示控件来创建前面板。输入控件和输出控件分别用来模拟仪器的输入/输出装置，前者为LabView的程序框图提供数据，后者用来显示程序框图获取或生成的数据[3]。
虚拟仪器功能框图如图2所示，主要包括数据采集、数据显示、数据处理、分析、报警提示、串口发送校验命令模块。
采集数据读取模块用于读取数据采集模块的采集电压值，数据显示用于实时显示采集到的电压数据，数据处理模块包括数据实时存储与回放，分析模块包括采集电压值的误差分析，以便向传感器发送更加精确的校验命令。当传感器电压值与基准电压的差值大于预设值时，报警提示模块启动，报警灯变亮，提示该路传感器需要校验。串口发送校验命令模块的主要功能是向被校验传感器发送校验命令及校验数据。
根据该虚拟仪器功能框图，设计出的主界面（前面板）如图3所示。主界面包括输入通道参数配置、串口通信调试、实时数据显示、各通道是否校验、运行控制按钮5部分。
2.1.2虚拟仪器程序框图
程序框图是图形化源代码的集合，它决定了Vi的运行方式。前面板上的输入控件和显示控件在框图中都有对象端点与之一一对应。连线将输入控件和显示控件的接线端与各Vi和函数相互连接，是端口间的数据通道。
虚拟程序框图主要包括采集数据读取与显示模块、数据存储与回放模块、数据分析模块、通信模块等。采集数据读取与显示模块如图4所示，数据存储与回放模块如图5所示。
2.2多通道数据采集模块
数据采集模块选购凌华科技USB接口多功能数据采集模块USB?1901。该采集模块在LabView平台下能直接被驱动，它具有16个通道，每个通道具有16位分辨率，模拟输入采样率最高达到250KS/s，且模拟输出的更新频率[4]达1mS/s，完全满足本校验平台的需要。在本校验平台中，通道0连接标准电压源信号，通道1～15分别连接15路被校验DC传感器的电压信号。数据采集模块的具体参数如表1所示。
2.3RS485总线通信模块
RS485总线适用于主从式多机通信场合，它采用两根通信线，通常用a和B来表示，采用差分信号输入，可以抑制共模干扰，提高了通信的可靠性，因此本校验平台选用RS485通信方式[5]。
为了完成校验命令和校验数据的通信，需要一定的通信协议的支持。鉴于modbus通信协议支持RS485接口，且是一种符合国家标准GB/t19582?2008的通信协议，因此本平台选用modbus通信协议。modbus通信协议支持主从式结构，允许一台主设备与多台从设备进行通信，仅主设备能向从设备发送通信指令，从设备根据主设备的通信指令作出相应响应[6]。本校验平台中，主设备是计算机，从设备是多路DC传感器。
校验命令使用modbus通信协议中的RtU传输模式进行发送，在RtU消息帧中每个8B包含2个4B的十六进制字符[7]。这种方式的优点主要是在同一波特率下，传输同样的信息需要的位数少。RtU模式下的modbus传输格式如表2所示。
表2中，设备地址是与主设备通信某台从设备的惟一识别码。功能代码用于识别通信帧的功能。如果第一个DC传感器终端的设备地址是01，根据modbus协议标准，发送命令的功能代码是06，将校验系数K打包为modbus协议要求的字符串形式。发送指令的最后2B是CRC校验码，用于实现主从设备modbus协议传输的差错控制。
3校验平台验证
3.1DC传感器的校验需求
如图6所示，DC传感器由aVR单片机及其电路组成，atmeg16单片机是DC传感器的主控芯片，负责完成DC采样、计算和通信等功能。tLC5615是一个串行10位的D/a转换芯片，与mCU之间通过Spi总线连接。为了能够表示反向电流，采用集成运放LF353构成运算电路实现负电压输出。
DaCtLC5615的作用是将当前测得的数字量的DC值转换为模拟电压值。若n为待转换的数字量，VReFin为基准输入电压，则转换后的输出电压可由式（1）表示。
输出电压VoUt通过运算电路可得输出电压Vo，Vo可由式（2）表示。Vo的大小可反映DC传感器所测得的当前电流的大小，Vo也是数据采集模块采集到的电压值。
式中，Vref为参考电压，可根据具体的校验需求进行设置。
该DC传感器的校准需求为量程校准，具体要求为DC=20ma时，Vo=5V；DC=-20ma时，Vo=-5V。DC传感器的线性度由传感器本身负责。
由于器件存在分散特性，不同DC传感器的输出电压值Vo之间存在偏差，因此不能将相关系数固化到程序中，因此需要校验平台对单只鞲衅鹘行分别校准。
3.2校验平台的校验流程
校验流程图如图7所示。此校验流程图是一路DC传感器的校验流程，其他DC传感器通过相同的流程完成校验。首先将采集到的DC传感器电压值与基准电压比较。当各通道时，整个过程结束。反之，当不符合条件时，选择启动校验。校验时，LabView通过matlabScript节点调用该路DC传感器电压值、基准电压由式（1）、式（2）分别转换为n′，n的matlab程序，从而得出校验系数K的值。
3.3校验平台的运行
运行本校验平台，虚拟仪器前面板如图8所示。在LabView主界面的输入通道参数设置中，采集通道选择的是0～15通道。波形图表中显示各通道的电压值和电压差值。各通道是否校验模块中5号传感器的报警提示灯变亮，表明此传感器需要校验，在串口通信调试模块的校验传感器控件中选5，点击发送按钮，校验系数通过串口向5号传感器发送。再次采集DC传感器电压值，报警提示灯不再亮，完成校验。
4数据分析
为了检验所设计的校验平台是否满足校验需求，对校验之后的DC传感器进行测量比对，分别测量了DC等于0ma，2ma，5ma，10ma，20ma的情况，各电流对应的理论电压值如表4所示。
实验结果如图9～图13所示。横坐标是15路DC传感器iD，纵坐标是测量输出电压与理论输出电压误差值。
从实验结果来看，经过本校验平台的校验之后，DC传感器输出电压的绝对误差小于0.025V，在漏电保护领域的实际应用中可满足要求[8]。因此，用此校验系统对DC传感器开展校验工作是可行的。
5结语
本文采用虚拟仪器技术在计算机上实现DC传感器校验平台设计，它主要有以下特点：在结构上，“虚拟仪器校验平台”是在pC机上实现的仪器，校验平台的各种功能主要通过安装在计算机上的LabView编程环境来快速实现[9]；在功能上，此校验平台同时校验多路DC传感器，不仅可以采集数据，分析数据，发送指令，而且还能实时数据显示、自动存储等；在操作上，LabView使校验平台的操作得到极大的简化，所有的操作都在前面板进行。此校验平台的成功设计为DC传感器的校验提供了可靠、方便的工具。其明显优势是校验快捷方便，易于操作，适用于实验室和现场校验的应用场合。
参考文献
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模拟集成电路设计的流程篇3
关键词：虚拟仪器；交直流电；检测仪表；课程设计
虚拟仪器是计算机以及计算机网络发展的产物，代表先进电子测量技术的发展前沿，也是未来仪器仪表发展的趋势。加紧虚拟仪器的研发是顺应时代的要求，同时也可以促进电子仪表的发展。[1]基于多功能数据采集卡和LabView软件平台开发的交直流电检测仪表，具有结构简单、成本低廉、性能卓越、操作方便以及功能丰富等特点，已经在众多领域得到了广泛的应用。[2]
国内各大高等院校对测控技术与仪器专业都开设了相应的智能仪器仪表相关课程设计，但是其中大多数都是采用传统的测试仪器对数据进行测量，属于验证性设计题目。为了让学生更加了解测量原理及仪器电路设计，将此次研究与设计引入到学生的课程设计当中，通过搭建硬件电路并使用LabView虚拟仪器编程语言进行软件编程，以设计一种可以对交直流电压及电流进行检测的虚拟仪表。
一、设计平台介绍
虚拟仪器实验系统实际上就是将LabView和ni数据采集设备相结合，综合应用得到一个LabView的实验产物，它包括硬件和软件两部分：硬件包括一台可运行LabView的计算机，一块多功能数据采集卡；软件则包括ni-DaQ、LabView开发环境、可针对eLViS硬件进行程序设计的一系列LabViewapi。[3]
二、设计思路
此次设计的交直流电检测仪表需要实现直流电压、直流电流、交流电压以及交流电流的测量。通过配置DaQ数据采集卡，进行实时数据的采集并传入计算机，LabView软件可以完成数据的处理以及信号的显示。设计主要包括六个模块：
参量切换。不同的信号量转换电路不同，通过参量切换开关，将待测信号引入不同的转换电路。
档位切换开关。档位切换开关的作用主要有：降低输入信号幅度，保护后续电路，增加测量精度等。
信号调理电路。由于计算机容易识别电压及频率信号，所以需要先将待测信号转换为以上两种可识别信号。
