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电子技术

07-17

2021

电路仿真软件介绍

电路仿真，其含义就是将已经设计出的电路图通过电路仿真软件进行模拟，模拟出实际功能，然后通过对其进行分析改进，以此来实现对电路的优化设计。实际上，我们用的电路仿真软件就是以电路这门学科为基础的，延伸出来的一个帮助我们更好地学习数电、模电的软件。实现设计的关键环节就是仿真过程，以此来判断设计者的思路正确与否，方便我们修改，也节省了大量的实验材料，更适合未来的发展趋势。我们现在所用的电路仿真软件已经趋近于成熟阶段，但这其中的发展过程却是漫长而艰辛的。那么电路仿真软件的真实历史到底是怎样的呢？导致其飞速发展的原因又是什么呢？以及我们现在常用的电路仿真软件现状又是什么样的情况呢？在本文中将逐一介绍。一、仿真软件的概念以及领域仿真软件（simulation software）是一种计算机软件，用于模拟。它是一个仿真的工具，与仿真硬件相似。仿真软件自20世纪50年代中期以来一直在不断发展。它的发展补充了仿真的应用、算法、计算和建模以及其他技术的发展。[1]1984年出现了第一个数据库中心仿真软件，并出现了人工智能软件系统（专家系统）。这种发展趋势将使仿真软件具有更强大的功能，并且更加灵活，可供更多用户使用。仿真的目标是不断提高导航模块对用户导向和模型测试的描述能力。不同技术水平的用户通过仿真软件可以使用他们的定制语言，使与计算机对话变得方便，来完成模拟测试与建模。仿真是通过建立真实的系统模型和使用可观测模型来研究真实系统的实验过程。最初，仿真技术主要用于航空、航天、核能和昂贵的核反应堆，或一些寿命周期长、危险度高的测试系统，其他实物领域难以实现。电力、石油、化工、冶金、机械等逐步发展，已进一步扩展到社会系统、经济系统、交通运输系统和生态系统等非技术系统。可以说，现代的仿真技术和仿真系统已经成为任何复杂系统的集成体，尤其是高新技术产业是非分析的重要手段。缺乏研究、设计、评估、决策和培训。其应用范围不断扩大，应用效率也越来越显著。该系统是基于模拟控制理论，将基本计算机信息处理技术、理论基础、计算机等设备作为专门的工具，利用系统的实际或虚拟模型测试系统，依靠专家应用实验知识、统计数据和信息数据来分析结果。并给出全面的测试决策。[3]广义而言，仿真系统方法适用于任何领域，包括电气、化学、电子、机械等，以及经济、政治、交通、管理等。二、仿真软件发展迅速的原因电路仿真软件的发展为什么会如此迅速呢？主要原因在于计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高、成本低等特点，被广泛用于电力电子电路（或系统）的分析和设计。除计算机模拟外，还需要减少劳动强度，以取代许多繁琐的手工分析系统，提高分析和设计能力，避免分析方法在近似过程中带来较大误差，通过互补试用，降低最大设计成本，缩短系统开发周期。计算机模拟技术很大程度上加快了电路设计和实验过程。仿真是设计电路和系统的有效手段。电气工程电路及其组成系统的主要功能是控制能源转换和传输过程。电力的形式需要改变，控制方法取决于电子电路。电力和电子的结合构成了电力电子学的主题，这是一个相对年轻的领域，这也是一个综合运用多种科学的边缘领域。电子控制电路，功率能量大，惯性相当大，速度非常快。这两个系统，特别是构成闭环系统时，用自动控制术语来说属于病态系统，即意味着存在不易于解决的稳定性问题。这种类型的系统的质量在20世纪80年代后期迅速提升，原因是运用了计算机模拟技术。当使用计算机进行仿真时，通过选择适当的电路设计软件解决了这个问题。少数软件多是解决线性、连续工作的稳态电路存在的问题。而大多数软件适用于连续稳定的工作电路，也适用于开关调整的启动调整电路。换句话说，您可以模拟电气工程电路，并且可以读取任何一点电流，或者任意两点之间的电压，还可以进行频率响应、频谱分析、温度分析、参数分析、蒙特卡罗分析、最坏情况分析、噪声分析等等。可以说，后面几种分析在面包板上是无法进行信号模拟的，但是可以通过仿真软件在计算机上运行，因此仿真软件具有使用方便的优点。近年来，电力电子领域发展还促进了能源电子领域的发展。除了电力电子的内容之外，所谓的能源电子主题还需要考虑材料、环境、可靠性和管理问题，以良好地解决能量转换问题。由此我们可以看到，使用如此复杂的系统工程，您可以通过使用计算机来快速获得结果，以快速处理信息。仿真的必要性和有效性，是显而易见的。这是电路仿真软件快速发展的原因。仿真软件是电子领域电路分析和辅助设计的重要工具。利用电路仿真软件快速分析电路性能参数有助于确定设计方案并选择设计参数，从而提高设计效率。克服传统研发周期的缺点，设计人员可以直接集中在设计层面，缩短整体设计周期。出于这个原因，模拟系统有各种各样的软件应用程序。模拟电路仿真的主要应用是EWB、SPICE PROTEL、MATLAB等。他们实现了从简单到复杂的功能，操作复杂而智能化，界面日益可视化。模拟电路仿真软件的研究与模拟电路仿真软件的理论、实现和应用有关，理论研究促进了软件的应用。同时，仿真软件应用也促进了仿真软件的理论研究。仿真软件的实施规则是理论与应用互相“沟通”的桥梁。在电子技术发展的过程中，根据计算机辅助技术干预的深度和广度，有三种类型的设计方案，即三个阶段。第一种方法是所谓的常规设计方法，所涉及的电子系统通常很简单。第二种方法通常被称为CAD（计算机辅助设计）方法，用于数据处理、模拟评估、设计验证等。第三种方法是所谓的EDA方法，它是在电子产品向更繁杂、更高端，向智能化、人性化、微型化和集成化方向发展过程中逐渐产生并完成的。三、电路仿真软件Multisim用Multisim软件对电子电路进行设计，就好像是在实验室面包板上搭建电路，并且不受器件类型、器件数量和测试设备的限制。Multisim软件可以进行模拟分析、仿真测试，设计和实验同步进行，易于调试和修改。仿真实验不消耗真正的测试设备和组件，实验成本低。该软件可以完成从电路仿真设计到电路布局生成的全过程，为设计电子系统和开发电子产品提供了一个真正便捷的途径。它包括电路原理图输入和电路硬件描述语言输入方法，具有丰富的仿真分析功能。为了处理各种应用，Multisim引入了许多版本，如EWB（电子工作台）、Multisim 2001、Multisim 7、Multisim 8、Multisim 9、Multisim 10。由于具备这一优势，高等教育机构的职业教育有着广泛的认知基础。由于Multisim 10.0对SPICE仿真的复杂内容进行了抽象化处理，因此无需了解模拟和分析新设计的详细SPICE技术，就可以用于快速捕捉，并且适用于电子教育。利用Multisim和虚拟测量技术，您可以捕捉和模拟从理论到电路图的所有内容，您可以对原型和测试完全集成的设计流程进行测试。通过使用Multisim进行电路设计，您不需要专门学习计算机控制语言和各种I/O命令，无需编写程序电子电路图。只需将设计好的虚拟电子元件和虚拟仪器放置在Multisim10.0电路设计窗口中，将相应的虚拟元件和测量接口连接到连接和节点并观察虚拟测量。近年来，为了完成理论教学方法和实践教学方法的有效结合，研究电子模拟教学方法的运用，模拟教学方法带来了事半功倍的效果，并在有限的时间内给学生提供了大量的知识。通过使用模拟软件让学生独立进行实验和问题探索，学生可以有效地培养自己的学习能力，巩固自己的理论基础。目前的最新版本为Multisim 11.0。Multisim 11.0支持Win7和Vista系统。且功能强大、灵活性强。包含了许多功能多样的虚拟功能，替代了现实实验室中常见的各种仪器，如万用表、函数发生器、示波器以及其他仪器。这些虚拟仪器为老师和同学提供了一种便捷且准确的方式来获得实验结果，同时也奠定了将来他们在实验室中使用这些仪器的良好基础。实验性的原理设计通常是建立在无焊接的电路实验板上，学生必须通过技术、文档和视觉检查来确保他们所设计的原型能够正常运行。通常来说，很多时间都浪费在了纠正简单的连线错误上。因此计算机辅助的设计工具的重要性就体现出来了。Multisim 11.0提供了一个虚拟的3D实验电路板环境，同学们就可以通过这样的虚拟程序，以及对完成之后的状态的正确性给予反馈的NIELVIS电路实验板来学习电路设计基础。总结模拟电路仿真软件的理论、实现和应用等几个方面是模拟电路仿真软件研究的基础。理论上的研究促进了软件的发展，同时仿真软件的应用也促进了仿真软件的理论研究，而仿真软件的实现准则是应用与理论之间“沟通”的桥梁。总之，电路仿真软件的历史较为悠久，发展过程较为漫长。我们现在所用的电路仿真软件Multisim 11.0是全球相对完善的软件，无论是电气领域还是能源领域都离不开电路仿真软件，因此对这个软件的熟悉以及融会贯通是是十分重要的。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的电路仿真软件历史发展与现状。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-16

