光电系统设计(第二章、电子电路设计中应注意的几个问题)_(1)

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问题八、 问题八、高新技术的应用
运放：低噪声、低功耗、 运放：低噪声、低功耗、 rail～rail（满摆幅）、 ～ （满摆幅）、 低工作电压 传感器：带放大器、单片机、 传感器：带放大器、单片机、 数字化 其他类：功率、电源管理、 其他类：功率、电源管理、 滤波器件、 滤波器件、 电子开关
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27
问题八、 问题八、高新技术的应用
WDT (Watchdog Timer)
时钟发生器
RST
CLR
CPU
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问题八、 问题八、高新技术的应用
DSP (Digital Signal Processor)
主要特点： 主要特点： 特殊的芯片结构—多总线哈佛结构 特殊的芯片结构 多总线哈佛结构 速度高— 单周期指令，并行处理， 速度高 单周期指令，并行处理，硬件乘法器 硬件堆栈，大容量片上内存， 硬件堆栈，大容量片上内存， 高速时钟(20∽1000MHz) 高速时钟 ∽1000MHz) 片上资源丰富— 片上资源丰富 A/D, TIMER, PWM, WDT, RTC SPI, SCI, I2C, USB, CAN, PLL 性价比高— 最低2美元 性价比高 最低 美元 生产厂家— 生产厂家 TI, ADI , MOTOROLA , LUCENT, SIMENS NEC, FUJITSU, ZILOG,IDT
3
问题二、 问题二、热设计
电路中的主要热源： 电路中的主要热源： 变压器 线性电源电路 功率驱动电路 电机 芯片 电阻
4
变压器
IN OUT
PI PO=k PI k<1
PO
5
线性电源电路
PD= ( VI – VO )×IL + VI× IS VI – VO ≥ 3V IS = 10 MA
6
功率驱动电路
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问题七、 问题七、工艺特性
1.
电路板的加工工艺
层数：单面、双面、 层数：单面、双面、多层 板材：酚醛(FR-1)、环氧（FR-4）、聚四氟乙 板材：酚醛 、环氧（ ）、聚四氟乙 ）、 瓷基、挠性； 烯、瓷基、挠性； 表面工艺：铅锡、镀金、阻焊、 表面工艺：铅锡、镀金、阻焊、丝印 孔径： 、电阻电容、连接器、过孔、 孔径：IC、电阻电容、连接器、过孔、盲孔
问题八、 问题八、高新技术的应用
2.
设计方法方面： 设计方法方面： a、原理图：图形符号→逻辑方程 、原理图：图形符号→ HDL→ →HDL→VHDL b、模拟方式→数字方式 、模拟方式→ c、硬件方法→软件方法 、硬件方法→ d、单一方法→多学科综合方法 、单一方法→
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问题九、 问题九、软、硬件联合设计
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问题七、 问题七、工艺特性
2.
元件装插工艺： 元件装插工艺： 手工、流水线、自动装插； 手工、流水线、自动装插； 3. 焊接工艺： 焊接工艺： 手工、浸焊、波峰焊、回流焊、热风焊； 手工、浸焊、波峰焊、回流焊、热风焊；
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问题八、 问题八、高新技术的应用
1.
电子元器件方面 数字器件： 数字器件： 74xx→74LSxx-→74Fxx COMS→HC/HCT PAL → GAL→ FPGA → EPLD → ispLSI
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问题八、 问题八、高新技术的应用
单片机（ 系列为例） 单片机（以51系列为例） 系列为例
ROM：ROMless → MASK → ： EPROM → E2PROM → FLASH E2PROM RAM: 128B → 256B → 256+4K 中断源（数目）： ）：5→ ； 中断源（数目）： →13； 主频： ～ 主频：6～12MHz → DC ～ 60MHz； ； 工作电压： 工作电压：5V → 1 .2V ～ 6V； ；
2
降低成本的主要措施
物尽所用，量体裁衣； 物尽所用，量体裁衣； 硬件软化； 硬件软化； 充分挖掘系统资源； 充分挖掘系统资源； 尽量多的采用新技术； 尽量多的采用新技术； 选择合适的供货渠道； 选择合适的供货渠道； 进行科学、合理的设计； 进行科学、合理的设计； 严格管理，减少库存，减少损耗； 严格管理，减少库存，减少损耗；
13
系统中容易受干扰的部分
弱信号检测电路； 弱信号检测电路； 高频电路； 高频电路； 计算机信号线； 计算机信号线； 数转换电路； 数/模、模/数转换电路； 模 数转换电路 数据通信电路； 数据通信电路；
14
电磁干扰的解决措施
1.
屏蔽：针对微弱信号探测器、变压器； 屏蔽：针对微弱信号探测器、变压器；
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问题五、 问题五、可维修性
完备的信号测试点； 完备的信号测试点； 足够的维修空间； 足够的维修空间； 元件封装型式的选择； 元件封装型式的选择； 设计系统自检软硬件，便于故障定位； 设计系统自检软硬件，便于故障定位；
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问题六、 问题六、人体工艺和美学设计
手感：大小、重量、 表面质量； 手感：大小、重量、 表面质量； 使用者差异：身高、用手习惯； 使用者差异：身高、用手习惯； 外观：形状、比例、布局； 外观：形状、比例、布局； 色彩搭配； 色彩搭配；
屏蔽层
15
电磁干扰的解决措施
2.
隔离：电隔离、 隔离：电隔离、光隔离
VO
VI
调制
解调
R1 VI
V+
R2 VO
16
电磁干扰的解决措施
3.