配置数据采集卡。通过LabView应用软件平成对数据采集卡的配置及虚拟通道设置。
数字i/o模块。本模块实现通知计算机当前采集的信号类型以及信号切换档位，为后续信号处理做铺垫，通过eLViS面板上的数字i/o实现。
LabView软件编译。通过编程实现对采集数据的处理及显示。
三、交直流电检测信号调理电路设计
信号调理电路主要是在eLViS平台上搭建，实现将待测信号转换为可供计算机识别的信号。所用的元器件是分立元器件，主要包括：电阻、电容、运放、晶体管以及开关等。
1.电流测量电路
对电流的测量需先将待测电流转换成电压，计算机通过采集电压，进而得知电流值的大小。为了提高测量的精度，可以采用无源i/V转换电路。电流经过电阻R和电容C构成的RC低通滤波器，滤除电流信号中的高频噪声。电路中加入限幅二极管可以保证进入电压跟随器的电压不超过5V，从而起到保护后续电路的作用。
2.电压降压电路
对高压的测量通常采取降压测量的方式。设计中采用简单电阻网络，配合开关切换将待测电压通过1∶10或1∶100的比例方式降压。
3.交流电压测量电路
对于交流电压采用峰值检波电路进行测量。峰值检波电路是一种检测周期信号在某一周期内峰值的电路，通常可以通过采样/保持电路实现。当输入信号幅值大于上次采样时，电路处于采样状态，当输入信号小于上次采样时，电路处于信号保持状态，从而实现输入信号的跟踪。设计中可以采用两片Lm358双运算放大器构成电压跟随器。
4.过压保护电路
过压保护电路的作用是为了防止输入电压过高，进而损坏电路以及芯片。本设计中主要采用二极管双向限幅保护电路。
5.编码开关
编码开关是一种常见的开关，接触电阻小，对于要求多路电气切换的电路来说是不错的选择。常见的多路编码开关有4路、6路、8路以及10路。此次设计采用8路编码开关。由于计算机在采集时只是识别电压以及频率信号，所以并不知道输入的待测信号类型和量程，通过人工手动切换的方式，再配合计算机智能的检测功能，可以实现人机交互。将编码器一端的8个端口全部接eLViS工作面板上的数字地，另外一端接数字i/o口，在编码开关未接通时，8个数字i/o口默认高电平，一旦哪一位的开关闭合，其电位将拉低，数据采集卡将识别并上传计算机。所以必须对该8个数据位进行编码，并让计算机记录这些编码。
四、基于虚拟仪器的交直流电检测仪表程序设计
此次设计的交直流电检测仪表，采用自动测试功能，我们只需完成硬件调理电路中档位切换的人工操作以及数据采集卡的配置即可，然后通过LabView软件就可以自动采集、处理获取到的数据并在前面板显示信号的属性以及幅值。[3]LabView程序设计如图1。
该程序中包括一个whileLoop结构，三个嵌套CaseStructure结构。while循环里面首先实现eLViS的数字i/o口电位读取，然后将读入的数据传给第一个Case结构。第一个Case结构通过数字i/o口编码值的大小，判断当前测量信号的类别，然后启动相应的虚拟通道。采集到的电压或者频率信号与数字i/o口的编码值一同传到第二个Case结构。第二个Case结构首先判断用户启用信号的量程开关，然后对采集到的电压信号进行处理，还原原信号值的大小，并通过采集的电压信号判断用户手动切换的档位开关是否错误。如果采集电压超过或者低于设定的阀值，可判断其出现误操作。通过两个判断语句驱动第三个Case结构，第三个Case结构完成两个任务，其一是将经过还原后的信号值转换为符号量以便用于显示，其二是决定是否报警提示。程序具体分为以下几个模块。
1.数字i/o模块
本模块的设计是为了让计算机知道所采集信号的类别，以及信号处于什么档位。采用LabView所带的eLViS驱动程序，可以采集eLViS原型板上8位数字i/o口电位的高低。默认状态下，该8位数字i/o处于高电平，可以通过连接开关接至eLViS工作平台的地。[4]
2.电压读取模块
可以通过DaQ底层数据采集模型进行电压的采集。[2]数据采集卡pCi-6251所能采集电压信号幅值为10V，连续周期性对虚拟通道进行采样。由于所采集的是一个稳定的直流电压，所以对采样率的要求较低。本设计中通过多次采样求均值的方式，减小测量中的误差。
3.频率测量模块
程序中通过DaQmx模拟通道采集信号，然后利用自定义的一个子采样Vi实现对输入信号频率的判定。[5]此处设定采样率为1mHz，所以待测信号的频率带宽为0.5mHz。模拟通道采集1m个数据点以后（1mHz的采样率），通过一个自定义的子采样Vi，判断这些数据点里面有多少个过零的点，即可知道该周期信号频率的大小。
4.交流信号幅值和频率采集模块
对于交流信号的采集，除了要获取交流信号的幅度以外，还要采集交流信号的频率，所以对于交流信号的测量需设计两个采集任务。[6]由于信号通过峰值检波电路变成直流信号，较低的采样率就能采集到信号的幅度，而对于信号频率的采集需要较大的采样率，虽然DaQmx可以设置对多通道即多任务的采集，但是对于采样率的必须以频率最大的信号进行设计，这样将造成浪费。为了获得更高的速度与性能，对于交流信号的幅值与采样率采用图2的设计方式。
五、数据检测结果
1.直流电压测试
测试采用eLViS平台自带幅度可调电源，配合Dt9205数字万用表，通过幅度调节旋钮，输出0～10V之间的直流电压。测试结果如表1，可以看出，除了低电压信号测量较差，其他幅值的信号测量精度较好，误差不超过6%，且对直流电压的测量有较高的分辨率。
2.交流电压测试
用设计的交直流电检测仪表对信号发生器输出的不同幅值和频率的电压信号进行测试，通过表2可以看出对于低频信号的交流电压具有较好的测试结果，当信号频率大于10kHz以后，检测性能受到影响，对频率的响应与Lm358的频带宽度有关。
由于受设备限制，只能对10V以下的低压进行测量，但是10V以下的低压具有很好的测量结果，对高压信号只需进行电阻分压就能测量，理论上对高压测量同样会有较好的质量。
六、结论
本次交直流电检测仪表的研究与设计在功能和性能方面都得到了较好的完善，具有成本低、设计简单，精度与稳定度高的特点。为了将理论教学与实践教学相结合，并贯穿整个本科人才培养过程，我们对测控技术与仪器专业的本科生课程设计培养方案进行了改进，将此次交直流电的设计引入到本科课程设计当中，学生们的综合素质和创新能力都得到了明显提高。此设计在学生们中反映良好。
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模拟集成电路设计的流程篇4
关键词:机械参数;测试系统;虚拟仪器
1机械工程测试系统概述
机械工程测试系统的基本任务是从测试对象获取反映其变化规律的动态信息,一个功能完善的机械工程测试系统由传感器、信号转换装置、信号分析处理装置和显示与记录等功能模块组成,无疑,讨论和设计机械工程测试系统及其构成要素,是十分有意义的。
测试系统的第一个环节是信号的传感,即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量,被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。
第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化,由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响,且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入计算机进行数据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理,以抑制干扰噪声、提高信噪比,便于进一步传输和后续环节中的处理。
第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录,包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。
2虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状
科学技术的日益发展,对现在的机械工程测试系统影响很大,特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析,但是利用虚拟仪器组建的机械工程测试系统却不用专用的仪器,而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台,信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。现代计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。