2021

FPGA电路板散热设计

FPGA核心控制板的PCB散热设计近年来，随着电子产品的微型化、集成化与模块化，电子元件的安装密度增大，有效散热面积减小。因此，大功率电子元件的热设计与电路板的板级散热问题备受电子工程师的关注。FPGA控制系统能否正常工作的关键技术之一就是系统的散热问题。PCB热设计的目的是采取适当的措施和方法降低元器件的温度和PCB板的温度，使系统在合适的温度下正常工作。虽然PCB的散热措施很多，但需要考虑到散热成本与实用性的要求。本文通过分析FPGA核心控制板实际存在的散热问题，对FPGA控制板的PCB进行必要的散热设计，使FPGA控制板工作时具有良好的散热性能。一、FPGA控制板与散热问题设计一种教学与科研应用的FPGA核心控制板，主要由主控芯片FPGA、+3.3V与+1.2V电源电路、50MHz时钟电路、复位电路、JTAG与AS下载接口电路、SRAM存储器以及I／O引出接口等部分组成。主控芯片FPGA采用Altera公司的CycloneIII系列QFP封装的EP3C5E144C7。FPGA核心控制板系统结构组成如图1所示。FPGA核心控制板PCB的热量主要来源有：(1)控制板需要+5V、+3.3V与+1.2V等多种电源供电，电源模块长时间工作产出大量的热量，如果不采取有效散热措施，导致电源模块发烫无法正常工作。(2)控制板的FPGA时钟频率为50MHz，PCB布线密度大，随着系统集成度的增加，系统功耗也相对较高，需要对FPGA芯片做必要的散热措施。(3)PCB本身基板发热，铜导体是PCB基本成型材料之一，铜导体覆蚀线路自身电阻因电流交变功率损耗而制热。基于以上FPGA核心控制板的电路系统热量来源分析，需要对FPGA核心控制板采取必要的散热措施，提高系统工作的稳定性与可靠性。二、FPGA控制板的PCB散热设计2.1电源散热设计FPGA核心控制板接入+5v~b部直流电源，要求可提供lA或以上的电流。电源模块选择LDO芯片LT1ll7，它将+5V直流电源转换成主控芯片EP3C5E144C7所需+3.3VVCCIO端口电压与+1.2VVCCINT内核电压。其中LT1117采用小型SOT23贴片封装。通过上述分析可知，设计电源电路时需要两片LT1117芯片，满足FPGA所需的+3.3V与+1.2V电压的供电要求，PCB设计时对电源模块的散热做如下处理：(1)由于电源模块长时间工作会产生一定的热量，相邻电源模块布局时保持一定距离，距离太近不利于散热，布局时将两个LDO芯片LT11l7距离设置20mm或以上。(2)对放置LDO芯片LT1117位置处进行单独敷铜处理，有利于电源散热。(3)必要时对LDO芯片增加散热片，保证电源模块快速散热，为FPGA芯片正常供电。2.2散热过孔设计在PCB发热量大的元件底部和附近放置一些导热金属化过孔。散热过孔是穿透PCB的小孔，孑L径为0.4蚴～lmm左右…。孔径不宜太大，过孔问距设置为lmm～1.2mm。过孔穿透印制电路板，使印制板正面的热量延PCB背面快速传导至其它散热层，发热面的元件快速冷却，而且可以有效地提高散热面积和减少热阻，提高电路板的功率密度。2.3FPGA芯片散热设计FPGA芯片热量主要来源动态功耗，如内核电压功耗与I／o电压功耗，存储器、内部逻辑以及系统产生的功耗，FPGA控制它功能模块(如视频、音频模块等)等都会产生功耗，因此伴随有热量产生，有必要对FPGA芯片做散热处理。设计FPGA芯片的QFP封装时，在FPGA芯片中心处加了一块尺寸为4.5mmX4.5mm的铜箔，并设计一定数量的散热焊盘，根据实际需要还可加散热片。2.4敷铜散热设计PCB敷铜不但可以提高电路的抗干扰能力，还能有效促使PCB板的散热。采用AltiumDesignerSummer09软件设计PCB一般有两种敷铜方式，即大面积敷铜与栅格状敷铜。大面积条状铜箔存在的缺陷是PCB板长时间工作会产生较大热量，导致条状铜箔容易膨胀和脱落。因此，考虑到PCB良好的散热性能，对PCB敷铜设计时采用栅格状铜箔，设置栅格与电路的接地网络连通，提高系统的屏蔽效果与散热性能。总结PCB散热设计是保证PCB板工作稳定性和可靠性的关键环节，而散热方法的选择是要首要考虑的因素，具体散热措施的设计与应用是PCB散热的核心问题。本文在设计FPGA核心控制板的PCB时，以分析FPGA控制系统的热量来源为出发点，根据实际散热需求，对FPGA控制板的电源模块、FPGA控制芯片、散热过孔与敷铜散热等进行设计。FPGA控制板所采用的散热方法具有实用性、低成本与易实现的特点。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的FPGA核心控制板的PCB散热设计技术。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商：松翰、应广、杰理、安凯、全志、realtek，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
07-15

2021

PCB设计规范与工艺

可制造性的PCB设计规范DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点，是企业产品取得成功的途径。PCB(Printed Circuit Board，印刷线路板)是电子产品中重要的电子部件.是电子元器件实现电气连接的载体，而PCBA(Printed Circuit Board Assembly，PCB组件，即把电子元器件装配到PCB板上形成的半成品)是实现电子产品电路系统功能的硬件主体。本文针对电子产品中的PCB组件制造，从多个方面浅谈PCB设计的一些规范，达到实现PCB组件的可制造性的目的。一、PCB DFM设计基本原则(1)减少PCB组装的制程工序及成本，尽量使零件置于PCB的主焊接面。(2)相同或相似的元件应置于同一列或一排并且极性应指向同一方向。(3)在PCB上按尺寸及数量均匀的分配元件以避免PCBA在回流过程及波峰焊接过程中变形。(4)连接器和插座应置于PCBA的主要焊接面(5)不要在PCB的两面部设计通孔设备。(6)设计中应尽量考虑自动装配，尽量减少人工操作。(7)避免使用跳线及任何额外的人工操作。(8)设计中考虑设备调试的要求。(9)设计中考虑各种变量的误差。二、PCB外形及尺寸设计PCB外形和尺寸是由贴装机的PCB传输方式、贴装范围决定的。根据设备能力指数，目前通常的PCB组件生产厂家能生产的PCB拼板尺寸范围为：最小50(长)*50(款)mm，最大520(长)*400(宽)mm，PCB厚度0.2mm~~4.5mm。为提高SMT机器的利用率与平衡率，通常要求PCB拼板的尺寸尽量做大(同个拼板中单扳越多越好，只要不超过设备允许尺寸范围)，当然也要同时考量拼板的可拿放性以及拼板的受压变形隐患。三、PCB工艺边大部分装配PCB都要有上下轨道边，又称之为PCB工艺边。PCBA装配设备传送边宽度通常设计是5～10mm，用于接触PCB工艺边带动PCB的行进装配。通常在实际PCB板距离PCB边缘3mm内不可以置放元件.以免线路板装配时机器轨道夹住元件焊盘无法安装。如果单板板边3mm内有元件，则该板一定要加上PCB工艺边。如果装配元件本体超出板边或平齐板边，则该板裸扳不允许放置在传送设备进行生产并且该板边不允许设置成V-Cut拼板方式，而需要依据具体情况以镂空板边部分或采用邮票孔方式连接板边。如果该板一定要使用SMT生产设备进行生产，则需要使用特制的治具载板作业。如果插件元件本体超出板边或者平齐板边，则需经过分板之后再进行波峰焊制程。PCB上的金手指边不可当作传送边。四、PCB拼板的V-CUT与邮票孔连接设计当PCB板与板之间为直线连接，边缘平整且不影响器件安装，则PCB拼板可用V.cUT方式连接各个小板。V-CUT为直通型，不能在中间转弯。使用V-CUT拼板设计的PCB推荐的板厚为0.6O2.0mm。刻槽的深度是(针对常用的FR4PCB材料)上下各l/3板的厚度。对于需要机器自动分板的V-CUT连接PCB，为了保证PCB分板加工时不出现露铜缺陷，在PCB布线设计时要求所有的走线及铜箔距离板边大于0.50mm，而元器件实际物理边与v_CuT处的距离应该大于lmm。如果PCB拼板中板与板之间的连接不是直线，则可以使用邮票孔连接的方式连接拼扳中的各个小板。一般情况下邮票孔连接部分采用四个贯穿孔方式，邮票孔不可以在零件正下方，邮票孔距离布线边缘最小为0，5ram。五、PCB光学定位点设计为便于SMT生产设备进行精确的光学定位，FiducialMark(光学定位点)为PCB必要设计。PCB光学定位点SMT机器打件想当重要，它的好坏将直接影响机器置件精度。全局光学定位点(Globalfiducialmark)：一般要求PCB最少要有2个全局光学定位点(通常又称为大板Mark点)，其大小和形状应当一致，而3到4个全局光学定位点对SMT生产更佳。至少的2个全局光学定位点应该分布在拼板的对角线上，如果PCB需要双面生产，则两面均要有全局光学定位点如果是单面板，建议单板板内和工艺边(即轨道边)部加上定位点。光学定位点通常设计为直径1.0mm的实心圆。在光学点圆心直径为实心圆直径加2.0mm的圆形区域需要进行阻焊开窗。光学点制造工艺上要求表面洁净、平整，边缘光滑、齐整，颜色与周围的背景色有明显区别(关键要和基准点颜色有明显对比)。光学点背景内不准有焊盘、过孔、测试点或丝印标识等。光学点不能被V-Cut切割造成机器无法辨识。六、PCB焊盘与相连引线的设计(1)当焊盘尺寸大小不对称，或两个元件的端头设计在同一个焊盘上时，由于表面张力不对称，会产生吊桥、移位。需要避免。(2)当焊盘和大面积的地相连时，应优选十字铺地法和45。铺地法。从大面积的地或电源线处引出的导线长应大于0.5mm，宽应小于0.4mm。(3)尽量使连接到焊盘的布线呈对称分布。减少由于不对称分布引起的焊料流动不平衡，造成元件转动或错位。七、PCBA测试点设计对于常jfl的消费电子产品PCB，通常每个线路网络上至少要有一个测试点，每个电源线路网络上至少要有4个测试点，地线网络上至少有6个测试点。所有测试点尽可能分布在PCB底面，方便测试治具的制作，降低测试治具制作成本以及增加治具的稳定性。相邻的两测试点之间的中心距离至少要大于1.25mm，测试点中心应距板边(不含折断边)大于2.54mm，距螺丝孔边大于1.25mm.测试点与零件外围(零什高度3mm以下)应相距1.27mm以卜-，测试点与零什外围(零件高度3-6mm)应相距3.3mm以匕，测试点与零件外围(零件高度6mm以』)应相距3.8Imm以上。八、PCB叠层设计PCB叠层一般有两种设计：一种是铜箔加芯板(Core)的结构，简称为Foil叠法：另一种是芯板。(Core)叠加的方法，简称Core叠法。PCB叠层方式推荐使用Foil叠法，特殊材料多层板以及板材混压时可采用Core叠法。PCB外层一般选用0.5oz至Ioz(1oz=0.35微米)的铜箔电镀，内层一般选用lOZ的铜箔：尽量避免在内层使用两面铜箔厚度不一致的芯板。PCB叠层采用对称设计。对称设计指绝缘层厚度、半固化片类别、铜箔厚度、图形分布类型(大铜箔层、线路层)尽量相对于PCB的垂直中心线对称。九、PCB表面处理9.1热风整平工艺该工艺是在PCB最终裸露金属表面覆盖锡银铜合金。热风整平锡银铜合金镀层的厚度要求为1微米至25微米。热风整平工艺对于控制镀层的厚度和焊盘图形较为困难，不推荐使用在有细间距元件的PCB上，原因是细间距元器件对焊盘平整度要求高。热风整平工艺的热冲击可能会导致PCB翘曲，厚度小于0.7mm的超薄PCB不推荐使用该表面处理方式。9.2化学镍金工艺化学镍金是化镍浸金的简称，PCB铜金属面采用的非电解镍层镀层为2.5微米至5.0微米，浸金(99.9％的纯金)层的厚度为O.08微米0.I27微米。能提供较为平整的表面，此工艺适用于细间距元件的PCB.10.3有机可焊性保护膜工艺该工艺英文缩写为OSP，是指在裸露的PCB铜表面用特定的有机物进行表而的覆盖，目前唯一推荐的该柯机保护层为Enthone’SEntekPlusCu—l06A，其厚度要求为0.2微米至0.5微米，因其能提供非常平整的PCB表面，尤其适合于细间距元件的PCB。总结在电子信息化时代，电子产品的更新换代速度是非常快的，这就意味着电子产品的市场竞争是非常激烈的。为了适应市场竞争，更有效地完成电子产品的装配制造，可制造性的PCB设计工作所包含的内容越发丰富，它在提高产能、把控品质的同时为生产企业也能带来直接的成本节省。只有把握住设计与生产的统一性，才能相互促进，达到提升市场竞争力的目的。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的可制造性的PCB设计规范详情。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商：松翰、应广、杰理、安凯、全志、realtek，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
07-14