Av
滤波：电源电路、 滤波：电源电路、放大电路
0
f0
f
17
电磁干扰的解决措施
4.
阻抗匹配：通讯系统 阻抗匹配：
Ro=50Ω
V1 A
Z1= 50Ω B
Ri=50Ω
V+ V+ VI VO t VV7
发热带来的影响
电路不能正常工作，甚至完全损坏， 电路不能正常工作，甚至完全损坏，MTBF短； 短 降低元器件的使用寿命； 降低元器件的使用寿命； 影响系统精度： 的参考源， 影响系统精度：A/D 和 D/A的参考源，运放的 的参考源 零点漂移，光电传感器暗电流、热噪声； 零点漂移，光电传感器暗电流、热噪声； 能量使用效率低； 能量使用效率低；
8
改善热性能的措施
1.
降低系统功耗
选用CMOS器件； 器件； 选用 器件 选用高集成度的芯片； 选用高集成度的芯片； 降低电路工作频率； 降低电路工作频率； 选用高效率器件： 选用高效率器件：LED、SETP MOTOR； 、 ； 改变电路的工作模式； 改变电路的工作模式； 降低电路的工作电压： 降低电路的工作电压：5V 3.3V 2.7V 2.5V 1.8V 1.1V； ；
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问题八、 问题八、高新技术的应用
接口芯片
ROM：EPROM、E2PROM、 ： 、 、 FLASH SE2PROM、 、 OTP RAM: SRAM、DRAM、 、 、 双口RAM 、FIFO 双口
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问题八、 问题八、高新技术的应用
接口芯片
A/D：高速、低功耗、带参考源、 ：高速、低功耗、带参考源、 串行接口、 采样保持 、串行接口、 电源管理、自定标； 电源管理、自定标； D/A：高速、低功耗、带参考源、 ：高速、低功耗、带参考源、 串行接口、 多通道、 串行接口、 多通道、 电源管理； 电源管理；
光电系统设计
第二章 电子电路设计中 应注意的几个问题
1
问题一、 问题一、成本
元器件方面 精度、速度、功耗、性能、等级、 精度、速度、功耗、性能、等级、批 量大小、封装； 量大小、封装； 印制板 板材、层数、工艺、表面处理、 板材、层数、工艺、表面处理、 加工周期、批量、线条复杂程度； 加工周期、批量、线条复杂程度；
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问题八、 问题八、高新技术的应用
单片机（ 系列为例） 单片机（以51系列为例） 系列为例
功耗：几百 几十mA → 几mA→µA 功耗：几百mA → 几十 → 其它特性：片上A/D、D/A、PWM 、WDT、 其它特性：片上 、 、 、 双DPTR、双SIO、LCD驱动 、 、 驱动 Power management 、 事件捕捉
1.
功能切块合理
2.
相互验证、密切合作； 相互验证、密切合作；
3.
原理图
时序图
流程图； 流程图；35Βιβλιοθήκη 问题十、 问题十、设计平台
1.
SCH设 SCH设计软件 PCB设计软件 PCB设计软件 PLD设计软件 PLD设计软件 电路仿真软件
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2.
3.
4.
29
问题八、 问题八、高新技术的应用
ARM
由英国ARM公司授权，全球几十家公司生产， 公司授权，全球几十家公司生产， 由英国 公司授权 成本低， 成本低，功耗低 集成度高，接口丰富： 集成度高，接口丰富： SDRAM USB RTC INTERNET LCD PCI A/D D/A I2C SPI UART 软件支持丰富， 软件支持丰富，可运行操作系统 主要用于信息终端和便携式设备
9
改善热性能的措施
2.
提高电源电路的转换功率
线性电源 → 开关电源 使用低压差稳压器 减小铁芯损耗 减小电源电路的工作电流
3.
及时排出系统内的热量； 及时排出系统内的热量； 4. 优化电路布局，正确安装发热器件； 优化电路布局，正确安装发热器件；
10
问题三、 问题三、电磁兼容性设计
EMI——Electron-Magnatic Inteference； ； EMC——Electron-Magnatic Compatibility； ； 电磁干扰频率范围： 电磁干扰频率范围： 0 Hz ～ 150 KHz 150 KHz ～ 30 MHz 30 MHz ～ 300 MHz 300MHz ～ 1 GHz
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部分国际权威电磁兼容性认证机构
UL ----美国 ----美国 CE ---- 欧共体 BE ---- 国际电工委员会 JIS ---- 日本 UK ---- 英国 DIN ---- 德国 CCC ---- 中国
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主要电磁干扰源
继电器 电机 激光器电源 可控硅 高频数字电路 电源变压器 尖峰放电如雷电等 射频调制器 开关电源 电弧放电 电刷触点切换 脉冲 上万伏 开关噪声 高频噪声 漏磁 短时高压 高频噪声 开关噪声
V2
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电磁干扰的解决措施
优化布线：回路设计、多层板应用、优选板材料； 优化布线：回路设计、多层板应用、优选板材料； 软件算法； 软件算法； 微弱信号：就近放大、窄带滤波、锁相放大； 微弱信号：就近放大、窄带滤波、锁相放大；
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问题四、 问题四、机械特性
冲击、振动、加速度等； 冲击、振动、加速度等； 电路板安装固定方法； 电路板安装固定方法； 电路板机械强度（大小、形状、厚度、板材）； 电路板机械强度（大小、形状、厚度、板材）； 元器件的固定方法； 元器件的固定方法； 电源线的抗拉、抗折强度； 电源线的抗拉、抗折强度； 外壳的机械强度； 外壳的机械强度；