测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心,计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下,虚拟仪器的产生也就水到渠成。
在虚拟仪器中,软件是虚拟仗器系统的关键,目前国内外这种软件主要有美国dsp公司的dadisp软件,以实验后数据处理分析和表示见长美国ni公司的系列虚拟仪器开发平台(labview、labwindows/cvi、virtualbench和componentworks)、美国quatech公司的daslab软件包和惠普公司的vee软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台,以图形化编程和界面灵活见长。
由于pc的功能变得越来越强大,速度快,价格低,在标准pc上连接一个或多个仪器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。
虚拟仪器的软件开发平台labview中,“所见即所得”的可视化技术是应用于测试领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉,用丰富的曲线图像向测试人员传递信息,是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。
在机械工程测试系统中,应用虚拟仪器编的越来越普遍,因为很多传统的硬件设备在虚拟仪器中都可以用软件代替,从而降低了大量的设备浪费,降低了成本,并且还可以直观化的显示其结果,将多种的传统仪器合并到一套虚拟仪器测试系统中,有利于编程,也有利于增强测试系统的准确度。
3机械工程测试系统开发环境
3.1应变测试系统
虚拟应变测试硬件系统组成如下:
虚拟式应变测试仪由硬件和软件两大部分组成,这里采用pcdaq体系结构组建虚拟仪器。其原因是因为pcdaq系统是以数据采集板、信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统,它充分利用了主流和普及的pc机总线、机箱、电源以及丰富的软件,以极少的硬件就能形成功能完备的应变测试系统平台,这种方案的性价比最佳。
下图是一个模拟信号的数据采集过程示意图,从这个图中可以看到模拟的信号通过设定的通道以后,再经过多路开关,经过刀d转换等将模拟信号变为数字信号,这些信号到达计算机中,计算机中的已经编好的labview程序对其信号进行分析处理。
对信号进行采集时,采样频率、采样通道以及采样点数是需要用户设定的参数,用户通过前面板的参数选择项根据实际需要进行设置,这些范围和数据采集卡的精度有关。本文设计的应变测试这一块,对与满足数据采集卡精度要求的应变信号,都可以通过数据采集卡,并对其进行相关设定的分析。
3.2位移测试系统
位移检测技术在工业生产中有着广泛的应用。位移检测是机械量检测的基础,将机械量转化成位移量来检测是机电一体化技术的重要组成部分之一。对位移的检测不仅为提高产品质量和生产安全提供了重要数据,同时也为其他参数的检测提供了基础。
实现位移测量的关键是信号的转换即传感器的选用。本文对位移的测量通过电涡流位移传感器cwydo504将位移信号转化为电压信号进行测量;通过传感器把非电量转化成相应的电压信号,再经过信号调理电路进行测量。在测量过程中,为了保证测试系统的可靠性与测试精度,在测试系统的设计过程中必须注意传感器地选择、信号调理模块的选择以及系统抗干扰设计。
在进行位移测量时,本检测系统可以将位移量转换成电压信号供数据采集卡。在执行机构带动位移传感器运动时可以进行电压信号的采集,最后通过标定将电压信号转换成相应的位移信号,实现位移的测量。位移信号经过调理后,传输到数据采集卡中,数据采集卡选用ni公司生产的pxl-6251多功能数据采集卡。
3.3压力测试系统
本测试系统是以液压试验平台为测试平台而进行的一系列机械量测量测试,以此液压实验台做压力信号源,随着液压系统向高压、大功率、高精度方向发展,液压系统的结构变得越来越复杂,故障率也随之增加,安全问题日益突出,因此,在液压系统工作过程中,需要确切的了解液压系统内部的压力和流量等,这对于防止系统出现意外故障和有效提高系统工作效率具有十分重要的意义。所以本系统选取液压试验平台的液压管道压力为被测对象。
数据采集是labview的核心技术之一,也是labview与其他编程语言相比较的优势所在。使用labview的daq技术,模拟信号数据采集是labview的daq中的一个主要功能,为用户提供了功能强大、方便快捷的模拟信号采集解决方案。
压力信号经过调理后,传输到数据采集卡中,数据采集卡选用ni公司生产的pxi-6251多功能数据采集卡,其主要功能参数如下:
(1)16路模拟输入通道,16位精度,1.25ms/s采样率;
(2)2路模拟输出,16位精度,2.8ms/s输出速度;
(3)24路数字i/o,2路定时计数器。
3.4流量测试系统
本测试系统是以液压试验平台为测试平台而进行的一系列机械量测量测试,以此液压实验台做流量信号源,以液压实验台的对于液压系统来说,最重要的两个参数就是流量和压力,两个参数要求精度高,稳定性好,易于调节。在多功能液压测试试验台中,流量调节控制涉及到电机、变量泵、流量调节阀、排量反馈传感器、电控模块、流量传感器、计算机、管路等多个环节,影响流量的有负载、压力、温度、泄漏等因素。在液压测试中,要得到准确的流量参数、必须对流量调节各环节进行分析计算,确定各环节对流量的影响。并采取措施改善流量调节的精确性和稳定性。以提高流量控制精度。
根据本液压系统实验台,流量传感器要求流量变化范围:0.6-6m3/h,精度要求:1级。
通过信号调理后的信号可以与数据采集卡设备相连,通常情况下数据采集设备是一个数据采集卡,与计算机的连接可以采用多种方式。ni的数据采集设备支持的总线类型包括pci、pciexpress、pxi、pcmcia、usb、compactflash、ethernet以及火线等各种总线。本文选用pxi总线的pxl-6251多功能数据采集卡。利用labview的ni-daqmx软件,选择物理通道和任务输入通道进行流量信号采集。
3.5温度测试系统
温度是机械工业生产和科学研究实验中的一个非常重要的参数,许多系统的工作都是在一定的温度范围内进行的,需要测量温度和控制温度的场合及其广泛。目前的温度测量控制系统常采用单片机控制,该技术应用十分广泛,但其编程复杂,控制不稳定,系统的精度不高。而利用虚拟仪器开发和设计的温度测量系统,采用普通pc机为主机,利用图形化可视软件labview为软件开发平台,来监测温度的变化情况,采集数据并进行处理、存储、显示等。设备成本低,使用方便灵活。
模块化设计数据采集,数据采集模块的设计对后续的数据显示和分析结果以及整个系统功能的实现,具有直接影响,本文利用m公司的daq(dataacqulsition)卡及其驱动程序设计这一模块,充分利用集成的功能全面的daq函数库和子vi,设计可以实现对数据采集的控制,包括触发控制、通道控制等的数据采集模块。
4机械测试系统总体设计思路
在对传统的机械工程测试系统测试过程及传统的测试仪器和现有的虚拟测试系统进行对比研究后,本文的系统总体的结构为:
(1)本文设计开发的机械工程测试系统采用模块化结构,可以在一个测试系统中同时组建应变、位移、压力、流量和温度测试系统。并且每个测试系统用模块化进行设计前后面板,方便程序设计和用户操作与控制。
(2)采用数据库对数据进行存储、管理和查询。基于需要对测试数据进行存储、调用、管理和查询,并且处理的数据量大,本文设计通过数据库来存储、管理和查询数据。建立一个access数据源,通过ado数据库访问技术,充分利用ado的灵活性,通过编程模型实现对数据库的操作,执行用户命令,实现对数据的管理。利用ado技术的labview数据库访问包-labsql,用户可以直接在labview中以调用子vi的方式实现对数据库的访问。
(3)每个测试仪在进行设计时,选用的模型是“菜单选择结构”。在后面板中利用“case”结构完成在前面板中不同的按钮选择,选择好一个测试以后,这个测试仪就可独立的工作。在完成相关的需要的工作后可以选择退出,也可以选择进入到另一个测试仪。利用菜单编辑器对程序进行编辑,要改变程序的操作项直接从菜单编辑器中修改,为程序作总体设计。
