模拟电路设计方法篇1
（电子科技大学成都学院微电子系，四川成都611731）
【摘 要】阐释了一种实例教学法，旨在帮助学生有效的理解模拟集成电路设计，激发学习兴趣，掌握就业技能。类似的教学思路可以借鉴到各个工程学科的学习、工程师的培养中去。
关键词模拟集成电路设计；实例教学法；仿真；带隙基准源
toexploretheteachingofintegratedcircuitdesignsimulation
overviewofinstance——projectmethod
Liaowu-yang
（Departmentofmicroelectronics，ChengduCollegeof，UniversityofelectronicscienceandtechnologyofChinaChengduSichuan611731，China）
【abstract】thispaperillustratesacaseteachingmethod，whichaimstohelpstudentstoeffectivelyunderstandthedesignofanalogintegratedcircuit，tostimulateinterestinlearning，learnjobskills.Similarteachingideascanbereferencetothecultivationofvariousengineeringdisciplines，engineerstolearn.
【Keywords】analogintegratedcircuitdesign；teachingmethod；Simulation；Bandgapreference
0 引言
模拟集成电路设计常常被称为一种“艺术”，因为设计时要在各种指标、规范中间寻求适当的折中，这需要经验和创造力。但它更是一种“科学”，因为需要一定的设计方法和深入研究来指导这样的折中和创造。
这种“艺术”和“科学”的结合使教与学都充满了挑战。一方面，学生由于缺乏对模拟iC设计整体上的认识而觉得公式推导言之无味；另一方面，由于其艺术性，很难总结出具有普遍适应性的设计步骤，使学生感到迷茫困惑。
怎样达到更好的教学效果？理论与实践需要更紧密的结合！具体说来，笔者主张以“实例项目”为支撑的三个层次的学习。类似的教学思路可以借鉴到各个工程学科的学习、工程师的培养中去。
1 三层次的工程学习
第一阶段，理论课学习和基本仿真实践相结合。二者应该同步进行！在理论课中讲授了一个基本的电路模块之后，应及时针对该模块的常见特性动手实验（用Hspice等工具仿真），以实验结果来解释、应对书上的常用公式和结论！这时的实验以演示性实验、诱导性实验为主，目的是基本方法和重点结论的掌握。不把软件本身的使用作为孤立的学习内容，而是讲练结合，让仿真工具成为重要的学习工具。
第二阶段，在学习了理论知识和仿真工具的基础上，成立学习兴趣小组，完成接近实际情况、但是经过一定简化的工程项目，“实例项目”。这时的目标是把项目的全貌展现给学生，让学生学习到做项目的思路、方法和态度，激发对工程的兴趣。可以模拟以下工作环节：性能指标的讨论、确定；所用工艺的熟悉和选择；电路拓扑结构的分析和选择；电路各项指标的仿真；仿真报告的撰写；项目分析和总结。在整个过程中有两点值得强调：一是团队交流与合作。比如对于讨论、确定某项指标，学生先查找资料，提炼出自己的逻辑和结论，再“教”给其他团队成员。教别人是最好的学习！这对学生表达能力、学习能力会有很好帮助。二是数据的记录和报告的撰写。这是对学生的技术文档编辑能力（包括文档编辑软件、绘图软件的应用能力），分析总结能力的良好锻炼。这些基本能力的培养不仅使学生在模拟集成电路设计这一工程方向上受益，也提高了学生总体的工程人才素质，为更广阔的发展道路打下基础。
“实例项目”应该给出适度的引导和参照。因为学生是初学者，学习是从模仿开始的！让学生做能力以外的事情而不给予引导，不仅会事倍功半，挫伤学习动力，也不符合科学的、讲究效率的工程精神。当然引导是适度的，不能包揽。
第三阶段，选取对于这个工作方向有浓烈兴趣的优秀学生，尝试做一些具有实用性、创新性的项目。具备相关条件的情况下，可以和企业合作，做出实际的产品，让学生的劳动与智慧能够真正开花结果。
以上总述了以实例项目为支撑的工程学习的三个阶段，可在思路上为广大工程相关的老师同学们提供参考。各个阶段具体的的设计与实施，需要不同细分行业的老师同学根据自己的特点来进行。在本文的续篇“模拟集成电路设计教学探讨（二）”中，会以模拟集成电路设计中低压带隙基准源为例，阐述一个具体的“实例项目”（即上文中的第二阶段）。欢迎广大读者阅读交流。
2 结束语
模拟电路设计像很多工程学科一样，许多方法、结论需要反复实践才能掌握。“给学生一些事情去做，而不是给他们一些东西去学。”应该成为工程师培养的核心思想。本文描述了一个“实例项目”为支撑的工程学习教学思路，以供广大教育、培训人士参考。希望更多的学生能够有良好的实践平台，了解相关工作方向和工作方法，获得所需的工程素质。
参考文献
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［2］Chi-wahKok，CmoSVoltageReferences:ananalyticalandpracticalperspective[m].Johnwiley&Sonsinc，2013.
模拟电路设计方法篇2
模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。依据能力目标的不同，可以划分不同的任务类型，并据此确定任务目标，设计任务结构。
关键词：模拟电路电路设计教学模式
以大规模集成工艺为依托的各种数字电路问世以来，由于其相对模拟电路的高可靠性和灵活性，逐渐取代了各种传统的模拟电路的应用领域。但是现实的物理世界毕竟是模拟的，因此，任何数字化系统都包含有模拟电路部分，模拟电路并没有因数字电路的兴起而被完全取代。模拟电路课程仍然是电子工程、电气工程、自动控制、通信等涉电类专业的核心课程之一。
模拟电路课程的重要性还在于无论从工程技术还是专业能力结构而言，模拟电子技术都处于较为底层的位置，通过该课程的学习获取的知识、经验、工程技术方法是顺利学习上述专业几乎所有其它专业课程的基础。
模拟电路是教学难度相对较大的课程。其学习的困难性在于，学生是第一次接触以半导体器件为核心的有源电路；模拟电路“数字化”、结构化程度低，表现出的物理现象和涉及的数学工具又较为复杂；模拟电路的工程技术方法很难实现程序化，常常需要依赖经验知识解决问题。
电路设计是电子技术人员的工作邻域和具有典型性的工作过程，模拟电路设计过程相当完整地体现了模拟电路技术应用能力的内容和要求。构建基于模拟电路设计的学习任务，依据设计工作过程组织教学活动，能够较好地实现培养模拟电子技术应用能力的教学目标。
1、工作过程、能力与任务类型
一个较完整的电子系统电路设计的工作过程，包括：技术指标分析，方案设计，单元电路设计与参数调整，电路综合联调与性能测试。通过对模拟电路设计工作内容和过程的分析，完成电路原理设计过程必须具备的、应由模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。因此模拟电路课程的学习任务有4种类型：识读电原理图和技术资料、单元电路设计与电路综合、计算机仿真测试、编制设计文件。
单元电路设计与电路综合是基本任务，它引领其它类型任务和整个项目的实施完成。
不同类型的任务可以根据设计任务的需要和本身的复杂程度，作为单独的任务存在，与相关的设计任务共同组成学习项目，也可以作为完成设计的准备知识存在于设计任务之中。例如，反馈放大器设计可以作为一个学习项目，由识读反馈放大电路原理图、反馈放大电路性能分析、反馈放大电路设计3个关联的任务组成。