2021

EDA技术PCB设计

EDA技术在PCB设计中的发展与应用随着科学研究与技术开发的市场化，采用传统的电子设计手段在较短的时间内完成复杂电子系统的设计，已经越来越难完成了。为适应这种现状，日趋完善的EDA技术正在逐步取代传统的电子设计方法。EDA是目前最新、最全面的电子设计技术及工具，它的出现为电子设计工作者提供了一种全新的设计方法，它覆盖了电子设计的主要环节，对所设计的电路进行仿真、电磁性和信号完整性分析，从而对电路设计和印刷板设计进行综合认证，得出最佳的设计参数，并进行产品的定性。一、EDA软件简介“EDA”就是Electronic Design Autom ation(电子设计自动化)，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具，该工具可以使设计更复杂的电路和系统成为可能。目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：muhisim7、OW_AD、Protel、Viewlogio、Mentor、Synopsys、PCBWId、Cadence、MicmSim等等，这些软件各具特色，大体分为芯片级设计工具、电路板级设计工具、可编程逻辑器件开发工具和电路仿真工具等几类；其中Protel是国内最流行、使用最广泛的一种印制电路板(PCB)设计的首选软件，由澳大利亚protdTechnology公司出品，过去只是用来进行原理图输入和PCB版图设计，从Protel 98开始，加入了模拟数字混合电路仿真模块(SIM)和可编程逻辑器件设计模块(PLD)，1999年Protel推出了功能更加强大的EDA综合设计环境Protel 99，它将EDA的全部内容整合为一体，成为完整的EDA软件，因而该软件发展潜力很大，但它最具特色和最强大的功能仍是原理图输人和PCB版图设计；另外还有Ultiboard与Multisim配套的PCB设计软件，PCBWizard与LivaWire配套的PCB制作软件包等等。二、EDA技术的发展历程EDA技术是一门涉及计算机图形学、微电子工艺等学科的综合性技术，随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了一个由浅到深的过程。从20世纪60年代中期开始，人们就利用各种计算机辅助设计工具来取代手工操作，进行IC版图编辑和PCB布局布线，改变了传统的手土方法制图和设计集成电路方法，由于PCB布局布线工具受到计算机工作平台的制约，其支持的设计工作有限，性能比较差。20世纪80年代，由于各种设计工具(如原理图输入、版图自动布局)均已齐全，人们采用统一的数据管理技术将各个工具集成为一个系统，提供标准元件库，使设计工作方便快捷，但在设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种EDA软件界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节问的衔接。20世纪90年代以来，电子工艺水平已经达到了深亚微米级，人们开始追求贯彻整个设计过程的自动化，把精力集中在创造性的方案与概念构思上，从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。这时的EDA工具不仅具有电子系统设计的能力，而且能提供独立于工艺和厂家的系统级设计能力，具有高级抽象的设计构思手段。三、EDA技术的基本特征利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。（1）用软件设计的方法来设计硬件，硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的，设计输入可以是原理图V H DL语言，通过软件设计方式的测试，实现对特定功能硬件电路的设计，而硬件设计的修改工作也如同修改软件程序一样快捷方便，设计的整个过程几乎不涉及任何硬件，可操作性、产品互换性强。（2）不同公司的软件工具集成到一个统一的计算机平台上，使之成为一个完整的EDA系统，实现各种EDA工具间的优化组合和资源共享；采用统一的数据库，不同设计风格和应用场合的要求使各具特色的EDA工具被集成在同一个工作站上，从而使EDA框架标准化；各个仿真器对同一个设计进行协同仿真，进一步提高了EDA系统的工作效率和灵活性。（3）EDA设计方法又称为基于芯片的设计方法，集成化程度更高，可实现片上系统集成，进行更加复杂的电路芯片化设计和专用集成电路设计，使产品体积小、功耗低、可靠性高；可在系统编程或现场编程，使器件编程、重构、修改简单便利，可实现在线升级；可进行各种仿真，开发周期短，设计成本低，设计灵活性高。（4）EDA技术根据设计输入文件，将电子产品从电路功能仿真、性能分析、优化设计到结果测试的全过程在计算机上自动处理完成，自动生成目标系统，使设计人员不必学习许多深入的专业知识，也可免除许多推导运算即可获得优化的设计成果，设计自动化程度高，减轻了设计人员的工作量，开发效率高。四、EDA技术设计流程EDA技术在产品设计、产品检测及产品开发等各个方面都具有优异的功能，它能帮助专业技术人员进行快速的产品设计、检测，真正做到“设计即正确”。（1）在设计方式上，EDA技术为电子设计领域带来根本性的变革，是一种面向未来的电子设计理念，利用EDA软件，将传统的“电路设计+硬件搭试+调试焊接”的模式转变为在计算机上自动完成，人们在计算机中设计出电子电路的原理图模型，然后验证其理论上的可行性，接着画出其印刷电路板，从而高效优质地完成从原理图逻辑连接向电路元器件物理连接的转化过程。改变传统的子产品设计周期长、耗费材料多、设计费用高、不利于产品更新换代的繁琐而冗长的过程，解决当产品出现问题时依赖人的因素和面对大型的电子电路就显得力不从心的问题。（2）在设计方法上，设计者采用一种高层次的“自顶向下”的全新设计方法，首先在顶层进行功能方框图的划分和结构设计，然后在方框图一级进行仿真、纠错，用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证，再用综合工具对产品进行优化，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路；与过去选择标准集成电路“自底向上”地构造出一个新的系统相比，由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这不仅有利于及早发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，而且也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。（3）在电路设计流程中，差的信号完整性不是由某一因素导致的，而是由板级设计中多种因素共同引起的，设计人员首先确定设计方案，选择合适的元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图，接着进行故障分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析等第一次仿真。这一次仿真主要是将设计输入EDA工具进行仿真，检验设计方案在功能方面的正确性，检查逻辑功能的正确性；保证信号在信号线上的质量，特别要注意在高速电路中，所使用的芯片的切换速度过快、连接元件布设不合理、电路的互联不合理等引起信号的完整性问题的解决，具体主要包括串扰、反射、过冲与下冲、振荡、信号延迟等。（4）通过EDA系统，可事先排除大部分设计的缺陷，在计算机上仿真出近似于实际电路的数据和响应波形。设计人员无须通过门级原理图描述电路，而是针对设计目标进行功能描述，摆脱了电路细节的束缚，在制作PCB板之前还可以进行热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等，并且可以将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真，检验PC B板在实际工作环境中的可行性；制板过程中计算机在布线中把电磁干扰、热干扰建成数学模型加以排除以保证布线质量。由此可见，EDA技术使设计人员在实际的电子系统产生前，就可以全面地了解系统的功能特性及物理特性，从而将开发风险消除在设计阶段，缩短了开发时间，降低了开发成本。总结EDA技术的发展与应用，巳成为现代电子设计的核心，随着电子产品更新的加快，EDA技术作为电子产品开发研制的源动力，其应用水平与普及程度，已成为衡量一个国家电子技术现代化水平的重要标志之一，所以发展EDA技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革命，掌握EDA技术已成为当今电子电路和硬件系统设计者的重要任务。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的EDA技术在PCB设计中的发展与应用详情。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商：松翰、应广、杰理、安凯、全志、realtek，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-13