(4)前后面板的人性化设计。程序设计包括前面板和程序框图两部分,系统前面板由参数设置和五个测试系统构成。当用户在前面板操作相应的功能时,后面板的程序框图有与之协调的字vi运行,这样可以保证运行操作的同步性和准确性。同时在前台对话框有供测试人员填写参数或者选择功能界面。为了便于后续人员按自己的要求进行小范围修改,后面板程序框图也以直观简洁的方式进行设计。
5结论
本文以虚拟仪器labview为开发平台,按照机械工程测试系统的要求,充分利用已有的标准化系统资源,开发了便于更新、机动灵活、成本低廉、中文界面的机械工程测试系统,提高了测试的综合应用效率。
模拟集成电路设计的流程篇5
关键词：瞄准具，测试仪，设计与研究
某新型瞄准具是一种航空光学射击瞄准具，它装备于某型歼击机上，可用于配合航炮、航箭、导弹、炸弹等武器对空中和地面目标瞄准攻击。从结构上来说该型瞄准具是一种结构复杂的机电一体化的控制系统，因此，对其进行检测也具有较高的要求。传统的检测方法是用配电盘对瞄准具的各个部件进行通电检查，将检测出的结果人工填写到瞄准具检测记录中去，并对照检修记录中的标准来判断其工作是否正常。由于瞄准具检测需要进行到部件级，需要检测的部件包括综合校验和电动机在内共有10个部件，因此检测瞄准具的全套配电盘就有10个之多。而目前使用的部件测试和总校测试配电盘都是机电式的，这类测试设备主要存在三个文面的不足：
（1）测试精度不高，配电盘上的测量仪表采用的都是机械指针表头，分辩率底，容易产生误差。
（2）智能化程度低，使用配电盘进行测试工作时，用户须根据报表逐项设定状态参数，并判断仪表指示的性能数据，填写测试报表。这样工作，操作方法复杂，效率低，且易产生误操作。科技论文。科技论文。
（3）兼容性差，对于瞄准具的10个部件，用传统方法检测需要10个配电盘，且每个配电盘只能测试一种型号的部件，甚至仅用于一种型号的电路板，这给维护人员使用及其维修和保管带来很多不便。
针对以上的缺点，我们研制了一种用于瞄准具技术性能检测的通用性微机检测系统（简称itS－3）它是通过计算机数据采集控制系统，该系统的集成化程度和智能化程度高，仅一套系统即可完成全套瞄准具的检测。
系统由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括计算机、电源箱、接口箱。它提供检测所需的各个接口（如：电压通道、电流通道、电阻通道、Da、aD、Di和Do等）、使被测设备工作所需的外激励电源（电压、电流等）、以及用于数据采集和处理的计算机系统（微机本身）。系统的软件则包括系统软件和应用软件两类，系统软件提供了检测系统的工作环境；应用软件包括检测程序、检测数据库、文本文件等。
下面分别介绍itS－3系统的硬件和软件的构造特点。
1系统的总体设计与基本工作原理
为了解决机电式配电盘通用性差、智能化程度低、测试精度不高等缺点，本检测系统采用微机数据采集与控制系统，其核心是一台以intel80586、66为处理器的工业控制计算机，由微机完成各种被测信号及模拟参数的数据采集和数据控制，它提供检测所需的各个接口（如：电压通道、电流通道、电阻通道、Da、aD、Di和Do等）、以及用于数据采集和处理的计算机系统（微机本身）。计算机系统提供的标准接口还需要一套转换电路与被测部件联贯即itS-3接口电路，它用来完成被测部件的信号匹配、信号调理、信号模拟、信号驱动等，同时还提供使被测设备工作所需的外激励电源（电压、电流等），itS-3接口电路单独放在一个机箱内，称为itS-3接口箱。科技论文。根据工控机提供接口的情况以及被测设备的检测需要，本系统采用图1所示的方案。
图1 itS-3系统设计方案
检测所需电源、数据采集接口、模拟信号等由计算机系统提供，经电缆接入itS-3接口；被测设备经电缆与itS-3接口箱相连，与计算机、接口箱形成一个整体（一个完整的测试系统），实现对机载设备高精度、自动化检测；被测设备所需的模拟信号（如迎角信号）由计算机系统提供，经itS-3接口电路转换和处理送给被测设备，驱动设备工作，被测设备工作后产生的反映被测设备工作状况的物理量信号经itS-3接口电路进行信号匹配后送工控机，经工业控制计算机系统进行数据采集和处理，测量出被测信号性质、大小，以报表的形式显示器里，供维修人员判断并作为检修的依据。与原有测试设备（配电盘）相比，采用上述方案有以下优点：
（1）的综合机数据采集与控制系统，大大提高了系统的通用性，由于测试接口是由计算机提供的一套通用接口，当构造出一套标准接口后，所有部件都可以用这套接口检测，从而大大提高了系统的能用性，实现了对瞄准具部件综合化检测；
（2）在软件的控制下测试是自动完成的，且检测过程中必要的操作提示信息可在屏幕上实时给给出，使系统的自动化程度大化程度大大提高，实现了对实现了对机载设备的自动化和智能化检的自动化和智能化检测；
（3）由于计算机及接口板的精度和数据采集非常高，本系统的测试精度和速度都比老式配电盘大大提高。
2 系统的硬件设计
前面已经介绍介绍itS-3系统的总体方案，根据上述方案及分析被测设备的检测信号和所需的模拟模拟信号，本检测系统的硬件设计如下。
被测设备包括以下部件：瞄准具头部、控制盒、电子部件、稳压器、高度机构、加速度计、电动机、放大器、以及综合校验等10个部件；根据工厂检修以下部件的工艺规程及设备的技术条件，我们对被测设备所需的模拟信号和被测信号进行综合分析，总结出瞄准具所需的检测和模拟信号有以下一些种类：检测接口有D/i量和D/o量（用于通路检测）、电流检测（i主、i抬、i迎、i测、等）、电压检测（各种工作电压）、电阻测量（距离和高度电位计安装电阻）等，还需要D/a（用于模拟输入，如：迎角侧角信号等）以及电阻分压器模拟（用于距离和高度模拟信号。以上接口均由计算机系统和插入计算机主板扩展槽（pCi总线）上的接口板提供。被测设备的接口通道分配，则由itS-3系统接口电路来完成，根据以上分析，设计itS-3系统接口箱硬件组成如图2所示：
它由一块主板、二块插件板、一块稳压器负载电流调整电路板和设备驱动元件、电源变压器、电流扩展电路等组成，其中插件板是为检测头部、控制盒、电子部件、稳压器、高度机构、加速度计及电动机等部件提供信号匹配的；主板主要联结各个功能模块并实现电流扩展和交流电整流；接口箱一端用一根转接电缆（itS-3主电缆），通过1号～4号插头与计算机相连，将计算机提供的电源及各接口通道（D/a、a/D、D/i、D/o等）引入到rtS-3接口电路，接口箱后面板上5号、6号插头通过各个部件连接分电缆与被测部件相连，在软件的控制下，实现对被测部件的检测。
图2中1号插件板是电子部件、稳压器、加速度计提供信号匹配；2号插件板是为头部、控制盒、高度机构、电动机提供信号匹配；3号板用稳压器负载电流调整实现大功率电流；检测；主板把系统提供的电流量通道扩展为15路，并对交流电进行整流，为部件提供各种交流电源。
下面以“电子部件”检测为例说明系统对被测部件的测试过程：
直流电源由计算机系统提供，经1号插头进入itS-3接口箱，（～115伏，400HZ）外接引入，经电源变压器变压和整流电路整流后，从5号插头输出到电子部件，模拟信号（如迎角输入信号用D/a模拟）也从插头进入itS-3接口箱，经转换后进入电子部件工作后，产生的输出信号（被测信号）经5号插头回送到itS-3，经itS-3电路信号匹配后送到计算机系统，由计算机系统进行数据采集和处理后，其数据处理以报表的形式显示在显示器上，供维修人员判读并作为检修的依据。
为简化设备，提高可靠性，itS-3接口电路采用模块化结构，在充分分析被测部件的信号种类和性质的基础上，将相似种类的部件匹配电路合并制作在同一块电路板上，并将用途和参数相同的器件合并（如：抬高角线圈Q4模拟电阻R4，它既用于电子部件又用于加速度计检测），以尽量减少使用的器件数目；图2中将电子部件、稳压器、加速度计等部件的转换电路合并在一块电路上（1号插件板），此板上主要转换光流信号；而将头部、控制盒、高度机构、电动机等部件的转换电路作在叧一块板上（2号插件板），此板上主要转换直流信号；这种设计也利于消除检测中信号的干扰。对于测试接口如D/i、电流测试通道等也采用“分时复用”的方法尽量减少硬件的数量，如本系统中计算机系统提供的电流检测通道只有几路，利用itS-3主板上的扩展电路将其扩展为15路，以满足对不同部件的检测要求。由于采用了以上优化措施，极大地简化了硬件设计，实现了测试系统的通用性，使一整套系统就可代替原有十个配电完成对瞄准具10个部件的检测。且由于使用的器件和硬件接口数量较少，大大提高了系统的可靠性。