识读电原理图和阅读元器件技术文件是基本能力。电路设计，特别是在原理设计和电路结构设计时，极少原理性的创新，绝大多数是对已有电路的适用性改进和重新组合，这种改进和组合需要阅读已有的设计资料，借鉴他人的技术经验和成果；为提高电路性能，降低成本，提高工作效率，往往需要在电路中采用新出现的电子元器件，例如集成电路芯片，需要阅读生产方提供的产品规格书及典型应用电路。识读电原理图和技术文件对于形成和提高电路设计能力具有基础性的意义。
目前，电子电路计算机辅助设计（eDa）包括电子工程设计的全过程，例如系统结构模拟、电路特性分析、在系统可编程器件开发、绘制电路图和制作pCB。在电子工程设计中有着不可替代的重要作用，是电子工程技术人员必须具备的专业技术能力之一。在模拟电路课程的学习任务中，主要是指应用计算机完成电路图绘制、电路性能和参数的仿真测试与分析、编制设计文件等工作。
在电路设计的实际工作过程中，编写设计文件是重要的工作内容和不可缺少的环节。没有设计文件，无法进行初步设计完成以后的后继工作。对于学习任务而言，编写设计文件，是一个总结和提高的过程，有利于培养交流沟通能力和养成严谨的工作态度。设计文件也是判断和评价项目或任务完成情况的重要依据。
2、任务目标
(1)电路识读任务，是对针对设计任务收集技术资料（主要是可供设计参考的电路）并进行分析，属于电路设计的准备工作，任务的目的是为完成设计任务建立必要的知识储备。大致分为互相关联的3个层次：1)识别元器件符号、功能和主要技术指标。依据符号识别电路中的元器件是读图的基础，作为专业入门课程，对此应该给与一定程度的注意，要能够识别和了解符号的含义、主要器件功能和技术指标。根据电路中使用的核心器件，往往可以判断电路的功能。2)区分电路单元，判断电路功能。较复杂的电路系统都由单元电路构成，功能单一的单元电路也可以进一步分解为部分电路，例如放大器可分为输入级、中间级和输出级；稳压器可分为整流和稳压部分。对部分电路功能的分析，得出对整个系统功能的判断，并作为下一步工程估算的基础。3)指出电路的结构特点，估算分析电路技术指标。分析电路形式与结构，可以得出电路大致的技术性能指标，定性判断元器件参数对电路性能的影响。例如对放大器输入级、输出级电路形式和结构的分析，可以大致得出放大器的输入、输出特性；对中间级的分析，可以大致判断放大能力；依据级间耦合方式，可以判断放大器频率响应范围；甚至电源电压也可以据以分析放大器输出信号幅值。
(2)设计任务目标包括典型单元电路设计与电子线路综合设计，在定性分析的基础上实现定量估算，自顶向下完成初步的设计。依据设计工作过程，可以分解为以下阶段目标。1)正确理解任务要求，分析各项技术指标的含义。仔细研究任务的工程背景和要求，正确分析和理解各项技术指标的含义，分析实现任务要求的技术途径，这是完成设计的前提条件。2)设计总体框图，分配技术指标。参考与任务相同或相近的电路方案，选用能够满足技术指标要求的核心器件，完成方案论证。对于同一个任务，实现的方案可以有多个，应具备将不同方案加以分析、比较的能力，从中确定一种相对较优的方案。
依据选定的方案按照功能划分成若干个互相联系的模块，将技术指标和功能分配给各个模块。3)单元电路设计。依据模块的功能和技术指标要求，参考典型电路，确定电路结构，计算元器件参数完成单元电路的初步设计。4)仿真测试。模拟电路，比如放大器、滤波器等的参数比较繁琐，需要进行多次调整才能达到技术指标要求。要能够在计算机上对单元电路仿真测试，修改电路参数，观测性能指标，直至满足技术指标要求。5)电路联调，测试技术指标。在单元电路完成逐步设计的基础上，通常依据信号流向，逐级完成级联和调试直至全部电路调试完成，系统技术指标达到设计要求。这个过程是电路综合的过程，也可以在计算机上模拟仿真实现。
(3)仿真测试调整任务的目标是在电子电路设计过程中实现较为精确的量化分析。其作用主要表现在3个方面。[3]1)验证电路方案设计的正确性。当要求的系统功能确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证系统方案的可行性，进而对构成系统的各单元电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。2)电路特性的优化设计。分析恶劣温度条件下的电路特性，计算分析器件容差对电路的影响量，用于确定最佳元器件参数、电路结构以及适当的系统稳定裕度，实现电路的优化设计。3)实现电路的模拟测试。电子电路的设计过程中大量的工作是元器件参数计算、各种数据测试及特性分析。在工程估算的基础上，通过仿真测试与分析加以调整，能有效提高设计工作的效率。4)技术文件编写要求在完成电路设计的同时编写尽可能详细的符合工程标准的技术文件，包括方案设计说明、原理框图、电原理图、原理与技术说明、元器件参数计算、技术指标与特性测试数据、元器件清单等。
3、任务结构及实施
一个典型的电路设计任务由工程背景描述、任务要求、基础知识学习、设计方法与步骤、电路设计等学习单元组成。
3.1工程背景描述
工程背景描述的内容主要包括电路功能、工程应用背景、技术发展背景介绍。工程背景描述的实质是“提出问题”，工程背景描述尽可能选择具有典型性的电子工程问题为实例，解决关于学习目标的问题。
3.2任务要求
设计任务必须具备明确的工程应用背景，必须提出具体的设计要求（技术指标）。例如交流放大器设计任务，应明确提出工作频率、信号源、输出特性、输入特性、工作稳定性等要求等技术指标。提出任务要求，应依据由浅入深循序渐进的原则，从体现基本功能的一两个技术指标开始，逐步增加技术指标数量，提高设计难度。
3.3基础知识学习
基础知识学习包括任务分析、相关理论知识学习、参考方案与参考电路分析及相应的基础练习等。基础知识的学习包括理论知识、技术知识、经验知识和经验技能的学习。理论知识是重要的，因为它是能力的组成部分，同时对于学生的发展能力起到更为持续和关键的作用。在工程实践中学习和使用的理论知识才能被真正掌握并形成能力，因此应该以实现电路设计任务为依据，确定理论知识的学习内容和学习深度，力求将理论与实践、数学方法与物理概念更紧密地结合起来。
提供设计参考的电路必须是工程电路，但学习是一个循序渐进的过程，基础知识的学习会使用原理电路为学习对象，原理电路不能仅有电路结构和元器件标号，也要标注元器件主要参数，使学生在定性分析阶段就能对电路参数有直观的影像，逐步建立数量观念，这对于初次接触模拟电路的学生是十分重要的。
3.4设计方法与步骤
不同功能和结构的电路，具体的设计内容、方法与步骤各不相同。甚至同样功能的电路，技术要求不同，设计时考虑的重点、设计依据、电路结构等均有区别，但工程估算是贯穿整个设计过程始终的基本方法。
以反馈放大器为例，设计步骤如下:
选择反馈组态，选择反馈深度，选择反馈级数，确定放大级数，确定输入级、中间级、输出级的电路结构，计算电路参数，仿真测试和参数调整。容易理解，上述步骤都必定建立在必要的工程估算的基础之上。
3.5电路设计
这是学生在相对独立的情况下，完成电路设计的过程。尽量采用与前面4个学习单元及撰写设计文件交叉进行的方式实施。
不同类型的学习任务，其结构不尽相同。但区别主要是在(4)、(5)两部分。
不同类型的学习任务以“定性分析、工程估算与仿真测试调整相结合”的方法实现。
4、结语
电路设计在知识的运用上不同于单纯的电路分析与计算，依据模拟电路原理设计过程构建学习任务，组织和实施教学过程，不仅能够有效控制理论知识学习深度，促使学生较为自主地获取经验知识，并在获取知识的同时实现知识转换为技术应用能力，更有利于实现培养学生模拟电路技术应用能力的教学目标。
参考文献
[1]SergioFranco.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[m].西安交通大学出版社,2009.
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[4]m.Herpy.模拟集成电路[m].高等教育出版社,1984.