2021

PCB板快速制造系统

基于激光直写电路技术的PCB板快速制造系统研发新的电子产品，需要经过产品设计、生产加工和调试等工序，其中，ＰＣＢ板的设计、制造是最关键的环节之一。大多数的元器件都可以在市场上采购到成品，而ＰＣＢ板必须根据不同的产品进行相应的设计、制造；因此，ＰＣＢ板设计、制造的周期长短对新产品的研发周期有着较大影响。目前，按照ＰＣＢ板生产厂的生产工艺，即使只生产１块样品ＰＣＢ板，也和生产大批量ＰＣＢ板的工艺流程一样，需要进行数据准备、光绘、下料、钻孔、金属化孔、贴膜或网印、曝光、图形电镀、蚀刻、阻焊涂覆、喷锡、丝印字符、外型加工和清洗等数十道工序。在这种生产模式下，从设计方和ＰＣＢ板生产厂家确认ＰＣＢ板设计文件开始，到最终完成ＰＣＢ板的制造，通常至少需要几天到１周的时间。这种工艺能满足批量产品的生产周期需要，但并不适合生产样品ＰＣＢ板。在首件样机阶段，鉴于在技术方面始终会存在一些不确定的风险，产品的设计、调试时间不可控，常常会出现设计、调试，再修改设计、再调试的问题，在这种情况下，长达数天的样品ＰＣＢ板制造周期是不能被接受的。为了解决单件样品ＰＣＢ板生产周期较长的问题，近年来研发出了ＰＣＢ板快速制造系统，该系统最快可在１个工作日内完成样品ＰＣＢ板的制造。本文对目前常见的３种ＰＣＢ板快速制造系统分别进行介绍和对比分析，并给出了基于激光直写电路技术的ＰＣＢ板快速制造系统的制程工艺。一、ＰＣＢ板快速制造系统ＰＣＢ板快速制造系统共同的工艺步骤如下：１）钻孔及金属化孔；２）线路图形制作；３）阻焊图形制作；４）字符图形制作；５）助焊防氧化处理。其中，影响ＰＣＢ板成品质量的关键步骤为金属化孔和线路图形制作。ＰＣＢ板快速制造系统根据线路图形制作的工作原理可分为３类：化学蚀刻、物理雕刻和激光直写加工，其各自特点对比见表１。１）化学蚀刻。化学蚀刻法是利用化学蚀刻液将需要去掉的绝缘材料从基材上去掉，制作出合适的电路图形。化学蚀刻法因要使用一系列酸碱试剂，对环保会有一定影响，并且化学蚀刻的工序较多，工艺流程相对复杂一些，实施起来较另外２种方式要有难度一些，所以现在不是主推的方式。２）物理雕刻。物理雕刻方式的原理是将线路板的线路信息转化为三维位置信息，然后通过步进电动机控制雕刻刀具沿着ＸＹＺ轴导轨控制移动，从而控制雕刻刀具在空白线路板上进行雕刻。按这种方法，一块典型的双面电路板的制作时间约为１～２ｈ，能在１天之内做出样品ＰＣＢ板；但物理雕刻方式受限于机械加工刀具，对于一些精密线路图形的加工不能很好地保证，如当孔径＜１５０μｍ时，由于机械钻头易损，而使加工成本大为增加，加工进度也会受到影响。３）激光直写。激光直写方式的原理是根据需要加工物体的不同材质，选用不同波长的激光，使用高功率激光束照射到材料表面，使材料表面引发光化学反应，最终加工出需要得到的线路图形。相较于物理雕刻方式，因为在加工过程中激光束能量密度高，加工速度快，对非激光照射部位基本没有影响，而且对加工部位也没有机械接触，所以激光加工不会对被加工材料产生机械应力，同时可以干净无残留的去除金属层，加工出线路图形。二、激光直写电路技术激光直写电路技术就是使用激光直写方式的原理，在ＰＣＢ板的敷铜层或镀金层上加工出所需线路图形的技术。目前，市场上最先进的激光加工设备主要是用绿光或紫光２种光谱的激光进行加工，已经可以做到完全采用激光直写技术完成线路图形的制作。加工过程中无需任何掩膜，用一束激光即可快速去除金属层。特别是基于３５５ｎｍ的紫外激光，各种构成ＰＣＢ板基板的材料大多数都能被加工，包括铜、高分子树脂材料和玻璃纤维等。采用紫外激光对材料的热冲击较小，原理如图１所示。图１中，紫外激光具有高光子能量，当紫外激光照射到加工材料表面时，材料表面的分子吸收紫外激光中的光子后，与自身电子相互作用，直接破坏连接物质原子组分的化学键，使分子链断裂，断裂后的小分子以爆炸的形式向外强烈喷射，脱离材料表面。使用激光加工方式，在加工精度的稳定性以及后期设备的运行维护保养方面有较大优势。激光加工设备的核心部件激光发生器的理论使用时间通常为１０万ｈ，实际使用寿命一般在５年以上；通过激光发生器发出的激光束，在相当长的一段时间内可以保持相对稳定的状态，这样就能避免传统物理雕刻方式铣刀、钻头磨损后带来的加工精度不一致；在设备的日常保养方面，激光加工设备只需要做好设备的防尘和清洁即可，不需要上油润滑等操作，可以在较大程度上减少后期设备运行的维护保养费用。三、PCB板制程工艺３．１钻孔在钻孔方面，使用紫外激光加工孔的工艺方法有３种：激光冲孔、激光套孔和激光螺旋加工。１）激光冲孔。其工艺方法是保持激光束的位置不动，设置高重复率激光脉冲，对孔位置处进行持续加工。激光加工设备的脉冲频率一般可设置为２５０～３００ｋＨｚ，在每个脉宽时间孔的深度都会增加。这种工艺方法加工，孔的大小取决于聚焦的光斑尺寸。紫外激光加工设备聚焦点光斑直径可小至１５μｍ，所以采用该工艺方法能够完成直径较小孔的加工，特别适合盲孔的加工。２）激光套孔。其工艺方法是设置激光束在孔的位置处，沿着孔的外延圆周，一圈一圈地作圆周循环运动。走完第１圈，会在孔外延圆周的位置处加工出１个圆形槽。每走１圈，槽的深度就会增加一些。当从ＰＣＢ板的顶部加工到底部，打穿底部后，在加工过程中和底部相连的圆柱体材料会脱落，形成１个通孔。这种工艺方法适合加工通孔，不适合加工盲孔，因为如果孔没有打穿，加工过程中孔中心区域的圆柱体材料会残留在孔中间。３）激光螺旋加工。其工艺方法是设置激光束从孔的中心开始加工，以螺旋式从中心处向外移动。随着激光束的移动，孔的深度和直径会不断变大。这种工艺方法适合加工大尺寸的孔。在实际加工中，可以根据孔的种类和大小，分别选用上述３种工艺方法，通过调整激光脉冲频率和能量，直接将表层的铜打掉，再打掉下层材质。相较于其他激光，紫外激光加工出来的盲孔底部更干净，且无碳化现象，为后工序金属化孔提供了很好的处理表面。采用紫光激光加工后的盲孔效果图如图２所示。鉴于激光加工的特点，在加工微孔和盲孔时有相当的优势。但在实际生产中，对于板材厚度＞０．５ｍｍ的ＰＣＢ板，在加工＞０．８ｍｍ孔径的通孔时，使用激光设备钻孔的效率没有使用物理雕刻机钻孔效率高；所以，对于板厚＞０．５ｍｍ的ＰＣＢ板，可优先考虑使用物理雕刻机进行钻孔。３．２金属化孔孔加工成型后要做金属化孔处理，以达到孔被金属化贯通的效果。金属化孔要有良好的机械韧性和导电性。金属化孔有２种方法：物理金属化孔和化学金属化孔。１）物理金属化孔。其原理是使用导电膏让孔导电。该系统能加工的通孔最小直径为０．４ｍｍ，孔的最大径深比为１∶４。金属化孔后的接触电阻约为２０ｍΩ。物理金属化孔的工艺流程如下：ａ．将专用保护膜粘贴在ＰＣＢ板两面；ｂ．使用激光加工设备钻孔（对于ＰＣＢ板板厚＞０．５ｍｍ，以及孔径＞０．８ｍｍ的通孔，可优先考虑使用物理雕刻机钻孔）；ｃ．把ＰＣＢ板放置在真空吸附台上，用橡胶刮刀把导电膏采取刷的方式涂覆在ＰＣＢ板一面的保护膜上；ｄ．打开真空吸附功能，在抽真空的作用下将导电膏吸入孔内；ｅ．翻转ＰＣＢ板，重复步骤ｃ和步骤ｄ；ｆ．去掉保护膜，在烤箱中固化导电膏，固化温度设置为１６０℃，固化时间为３０ｍｉｎ。物理金属化孔的优势是操作简便，无需使用电镀工艺，且过程中不使用化学药品，较为环保；但金属化孔的贯通可靠性不如化学电镀工艺。２）化学金属化孔。其原理是化学电镀原理。该工艺分为４个基本步骤：预浸→活化→微蚀→化学镀铜。具体如下：ａ．预浸工序可选用主要化学成分是５％Ｎａ２ＣＯ３的溶液，在加热条件下，可去除ＰＣＢ板在前工序中产生的汗渍、油污等；ｂ．活化工序可选用黑孔液，其主要化学药液的成分为Ｃ（石墨）粒子溶液，该溶液的主要作用是完成孔内壁粘覆均匀一层导电炭膜；ｃ．微蚀工序可选用５％的Ｎａ２Ｓ２Ｏ８溶液，该溶液主要完成黑孔后的板基材料表面炭黑的溶解；ｄ．化学镀铜工序可选用主要化学成分是１０％的ＣｕＳＯ４溶液，该溶液主要作用是作为电镀的导电质，实现金属化孔。目前，较先进的桌面型化学金属化孔设备对阳极板作了优化，并且增加了反向脉冲电镀电源，这２种技术的结合可以较为有效地保证电镀铜厚的均匀度。３．３线路图形制作在线路图形成型加工方面，采用紫外激光设备可以实现在ＰＣＢ板金属涂覆层上直写出电路图形。在实际生产中，设置短脉冲时间高脉冲能量的激光束，对线路的热冲击效应较小，对加工精细间距的电路和射频微波电路效果较好。３．４阻焊图形和字符图形制作阻焊层是在ＰＣＢ板制作中在ＰＣＢ板表面形成一层特定图形的保护膜。阻焊图形和字符图形的制作原理是将油墨使用丝网印刷到ＰＣＢ板的板面后，采用加热的方式进行固化。具体的工艺步骤如下：印刷感光阻焊油墨→阻焊图形曝光→阻焊图形显影→印刷感光字符油墨→字符图形曝光→字符图形显影→阻焊与字符油墨热固化。在印刷油墨时，ＰＣＢ板快速制造系统并不采用做丝网模具的方式，而是使用激光打印机，直接将感光材料打印成印刷油墨所需要的菲林片。这就不需要制作丝网模具产生的等待时间（通常是１ｄ），从而大大缩短了生产周期，整个过程在１～２ｈ内可以完成。３．５助焊防氧化处理助焊防氧化处理的原理是使用化学试剂和铜面产生反应，在裸铜上就能形成一定厚度的有机膜层。该有机膜层既可有效将铜层焊盘与空气隔离，防止焊盘氧化，又可保证焊接性能。该工艺通过４步较简单的操作，即除油→微蚀→酸洗→成膜，在１～２ｈ内即可完成，具体如下。１）除油工序可选用主要化学成分为５％Ｎａ２ＣＯ３的溶液，在加热条件下，可去除ＰＣＢ板在前工序中产生的汗渍、油污等。２）微蚀工序可选用５％的Ｎａ２Ｓ２Ｏ８溶液，微蚀后可形成粗糙的铜面，便于成膜。微蚀的厚度直接影响到成膜速率，因此要形成稳定的膜厚，保持微蚀厚度的稳定性是非常重要的，一般将微蚀厚度控制在１．０～１．５μｍ比较合适。３）酸洗工序可选用１％的稀Ｈ２ＳＯ４溶液，主要用途是去除ＰＣＢ板在前工序中因接触空气而可能产生的氧化物。４）成膜工序可选用ＯＳＰ有机试剂，该溶液通过化学反应可以在铜表面形成一层厚度为０．３～０．４μｍ的憎水性有机保护膜，此膜用以保护铜面于常态环境中不再继续氧化，且在焊接高温下，保护膜易被助焊剂清除，能在极短时间内与熔融锡结成牢固的焊点。通过上述方式处理过的ＰＣＢ板，如使用抽真空包装存放，可焊性可保存至３个月。超期后，焊盘的可焊性会下降。结语基于激光直写电路技术的ＰＣＢ板快速制造系统，解决了物理雕刻方式精度不够的问题；并且由于采用的是非接触式加工，对ＰＣＢ板也没有机械应力的影响，能进一步提高线路的可靠性，是制造样品ＰＣＢ板一个很好的选择。需要指出的是，采用该系统加工出来的ＰＣＢ板，因为只经过了简单的助焊防氧化处理，不能保证在较长周期内的质量可靠性，所以只适用于设计方案的验证，而不能用于正式的工业产品交付。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于激光直写电路技术的PCB板快速制造系统。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商：松翰、应广、杰理、安凯、全志、realtek，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
07-12

2021

功率放大电路类型

无论是分立元件放大电路还是集成放大电路，其末级都要接负载，而要驱动负载，放大电路的末级就要输出较大的功率。能够向负载提供足够功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。在能量控制和转换方面，功率放大电路和其它放大电路没有本质上的区别，只是功放既不单纯追求输出高电压，也不单纯追求输出大电流，而是追求在一定的电源电压下，输出尽可能大的功率和效率。放大器的工作状态不同，特性也不同，因此在实际中，要根据功放电路不同的要求选择不同的工作状态。一、功放的特性及应用功率放大电路根据晶体管导通时间的不同，可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等。1、甲类功放当功放管的静态工作点设置在负载线的中间时，功放管在输入信号的整个周期内都处于导通状态，称为甲类工作状态，简称甲类功放。甲类功放的优点是非线性失真小，但缺点是静态电流大、管耗大、输出功率小、效率低，效率的理论最大值为50％。由于非线性失真小，甲类功放可用在宽带功率放大器中。由于效率低、输出功率小，甲类功放可用在小功率放大电路，也可采用功率合成技术，实现多个功率放大器的联合工作，来获得较大的输出功率。2、乙类功放当功放管的静态工作点设置在截止区时，功放管只在信号为正时导通，而信号为负时截止，即功放管仅在输入信号的半个周期内导通，称为乙类工作状态，简称乙类功放。乙类功放的优点是管耗小，效率高，效率的理论最大值为78.5％，实际应用中效率为50％左右。缺点是输出信号缺少半个周期，失真较大。为了弥补这种失真，从而输出完整的信号波形，通常采用两个互补的三极管轮流导通，构成互补对称功率放大电路。但当两个三极管轮流导通时，由于死区电压的存在，当输入信号小于功放管的死区电压时，管子仍处于截止状态，因此在两管输出波形的交接处存在失真，这种失真称为“交越”失真。3、甲乙类功放当功放管的静态工作点设置在负载线的下部靠近截止区时，在输入信号的整个周期内，功放管的导通时间大于半个周期，小于一个周期，称为甲乙类工作状态，简称甲乙类功放。在乙类互补功率放大电路中，给两个三极管的基极加上恰当的偏置，使两个三极管在静态时均处在微导通状态，当两个三极管轮流导通时，交替过程比较平滑，从而减小交越失真。甲乙类功放的典型应用是音频放大输出。4、丙类功放在输入信号的整个周期内，功放管的导通时间小于半个周期，称为丙类工作状态，简称丙类功放。除了功放管，丙类功放还包含既起滤波作用又起阻抗匹配作用的输出调谐回路，同时基极偏置电路和集电极偏置电路有特殊要求。丙类功放又因工作状态的不同分为欠压、临界和过压三种工作状态。三极管工作在放大区和截止区时称为欠压状态，三极管刚好不进入饱和区时称为临界工作状态，三极管进入饱和区时称为过压状态。三种状态时集电极输出的波形分别为尖顶余弦脉冲、略微平缓的余弦脉冲和顶端凹陷的余弦脉冲。丙类放大器可和谐振回路共同构成丙类谐振功率放大器或丙类倍频器。丙类功放工作在过压和临界状态时效率高，理论上可达到100％，实际效率为70％左右。二、典型功率放大电路及应用按输出耦合方式的不同，功率放大电路又分为变压器耦合功率放大电路、无输出变压器（OTL）功率放大电路、无输出耦合电容（OCL）功率放大电路及双向推挽无输出变压器（BTL）功率放大电路等。此外，功率放大电路还可分为分立元件功率放大电路和集成功率放大电路。随着电子技术的发展，集成电路已成为现代电子电路中的核心器件，广泛应用于各种电子设备中。LM386是一种音频集成功率放大电路，具有频响宽、功耗低、电压增益可调节、适用的电源电压范围宽、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机、收音机和对讲机中。随着放大电路的进一步研究，其分类越来越多，应用也越来越广泛。只有掌握了放大电路的各类状态，才能根据需要灵活应用。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的功率放大电路特性及应用。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-11