3系统的软件设计
本系统的软件包括系统软件和应用软件两类，系统软件提供了检测系统的工作环境，本系统中采用windows操作系统，因此软件无论从开发还是使用的角度来说都有很大优越性；应用软件包括C＋＋编写的检测程序、检测数据库、文本文件等。由于瞄准具的构造特点决定了需要检测的信号种类和数量繁多，包括电压、电流、电阻、时间、角度、频率、转速等，检测点数量也很多，例如综合校验一项就有32个子项目数百个检测点，而每个检测是点又有操作方法、检测条件、技术要求、实测结果等信息和数据，全套瞄准具的检修记录达数十页纸之多，若将这些信息都放在检测程序中，将使检测程序的编写变的非常复杂和庞大。因此被测设备的有关信息是存放在检测数据库和文本文件中，而不是存放在检测程序中，数据库提供所需的各种状态模拟参数（即检测条件，如需送的Da、电流、触点控制等），这些参数使被测部件按检测所需的工作状态工作来完成检测，并且数据库还将把检测到的反映被测部件工作状态的物理量（即实测结果，如：电压、电流、时间等）数据保存到库中，进行判断以得到被测部件工作状态是否正常的结果；文本文件则提供检测所需的信息（如：界面选择时的提示信息，检测过程中的操作规程信息）以及用于生成检测结果的文档模板。检测程序数据库和文本文件来确定被检设备的检修属性。检测程序与检测数据库和文本文件之间的联结关系则是通过数据库定义的。检测数据库不公存放被测设备的有关数据和体现测试项目的检测方法，而且要确定检测程序、检测数据库、文本文件之间的关联关系。由于被测设备的检修属性是反映在检测数据库和文本文件中的，因此实现了检测程序与被测设备的分离，使系统的通用性大大增强，因此本检测系统扩展检测其它类型的机载设备非常方便。例如本系统如需扩展检测其它类型的机载设备，对硬件和检测程序不作改动，只需根据设备的性质增加相应的检测数据库和文本文件即可。
4结束语
itS-3瞄准具检测系统是一种以数字计算机为核心的数据采集与控制系统，该系统具有较强的“以软代硬”功能，自动化程度和测试精度高，软件采用基于windows操作系统的开发工具设计，人机界面好，操作方便；硬件设计中采用通用接口和电路优化设计，简化了系统的硬件结构，降低了成本，提高了可靠性。它能在修理厂现有的条件下，替代大量的传统维护手段所需的各类专用信号激励装置、专用测量仪器和配电盘，进行机电式瞄准具各部件和总体技术性能的检测及调试。且系统的通用性好，易于扩展检测其它类型的机载设备，为部队和工厂维护和修理工作提供了有效手段。
参考文献：
[1]吕文龙，刘玉其.射击瞄准具讲义.中国人民解放军空军飞行学院出版,1996.
[2]张毅刚,乔立岩.虚拟仪器软件开发环境编程指南,2002.,8.
模拟集成电路设计的流程篇6
【关键词】多路选择器；模拟信号；集成电路；微处理器；模数转换器
1.引言
温度是一个很重要的物理参数，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系，因此在国民经济的各个领域中都受到普遍重视。温度检测仪表作为温度计量工具，因此也得到广泛应用。随着科学技术的发展，这类仪表的发展也日新月异。特别是随着计算机技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已经广泛应用于工业控制领域，形成了智能化的测量控制仪器，从而引起了仪器仪表结构的根本性变革。
往往在许多应用场合需要对多点温度进行检测，于是温度巡检系统便应运而生。整个系统包括：温度采样电路，滤波放大电路，多路选择装置，模数转换器，微处理器，显示电路，键盘操作电路。其中多路选择装置的设计好坏直接影响到模数转换器对现场采集来的多路模拟信号的及时接收与转换。本文采用多路选择集成电路CD4097，CD4067及微处理器aDuC834等器件设计出一种多路选择器，其性能稳定可靠，能实现20路到1路的选通。
2.主要器件介绍
2.1CD4097
CD4097为双路8选1模拟选择器，可以作为模数转换器aDC的输入通道选择器。表1为CD4097真值表。由真值表可知，当inBit=1时，CD4097将关闭所有通道，当inBit=0时，a、B、C的不同组合将会有不同的X、Y端口和ComX、ComY连通，实现通道选择。
2.2CD4067
CD4067与CD4097一样也是一种多路开关，不同之处在于CD4067是单路16选1的模拟选择器。表2为CD4067真值表。
2.3微处理器aDuC834
为了实现巡检系统的小型化，选用了aDi公司的aDimicroConverter系列精密模拟控制器的aDuC834作为中央处理器。
aDuC834融合了多种精密模拟功能，基于8052mCU内核，内置62KB闪速程序存储器和4KB片内数据存储器，一般不需要外界扩展存储器，内部集成有两路200μa∑-模数转换器aDC，一个是24位主aDC，另一个是16位的辅助aDC。aDuC834内置的滤波器和可编程放大器，在没有外部放大器和滤波器的情况下，可以直接输入±20±2.56V的电压信号，具备电源监视器和看门狗定时器，能够有效确保巡检系统的可靠运行。aDuC834可工作在外部32kHz的晶振下，通过一个片内锁相环pLL产生一个12.58mHz的高频时钟，该时钟可以通过一个可编程时钟分频器发送到片内8052。片内的8052是一个优化的单指令周期mCU。该mCU在保持和8051指令系统兼容的同时，具有12.58mipS的性能。aDuC834开发工具简单，目前流行的单片机开发环境Keil-uVision4支持在线硬件仿真，不需要额外的仿真器及下载器，通过pC机串口即可进行在线调试和下载程序。
3.硬件连线原理图设计
该温度巡检系统中温度采集部分采用铂电阻，铂电阻采用四线制接法，在四根导线中，其中有两根导线用于连接恒流源。aDuC834内部集成恒流源通过程序设置从p1.2引脚流出，另一端连接到芯片内部模拟地aGnD上，根据以上电路特点，采用CD4067作为恒流源流向切换，铂电阻另一端全部短接到aDuC834的模拟地aGnD上。
该巡检系统共有20路温度测量信号，因此需要设计一个20选1的多路选择器。根据测量原理可知，需要2片CD4067，3片CD4097，组合完成相应的硬件电路的设计。图1为20选1的多路选择器的硬件连线原理图。
4.硬件连线原理图解释
硬件连线原理图中的3片CD4097的a、B、C引脚分别连接aDuC834的p1.0、p1.1、p1.3引脚。第一片CD4097的inBit引脚接p3.3引脚，p3.3、p3.4引脚经与非门nanD连接到第二片CD4097的inBit引脚上。第三片CD4097的inBit引脚接p3.4引脚。两片CD4067的a、B、C、D引脚分别连接aDuC834的p1.0、p1.1、p1.3、p3.3引脚。第一片CD4067的inBit引脚接p3.4引脚，同时p3.4经反相器not连接到第二片CD4067的inBit引脚上。p1.0、p1.1、p1.3、p3.3负责通道选择。两片CD4067的Com引脚连接到aDuC834的p1.2引脚，恒流源电流流入Com引脚。tR01-3～tR20-3引脚为恒流源流出端，分别连接到20只铂电阻的a端，20只铂电阻的B端流出电流，短接后连接到aGnD。经CD4067选择，在tR01-4～tR20-4中每一时刻有一路输出恒定电流，流入pt100铂电阻；tR01-3～tR20-3分别连接到20只铂电阻的a端，tR01-2～tR20-2分别连接到20只铂电阻的B端。ComX、ComY引脚分别连接到aDuC834的ain1、ain2引脚上，通过通道选择在CD4097内部将tR01-3～tR20-3中的一路和ComX连通，tR01-2～tR20-2中的一路和ComY连通，将铂电阻上的电压输入到模数转换器aDC中。Sa、SB、SC、SD、en为aDuC834的输出信号，对通道进行编码，每一时刻有唯一的通道选通，供模数转换器aDC采集数据。通道选通编码如表3所示。
5.结语
本文利用2片CD4067，3片CD4097及微处理器aDuC834等器件设计出一种20选1的多路选择器。它能够将20路模拟信号通过分时操作分别与一个模数转换器aDC连通，从而达到对多路信号进行模数转换的目的，使得硬件电路连接简化和微处理器等相关硬件资源的利用率得到大幅提高。因此多路选择器的硬件设计具有重要的意义。
参考文献
[1]姜文彬，姜恩华.数字多路选择器单级及二级逻辑网络的最优化设计Ⅱ[J].淮北煤炭师范学院学报（自然科学版），2006（02）.