模拟电路设计方法篇3
关键词：proteus仿真；模拟电子技术；职业教育
模拟电子技术课程是我校五年制高职电子信息工程技术专业核心教学与项目训练课程，电子信息工程专业人才培养方案赋予模拟电子技术课程的任务是：使学生掌握线性典型基本单元电路的工作原理，学会分析模拟电路的一般方法，培养一定的计算分析能力，培养较强的操作技能，为学生的终身学习及工作打下坚实基
础。在教学中，如何完成专业人才培养方案赋予课程的任务？如何让电路理论与实际应用之间很好地对接？如何化繁为简、形象生动地理解所学所教？这些问题一直困扰着师生，本文结合proteus仿真软件在模拟电子技术课程中的教学做一些尝试。
一、职业院校模拟电子技术课程教学模式变革
模拟电子技术课程是电类专业非常重要的专业基础课程，它不但集繁杂理论、实验实践于一体，与工程实际也密不可分；而且对专业能力的形成、后续课程的深入学习影响深远。传统的“粉笔+书本”教学模式已经完全无法适应教育现代化进程的不断推进和
素质教育的深入开展；突出以能力为本位、以学生为主体、以就业为导向的理实一体化模式在模拟电子技术教学实践中效果明显。模拟电子技术课程理实一体化模式中的“理”是指电路的原理或理论，“实”是指实验或工程实践。理实一体化模式教学既要求师生做好理论的教和学，同时要求在课堂内外对学生展开实践教学，深入实验室、工作现场为学生进行讲解，配合理论，加深学生对模拟电子技术相关知识的理解与认知。
但在实际教学中，“实”的教学经常受到经费和实验或实践条
件的限制，无法及时提供实验或实践场所或所需元器件来装接、调整电器参数，而且存在仪器和元器件的损耗问题。在“理”的教与学过程中，师生共同面对抽象枯燥的电路理论、空洞复杂的电路分
析——干涩无味又难以理解，师生的教与学都费力、费时，还无法达到预期的教学效果。
迅速发展的电子与信息技术提供了eDa教学新平台，如果恰当地运用eDa工具软件虚拟仿真来辅助教学，可以较好地克服我们在理实一体化教学中遇到的这些困难。eDa是电子设计自动化（electronicDesignautomation）的缩写。在电子领域中，eDa技术发挥着重大的作用，是现代电子设计的核心。在模拟电子技术教学中，从早期的ewB到现在的multisim，我们的确感受到了eDa的仿真技术能打破专业教学上的一些局限性，在激发学生学习兴趣的同时保证了良好的教学效果。
二、proteus与模拟电子技术课程教学
1.认识proteus软件
proteus是英国Labcenterelectronics公司开发的eDa工具软件，虽然只有20多年的历史，但在全球的使用范围很广。proteus软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多功能于一体，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款电子线路设计与仿真软件。proteus主要由aReS和iSiS两大模块构成，aReS主要用于印刷电（pCB）的设计及其电路仿真，iSiS主要用于原理图的设计并仿真：包含有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机仿真。proteus软件所提供了30多个元件库，8000多千种元件，且随着版本的不断升级，数量仍在不断增加，元器件涉及数字和模拟、交流和直流等25个大类。
2.结合proteus仿真平台的模拟电子技术课程教学
proteus仿真结果的显示形式非常适合于学生认知电路的功能，是模拟电子技术教学良好的辅助手段。恰当地应用，不仅可以帮助学生掌握模拟电子技术教学的基础知识、基本理论、基本分析和设计方法，为学习后续课程提供必要的理论基础知识和实践技
能，还可以培养学生对知识的广泛兴趣，激发他们的创造性。与传统实验方式相比，是一种更能突出以学生为中心的开放式教学。
选择proteus软件与模拟电子技术教学相对接，是因为它不但在电路仿真功能上可以和multisim相媲美，而且它的pCB制版功能也可以和protel相媲美，更重要的是它的单片机仿真功能是其
他任何eDa软件都不具备的。可以看出proteus软件的功能不但强大，而且每种功能都不逊色于同类软件，是电子信息类专业学生学习专业课程难得的一个工具软件。当然，电路的仿真属于理想状况，并不能完全代替实验室实验。如果我们能合理安排一些实践内容和实践时间，辅以proteus软件来学习，我们的教和学就会事半功倍。
参考文献：
[1]陈其纯.电子线路.2版.北京：高等教育出版社，2008.
[2]胡宴如.模拟电子技术.2版.北京：高等教育出版社，2004.
[3]朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，等.proteus教程.1版.北京：清华大学出版社，2008.
模拟电路设计方法篇4
【关键词】eDa技术模拟电路multisim10.0
eDa技术即为通过计算机来设计电子电路和系统的计算机软件。将其应用在电路设计中能够显著提高电路设计的工作效率，减少误差，增强可靠性。
1eDa技术概述
1.1eDa技术特点
eDa技术就是以计算机为基本工作平台，结合了多种现代计算机技术而形成的开展电子产品设计技术。典型的eDa工具都包括综合器与适配器，通过eDa技术能够在设计电子系统时减少大量的工作量而交由计算机完成。并且通过eDa技术能够将电子产品从电路设计直至设计版图的整个流程都在计算机上实现自动智能化处理。当前eDa技术的应用范围十分宽广，例如机械、航空、生物、军事、教学等各个领域都已经广泛开展使用eDa技术。
1.2eDa技术类别
eDa软件大致能够分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件以及系统设计辅助软件三大主要类别。通过eDa软件的功能和应用领域可以将其分为电路设计、仿真工具、iC设计软件与其他eDa软件等。常用的模拟电子电路包括晶体管放大电路、集成运算放大器以及电源电路等。
2multisim10.0软件的应用
2.1multisim10.0特点
2.1.1元件库丰富
multisim10.0配备了海量的元件模型数据库，其中有数以千计的电路元件，其中包括基本元件、基础电路、继电器等元器件。同时，用户还能够根据自己需求来新建元器件库，给客户提供了极大的便捷。该软件中各元器件的参数可以根据需求调节。
2.1.2强大的虚拟仪表与分析功能
multisim10.0中配备了双踪示波器，逻辑分析仪、频谱分析仪等十余种虚拟仪器仪表，并且操作界面十分友好，不论是专业人士还是学生都能够快捷方便的进行操作。
2.1.3仿真范围大
multisim10.0不仅可以对数字或模拟电路实现仿真，还能够仿真射频电路。
2.1.4兼容性良好
multisim10.0网络表文件可以与Spice网络表文件进行相互转换，并且形成电路原理图。multisim10.0中电路原理图还能够与pCB软件进行传输，进行印刷电路板设计。可以看出，multisim10.0能够全程完成电路设计与印刷电路板所有设计工作，电子产品开发速度得到了提升。
2.2multisim10.0应用实例
2.2.1差动放大电路与差模信号
差动放大电路在电子技术与iC制造业中应用十分普及，其能够放大差模信号，对共模信号起到抑制作用，因此可以有效的避免零点漂移，妥善解决了直流放大电路中增益与零点漂移的问题。图1为恒流源的差动放大电路图。如不加输入信号时，首先调节R2，输出电压接近0.图2为输入差模信号电路图，输入端加上50mV，1KHz的差模信号，对节点8与节点3进行瞬态分析，获得两个大小相同，方向相反的差模输出信号。
用后处理器获得双端输出电压波形曲线图。最大输出电压为Vod=4.1034V。
2.2.2共模信号
使用相同的方法对节点8与节点3进行分析，可以得到两个大小相同，方向也相同的共模输出信号。单端输出最大电压值为38.04pv.从该数据可以得知，共模信号单端输出的抑制程度也较高。
2.2.3结论
multisim10.0是一个系统的，功能齐全的电路仿真软件，其强大的元件数据库与大量的虚拟仪表具有多种分析方式。multisim10.0软件存在以下几大优势：
（1）进行模拟电路能够调整电路参数，观察不同参数与电路性能之间的关系，同时可以重复多次的选择最合适的元件参数来设计方案。