2021

电路设计方法原则

随着电子产业的不断发展，电子产品层出不穷。在电子产品的生产环节，电子电路的设计至关重要，其很大程度上影响着产品的性能，所以在进行电子电路的设计时，要依据一定的设计原则，采用适当的设计方法，按照一定的设计步骤进行，这样才能保证电路设计的科学性，才能保证电子产品的性能与质量。一、电子电路设计原则1、整体性原则：在进行电子电路的设计时，要从整体出发，着重分析电子电路中各元件之间的关系，以及电子电路作为一个整体与外环境之间的关系。要充分的掌握电子电路的整体性质，确定电子电路的类型，明确需实现的功能以及实现这些功能所应采取的措施，进而确定电子电路的整体设计方案。整体性原则需要建立在综合控制与指导的基础上：第一，进行电子电路分析要以综合为前提，要以综合为最终的目标，不考虑综合的设计均为不全面、不合理的；第二，综合是由多个小的综合组成的，因此分析过程要对电路各部分分别进行考察，然后再进行总体的评估；第三，只有对电子电路进行充分的分析后，才能就行综合，综合要以分析为基础，未进行分析的综合不可避免的会加入主观臆断的成分，会给电子电路的设计带来偏差。2、功能性原则：复杂的大电路均可以划分为较小的具有不同层次的电路子系统，在进行设计时，应该先将较大规模的电路进行细化，划分为具有独立功能的子系统，然后将其作为功能模块，确定各模块功能类型以及实现各模块的功能要求，然后进行具体电路的选择，确定如何选择合适的电子元件，确定各元件的使用参数，最终实现电路子系统的设计完成。3、最优化原则：最优化原则是电子电路设计的一项基本原则。因为电子元件自身存在的缺陷或者是电子元件、功能模块的相互配合存在一些问题，会使得电子电路的功能不能得到充分的实现，这就需要在一定的设计原则、设计方法、设计步骤的前提下，从调整各元件或者各功能模块入手，通过运算，得出最优化的参数指标，根据计算结果对相关的元件或者是模块进行调整，使得整个电路实现达到最优化的目标。4、可靠性与稳定性原则：电子电路在电子设备中发挥着至关重要的作用，电子电路的稳定性与可靠性将很大程度上影响着电子设备的使用功能和使用寿命，而电子电路的稳定性又与电路的形式以及电子元件的选取有着密不可分的联系，为了保证电子电路的稳定性，需要遵循以下原则：在保证系统的性能和功能的前提下，应尽量的简化电子电路结构；要合理的进行软硬件功能的划分，遵循以软件代替硬件的原则，实现软硬件的相辅相成；尽量采用数字电路对模拟电路进行替换，因为影响电子电路的因素较多而且比较复杂，发生的时间和频率也具有不可预见性，因此，在进行设计时，要对潜在的不稳定因素采取有效的保护措施，常常采用抗干扰技术或者是容错技术这两种手段，使得电路能免受或者减轻由于不稳定因素带来的干扰。5、性能与价格比原则：在当今电子产业竞争的背景下，要求电子产品必要要具有较短的开发设计周期，并要保证产品的具有优良的性能以及使用过程的稳定性。故为了提高企业的竞争力，在电子产品的设计中要保证产品的经济性、先进性及可操作性。二、电子电路的设计方法1、层次性设计方法电子电路设计一般可以分为三个层次：第一层为顶层，在进行设计时，要面向整个系统，是对系统总体功能的描述；第二层为中层，在进行设计时是面向电路级；第三层为底层，在进行设计时是面对物理实现级，为最小的设计单元，具体的设计顺序没有要求，可以由工作人员的自由发挥。2、渐进式设计方法渐进式设计方法适用于应用型电路，在进行设计时，稍显要先了解具体的需求，然后进行图纸的设计，然后在图纸的基础上进行工作原理的分析，进行基本电路单元的设计，最后将基本电路单元的设计进行调试和优化，最终实现整个电路的设计。3、硬件描述语言设计方法硬件描述语言设计方法是一种较为先进的电路设计方法，其本质就是电子设计自动化，在采用此种方法进行设计时，首先要对工程的需求进行分析，然后制定出能够满足需求的总体方案，然后根据总体方案进行电子电路的设计，并通过仿真方式来检验电路设计的合理性与科学性，最后对各基本电路进行组合，然后进行统一的调整和优化，最终实现较为合理的电路设计。4、最优化设计方法电子产品的种类繁多，电路设计方式也是多种多样，而像集成电路这样的电路在制成之后很难进行调整，所以在进行电路设计时，要注重精度控制，可采用计算机进行辅助，通过编写适用于本电路的程序，实现电路各参数的优化，完成电路的设计。三、电路的设计步骤（1）明确电路的设计要求：电路设计的形式多种多样，在进行设计时，首先需要明确电子产品的类型，然后确定电路的设计要求，根据要求进行电路的设计。（2）设计电路的原理图：在明确电子电路的设计要求后，需要对电路的原理图进行设计。（3）验算电路以及选择元器件：完成电路原理图设计后，需对原理图的合理性进行验算，考察其输出功率及信号电压方法倍数，确定其是否符合电路设计的基本要求。验算工作完成后，需对电路所需元器件进行选择，重点考察元器件所能承受的最大功率以及信号电流，保证选择的合理性。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的电子电路设计原则与方法。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-10