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[3]余永权，等，编著.单片机应用系统的功率接口技术[m].北京航空航天大学出版社，1992.
模拟集成电路设计的流程篇7
直升机自动导航系统与机上设备的交连关系如图1所示。它主要由多卜勒雷达、导航计算机、自动驾驶仪、真空速度计算机、极坐标指示器导航信号适配器和多卜勒导般信号适配器以及各种仪表、指示器构成。本文主要介绍多卜勒导航信号适配器和极坐标指示器导航信号适配器的设计。
1接口适配器的研制
1.1多卜勒导航信号适配器
1.1.1接口信号分析
多卜勒转达输出模拟和数字两种制式的导航信息。模拟信号相对于水平面，它包括雷达输出的速度信息（以直流电压形式提供给速度指示器、400Hz交流电压形式提供给自动驾驶仪）、导航信息（纵向和横向速度的交流模拟电压）；数字信号是相对于机体坐标的纵向和横向速度的数字信号。由于数字信号的脉冲宽度和信号灵敏度不符合导航计算机的要求，又因为多卜勒雷达给出的模拟信号质量优于数字信号，因此，将多卜勒雷达输出的模拟信号进行交换，实现与导航计算机的脉冲数字接口相匹配。
1.1.2适配器完成以下功能：
·将多卜勒雷达输出的以灵敏度为30mV/Kt的400Hz交流信号表示的飞机纵向（Vy）、横向（Vx）速度信号转换为以脉冲频率数表示的导航计算机的输入信号；
·将雷达输出的表示速度方向的离散信号转换为满足导航计算机需要的离散信号；
·将直升级真空速表输出的以交流模拟电压表示的真空速信号转换为以直流模拟电压表示的真空速信号送给导航计算机；
·将导航计算机输出的侧向控制信号和有效信号以及自动驾驶仪输出的巡航功能控制信号转换为自动导航的控制信号，实现自动驾驶仪的自动导航。
1.1.3适配器设计
适配器主要由a/D转换电路、aD/DC转换电路、离散信号转换电路、状态控制电路和电源电路等组成。
a/D转换电路由低通滤波器、缓冲隔离、梯度控制、a/D转换、钳位隔离等部分组成，如图2（a）所示。该电路的输入信号为雷达输出的模拟信号，制式为400Hz交流，灵敏度为30mV/Kt；输出为0.8V的脉冲信号，频率灵敏度为35.7Hz/Kt（可调）。
aC/DC转换电路由低通滤波、缓冲隔离、aC/DC转换、梯度控制电路构成，如图2（b）所示。该电路的输入信号为真空速表的输出，信号制式为400Hz交流、灵敏度为90mV/Kt；输出为直流电压、灵敏度为75mV/Kt（可调）。
离散信号转换电路由整形钳位、电平转换、反向器、缓冲器离电路组成，如图2（c）所示。该电路的输入信号为多卜勒雷达输出的代表速度方向（相对机体）的离散量，其输入高电平为+3.5V、低电平为+0.8V，输出高电平为+8V，低电平为+2V。
自动导航信号处理及控制电路包括信号控制电路和状态控制电路。信号控制电路由低通滤波、梯度控制、缓冲隔离电路等组成；而状态控制电路由电平钳位、逻辑控制、缓冲隔离及控制继电器等组成，如图2（d）所示。
上述所有功能电路，均经反复调试，优化设计，最后固化成模块。整个电路由六个模块组成，分别安装在两个印刷电路板上，如图3（a）和3（b）所示。
图中RGX-1a、RGX-1B为多卜勒雷达纵向速度信号和横向速度信号的预处理电路，包括低通滤波、缓冲隔离和梯度控制；RGX-iC为真空速信号的aC/DC变换；RGX-2为多卜勒雷达速度信号的a/D转换模块；RGX-3为离散信号的处理模块。
1.2极坐标指示器导航信号适配器
1.2.1适配器功能
该适配器完成导航计算机输出的地速串行数据（12.5±0.1kbit/s）中的目标方位、偏流角和待飞距离信号计算，并将目标方位和偏流角信号调整为极坐标指示器能够接收的符合aRinC407标准的同步器信号，将等飞距离信号调整为四位LeD显示器的显示信号。
1.2.2硬件设计
以8031单片机为信心，结合相应的电路设计，构成一个aRinC429总线信号的求解和信号匹配系统。硬件设计框图如图4所示。
图中，8031作为核心芯片，它与27256程序存储器和61256数据存储器组成单片机最小应用系统，完成对导航计算机输出的aRinC429总线信号进行采集、转换、计算和信号匹配等操作并进行控制。
3282板以HS-3228、8255等芯片构成处理电路，现将导航计算机的32位aRinC429串行数据转换为符合8031单片机8位数据总线要求的并行数据，由单片机最小系统控制，实现数据的转换和采集。
SZZ板以高精度数字/轴角转换模块和8155等芯片为核心，构成目标方位角和偏流角的数字/轴角转换电路，实现将3282板采集来的目标方位角和偏流角的数字量转换为符合aRinC407标准的同步器信号，送给极坐标指示器，使其指示相应的参数。
8279板以8279芯片为核心，构成键盘和显示器驱动电路，实现待飞距离的显示数据的处理和四位LeD显示器的功率驱动。
1.2.3软件设计
为了便于程序的调试和修改，软件设计采用模块化设计方法。程序模块主要包括主程序模块、中断服务（数据采集）子程序模块、数据转换子程序模块、信号匹配子程序模块、数码显示子程序模块等。其中数据采集子程序和数据转换子程序流程图如图5（a）、(b)所示。
2系统调试
两种适配器的主要元器件均采用军品，并经筛选，电路参数经反复计算和调整，保证了输出信号的精度。系统连机后，通过地面开车实验，长时间工作性能稳定。雷达输出的30mV/Kt、400Hz交流模拟电压信号为例，经多卜勒导航信号适配器转换为数字脉冲信号输出，其模/数转换精度如表1所示，满足了工作精度要求。
表1多卜勒导航信号适配器模/数转换精度
通道名称模拟信号数字信号Vy通道
Vx通道30mV/Kt
30mV/Kt36脉冲/Kt±1脉冲/Kt
18脉冲/Kt±1脉冲/Kt极坐标指示器导航信号适配器将导航计算机输出的aRinC429总线信号的应飞航向、偏流角、待飞距离信号转换成模拟信号供极坐标指示器使用。其转换精度和响应时间如表2所示，完全满足指示器指示精度和灵敏度的要求。到目前为止，研制的自动导航系统已经过鉴定并装机飞行4000多小时，性能优良。
表2极坐标指示器导航信号适配器数/模转换精度和响应时间
性能指标
参量名称精 度响应时间应飞航向
偏流角
待飞距离±0.9度
±0.9度
±0.1海里10ms
模拟集成电路设计的流程篇8
中图分类号：tp368.1文献标识码：a文章编号：1009-914X（2016）19-0083-01
1、系统总体方案设计
随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在日常生活中扮演着一个越来越重要的角色。由于一些生产车间对环境温度有一定的要求，希望可以实时监测温度，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。
本系统设计采用89S52做为核心控制，可实现对车间的8个点位的温度进行采集，采用Lm35实现温度的检测，检测精度可达到0.5℃。Lm35输出的是模拟量，通过aDC0809将模拟量转换成数字量后输入单片机，经过单片机控制将温度值直观地显示在LeD屏幕上。本设计运用DXp2004对硬件电路进行设计，采用C语言进行软件设计。
2、硬件电路设计
生产车间多路温度采集系统硬件电路是整个设计最底层、最为基础也最为重要的部分。其主要是由at89S52控制模块、Lm35温度采集模块、LeD显示模块、模数转换aDC0809模块组成。
2.1核心控制模块at89S52
at89S52是一种低功耗、高性能CmoS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。at89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节Ram，32位i/o口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
2.2温度传感器Lm35
Lm35就一种使用广泛的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始。在常温下，Lm35不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，在静止温度中自热效应低（0.08℃），单电源模式在25℃下静止电流约50μa，工作电压较宽，可在4―20V的供电电压范围内正常工作非常省电。工作电压4～30V，在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50μa），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。
2.3aDC0809
主要特性：8路8位a/D转换器，即分辨率8位，具有转换起停控制端，转换时间为100μs，单个+5V电源供电，模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准，工作温度范围为-40～+85摄氏度，低功耗，约15mw。
aDC0809是CmoS单片型逐次逼近式a/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/a转换器、逐次逼近。因此，aDC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与ttL兼容。