（2）multisim10.0能够在电路测试中分析数据、曲线图形都集中在单一的设计窗口中，使用人员可以直观形象的观察到数据和图形的改编。其所显示的曲线图也较为平滑，这是其他硬件测试中无法比拟的优势。
（3）multisim10.0的虚拟仪器仪表调试十分便捷，信号干扰因素小，双踪显示时不会出现断断续续和闪烁的现象。相对于传统的模拟电路方式来说，其十分容易受到外界电源信号的影响，并且实验设备不先进，十分容易导致测量结果精确度欠佳。然而该测量结果将通过数字表现，其精确度较高。
3结束语
随着自动化水平的提高和电子领域的迅猛发展，eDa技术在电路设计中的作用越来越明显。利用eDa技术电路设计师能够高效、准确的设计电路。multisim10.0能够提供强大的元件数据库与虚拟仪表，分析方法十分多元，是电路设计教学、电路设计模拟中不可或缺的软件。eDa正在面临发展的关键时刻，eDa技术将电子设计技术推向了新的阶段，未来eDa技术将会向新器件、新工具软件等趋势发展。
作者简介
高昀（1984-）女，四川省遂宁人。大学本科学历。现供职于四川职业技术学院。主要研究方向为eda技术。
模拟电路设计方法篇5
关键词模拟仿真；电路设计；虚拟仪器
中图分类号：tp391文献标识码：a文章编号：1671-7597（2014）10-0089-01
对电子电路性能的规划和测试，以前往往采用两个方法，运用数学的方法根据公式进行计算或者将电路图制成电路板进行测试，但是这两种方法都太麻烦了，一是计算量大，二是电路板的设计过程中不可控因素太多，因此这两种方法都不能满足现在电子产品大规模集成化的需求。在计算机上进行电路的设计及仿真等各项指标的测试已经成为主流。在这样的大环境下，加拿大nteractiviimagetechnologies公司设计出了用于电子设计与仿真的软件electronicsworkbench，而multisim模块是最具特色的，其操作页面简单易学，分析功能强大，在菜单栏中提供了本软件所有的指令，深入电子线路设计者的内心。
1multisim的组成及功能
加拿大interactivelmagetechnologies公司在e1ectmnicSworkbench的基础上推出专门用于电子电路设计与仿真的软件multisim，包括VHDL/Verilog编辑/编译模块。根据自己的设计目的，在multisim里画出完整的电子线路图，进行模拟、数字或者模数混合的电路仿真，对整体的电路图进行定性的分析。multisim不需要学习计算机控制语言，也不需要编写电子电路图的程序，本身软件的环境就适合实验环境的要求。仿真分析是对电路估算的一种数学方法。每一个元件都是一个“数学模型”。
2multisim的基本特点
1）直观的图形操作页面。整个软件犹如windos下的一个软件似的操作简单，易于上手。muhisim基本界面由菜单栏、使用中的元件列表、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、仪表工具栏、仿真开关、电路窗口、状态栏构成。与所有的windows应用软件类似，菜单栏提供了本软件几乎所有的命令。在元件库中选取所需的元器件，直接拖到拖放到屏幕上，用鼠标进行连线，用于仿真的虚拟仪器相当多，操作页面与实物一样。
2）强大的元器件库。在用户界面的最左侧分为实际元件库和虚拟元件库，实际元件库里包含13个元件库，而虚拟元件库包含10个虚拟元件库，这些强大的元件库，足够电子线路设计者使用，为设计者既节省了时间和经费。按着逻辑分又包含l4个元器件箱，每个元器件箱又含有多个元件数据库。
3）强大的仿真功能。multisim可以对数字电路、模拟电路、数模混合电路以及射频电路进行仿真，显示出仿真的结果，其中包括错误的信息和出错的原因。例如节点错误或者未找到、设计规则不对等错误提示。
4）强大的分析能力。multisim提供了失真度分析、最坏情况分析、交流分析、直流工作点分析、射频分析等18种分析能力，提高了设计者的整体分析能力和电子自动化水平。
5）强大的虚拟仪器。虚拟仪器种类繁多，可以支持各种各样的电子线路的仿真实验。如逻辑分析仪、函数发生器、波特图示仪等，这些虚拟仪器的操作面板与实物相同，易于上手。
6）VHDL、Verilog及SpiCe设计输人和仿真。muhisim软件里包含SpiCe、VHDL、Verilog等模型，实现了大规模可编程器件与普通电路的连接问题，控制仿真器之间的数据传输，提高了电子线路自动化的程度。
7）与电路板设计的无缝连接。muhisim软件可以将已经完成的电子系统.net网络表文件和.plc元件文件输出到输出到UltiboardpCB进行电路板走线，最终输出pCB图形文件。
8）支持远程控制功能。muhisim软件具有远程控制功能，可以进行交互式教学，实现一对多的实验教学，在网上实现设计、讨论和仿真。
3multisim的仿真与分析
1）电子线路的输入。在multisim的页面上，“Basic”里选取和放置元器件，“Source”里选择信号源、接地端，右侧仪器箱中选择虚拟仪器。按着电路图放置元件，用鼠标进行布线。双击修改需要设计参数的激励源、虚拟仪器等。
3）仿真分析。对电子电路检查后，点击虚拟电源开关，双击虚拟仪器，调整所用的数据，然后在虚拟显示仪器上便可以得出图像曲线和数据结果。
图1multisim仿真图
4仿真过程中的问题及解决办法
1）元器件缺失。在布置电路图的过程中，设计者有时找不到仿真的元件，虽然multisim大量的实际元件库和虚拟元件库，仍不能满足所有用户的需求，缺少一个元件都会影响仿真，提示仿真错误。因此提出了几个解决的办法：①用相近的元器件代替，但性能上会有差异。②自建元件，这个过程较为复杂，还需要设计者懂得SpiCe语言。③利用元件编辑工具，对已有的相近元器件进行修改。④在eDaparts.corn网站中购买器件模型。
2）仿真提示错误。设计者在仿真电子线路时，有时会提示仿真失败。一般引起仿真失败的错误有以下几点：①节点错误：对照电路图分析，找出错误的节点，进行修正。②设计规则错误：设计的仿真图与设置的电气规则不同，根据实际情况进行修改。③提示“noconvergenceinDcanalysis”：找到miscellaneousoptions菜单，将itL1改为500～1000之间的数。④提示“timesteptoosmall”或者“noconvergenceinttransientanalysis”：找到miscellaneousoptions菜单，将itL4改为15～20之间的数。
5结论
本文对multisim软件做了简略的介绍，作为电子仿真软件，功能强大、操作简单，易于修改电路图，对各种电路无论是数字电路还是模拟电路都能够进行设计与仿真。将multisim与Ultiboard结合在一起，最终制成印刷电路板。同时也能解决高校经费不足，设备落后等情况，顺利地进行有关电工方面的教学。对于这样多样化的仿真软件是当今电子仿真软件的发展趋势。
参考文献
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模拟电路设计方法篇6
关键词：线性化压控源耦对；有源衰减器；CmoS模拟乘法器；幅度调制；正弦脉宽调制
引言
模拟信号的幅值调制在模拟信号处理中应用非常广泛，为了实现调幅的精确可控制性，本文采用±5V电源，设计出了一种以模拟乘法器为核心电路的输出信号与控制电压成高线性度的电路，并且实现了单端控制和单端输出。它在锁相环、自动增益控制、正弦脉宽调制(Spwm)、模拟运算等方面有着很好的使用和参考价值。
线性化压控源耦对是本设计电路的核心单元，要保证该电路处于正常工作状态，要求线性输入范围较小，约100mV-200mV。设计中采用有源衰减对输入信号衰减后再作为线性化压控源耦对输入信号，提高了线性输入范围，同时也保证了高线性度。另外，还使用比例减法运算电路的倍增功能，将两端输出转化为单端输出，在满足输出幅值要求时，可以进一步提高输出与输入的线性关系的精度。
模拟乘法器
核心单元以及工作原理
该模拟乘法器以线性化压控源耦对为核心结构，实现了CmoS四象限模拟乘法器。电路基本结构和工作原理如图1所示。
CmoS模拟乘法器电路结构
图4所示为核心电路模拟乘法器。电路中，m1-m8构成VY+、VY-的输入衰减器并实现电平位移，m23～m30构成Vx+、Vx-的输入衰减器并实现电平位移；m9～m14构成第一个线性压控源耦对，m15～m20构成第二个线性压控源耦对；m21m22分别提供源耦对的偏置电流。在电路工作中的输出电流i0通过电阻R1、R2形成电压双端信号输出。