2021

嵌入式系统软硬件

随着计算机技术的发展，嵌入式系统的应用领域不断扩大，大至航天飞机自动导航系统，小至移动电话、智能家用电器。嵌入式系统是一种典型的软硬件混合系统，目前的产品一般包括嵌入式微处理器和相应的控制软件。一、嵌入式系统与软硬件协同开发的简介早期的微处理器都是4位和8位的。随着制造技术的不断发展，集成的8位微控制器开始出现，并且16位微处理器也开始用于更复杂的嵌入式系统中，32位结构的设备和高度集成的微控制器逐渐占领了高端应用的市场。尽管如此，功能更强大的微处理器并没有取代早期的微处理器，而只是给嵌入式系统设计人员提供更大的选择范围，使其可以根据功能、特点、可用性和价格，选择合适的微处理器产品。早期由于系统功能单一，嵌入的软件部分都是由厂家自己单独设计的代码组成，所以非常简单。但随着应用的扩大，系统越来越复杂，尤其是对于高档嵌入式微处理器系统，多任务模型被广泛应用于软件开发，并且许多厂家还选择了第三方的商用嵌入式实时操作系统产品(RTOS)。嵌入式系统中的硬件资源环境一般比较苛刻，内存一般都不大，要在如此紧张的资源下完成复杂的功能，这就要求嵌入式系统的软件部分必须尽量的小巧、稳定和高效。二、软硬件联合设计的一般方法软硬件联合设计方法是在软硬件混合数字系统的设计过程中，针对传统的设计方法割裂了软件和硬件开发过程的缺陷而提出的，它是指软件和硬件使用统一的设计方法及采用一致的设计工具来进行综合、验证、模拟的设计方法。软硬件联合设计的主要步骤如下:(1)系统级建模描述:建立一个完整的系统描述，以便在不考虑实现细节的情况下验证系统的行为，驱动功能验证和软硬件划分；(2)软硬件联合综合:包括软硬件划分和调度、约束代码生成、硬件及接口综合。(3)软硬件联合模拟、调试和验证:在已知软件和硬件部件行为的基础上对系统的行为进行建模，并验证系统的功能和评价系统的性能。三、软硬件联合设计方法的运用与发展如前所述，嵌入式系统是一种典型的软硬件混合系统。在设计的开始，设计者要对系统进行软硬件划分。这里的软件及硬件不仅可以是分离的部件，也可以是同一个物理部件的不同抽象层次。在这两种情况下，软硬件之间的相互依赖关系都会导致在它们各自实现方法上的折衷。同时，由于嵌入式系统应用需求变化大，对性能、实时性和灵活性的要求较强，最初的设计和划分对于整个系统的设计质量影响很大；又由于高端产品的复杂性使得许多问题在软硬件集成过程中才会暴露出来。这些都对联合综合和联合模拟提出了需求，因此，嵌入式系统的设计有必要而且迫切需要引入软硬件联合设计的方法。从方法学的角度来看，嵌入式系统的软硬件联合设计遵循上述一般方法和规律。而随着微电子技术和嵌入式系统本身的发展，其设计方法还会呈现出一些新的特色。1、软硬件划分同其它软硬件混合系统的设计一样，软硬件划分是嵌入式系统设计中十分关键的一步。如何提高划分算法的效率，降低时间复杂性，是研究的重点。已有的研究成果从多方面提高划分的有效性，除了最基本的模拟退火算法，还提出了基于编译器指导的方法、基于图的最小代价算法、软硬件流水线化、交互式划分等方案。2、商用组件的标准化和高度集成化对软硬件设计的影响随着微电子技术的发展，更多的标准商用组件投入市场，同时高度集成的设备减少了芯片的数量。许多设计人员现在都非常乐意使用合并更多功能的微处理器和微控制器。相应地，软件的设计也出现了变化。软件开发工作量急剧增长，经常达到全部工作的70%～80%。为了缩短开发周期，伴随着硬件标准化的趋势，软件内容也从自行设计转向尽量采用具有知识产权的产品。利用可移植代码和标准的实时操作系统，成为设计嵌入式系统应用软件的方向。当然，对于嵌入式系统开发人员而言，涉及标准部件的集成和选择知识产权的决策也是非常复杂的，现在和将来都必须面对。从上述的变化中，可以看出:随着标准化软硬件组件的日益丰富，嵌入式系统设计中软硬件划分的粒度增大，从而系统描述相对明确化，软硬件设计工作明显简化，更注重接口设计和整体性能，设计空间灵活性和多样性大大增加。这些变化对现有的设计方法和相关技术提出了新的需求，比如如何精化划分算法，使之无需考虑不必要的细节，又比如进一步提高联合模拟和验证的抽象层次，缩短开发周期等等问题。3、嵌入式系统设计中的“联合”与“分散”在传统的设计方法中，软件的设计往往滞后于硬件，而软硬件联合设计方法中所采取的联合模拟技术、虚拟原型技术正是要弥补这种差距，因此，软件和硬件设计工程师一起工作成为一种发展潮流。通过联合设计，特别是联合验证技术，软件工程师能够尽早在真实硬件上测试，而硬件工程师能够尽早在原型设计周期中验证他们的设计。要达到这个目标必须提供集成的开发环境，在这个环境中可以完成软硬件建模、联合模拟及评价。目前已有一些解决方案，如指令集仿真器和标准的低价格的商业评估版。另外，低成本的主-目标机连接技术已经得到广泛应用。嵌入式系统发展的另一特点是，需要的开发人员越来越多。为了有效管理开发队伍，必须将一些专有技术封装起来，以便使非专业人员可以安全、可靠和直接的方式使用。因而，在嵌入式系统的设计中还要引入面向对象的思想。在许多大公司中，软件开发队伍不是简单的增长，而是正在分散化，成员的工作地点可以分布于不同的地域或不同的国家。这种情况导致了“技术中心”的出现，因而使用“软件部件”变得越来越现实。四、SOPC 嵌入式系统中软硬件协同简介随着半导体技术的高速发展，集成电路的规模不断增大，以及大规模可编程逻辑器件的出现，使得整个系统集成在单个芯片上并实现在系统可编程成为可能，这就是片上可编程系统SOPC(System on a Programmable Chip)。它支持并行SOPC技术具有灵活的设计方式:可裁减、可扩充、可升级，并具有软硬件在系统可编程的功能。基于FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)的片上可编程系统SOPC设计近年来在半导体领域中呈现出高速增长态势，成为系统级设计者的首选，但是随着系统规模的不断增大，使得整个系统的设计变得非常困难，系统开发周期越来越长，而现今的嵌入式电子产品对系统的开发周期是非常敏感的，因此快速、高效的设计方法是一个值得探讨和研究的问题。对于嵌入式系统设计中存在的这些问题，研究者提出了一种软硬件协同设计的新方法。SOPC系统是软件和硬件的综合体，系统中许多功能模块既可以由硬件来完成，也可以由软件来实现。硬件实现的特点是性能高、速度快，但是成本较高、灵活性差；而软件实现的特点是灵活性好、成本较低，但是性能差。因此，设计实现过程中如何兼顾系统的功能和性能(如功耗、成本、面积等)需求，使它们达到一种最优组合，这正是软硬件协同设计方法所要解决的主要问题。五、传统电子设计方法目前，国内外的企业普遍采用的是传统的嵌入式系统设计方法。这种方法的步骤是首先对系统的需求描述进行定义，然后进行系统的软硬件划分，划分好以后就开始分别进行硬件和软件的设计，如果硬件和软件设计中发现错误将直接返回到软硬件的划分。传统的嵌入式系统设计流程如图1所示。这种方法的缺点如下:1)系统的软件设计和硬件设计的并行性低，设计周期较长。这种设计流程采用先对硬件进行设计，然后是软件设计。即硬件设计好之后，在此硬件基础之上进行软件设计。此串行化的设计方法当硬件设计完成再进行软件的调试时，如果发现硬件设计出现错误，纠正错误就要付出高昂的人力、物力代价。不能对系统的软硬件进行协同验证，导致了设计重复性工作的次数大幅度增多，加大了设计成本。2)系统设计层次低，系统级设计依赖于手工，设计的大规模超出了设计人员的能力，系统的软硬件的开发流程缺少沟通与协调，导致设计效率的降低。3)对于定制的嵌入式处理器不支持，嵌入式处理器为固定的模块，不支持设计的可重用。六、软硬件协同设计方法的特点因为传统的嵌入式系统设计方法的这些缺点，人们开始探索新的设计方法来适应高速发展的嵌入式系统，这种方法就是软硬件协同设计方法。它早在1993年就已经成为嵌入式系统中系统级设计领域的研究方向和热点。软硬件协同设计方法的特点如下:1)软硬件协同设计技术采用并行设计和协同设计的思想，使得设计开发周期缩短，设计效率大大提高。2)软硬件协同设计采用了统一工具和表示方法，对软硬件合理进行划分，合理分配系统功能，对成本、性能、功耗等各个方面进行权衡，尽可能得到最优化的设计。3)软硬件协同设计采用软硬件协同仿真的方法，对整个系统进行全局的设计验证。软硬件协同设计对于设计的抽象层次有了很大的提高，而且拓宽了设计的覆盖范围，它可以使嵌入式系统的设计效率更高，速度更快。软硬件协同设计是一种新的设计方法和思想，它不仅仅是一种设计技术，它是要把软件和硬件的设计联系起来，以免这两部分设计过早的独立起来。软硬件协同设计技术现在正处于发展阶段，有很多理论还不成熟，然而这种技术极大地提高了嵌入式系统的设计效率，有很大的研究价值和社会意义。七、软硬件协同设计的开发流程嵌入式系统设计的主要任务包括:系统任务描述，系统建模，用来实现系统的功能需求；对系统进行适当的软硬件划分，用以满足性能要求、降低成本和功耗；系统的协同综合和对系统实现及规范性进行仿真。软硬件协同设计的目的是使系统的各影响因素之间可以相互协调地完成系统功能。软硬件协同设计基本流程如图2所示。1、系统任务描述要想设计一个SOPC系统，第一步是要明确系统的需求，也就是系统的性能和要实现的功能，接下来是对系统进行建模。SOPC系统的模型主要有有限状态机模型、数据流图模型、任务流图模型、离散事件模型、Petri网模型等。建立一个对软硬件通用的系统功能描述方法，来解决系统的统一描述问题，目前通常情况下是采用系统描述语言的方式。这样在软硬件划分后，才能编译并映射成硬件描述语言和软件实现语言，为系统的软硬件协同工作提供有力的保证。2、系统软硬件划分在传统的嵌入式设计方法中，软件和硬件的开发过程是割裂开的，它们之间缺乏沟通。这样就使得系统的设计效率很低。针对这一缺点，提出软硬件协同设计的方法，这种方法中软硬件系统的划分是软硬件协同设计中关键的步骤之一。系统中硬件实现部分对系统的性能有决定作用，通常硬件实现部分速度较快，但是成本控制在这部分也起着决定性的作用。系统中软件实现部分通常具有很大的灵活性，决定着系统配置的灵活性，但是要占用一定的FPGA逻辑单元和耗费一定的时间。如表1所示。表1指出了系统是由硬件实现还是软件实现对芯片面积、功耗、性能和人力与时间资源需求的影响，合理的软硬件协同设计方案，对嵌入式系统的设计有很重要的作用。软硬件的合理划分，在满足系统功能的基础上，能够充分发挥硬件处理的快速和软件控制灵活的特点。软硬件划分的结果追求的是提高系统运行速度、减小面积、降低成本、减少功耗。但软硬件划分通常是一个传统的难题，由于划分问题本身就具有很大的难度，而且SOPC具有巨大的搜索空间，所以情况更加严峻。现如今自动划分算法仍然不能取代有经验的设计者。划分的方法基本上从两个方面入手:一是面向软件，从软件到硬件要求满足时序的特点；二是面向硬件，从硬件到软件要求降低成本。在进行划分时，要考虑整个目标系统的体系结构、粒度、软硬件实现的成本等各个因素。划分完成后，产生软硬件系统的分割的界面，提供给软硬件进行沟通、验证和测试使用。常用的软硬件协同划分算法有模拟退火算法、遗传算法等。遗传算法和模拟退火算法的互补性比较好，将这两种算法相结合而形成的遗传退火算法将继承这两者的优点，在软硬件划分上的效能很好，现在这种智能算法是软硬件划分算法领域的一个研究热点。3、软硬件协同综合步骤软硬件划分完成以后，分别进行软件系统和硬件系统的设计实现。对划分完成的系统进行设计的阶段叫做综合。这个步骤的主要任务是将划分完成的系统的描述转换成为可以综合的硬件描述和可以编译的软件程序。构建包含软件和硬件的实现结构描述的设计转换过程。比如说划分后的描述可以翻译成为Verilog HDL(硬件模块)和C(软件模块)。软硬件协同综合包含以下三个步骤:1)处理单元分配，决定嵌入式系统由哪些处理器、DSP及专用硬件等体系结构级别的单元组成；2)任务指派，决定系统当中哪些功能由硬件处理单元实现，哪些功能由处理器用软件来实现；3)任务调度，决定分配给每个处理单元上任务的开始时间和执行顺序。4、软硬件协同仿真软硬件协同仿真验证是对整个系统设计的正确性和性能指标确定的一个评估阶段。在嵌入式系统设计的各个阶段，可以把仿真验证分为系统级仿真、行为级仿真、寄存器传输级(RTL级)仿真和门级仿真。系统级仿真一般情况下用来评估系统的整体功能和对算法的正确性的验证；行为级仿真可以对所设计的逻辑进行仿真，但不会考虑目标器件的特性，比如容量，延迟等，行为级仿真可以使用高级的语句，比如报错语句、文件读写语句、浮点格式等，但这些语句通常都是不能在目标器件中实现的；寄存器传输级仿真检查各模块的逻辑功能是否正确，然后，将通过仿真的各模块集成在一起，对整个系统进行功能仿真，这一阶段的仿真没有包括硬件电路的时间信息，因此，只能从逻辑功能方面对设计进行验证；门级仿真是将使用综合软件综合后生成的门级网表或者是实现后生成的门级模型进行仿真，不加入时延文件的仿真。典型的软硬件协同仿真一般是在CPLD或FPGA的开发环境下，在Quartus II下运行。系统如果采用的IP核等一些资源已经进行了单独的验证，则对它的门级或者RTL级的仿真验证可以省略。八、嵌入式系统软硬件协同设计总结基于SOPC的软硬件协同设计方法能够在宏观上把握复杂系统，克服了传统设计方法存在的缺点，能够充分挖掘软件和硬件之间的协同性，对系统的软硬件进行正确划分，并能够选取合适的IP，建立系统的设计平台和验证平台，推动软件和硬件的并行研发，降低设计风险，缩短开发周期，在嵌入式系统的设计中发挥着重要的作用。随着逻辑设计和EDA工具的支持，基于SOPC的软硬件协同设计技术在嵌入式应用系统的设计中发挥越来越重要的作用，将是今后IP－SOPC设计领域中的最核心技术。嵌入式系统具有强大的生命力，广阔的市场和深远的应用前景使它的发展日新月异。为了更快捷、更有效地开发各种嵌入式应用，研究软硬件联合设计方法具有很重要的学术和商业价值。系统建模、软硬件划分、虚拟原型等技术仍然是嵌入式系统设计中的关键问题，并随着微电子技术和计算技术的发展不断地补充和发展。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的嵌入式系统软硬件联合设计方法。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-09