3软件设计
生产车间多路温度采集系统软件运用C语言进行程序设计，由主程序、LeD显示程序、温度采集程序、aD转换程序等组成。主程序将单片机各个参数初始化后一直工作在通路号初始化――温度采集――温度计算――通路选择――aD转换――温度显示――的工作流程中。主程序流程图如图2
LeD显示采用的是动态扫描方式，先送位码后送字码将每个7段码轮流点亮，因为每片数码管的点亮时间相当短，利用人的眼睛惰性，展现在我们眼前的就是温度的数值稳定的显示在4个7段码上。左边第一位显示第几通路，后3位显示当前通路的温度值。程序如下：
aDC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使aLe=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。StaRt上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动a/D转换，之后eoC输出信号变低，指示转换正在进行。直到a/D转换完成，eoC变为高电平，指示a/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当oe输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。程序如下：
参考文献：
[1]江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选清华大学出版社
模拟集成电路设计的流程篇9
随着电子技术的发展和高职教育的深化，模拟电子技术的教学内容和教学方法需不断改进，实践教学已被证实是高职教学中传授知识和技能的有效方法[1][2]。近年来，基于计算机平台的电子仿真被广泛应用于教学，电子仿真能有效、快速地把知识以类似实物的形成展示给学生，可以把抽象的知识具体化、技能化，从而提高学生对知识和技能的掌握。因此，把电子仿真引入到模拟电子技术教学中，是实现本课程实践教学法的有效途径。
一、模拟电子技术教学现状与改革措施
模拟电子技术内容有二极管、三极管、集成电路等，即三极管的使用被集成电路所取代。目前模拟电子技术的教学内容仍包含了大量的关于三极管的知识，比如输入阻抗、输出阻抗等，这些知识是设计由三极管构成复杂电路（如集成电路）时所必需的，而高职培养的人才主要是能正确使用电子器件，极少涉及研发性较强的有关电路设计等方面的工作。因而在授课过程中，有关集成运放方面的知识需要加强，而三极管的知识应合理取舍，取舍的方法和内容将在后文讲述。综上所述，模拟电子技术的授课需根据技术发展和应用型人才的培养目标，按照“需要、够用、实用”的原则抛弃陈旧内容，突出重点，选择合适的授课知识点，这是促进模拟电子技术教学改革的关键。
传统模拟电子技术的教学是以理论教学为主，实践教学为辅，通常采用“理论教学+实训周”的模式，理论内容在课堂上讲授，实训周则是为提高学生的实践技能。目前理论教学主要是“黑板+多媒体”，该方式手段较单一，内容展示枯燥，学生的学习兴趣不高，且该方式通常是在理论课结束后才开始实训，致使授课内容和实训内容在时间上不同步，理论教学和实践教学融合不彻底。为调动学生学习的积极性，需要把抽象的知识具体化、形象化；为减轻学生的学习压力，需要让教学活动更符合高职学生的学习规律；为增强知识的掌握和技能的运用能力，需要把知识的传授寓于实践中，通过实践增强对知识的理解和运用。为达上述目的，需促进理论教学与实践教学的深层次融合。本文在借鉴“教、学、做一体化”教学方法优点[4]的基础上，在理论教学阶段同步引入了实践教学，即在阶段性知识点学习完后，综合运用理论指导实践，实践验证理论的科学方法加深学生对知识的理解和掌握，促使学生把知识转变为技能。在该教学方法实施过程中，合理地安排教学内容、划分知识节点是保证该教学方法实施效果的关键；而以简单、便捷、灵活的计算机仿真作为实践平台则是教学实施的保障。
multisim仿真软件是美国国家仪器有限公司（ni）推出的一款用于电子电路设计与仿真的eDa软件，该软件可在windows环境下运行，界面直观，操作方便。multisim除提供了包括基本元器件、半导体器件、运算放大器以及各种数字器件外，还提供了丰富的测试仪器，如：万用表、函数信号发生器、示波器等。其电路的建模方式有电路原理图图形输入方式和电路硬件描述语言输入方式，图形输入方式具有简单、直观、易学等特点，更符合高职学生的学习规律，因而multisim仿真是实施模拟电子技术实践教学的理想平台。
二、阶段性知识点设计
模拟电子技术的课程目标是让学生掌握电子技术的基本知识和技能，能够运用电路的基本分析方法对电路进行参数设置和调试。模拟电子技术由半导体器件、三极管及其放大电路、模拟集成电路、波形发生电路、集成稳压器等部分组成。由于二极管、三极管、集成电路是模拟电子技术的重要内容，因而本文给出了这三个知识点的教学设计方案。
1.半导体器件教学设计
半导体器件部分主要是让学生了解本征Si、n型Si和p型Si的区别，pn结的结构，以及二极管的电特性和应用。其中二极管是本部分的主要知识，高职学生应了解检波、整流、稳压、开关、隔离、肖特基、发光、硅功率开关、旋转等二极管的特性及应用场合，能根据用途选择合适的二极管。此外二极管的单向导电性是需掌握的重要内容，也是本节教学的重点。在讲授二极管知识时，可用multisim自带的iV测试仪测量二极管的iV特性，讲解该曲线的形成，而后由学生根据图1所示的电路自行测量二极管的iV曲线，即在不同电压下测量电流值，测量过程可提醒学生参照iV测试仪测量的iV曲线在拐点处多测量几个点，以保证测量曲线的平滑性，通过该实践可加深学生对二极管导电特性的理解。
2.三极管教学设计
三极管内容主要有直流分析和交流分析，通过直流分析，可以给npn或pnp型三级管施加合适的电压使三极管根据需要分别工作于截止、放大或饱和状态；交流分析是利用微变等效电路计算输入/输出阻抗以及放大倍数。直流分析是三极管工作的基础，尽管在复杂电路中三极管已被集成芯片取代，但在一些简单电路中仍被使用，如利用三极管的开/关特性，可使用在自动控制电路中；再如在集成芯片引脚驱动电流（灌/拉电流）不足时，利用三极管的放大功能，用集成芯片的引脚控制三极管的基极，可在发射极获得大的驱动电流，这些典型应用需学生掌握三极管不同状态的工作条件和静态工作点的设定。
三极管接法主要有共发射极、共基极和共集电极，教学中可用射极偏置电路，如图2所示。调节电阻Rx，通过电压表观察Be、Ce电压（UBQ和UCeQ），根据三极管截止、放大、饱和的工作条件可判断出三极管的工作状态。为让学生更好地理解公式计算结果与电路电特性之间的关系，从而把理论和实践结合起来，可用公式（1）、（2）和（3）分别计算出UBQ和UCeQ，并和仿真结果进行比较。
交流分析的内容较多、较难，有些内容不适合高职学生学习，如输入、输出阻抗、放大倍数等电参数的计算；有些内容仍需掌握，如截止失真，饱和失真，以及如何通过调整电参数使电路工作于不同状态的技能。
在图2中加入信号源，并用耦合电容与基极相连，同样在集电极的输出端用耦合电容和负载相连，可得到交流放大电路，通过该电路学生可直接观察输入信号和输出信号的波形。
[JZ][XC<36.JpG>；%48%48][Ht5”K][JZ]图3截止失真和饱和失真波形[Ht5SS]
在静态电路中判断三极管的工作状态主要是根据UBQ和UCeQ的电压值，而在交流通路中可以直观地观察到三个状态下输出的波形，图3即为截止失真和饱和失真时输出的波形。通过该教学过程，也能进一步说明直流分析和交流分析间的关系和区别。
3.集成运放教学设计
集成运放构成的电路主要有：反相输入运算电路、同相输入运算电路和比较电路。应掌握的知识点有：（1）集成运放主要技术指标；（2）反相/同相放大电路的组成，电子元器件的作用，电路动态参数的计算；（3）简单比较电路的组成。如图4（a）和图4（b）所示，同相和反相比例放大电路均引入负反馈，信号的输入端分别是同相端和反相端。应用方面：同相放大电路优点在于有足够大的输入阻抗，对于输出阻抗很大的电路比较适用；缺点在于放大电路没有虚地，抗干扰能力相对较差，放大倍数只能大于1。反相放大电路优点是同相端接地，反相端虚地，抗干扰能力强；缺点是输入阻抗很小，不适用于前级电路输出阻抗很大的电路。反相比例放大电路输入/输出的信号如图5所示，可以看出输入/输出信号的波形的相位相差180度，而同相比例放大电路输出/输入信号的相位则相同（信号波形图本文没有给出）。比较电路是集成运放的另一个重要应用，它通过比较两个输入端的电压，根据比较结果输出高电压或低电压，常用于比较、判断和分析。简单的比较电路如图4（c）所示，比较电路通常工作在开环（如图4（c）所示）或正反馈状态。
图4所示的电路主要是配合理论教学使用，在学生实践过程中，可引导学生对上述电路做适当修改，设计一些简单的电路：（1）利用反相比例放大器设计放大倍数为50的放大电路，（2）利用同相比例放大器设计一个放大倍数为50的放大电路，并比较两者的输出的信号；（3）设计一个比较电路，改变参考电压值，观察输出信号的变化。
三、结语
通过将multisim仿真软件引入到模拟电子技术教学中，实现了教学活动的实践化，激发了学生的学习兴趣，提高了掌握知识和技能的能力。
[参考文献]
[1]邹洁，张彦.强化实践教学初探[J].石家庄职业技术学院学报，2010，22（4）：5658.