模拟乘法器仿真结果
模拟乘法器的各项参数仿真如图5、图6、图7所示。
图5中，VY从-4V-+4V,步长为1V，对Vx进行步长为0．05V的DC扫描。从其直流特性曲线可以看出其线性输入范围为±4V，在±4V输入范围内，非线性误差小于0．8％，乘法器运算误差小于1％；当输入范围为±3V，非线性误差小于0．4％，运算误差小于0．6％；随着输入范围缩小，非线性误差更小，运算误差也随之减小。
图6中上图为输入端VY、Vx分别为500Hz的正弦波和输入范围为0～+4V的调幅三角波信号；下图为经过模拟乘法器乘法运算后的输出时域波形图，其调制后的波形与输入有着较好的线性度。
图7为Vx、VY，均为3．5V(DC)时对VY端的aC扫描。从其频率特性曲线可以看出－3dB带宽为8．76mHz。单端输出的运算电路设计由于R1和R2输出端为电流i0引起的电压变化，要将电流输出转化成电压输出，需要一个实现减法的电路，由两个运算放大器构成的差分比例运算电路如图8所示。
该结构由于输入端为栅极输入，所以低频阻抗非常高，其输出表达式为：
可以根据实际要求调节比例电阻Rf1和Rf2的比值，对模拟乘法器的输出电压进行倍增，可以在满足输出幅值的情况下进一步缩小线性范围，从而提高输出与输入的线性度。
结语
模拟电路设计方法篇7
目前,煤、石油、天然气等传统能源过度开采利用,引发了一系列环境问题,如雾霾、沙尘暴、龙卷风、地震、水资源枯竭、水土流失等。人与自然之间的矛盾日益突出,各种疾病频发,如埃博拉病毒、甲流、禽流感等,让人防不胜防。这些问题证实,过去的发展模式是高能耗型、重污染型。如今,人类不得不走绿色低碳环保道路[1]。解决能源问题有两大途径。一种是节能减排,提高能源利用效率,从而减少现有能源开采量。这要求科技界、工业界、生产商等积极努力地改善相关领域发展模式,研究科技含量更高的自动化、智能化产品。另一个途径是积极探索和使用新能源,增大绿色能源在现有能源结构所占的比例[2]。如太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能等新型可再生能源已经引起了普遍关注,积极研究这些新能源的利用形式、方法是大势所趋。电能与人类的生产活动密切相关,是人们所熟知的二次能源,也是其它能源的最终转化归宿。如火电厂、水电站、核电站等都是将其它形式的能源转化为电能,再供给人们直接使用。新型可再生能源的利用也不例外,最终均转化为电能。其中,光伏发电是最具代表性、发展最快的新能源利用形式。除此之外,还有风力发电、地热发电、生物质能发电等。与传统能源发电相比,新能源发电具有环保、可再生等优点;但是新能源自身具有随机性、间歇性、波动性等缺点,导致新能源发电系统不稳定、控制复杂。为此,相关学者提出微电网结构,将多种分布式电源联合在一起,形成一个容量大、稳定性好、输出电能质量高的可控单元,它既可以独立运行,也可以纳入大电网。光伏发电系统是交流微电网的一个基本单元,研究光伏发电系统显得尤为重要[3]。
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1.2光伏发电系统实验简介
光伏发电系统实验的主要内容有单晶硅电池组件、多晶硅电池组件、薄膜电池组件的i-V曲线、p-V曲线测量;离网逆变实验;并网逆变实验;不同材料光伏电池的电特性测试;光伏发电系统功率测量实验等。其中,光伏电池(包括单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜电池)组件的i-V、p-V曲线测量原理图如图1.1所示。光照由12只500w卤钨灯提供,通过控制卤钨灯的个数,可以改变光照强度。光伏电池组件输出端串联二极管D用于防止电流反向流动,起到保护光伏组件的作用。可变电阻箱能够提供一系列不同阻值电阻。在一定光照条件下,改变可变电阻箱阻值,并测试不同阻值下光伏组件端电压Upv和输出电流ipv,从而得到一系列(Upv,ipv)点,再拟合成i-V曲线。p-V曲线根据i-V曲线得到。可变电阻箱用于光伏组件i-V、p-V曲线测试,存在以下问题:(1)可变电阻箱只能提供个数有限的单点阻值,因而测得的(Upv,ipv)点有限,拟合的i-V、p-V曲线精确度有限。(2)测试过程中,光伏组件输出的大部分能量以热能的形式耗散,不仅造成了能源浪费,而且会使实验环境温度升高,温度升高进一步导致电阻值发生变化,光伏组件输出功率受到影响,从而造成测试结果不准确。特别地,当光伏组件额定输出功率较大时,可变电阻箱的实用性更差。
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2系统总体方案设计
由绪论部分可知,光伏发电系统实验中既要测试光伏组件伏安特性,又要测试单相离网逆变器输出特性、转化效率。其中,光伏组件为直流源;单相离网逆变器为交流源。如果用能馈型模拟负载代替目前使用的可变电阻箱、单相交流负载箱,则该能馈型模拟负载必需具有通用性,即它可以测试直流源,也可以测试单相交流源。能馈型模拟负载要实现通用性,一种方案是将前级负载模拟器通用化,即同一个负载模拟器通过不同控制方式或接入方式,实现交流源、直流源均可测,其基本思路可用图2.1所示框图表示。
2.1主电路拓扑
离网逆变器最大输出有功功率为270w。整个系统有功功率不超过870w,留一定裕量,系统额定功率按1kw计算。单相并网逆变器直流侧母线电压控制在400V,如果采用图2.1所示的结构,测试光伏组件时,Boost变换器需要将35.2V电压升高到400V,其功率开关占空比为0.91,实际中很难实现。对于Boost变换器,功率开关占空比一般在0.2~0.85,占空比过大,变换器将失去升压功能。因此,图2.1所示交直流通用能馈型模拟负载结构不可取,选择图2.2所示结构。直流负载模拟通过DC/DC变换器实现。DC/DC变换器包括隔离型和非隔离型,常用非隔离型DC/DC变换器有Buck、Boost、单管级联Boost、多电压Boost、Double-Boos、新型Boost、Buck-Boost、Cuk、Zeta、Sepic等;隔离型DC/DC变换器有推挽式、全桥式等。选择DC/DC变换器时,首先考虑升压或降压比能否满足实际要求,典型DC/DC变换器升/降压比如表2.2所示[13]。
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2.2控制方法
由能馈型模拟负载基本原理可知,其主要控制变量有被测试电源输出电流ix、直流侧母线电压Udc、并网电流is,如图2.12所示。前级负载模拟控制器主要控制ux输出电流ix,使其准确跟踪参考电流ixref,从而使被测试电源输出输出电流完全可控;后级能量回馈控制器控制并网电流is,使其与电网电压同频同相,并稳定直流母线电压Udc,使整个系统处于功率平衡状态。由绪论1.3.4可知,常用电流跟踪控制技术有电流单闭环pi控制、滞环比较控制等,具体结构见图1.20和图1.21。参数整定是piD控制器实际应用中的主要问题,Kp、ti、tD没有固定数学计算公式。实际应用时,根据经验现场调试,其主要原因是许多被控对象数学模型难以准确建立。单相全桥变换器采用正弦波脉冲宽度调制(Spwm),即利用正弦波作为调制波、三角波作为载波控制开关通断,如图2.14(b)所示。具体调制方式有双极性调制、单极性调制、单极性倍频调制等[17]。双极性调制时,全桥变换器对角功率开关状态一致,两组对角功率开关轮流导通,有两条电流通路.
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3交流负载模拟器设计.......27
3.1单相VSR工作原理............27
3.2单相VSR滞环比较控制............28
3.3仿真及分析........32
3.4本章小结....39
4直流负载模拟器设计.......40
4.1二次型BooSt变换器主电路参数设计...........40
4.1.1电感的选取.....40
4.1.2电容的选取.....41
4.2二次型BooSt变换器控制器参数设计...........42
4.2.1二次型Boost变换器数学模型......42
4.2.2pi控制器参数设计..........45
4.3仿真及分析......