2021

电子产品硬件设计

电子产品已经深入人们的生活并成为不可取代的重要的生活工具，而基于时代的需求，对于电子产品的要求越来越高，如何加快提升电子产品的实用性，如何提升其在市场中的核心竞争力，已成为当下电子产品行业从业人员需要迫切解决的重要问题。但与此同时，电子产品的实用性与其硬件设计紧密联系在一起，因此，对电子产品实用性问题的探究还需要从电子产品硬件设计入手进行深入分析。一、对于电子产品硬件设计的分析电子产品对于市场及用户而言，其竞争条件可以粗略划分为硬件设计内容和外在设计形象。基于一定前提，硬件设计条件往往直接决定了电子产品的实用价值，而用户在对于电子产品进行选择时，也是基于个人需求在不同硬件设计中选择性价比较高的产品，由此可见硬件设计对于电子产品的发展起到了至关重要的作用。而在我国，电子产品的硬件设计往往能够直接与企业的生产成本挂钩，换言之，高性能的硬件设计能够为企业有效降低生产成本并为企业带来更多的利润增值，进而能够更好地应对市场竞争变化所带来的冲击。以手机为例，当两款手机在外在条件方面不相上下时，用户往往会根据手机的性能来做出购买决定，而优质的性能就是高销量的保障，优质的性能又能够推动其他生产厂家提高自身的设计来争取占有更多市场份额，从而形成良性竞争环境。二、硬件设计的流程结合上文对于电子产品硬件设计的重要性的分析，我们需要了解的另外一些问题是，硬件设计的具体流程是什么？哪些因素又构成了硬件设计，使其成为如此重要的一环呢？针对以上问题，本文将通过介绍前期准备工作、原理图绘制以及PCB图的绘制及相关元件安装三个方面进行深入探析。1、关于硬件设计的前期准备工作如果说硬件设计的好坏是电子产品在市场中形成核心竞争力的关键，那么电子产品硬件设计的前期准备工作对于硬件设计而言就是工作开展的重要基础。硬件设计的前期准备工作主要是相关的项目规划和相应的准备工作，即将项目根据不同类别划分为若干区域，不同区域依照模块进行搭设。值得注意的是，模块搭设中所选用的元件或其他器件要依据图纸，尽可能使用寿命及使用周期较长的主流元件，并根据图纸搭设完成后进行测试，确保运行正常，并做好相关的记录工作，以便日后审核或回执使用。前期的准备工作的重要性不仅体现在它的基础性，还体现在它需要为后续的工作做好服务，前期准备工作直接决定了后期工作能否正常开展，因此极为重要。2、关于原理图的绘制工作元件的封装基于原理图的绘制，而原理图的绘制则需要依赖前期的准备工作，环环相扣。在绘制原理图时，首先要根据不同区域间的不同电路与元件，来画出功能块的原理图，然后进行标记，确认无误后开始封装。原理图的绘制工作是电子产品硬件设计的核心工作，也起到了承上启下的作用，基于原理图的绘制，能够对整块设计进行分析，及时找到问题与纰漏并进行修改，可以说原理图的绘制直接反映着电子产品硬件设计的功能性良好与否，需要引起高度重视。3、关于绘制PCB图PCB图的绘制是硬件设计流程中的最后一步，也是基于前期工作完善后的最终步骤，在完成原理图绘制工作的基础上，将原理图中的元件封装导入PCB图中，然后放置元件。在这个过程中，要格外注意元件的放置顺序、元件之间的联系性以及实际的相关布局等问题，确保从绘制尺寸到位置都精准无误后，完成硬件的设计工作。值得一提的是，要尽量避免在连接关系中出现重叠的现象，会直接影响硬件设计的设计需求，不同的电子产品需求不同，而作为最后步骤，应当整体进行翻查，避免出现疏漏。三、电子产品硬件设计的应用手机、电脑、相机等电子产品已经成为当下人们生活中不可分割的一部分，电子产品的硬件设计的应用与其实用性能够带给用户最直观的感受，不难推断，其对产品本身的销售也会造成影响，因此，如何基于硬件设计的应用提升产品的实用性就成为了关键问题。1、微型电子器件关于微型电子器件的探讨，笔者以集成电路为例来进行。集成电路相对而言体积小、重量轻，且成本不高，结构简单，符合当下电子产品的低能耗高可靠性要求，是基于时代发展的电子产品的发展方向之一。就集成电路而言，不仅能够在民用电子产品设备中看到它的身影，诸如计算机、电视等等，其在军事领域、通讯领域也同样活跃，由于集成电路的优势及配密度，使得设备的稳定性得到了长足的进步，因此其不论是在推动电子元件发展方面还是在提高产品的实用性方面，都表现突出。2、记忆设备的应用记忆设备的应用其实就是指存储器的应用，存储器是计算机的重要组成部分，通过存储器能够将数据进行存储和提取，进而对数据进行利用。存储器不仅仅在计算机中被应用，基于当下时代的发展需求，几乎所有的电子产品都会运用到存储器，目前为止的记忆设备大致分为两大类，一类是基于ROM类的存储器，即对于系统程序进行存储功能，另一类是基于数据的存储。四、对于电子产品实用性提升的设计在对电子产品中硬件设计的应用做简单介绍后，就需要对其如何提高产品实用性进行探究，以手机为例，手机在使用过程中，其实用性的体现与手机硬件设计有着直接联系，如：产品的耗损，即使用年限和使用年限中的流畅性问题，以及功能性耗损，即在使用过程中，保障其在产品元件出现问题时的及时维修性能。基于这两点，才能充分保障电子产品实用性不断提高。1、元件的耗损与流畅性在电子产品的使用过程中，不可避免的由于使用年限、使用次数、使用环境或其他因素，使电子产品元件产生耗损，元件的耗损可能会直接损害电子产品使用的流畅性或加大其出现故障的概率，进而降低产品实用性。因此在电子产品的硬件设计环节，首先基于实用性要考虑的就是关于电子产品硬件设计的耗损问题，通过已出现的耗损值来评价当下元件的耗损问题，并在此基础上进行整体的机构设计调整，设计出能够代替现有元件并降低耗损值的元件，在提升实用性的基础上，为用户带来良好的体验。以手机为例，手机在经过一到两年的使用，会出现点击软件启动缓慢、切屏缓慢或其他操作流程不流畅的问题，一些企业为了成本及利益，不考虑该因素，一味生产，反而导致手机的更新换代速度加快，在过快淘汰过程中，最终损失的是企业自身，良好的用户体验才能长久地留住用户，耗损不可避免，降低耗损值，让耗损出现得更晚或零件可更换才是关键，只有从根本上满足用户对产品的实用性需求，才能促使企业赢得市场口碑，进而获得长远发展。2、基于耗损的元件的可维修性可维修性简单来讲就是当电子产品中的元件出现耗损可及时维修和更换，以延续电子产品的使用，进而提高产品的实用性。在企业进行电子产品硬件设计时，就要考虑到这一点，对于硬件设计元件尽可能选择具有轻便性或者能够整合的元件组合，并提升硬件设计下电子产品功能的便捷性。在电子产品硬件设计、外观美观以及流畅性都达到某一标准后，对于电子产品长期使用产生的元件耗损提供维修服务。以电脑为例，电脑在逐年累月的使用过程中，难免会出现硬件元件损耗的问题，当问题出现后，用户基于电脑存储器中的文件的重要性，不能够更换或使用其他电脑，需要对于电脑进行维修以使电脑继续提供服务，而元件损耗一般情况下是元件的老化造成的，在维修过程中，要注意选择适当的能够进行替换的电子元件，既要符合最初电子产品硬件设计的设计理念，也要满足当下电子产品继续使用的需求，并避免更换电子元件后可能会出现的问题，如机身长期过热、产品流畅性严重下降等。五、电子产品硬件开发技术总结不论技术的发展多么便捷与迅速，电子产品的实用性始终是电子产品的核心竞争力，只有提高产品的实用性，多方面满足用户的需求，才能在电子产品的市场中占据一席之地。作为企业，不能只看到眼前的蝇头小利，要着手于从元件耗损、维修等多个方面提供售后来保障电子产品的实用性，同时在原有电子产品硬件设计中，充分考虑到各方面的因素，从根本上提高其实用性。望广大相关工作者能够在此基础上继续深入探究，为提升电子产品的实用性提出更多具有建设性的建议与意见。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的电子产品硬件设计技术详情。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-08

2021

英特尔硬件设计流程

英特尔嵌入式平台硬件设计流程指导技术发展日新月异，如何能够快速提供完整的解决方案，正成为现代高新技术企业的主要挑战。这就要求开发团队进行详细的研究并深刻理解实际需求，进行需求分析，比如产品各项性能指标、产品功能要求、测试认证需求、项目成本目标等，进一步明确设计任务。英特尔产品线比较广泛，针对设计任务和要求，学习平台资料进行评估，设计可靠合理、经济可行的方案时需要特别注意Intel平台各项功能参数与实际需求相符合，具体需要参考英特尔产品文档资料。一、英特尔平台文档资料名词术语1.1外部设计规范EDS(External Design Specification)这份设计文档包含了该平台支持参考设计中的使用和实现的资料，帮助客户设计使用英特尔的产品。还包含了使用特定的Intel组件的性能指标或系统设计的设计信息，以及Intel处理器核心、图形、内存控制器、总线信号描述、系统内存匹配、总线接口数量、电气特性、封装信息、时钟分配、芯片对电压的要求、以及上电顺序和输入/输出接口等具体信息。1.2平台设计指南PDG(P1atformDeSignGuide)设计指南包含的信息支持参考设计的使用和实现的信息，帮助客户设计使用英特尔的产品。还包含了使用特定的Intel组件的PCB板布局和板级系统设计的设计信息与设计建议，具体到CPU和芯片的每一种接口的接线与布线建议，如DDR拓扑结构、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIe、USB等；Design Guide中也会有平台中电源分配与上电顺序设计指导等以及对PCB叠层、走线、接口、等长、过孔等做出详细的规范和要求。1.3客户参考设计原理图CRB(Customer Reference Board Schematic)客户参考板原理图描述了一个Intel完整产品的特性，包含了特定产品客户参考板的原理图设计，会把Intel对应平台的各个总线接口连接出来，通过调试即可实现系统功能，包括系统框架图、电源方案、时钟、平台上电顺序、电源管理、详细原理图实现到具体的元器件连接等。1.4客户参考设计布局文档(Customer Reference Board fi1e)客户参考板布局文件是针对目标系统设计的一个布局文件。与客户参考设计原理图相一一对应的，使用参考客户参考板用户指南、客户参考测试计划和客户参考系统设计。1.5平台布局检查表(Layout check 1ist)布局检查表是审查设计指南并实现一个系统布局设计重要环节，由大局到细节的与相关的平台设计指南一起配合使用的，具体的每个总线接口都有详细的要求和说明，比如说高速总线布线、过孔数量、时钟分配、特性阻抗、长度限制等检查可能发生的问题点，增强主板的稳定性能。1.6原理图检查表(Schematic design check list)原理图检查表是一份产品设计原理图需要审查的项目清单和列表，原理图推荐设计与指导，可自查与CRB原理图的接线区别与问题。检查有关芯片周边信号的连接、高速信号的连接、电源状态、时钟分配，未使用总线接口屏蔽注意事项，在原理图设计中常常与外部设计规范EDS配合使用。二、Intel项目设计流程2.1英特尔项目设计前期准备在实际项目设计前期，要进行需求分析和明确开发任务。设计人员需要及时联系Intel的技术支持工程师了解产品路线图，结合项目实际需求，一起讨论平台的芯片方案；开发调试阶段的调试工具种类和使用文档，明确项目开发计划及时间表；同步申请Intel CRB参考设计板进行先期调试与评估，以缩短产口开发周期，提前获得Intel的技术支持和设计资源。当然，参考EDS及其他文档的特性指标过程中，也需要进行初期产品软件实现可行性研宄，如与BIOS/OSV厂家讨论SW开发与设计，MCU的实现与系统配合，OS与driver的功能实现，系统散热方案的选择等。结合项目需求，开始准备设计文档和设计方案，需要先进行系统架构设计，画出系统框图与相关设计部门讨论实现，整理出电源分配、时钟、上电时序及复位、中断、调试等单元构思框图，结合Intel平台客户参考设计原理图CRB，进行器件选型和单元方案实现到整体方案的制定。需要参考PDG，EDS，CRB等文档，特别注意芯片的工作电压、工作频率、系统时序和整体功耗等，满足系统设计需求。2.2英特尔硬件原理图绘制阶段在原理图绘制阶段，首先参考Intel芯片库文件，做到原理图排版清晰合理，版面排列均匀，学习EDS文档中各组信号描述：系统内存、总线接口、电气特性以及上电顺序(此为平台上电设计的重要基础)，从EDS中查阅相关信息，并参考CRB根据平台各主要功能模块对时序的要求汇整后进行定义项目平台的上电时序；其次，结合项目功能需求，参考intel CRB原理图设计，特别注意电源分配、时针安排、高速信号的连接等，原理图初稿绘制后需要认真与intel的原理图检查表(schematic design check list)结合排查容易出错的地方，特别是DDR、PCIe、USB、DDI等高速信号；然后，硬件开发人员需要及时与SW同事一起讨论和准备BIOS/Boot loader程序，为第一版打样试产开机作好充分的准备。当然，选择与绘制其他元器件也是一个重要组成部分，需要充分考虑后期的加工以及生产流程的方便性和元器的替代性。可以同步申请Intel技术支持人员进行项目原理图的审查，结合检查结果，召开原理图设计小组进行最终讨论和修改，对功能、性能、冗余设计等客户功能要求规格与标准与Intel平台各项指标相符合，以及工厂的可生产性、可调试性、可测试性进行等，最终修改确定。2.3英特尔PCB布局设计阶段布局和PCB设计阶段，需要及时与机构/ID/EMI/RF/Power/thermal team合作，讨论主要芯片的位置摆放问题，以满足项目整体方案的设计需求。首先结合PCB叠层结构，计算各组高速信号的PCB走线的宽度能否顺畅，讨论电源器件位置以及敏感元器件位置摆放，产生正式设计文档：注意把I/0接口、温度、时钟元器件位置以及限高区域重点讨论其次，绘制PCB布局时需要选择合理的叠层设计、把主要元器件排列均匀，做到高速信号布线顺畅；要特别注意干扰源及敏感信号的屏蔽，各种不同功能模块的供电要做到相对隔离；注意高速信号与电源的走线分配，避免相互干涉；合理规划电源模块布局与电源分配路径，根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。高速信号走线长度需要符合Intel规范，需要填写PCB板上实际长度在等长表中检查走线长度。合理规划高速信号的参考平面及电源平面，特别注意DDR、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIE、USB等高速信号的布线，以避免信号干扰和窜扰效应；拉大高速信号和模拟信号之间的距离，尽可能地增大信号线间的距离，可以有效的减少容性串扰；应尽量减小环路面积减小感性串扰。地线设计中，注意数字地对模拟地的噪声干扰，可将数字地与模拟地分开、接地线应尽量加粗、数字电路系统的接地线构成闭环路，能提高抗噪声能力。关注信号完整性的信号阻抗匹配、线宽走线均匀、线距保持合理；避免传输线的阻抗不连续性，减少使用桩线等。模拟信号，时钟信号和温度信号等敏感信号走线尽量短，并远离电源等干扰源。过孔数量及分布合理，尤其是高速信号的过孔数量不超过要求，可以参考CRB layout file，layout check list和PDG。遵守英特尔参考设计文档PDG，做到电源分配合理，时钟走线得当，DDR等高速信号没有影响和被影响；后期，认真与layout对照检查表一项一项的仔细排查，尤其是高速信号、等长、电源、EMI对策等部分。接近发板前期，可以邀请英特尔专业工程师同步进行检查，收到反馈结果后及时召开layout布局检查会议，讨论并修改后产生正式设计文档进行发版制作。2.4英特尔PCB制作阶段PCB制作期间需要同步检查物料表，协调试生产排程，准备首件测试计划和调试工具软件、调试设备。当收到首片PCB时，首先进行电源相关的开短路测试，确认无误后进行上电测试，重点检查电源时序、时钟、reset等信号，对照英特尔平台EDS中的上电时序要求，软件硬件开发人员及时调整和解决不符合spec.要求的设计；接着power on完成后，需要完成功能测试报告和信号完整性测试报告，然后进行系统功耗与电源品质测试、主要器件的兼容性和系统稳定性测试；生成正式的测试报告和变更文档以便后续相关问题的追溯。必要时可以寻求英特尔平台应用工程师在主板调试验证方面的帮助。2.5英特尔硬件平台调试阶段根据首次试产后的测试结果，修改原理图和布局设计，进一步检查物料上件的准确性，同步解决工厂生产与功能测试相关的问题，形成设计文档：在第二次试生产后，进一步验证系统功能的稳定性，比如说高低温，老化，跑长时间多次开关机等测试；及时解决相关测试部门发现的集中性问题。第三次打板后足够台数、次数的多次验证系统稳定性的同时，也需要在产品最终量产前，改善生产良率，比如说简化设计，使用排组减少零件数量等，对工厂生产和测试过程中，遇到的集中性问题进行解决直到开始量产出货。总结英特尔嵌入式平台设计的目的是为了让系统设备达到预期的功能，系统能够更加稳定的运行，本文重点强调的Intel各个主要设计文档的功能与内涵，解决了X86开发工程师在设计嵌入式平台过程中遇到的种种困惑以及给出了指导方案，在大部分的系统硬件设计过程中运用可取得较好的项目成果，能够缩短产品上市时间与开发资源。当然，现代快节奏的产品开发周期，各种项目的要求也千差万别，可以结合具体实际情况，有针对的选择重点的开发方向。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的英特尔嵌入式平台硬件设计流程指导。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商：松翰、应广、杰理、安凯、全志、realtek，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-07