[2]梅德平.高校实践教学体系的建设与完善[J].高等函授学报，2010，23（2）：3638.
模拟集成电路设计的流程篇10
关键词:FC;SoC;电源管理模块;电路
中图分类号:tp331文献标识码:a文章编号:1009-3044(2010)10-2449-02
随着集成电路设计技术和超深亚微米技术的高速发展,集成电路设计已步入片上系统SoC(SystemonChip)时代。SoC是专用集成电路aSiC(applicationSpecificintegratedCircuits)设计方法学中的新技术,是指以嵌入式系统为核心,以ip核复用技术为基础,集软、硬件于一体,并追求产品系统最大包容的集成芯片。SoC是将数字电路、模拟电路、信号采集和转换电路、存储器、mpU、mCU、DSp等集成在一块芯片上实现一个系统。以超深亚微米(VDSm)工艺和ip核复用(ipReuse)技术为支撑的系统级芯片技术将是超大规模集成电路(VLSi)发展的必然趋势和主流。
为突破传统电源管理模式,将研发的智能电源管理模块以SoC为核心,利用SoC内部的aRm922t处理器提供处理能力,外部配置aD采样逻辑、存储器等资源;并采用光纤通道(FiberChannel,FC)为通信接口,通过FC总线,接收系统其它模块发送的控制命令,进一步提高了电源模块的可靠性、通用性、易扩展性和灵活的配置能力,并促进了FC技术的应用,保证了系统功能和性能的优化。
1智能电源管理模块的系统结构
智能电源管理模块是以片上系统SoC为控制中心,实现对数据的采集。模块由电压电流调理电路、开关阵列电路、aD选通转换电路、控制器、存储器、FC接口等构成,主要负责电源模块的检测和控制。当上电Bit测试正确,则电源管理模块以一组固定的动作序列去控制开关阵列pSa向外供电;若流经pSa电流超出范围is≥ismaX,控制pSa并对其进行状态转换;在应急供电下,停止对通用模块供电,只对关键模块供电;电源管理模块通过FC接口与系统管理者进行传输开关动作状态、报警信息、数据(各支路电流),记录电源自测试Bit结果、故障信息。
电源管理模块系统结构包括如图1所示的主要功能块。
2电源管理模块电路设计
2.1复位电路
复位类型包括上电复位、手动复位、调试口复位、软件复位和看门狗复位。
上电或手动复位有效时产生200ms的低电平复位信号,提供给SoC芯片作为系统复位触发源之一。调试口复位由外部调试工具产生,用于复位aRm922t处理器的调试接口。软件复位指系统根据软件运行要求生成的复位触发源。而当系统在规定时间内,没有得到响应时产生看门狗复位。
当SoC芯片接收到上述复位类型中任意一种触发复位机制,由SoC芯片输出系统复位信号对电源管理模块进行复位。
2.2时钟电路
电源管理模块中需要使用时钟的电路有:SoC芯片、FC接口。其中,SoC芯片选择53.125mHz运行时钟,内部进行4倍频提供aRm922t处理器使用。FC接口收、发数据时钟频率为106.25mHz。
2.3存储器电路
电源管理模块中的存储器是SDRam存储器。该存储器工作电压为3.3V,封装为54引脚的tSop,容量为32m*16。在设计时使用2片K4S511632e实现32位操作。SoC芯片内置SDRam存储器控制器,提供SDRam的时序控制逻辑,并且提供SDRam访问时钟,时钟频率为56.125mHz,同存储器时钟的时钟频率和相位在eDa设计时保持一致。
2.4电压转换电路
模块中使用了多种电压的电源,分别为+3.3V、+2.5V和+1.8V,统一由外部+5V经电压转换电路实现,输出电流可达到3a。由于SoC芯片要求内核上电时间万余i/o上电时间,所以在设计时对内核电压(+1.8V)转换电路增加场效应管控制,使其满足SoC芯片供电要求。
电压转换电路设计图如图2所示。
2.5模拟量输入电路
系统的模拟量信号是由多路模拟开关进行选通。多路开关是采用2片16通道模拟开关和1片8通道模拟开关,通过4位通道地址选取相应通道,其中最高位为片选位。因此,最多可选通38路模拟信号,满足本模块所需的24路模拟量信号的要求。模拟开关用于选通被测试信号,包括4路电压检测信号、16路电流模拟量信号和4路应急模拟量信号,通过对Gpio0-5配置进行通道选择。
a/D转换器件控制端直接与eBi接口连接,CS信号接eBi_CS2,读写信号则与eBi读写信号相连。a/D转换的操作为中断方式或查询方式,转换结束标志eoC信号作为外部中断连接到SoC芯片,当转换结束后产生中断,由SoC芯片读取转换结果并作出相应处理。eoC信号在设计时也连接到SoC芯片的Gpio端,可作为输入信号,当转换开始后查询该信号状态判断是否转换结束。
模拟量输入和a/D转换电路如图3所示。
2.6离散量输出电路
离散量输出主要用于控制开关阵列的工作状态,当状态一旦置出,在没有检测到错误或是在没有接受到系统管理者更新指令时,该状态是不能变更的。
在设计时,利用eBi数据作为开关阵列的控制信号。首先,对eBi数据通过锁存器进行锁存,然后进行电平转换,以此输出满足开关阵列使用的+5V电平信号,初始默认开关阵列的状态为全开,所以采用+5V上拉方式保证离散量输出信号为高电平。设计图如图4所示。
2.7FC接口
SoC芯片提供FC接口,所以只需要在外部连接串并转化器和光电收发器即可。串并转换器具有10bittx/Rx总线接口,提供并行回环测试模式,接收、发送时钟可达到106.25mHz,兼容SStL-2电平,供电电压为3.3V。而光电收发器也采用的是一款高性能光纤模块,具有4通道接收器/发送器,单通道带宽1Gbps至2.7Gbps,兼容8B/10B数据格式。设计过程中重点考虑pCB制作和FC接口端接匹配电阻的选择。
3结论
电源管理系统模块利用FC接口,通过FC总线接受应用系统中其他模块发送的控制命令,并根据命令,控制开关阵列的输出,可以实现分别为各可替换功能模块(LRm)的上下电。而当智能电源模块发生故障时,电源管理模块能够通过FC总线将故障信息发送给应用系统的主控模块。在系统控制下,发生供电系统的重构动作,从而实现电源故障隔离。
参考文献:
[1]FurberS[英].田泽,于敦山,盛世敏,译.aRmSoC体系结构[m].北京航空航天大学出版社,2002.