..464.4本章小结....53
5能量回馈单元设计...........54
5.1主电路参数设计........54
5.1.1直流母线电容设计.........55
5.1.2交流侧滤波电感设计....58
5.2控制器参数设计........60
5.3双闭环控制仿真及分析............66
5.4pi+滞环比较控制的双闭环设计.....68
6实验仿真及分析
第3、4、5章分别对第2章所提出总体方案三大环节(交流负载模拟器、直流负载模拟器、能量回馈单元)进行详细理论分析,完成了主电路参数设计和控制器参数设计,并仿真验证了所设计交流负载模拟器和直流负载模拟器的功能及基于pi+滞环比较控制的双闭环控制具有更宽功率调节范围。本章在以上章节基础上,对图2.19所示系统总体方案进行仿真,重点讨论交流负载模拟器和直流负载模拟器切换时对系统产生的影响,最后对系统能量回收效率加以分析。
6.1系统总体方案仿真
图6.1(a)为光伏发电系统实验用能馈型模拟负载仿真模型,浅紫色部分为交流负载模拟器及其控制模块;浅蓝色部分为直流负载模拟器及其控制模块;绿色部分为能量回馈单元模块,图6.1(b)为能量回馈单元主电路及其控制器。对于交流负载模拟器,其被测对象为离网逆变器交流输出端口,该端口等效为220V/50Hz交流源;L1filter为交流负载模拟器交流侧滤波器;单相aC/DC模块为单相VSR变换器;BK1为被测交流源投切继电器控制信号;*xi为被测交流源输出电流参考值;aCCon为交流负载模拟器控制器,其控制方式为滞环比较控制,具体参数见3.2.2节。对于直流负载模拟器,其被侧对象为500w光伏组件,pV模块具体结构见图4.7;二次型Boost变换器作为直流负载模拟器,完成纯电阻负载模拟功能;BK2为被测直流源投切继电器控制信号;DCCon为直流负载模拟器控制器,采用pi控制方式,具体结构见图4.2;Ref为电阻参考值。对于能量回馈单元,主电路由逆变桥和滤波器构成,电网视为无穷大系统,仿真时用220V/50Hz交流电压源表示,该电压源吸收的功率表征馈网功率;Con为双闭环控制器,具体结构见图5.15。交流负载模拟器和直流负载模拟器输出端均并联于能量回馈单元直流侧,两负载模拟器在完成负载模拟功能的同时对直流母线电容充电,能量回馈单元将其存储的能量变换后传送至电网,并稳定直流母线电压。
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模拟电路设计方法篇8
1．引言
电子设计自动化（eDa）是以电子系统设计软件为工具，借助于计算机来完成数据处理、模拟评价、设计验证等工序，以实现电子系统或电子产品的整个或大部分设计过程的技术。它具有设计周期短、设计费用低、设计质量高、数据处理能力强，设计资源可以共享等特点。电路通用分析软件orCaD/pSpice9以其良好的人机交互性能，完善的电路模拟、仿真、设计等功能，已成为微机级eDa的标准系列软件之一。本文基于orCaD/pSpice9的电路优化设计方法，通过实例分析了有源滤波器的优化设计过程。
2．orCaD/pSpice9软件的特点
orCaD/pSpice9是美国orCaDinC.公司研制的一种电路模拟及仿真的自动化设计软件，它不仅可以对模拟电路、数字电路、数/模混合电路等进行直流、交流、瞬态等基本电路特性的分析，而且可以进行蒙托卡诺（monteCarlo）统计分析，最坏情况（worstCase）分析、优化设计等复杂的电路特性分析。相比pSpice8.0及以前版本，具有如下新的特点：
·改变了批处理运行模式。可以在winDowS环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图，即可直接进行电路模拟，无需用户编制繁杂的输入文件。在模拟过程中，可以随时分析模拟结果，从电路图上修改设计。
·以orCaD/Capture作为前端模块。除可以利用Capture的电路图输入这一基本功能外，还可实现orCaD中设计项目统一管理，具有新的元器件属性编辑工具和其他多种高效省时的功能。
·将电路模拟结果和波形显示分析两大模块集成在一起。probe只是作为其中的一个窗口，这样可以启动多个电路模拟过程，随时修改电路特性分析的参数设置，并可在重新进行模拟后继续显示、分析新的模拟结果。
·引入了模拟类型分组的概念。每个模拟类型分组均有各自的名称，分析结果数据单独存放在一个文件中，同一个电路可建立多个模拟类型分组，不同分组也可以针对同一种特性分析类型，只是分析参数不同。
·扩展了模型参数生成软件的功能。模型参数生成软件modeleD可以统一处理以文本和修改规范两种形式提取模型参数；新增了达林顿器件的模型参数提取；完成模型参数提取后，自动在图形符号库中增添该器件符号。
·增加了亚微米moS器件模型eKV2-6。eKV2-6是一种基于器件物理特性的模型，适用于采用亚微米工艺技术的低压、小电流模拟电路和数/模混合电路的模拟分析。
3．电路优化设计
所谓电路优化设计，是指在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上，为了使得电路的某些性能更为理想，在一定的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到电路的性能达到要求为止。orCaD/pSpice9软件中采用pSpiceoptimizer模块对电路进行优化设计，可以同时调整电路中8个元器件的参数，以满足最多8个目标参数和约束条件的要求。可以根据给定的模型和一组晶体管特性数据，优化提取晶体管模型参数。
3.1电路优化基本条件
调用pSpiceoptimizer模块对电路进行优化设计的基本条件如下：
·电路已经通过了pSpice的模拟，相当于电路除了某些性能不够理想外，已经具备了所要求的基本功能，没有其他大的问题。
·电路中至少有一个元器件为可变的值，并且其值的变化与优化设计的目标性能有关。在优化时，一定要将约束条件（如功耗）和目标参数（如延迟时间）用节点电压和支路电流信号表示。
·存在一定的算法，使得优化设计的性能能够成为以电路中的某些参数为变量的函数，这样pSpice才能够通过对参数变化进行分析来达到衡量性能好坏的目的。
3.2电路优化设计步骤
调用pSpiceoptimizer进行电路优化设计，一般按以下4个步骤：
(1)新建设计项目，完成电路原理图设计。这一歩的关键是在电路中放置optpaRam符号，用于设置电路优化设计过程中需要调整的元器件名称及有关参数值；
(2)根据待优化的特性参数类别调用pSpicea/D进行电路模拟检验，确保电路设计能正常工作，基本满足功能和特性要求；
(3)调用pSpiceoptimizer模块，设置可调整的电路元器件参数、待优化的目标参数和约束条件等与优化有关的参数。这一歩是优化设计的关键。优化参数设置是否合适将决定能否取得满意的优化结果；
(4)启动优化迭代过程，输出优化结果。
电路优化设计的过程框图如图1所示。
3.3电路优化设计实例
滤波器电路如图2所示。优化目标要求中心频率（Fc）为10Hz；3dB带宽(Bw)为1Hz，容差为10%；增益（G）为10，容差为10%。
在图2中，滤波器电路共有三个可调电位器R
gain、Rfc和Rbw，用来调整中心频率、带宽以及增益，且这种调整是相互影响的。三个可变电阻的阻值是由滑动触点的位置Set确定的，显然Set值的范围为0～1，所以将三个电位器的位置参数分别设置为aG、aBw和aFc。
由于对滤波器的优化设计是交流小信号分析，因此应将分析类型“analysistype”设置为“aCSweep/noise”；扫描类型“aCSweeptype”设置为“Logarithmic”;“points/Decade”设置为100；起始频率“Start”和终止频率“end”分别设置为1Hz和100Hz。
为了进行优化设计，在电路图绘制好后，应放置optpaRam符号并设置待优化的元器件参数。本例中参数属性设置值如表1所示。
设置好待调整的元器件参数以后，调用pSpiceoptimizer模块并在优化窗口中设置增益（G）、中心频率（Fc）和带宽(Bw)三个优化指标。并利用pSpice中提供的特征值函数定义这三个优化指标，具体设置见表2。
调用pSpicea/D进行模拟计算，在相应窗口中显示中心频率的值为8.3222，带宽为0.712187，增益为14.8106。显然这与要求的设计指标有差距，需要通过优化设计达到目标。
在优化窗口中选择执行tune/auto/Start子命令，即可开始优化过程。优化结束后，优化窗口中给出最终优化结果，如图3所示。
由图3可见，系统共进行了三次迭代，自动调用了9次电路模拟程序。当3个待调整的元器件参数分别取aG=0.476062；aFc=0.457928；aBw=0.702911时，可以使3个设计指标达到G=10.3499，Fc=9.98953，Bw=1.00777。
可见，对电路进行优化设计后，电路指标均能满足设计要求。另外，完成优化设计后，还可以从不同角度显示和分析优化结果。
4.结束语
模拟电路设计方法篇9
关键词：电子信息；专业课程；模拟电子技术
1模拟电子技术基础课程的特点
模拟电子技术基础，又称为电子技术基础模拟部分，与数字电子技术一起统称为电子技术基础。是面向电子信息学科的专业基础必修课。该课程的特点包括：重要性，模拟电子技术是现代化重中之重的技术；非线性，电子放大器是一种非线性元件，需要用非线性分析方法（图解法、微变等效近似等）；工程性，在足够精确的情况下，为了计算方便，常用近似来化简；微观性，深入到原子电子级分析问题；实践性很强，动手性很强，需要很好的实践，不实践学不好；复杂性，易受多种因素影响，如温度，随机性，光照等等影响，参数宜变，参数分散等增加了该课程内容的复杂程度；基础性，是后续电子类课程的基础，也是电子信息类专业考研的课程之一；主干性，是电子信息类本科专业的主干专业课程。本课核心是电子放大器，该课程主要就是讲放大。
模拟电子技术基础课程的基本概念、基本分析方法已经渗透到了各行各业各个领域。包括广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机等；互联网络：路由器、atm交换机、收发器、调制解调器等；工业领域：钢铁、石油化工、机加工、数控机床等；交通方面：飞机、火车、轮船、汽车等；军事领域：雷达、电子导航等；航空航天领域：卫星定位、监测；医学领域：γ刀、Ct、B超、微创手术等；消费类电子领域：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统等。电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不入”，应用广泛。
模拟电子技术基础课程的学习使学生牢固掌握模拟电子电路系统的分析能力和集成电路的创新设计能力，掌握模拟电子信号和系统的基本原理及基本分析方法，深入理解模拟电子电路系统的各个组成部分的基本原理，掌握应用所学典型模拟电子系统解决信号分析问题的方法，掌握集成电路的设计原理和实现方法。为学生进一步学习有关信息、通信方面的课程和今后的科研工作打下良好的理论基础。
2模拟电子技术基础课程的先修课程
模拟电子技术基础课程的先修课程有《高等数学》、《大学物理》和《电路分析基础》，其中最重要的也是衔接最紧密的一门课程就是――《电路分析基础》。简单来说可以将电路分析基础和模拟电子技术基础归为同一类专业课程，从内容上看，《电路分析基础》主要让学生掌握电子电路分析的基本能力，而《模拟电子技术基础》课程则是学习对模拟信号的处理分析，从模拟电子系统的各个组成部分出发，分别学习各种典型的模拟电子电路，给学生建立起模拟系统的基本构架，为后续深入学习信号与系统的分析能力打好基础。
模拟电子技术基础课程在《电路分析基础》学习的基础上，分别从微观和宏观探讨模拟电子电路系统的各个方面。微观深入到电子原子级，讨论半导体材料的神奇，进而分析二极管、三极管和场效应管在微观领域，内部载流子运动的情况，从而让学生深入体会半导体器件的奇妙之处。宏观上从集成电路出发，理解集成电路的奥妙，小到微观电子原子级，大到模拟系统及大型集成电路的设计。学习模拟电子技术基础课程之后，学生有了系统的概念，信号处理的概念，在此基础上再进行数字电子技术的学习，学生更能理解和接受，电路分析基础和模拟电子技术基础两门课虽然内容不同，各有侧重点，但很多分析方法、理论公式都环环相扣，所以可以进行对比学习，提高学习效率。
3模拟电子技术基础课程设置知识要求
模拟电子技术基础课程是电子信息专业本科生的专业基础主干必修课程，它具有自身的体系，是理论性、实践性都很强的课程，是学习很多后续专业课的基础。为今后深入学习电子技术在专业中的应用（例如在《信号与系统》、《数字信号处理》、《通信与系统》、《通信原理》、《嵌入式系统理论及实践》等后续专业课程中的应用）打好基础，为学生建立系统分析的概念，培养学生自主分析问题和解决问题的能力，帮助学生成功的从中学阶段对电压电流的具体求解，过渡到本科阶段自主进行信号与系统的分析能力的培养。
4模拟电子技术基础课程设置能力要求
模拟电子技术基础课程设置能力要求以理论基础和实践操作相结合，既保证严谨的理论体系，又结合工程实践的特点。通过模拟电子技术基础课程的学习，应能具备模拟电子电路的系统分析能力、大型集成电路系统的分析计算能力、简单的集成电路设计能力，以及电子技术系统相关专业知识的自学能力。
5模拟电子技术基础课程达成目标要求
通过模拟电子技术基础课程的学习，掌握模拟电子系统的各个部分，包括电子电路系统与信号、半导体二极管及其基本电路、半导体三极管及放大电路基础、场效应管放大电路及其应用、功率放大电路、集成电路的组成原则、集成电路运算放大器、反馈放大电路、信号的运算与处理电路、信号产生电路、直流稳压电源等典型模拟电子电路系统的分析计算能力及基本集成电路系统的设计能力，培养学生分析问题和解决问题的自主学习能力；学会用所学的典型模拟电子电路系统自主创新设计完整的模拟集成电路系统，辅助实现模拟电子电路系统的各种基本功能；能借助实际电子电路实验箱和软件模拟仿真，实现不同类型模拟电路系统的功能，通过实验环节操作训练具备处理实际工作问题的相关专业技能，理论与实践相结合，更好的理解模拟电子技术这门学科的专业知识，为后续专业课程打好基础。
6教学方法建议
和众多电子信息类专业基础课一样，模拟电子技术基础课程以理论讲授与实践操作相结合，理论部分也是以教师讲授为主，课程内容繁多，有时候为了在有限的学时内完成全部的课程内容讲授，很多教师会全程进行讲授，学生被动的接受知识，犹如过眼云烟，没有足够的消化理解相关知识点的时间，真正理解领会的知识点非常有限，不懂的内容还需要教师花更多的时间来反复讲解，其实这样的教学模式，教师辛苦不说，教学效果还会极差。理论部分的讲授应该着重抓课前预习及课后复习，上课前十分钟用来对前一次课的内容及要求预习的内容做提问，以这种方式督促学生进行课前预习和课后复习，对知识点进行巩固。
综上所述，《模拟电子技术基础》这门课程对电子信息类专业的本科生非常重要，另外电子信息类本科专业基础课程还有很多，不仅仅是模拟电子技术基础，每门不同的专业课程都有其特点和用途，学生只要从宏观的角度，理解其中的关联性和衔接性，教师也可适当让学生了解每门课程设置的知识要求、课程设置的能力要求，以及课程的达成目标要求等，只为每一位学生能学好每一门专业课，真正具备电子信息的相关专业技能。
参考文献
[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[m].高等教育出版社.
模拟电路设计方法篇10
关键词：相控阵雷达；中频信号模拟器；信号产生器；同步信号
中图分类号：tn972?34文献标识码：a文章编号：1004?373X（2013）09?0034?03
相控阵雷达天线取代了堆积多波速和频率扫描天线，在扫描方向上以高速数字式移相器实现高速电控扫描，充分利用天线波束扫描的灵活性，合理分配能量，可由一个窄波束覆盖整个扫描范围[1]。相控阵雷达中频模拟器可以提供模拟的多目标信号回波，在雷达研制过程的系统调试中，模拟器产生带有航迹参数（R，a，e及VR）调制的中频回波信号波形，可以为信号处理分系统的调试提供最便捷的信号源。也为雷达各分系统对接试验和模拟试验、操作人员的培训、雷达系统的功能测试和检查提供模拟动态飞行目标。模拟器的中频仿真信号经过电缆送到中频接收机。
1系统组成
雷达中频信号模拟器由模拟器组合和电源组合组成，中频信号模拟器组合组成框图如图1所示。
2中频信号模拟器总体设计
中频模拟器主要由反射波形模拟单元、和差支路模拟单元、模拟控制处理器及通信接口几部分组成。
系统工作原理：模拟控制处理器实时接收雷达主控机的控制字，按雷达天线波束指向，判断当前目标是否在波束内，若在波束内，则按目标距离和工作模板产生相应距离和波形的模拟回波[2]。模拟回波经过四功分后，按天线方向图、目标距离、速度等控制模拟回波的多普勒频率、各路信号幅度、差支路相位，从而模拟出近似真实的雷达回波信号。
模拟波形产生采用数字正交调制和高速D/a转换器实现，距离衰减模拟和角度衰减模拟采用高精度数控衰减器，相位跳变采用0/π转换器，系统控制和目标参数计算采用Cp6000计算机，系统总线采用CpCi总线。
3模拟器中频组合
3.1组成及功能
模拟器中频组合是中频模拟器的关键，其功能是完成反射波形产生、反射支路角度模拟。信号模拟组合的插件主要有：1块模拟器控制器主板、2块信号产生插件、1块杂波产生插件，2块数控衰减插件、CpCi总线底板、电源插板、1块同步信号传输插件，3块功率分配插件，2块合成器插件等。
3.2模拟器控制器主板
3.2.1主板功能
模拟器控制处理器是模拟器的控制中心，其主要功能是接收雷达主机发送的控制字，实时计算出目标距离、多普勒频移、距离衰减量、角度衰减量等，并按时间顺序送出这些控制量，控制系统硬件电路工作，产生相应的模拟回波。
3.2.2软件工作流程
模拟器的主要功能由各单元电路和相应的软件来实现。软件主要模块有：系统初始化模块、目标参数计算及波束内目标查找模块、目标参数输出模块、控制字接收模块等。主程序流程图如图2所示。
3.3信号产生插件
3.3.1功能
反射信号产生插件产生线性调频波形，同时实现距离延迟模拟和多普勒频率调制。
3.3.2波形产生原理
波形产生采用数字正交调制技术实现。
首先模拟器主控板Cp6000计算各种线性调频基带波形数据，在模拟器加电初始化过程中将波形数据[i（n）]，[Q（n）]送入信号产生插件双端口Ram，在模拟器工作中，信号产生插件将双端口Ram中的数据取出，送DaC5686芯片，在DaC5686芯片中完成数字基带波形数据[i（n）]，[Q（n）]与DDS产生的正交载波信号[cos2πf0+fdnts，][sin2πf0+fdnts]相乘，然后相加再经过D/a转换，得到[cos2πf0+fdt]波形，即带多普勒调制的中频回波信号，DDS载波频率为[f0+fd]，这样实现了波形模拟和多普勒频率调制。对不同的信号模型采样，即产生不同要求的模拟波形。
3.3.3波形产生器件选用
波形产生采用DaC5686芯片实现。它内部集成有数字正交调制器、32位的DDS、16位的高速D/a变换器，DDS工作时钟可达320mHz，最高输入数据率可达160mHz。
3.3.4距离延迟实现原理[3]
距离延迟单元产生相对发射脉冲具有一定时间延迟的目标距离回波脉冲。按技术指标的要求，目标的径向距离[R]与延迟时间[τ]之间有以下关系：
[τ=2×RC]（1）
式中C=2.99792458×108m/s为电波在空气中的传播速度。
3.3.5实现方法
距离延迟采用高速数字计数器实现。由计数器产生的距离延迟脉冲启动正交调制器产生中频脉冲信号。同步信号到来后并以此为基准，计数器开始计时，当计数器计数到达模拟器计算机送来的距离延迟码后，输出目标脉冲信号，实现目标距离延迟。计数器采用高速可编程逻辑器件ep1C12，计数器长度23位，可以满足16个仓的距离模糊延迟需要。
距离计数器时钟为120mHz，距离精度为1.25m。
3.4功率分配器插件设计
3.4.1功能
完成对反射信号四功分，三路用来产生和差信号，一路用来自检。功率分配插件只有一个功分器组成，将输入信号进行四功分。
3.4.2设计原理
该插件由功分器组件以及供电电路组成。设计方法如下：首先确定相对带宽，根据频率计算中心频率[fm=fa+fb2]（[fa，fb]分别为上、下限频率），确定各端口的波纹系数：
输入端口波纹系数：[ρ0max=]设计频带内波纹大小[ρm]；
输出端口波纹系数：[ρi=1+0.2ρm-1]；
输出端口最小隔离度：[imin=20log2.35ρm-1]；
t型节处阻抗变换比为4。
3.5数控衰减插件
3.5.1功能
对中频调制信号进行幅度衰减加权，加权的内容为距离衰减加权，距离衰减加权应符合雷达作用距离方程。
对方位差支路、俯仰差支路幅度加权，加权符合目标偏离波束指向的方向和大小。
3.5.2工作原理
数控衰减插件工作原理是模拟回波信号经四功分器后，一路送自检，另三路信号分别经过相移数控衰减器形成和支路、方位差支路、俯仰差支路的模拟信号，两个差支路有0/π转换器，用于模拟目标偏离波束的方向。
3.5.3和支路距离因子模拟设计
目标回波随距离的衰减特性可由雷达方程确定，将雷达方程化简为式（2）：
[pr=C0R4]（2）
式中：[C0]为由雷达参数确定的常数；[pr]为目标回波的功率，单位：w；R为目标到雷达的距离，单位：m。
由此可见雷达接近目标回波的功率与目标到雷达的距离R4成反比。
距离因子的模拟是通过相移数控衰减器来控制中频脉冲幅度变化进行的。由于目标距离不同，接收信号强弱变化。距离因子衰减码的算法为式（3）：
[Δa=40logRXRmin]（3）
式中：[Δa]为距离因子衰减码；[RX]为目标距离；[Rmin]为目标最小距离。
3.5.4目标角度模拟
目标角度模拟是实时模拟由于天线扫描或目标运动，使天线波束相对目标位置不断改变而造成接收雷达回波信号变化。角度模拟主要是对雷达天线方向性图的模拟。所以角度模拟输出[Uθ]可用式（4）表示[4]：
[Uθ=e0Fθ]（4）
式中：[e0]为波束对准目标时接收信号归一化值；[Fθ]为雷达天线方向性图函数。目标角度模拟是按目标角度特性对回波信号进行方向幅度加权及相位变化来逼真地模拟目标角度信息。
方位俯仰信号的衰减码的算法见式（5）：
[Σ1=20logsinπ?Δα1.3°π?Δα1.3°]（5）
式中：[Δα]为主阵方位与目标方位的差，单位：（[°]）。
角度模拟原理框图如图3所示。
数控衰减器采用的数控衰减组件，衰减范围为63dB，衰减精度为0.5dB，衰减量改变时相位变化小于2[°]；0/π转换精度小于2[°]，可以保证输出和差三路相位一致性不大于5[°]。
3.6信号合成插件
3.6.1功能
信号合成插件实现将两路和差信号合并为一路送中频接收机。
3.6.2设计原理
该插件由合成器组件以及供电电路组成。合成器组件由加法电路组成，相应的输入电阻决定了输入电压对电路的作用，反馈电阻的比例决定增益的大小，将输入电阻设计为相等，为避免静态偏移，将相同端用电阻接地。实现对同波束两目标三路信号共6路信号（和1、和2、差11、差12、差21、查22）的合成。
4结语
中频模拟器主要由反射波形模拟单元、和差支路模拟单元、模拟控制处理器及通信接口几部分组成。模拟器产生了带有航迹参数（R，a，e及VR）调制的中频回波信号波形。实现了雷达各分系统对接试验和模拟试验、雷达系统的功能测试和检查功能。该设计方法适用于设计和研制其他相控阵雷达的中频模拟器。
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