2021

电路板诊断维修

本文的研究对象主要是电路板，通过对电路板常见问题的细致诊断可知其具体的维修措施。不同的故障问题相应地应采取不同的维修策略。实际上，通过对电子设备电路板故障问题的全方面分析，我们可以清楚地了解到及时对设备实施运维是非常有必要的。借助以下几点措施，可有效提升电路板工作的质量，同时还可将其安全性、可靠性得以稳步提升。首先，就电路板故障情形下的诊断方法进行归纳，包括测量法、排除法以及替换法。其次，将具体的维修策略进行归纳、总结，包括清洁除锈措施、检测熔断丝、检测元件以及查找腐蚀点等。电子设备的革新离不开先进科学技木的发展，在技木的支持下现在的电子设备电路板形式多种多样，不仅有双面板形式还有多层板的形式。实际上，用电器械布局的科学整合以及固定电路的批量生产均会受到其不同形式的影响，具有非常特殊的实用性价值。如今的电路系统建设越来越多元化且智能化，可想而知随之而来的便会是电路板故障问题的逐渐増多。为确保相关设备能够更加高效的服务于企业或者个人，就必须及时加强运维效车，且将现有的故障问题及时解决。一、概述常见的电路板故障诊断手段无论是对电子设备电路板实施更换，还是对其进行专业性的维修，在采取具体的措施之前首先需要及时判断结构的芫整性，准确评判与设备相关的故障要素。故而本又现就三种常见且高效的诊断故障的万式进行总结归纳，将其工作原理及时呈现出来。1、关于测量法的工作原理在开展测量法的时候，首先需要将万用表装置来测定相关装置的输出电压参数。在此基础上，便可对其故障进行评估与测定。当然，故障诊断工作者必须对机器设备有非常深入的了解，能够掌握相应的基础知识，尤其是对装置输出电压参数的取值范围有非常明确的认知。经过对实践经验的总结，我们可以知晓两种不同的取值万式：首先，根据生产厂冢所提供的＃细数据来明确取值范围。其次，是在第一次使用电路板的时候实施精准的测定，继而把它视为基准数据。2、关于排除法的工作原理现将排除法的基本原理归纳如下：相关工作者可依据电路板装置的运行原理，来进一步判定故障现象出现的主要原因，随即便可采取从简单到复杂的工作理含逐一排除故障问题。通常清况下，往往电路板的故障问题会出现在最后检测的部件中。实际上，具体的故障诊断手段是基于电路板连接机械故障至电路板附件装置机械故障的途径。实践证明，这一种故障排除的万式具有非常高效的作用。相比较而言，排除法具有非常多的优势，例如具有极强的可控性以及操作性等。3、关于替换法的工作原理所谓的替换法，就是将处于同等状态的电路板实施替换，从而对比检测出故障所在。为了达到一定的经济性效果，常见的诊断作业如下：假设型号相同的机械设备在运行的时候，若需诊断某一机械设备的电路板问题，就需要把这一个电路板与正常运行清形下的机械设备实施调换。在这一操作清形下，假设实施替换操作之后依旧存在故障问题，此时就可断定该电路板具有故障问题。二、高效维修电路板故障事宜的重要举措1、及时落实凊洁除锈的工作内容实际上，电路板装置中出现部分物质或者吸附性的杂质是在所难免的，然而当这些吸附性物质出现在电路板装置中时，故而就会使得相关元件的散热受限，甚至会使得电路板出现瘫痪状况。若是电路板受到了严重的损毁，设备就很难继续运行。尤其是当附着性灰尘出现在芯片接角的时候，继而会使得芯片元件ｆｔ定性不高，甚至会引发电路板短路的问题出现。由此可见，及时对电路板实施凊洁除锈的维修事亘是非常有必要的，及时减少附着性灰尘对设备的干扰。2、科学检测熔断丝装置为了保险起见，电路板装置中均安装有熔断丝部件。如此一来，即便是电路板经过高电流的时候仍旧可起到保护元件的作用，防止元件被损坏。也就是说，在检测的时候还需要及时对电路板装置中的熔断丝实施检测，掌握熔断丝的损毁状况。当出现熔断丝损毁的问题时，必须及时将其进行更换，即采用同一型号的熔断丝。3、关于元件损坏问题的探究在进行电路板维修工作之前，必须先对不同的部件进行仔细的观察，同时依据观察来进行评估。通常其故障形式是如下三种类型：第一种是裂缝问题，即电路板元件电容出现面积变大的问题，同时存在裂缝等现象；第二种是三极管被烧毁，呈现为贯穿性的状态。第三种是电阻元件被烧断，无法达到及时的保护作用。针对这一现象，必须及时将相同型号的装置进行替换，借此处理电路板故障问题。4、对腐蚀点与虚焊问题进行检测由于制作工艺因素的存在，故而会对部分机械设备内部电路板装置产生极大的影响。当一段时间的运行之后，部分元件接角的位置就会出现一定程度的虚焊问题。除此之外，在潮湿环境的影响下电路板装置也同样会出现腐蚀问题。实际上，潮湿的环境是不利于电子设备的电路板装置正常运行的，故而其部分元件的运行效车会受到极大的影响。针对以上问题，需在故障所在之处实施假焊举措。同时，还可依据现实条件采取二次连接的维修手段。现如今，我国的科学技木水平己经有了明显的提升，并且拥有先进技木的人才也越来越多。可见，我国现代化发展速度会有非常可喜的改进。由于电力系统的运行效果与人们的日常生活关，故而相关部门需及时加强电子设备的管控，充分发挥先进人才的技木与理含，提升电路板维修效果。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的电路板的诊断与维修技术。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
07-06

2021

电路仿真软件选用

电路级仿真分析由电子元器件构成的电路的性能，包括数字电路的逻辑仿真和模拟电路的交直流分析、时域和频域分析等。电路级仿真必须有包含PSPICE参数的元器件模型库的支持，仿真信号和输出数据代替了实际电路调试中的信号源和示波器。电路仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。电路仿真技术使工程师在实际电子系统产生之前，就有可能全面地了解电路的各种特性。现在电路仿真也广泛用于各类学校的电子专业教学。商品化的电路仿真软件种类比较多，软件性能特点各不相同，应用的便利性也有差别。根据工程和教学的需要选择合适的电路仿真软件可大大提高工作效率和教学效果。一、电路仿真技术的功能特点电路仿真是经过广泛实践，被证明是相当有效的分析技术，被越来越多的电子设计者采用。电路仿真技术可以在下面几个方面发挥作用。1.验证电子电路设计采用电路仿真技术对不同的电路设计方案快速地进行模拟分析，保证设计思想正确。在电路形式确定以后，对电路的元件参数进行灵敏度分析和容差分析，优化电路参数，保证设计质量。电路设计采用仿真技术，能极大的减少人工劳动，缩短设计周期，降低设计成本。如滤波器设计中有大量的复杂分析。用人工计算全部数据的话，要耗费大量的时间。采用电路仿真软件可以在几分钟内得到结果，而且误差可保持在工程规范的范围内。与传统的电路测量方法相比，计算机仿真可预测某特定电路参数的变化过程和最终结果，使人们对电路性能的变化规律有深入的了解。例如，元件参数的误差会给产品性能带来多大的影响？哪个元件的误差会给电路性能产生最大的作用？采用电路仿真技术中的蒙特卡洛分析能快速得出结论。应用最坏情况分析，设计人员可方便地测试各种极端情况，观察极限条件下电路的反应。灵敏性分析使用户能够确定由于设计或元器件参数更改引起的电路性能参数（诸如周期、增益或上升时间）的变化比例。在常规测量有困难，特别是在实际系统中具有破坏性的实验研究中，电路仿真技术尤其有优势。如某些电子设计涉及高电压和大电流，不正确的设计参数可能造成电子元件损坏，使设计进程受阻。电路仿真用于数字电路同样具有高效率、高精度的特点。在搭建电路之前使用仿真技术，可避免各种致命的损坏，增加成功率。作为一种模拟技术，仿真虽然还不能完全取代真实电路的实际测量。但由仿真产生的各种参数在设计中有决定性的意义，也为实物试验提供了数据基础。2.电子专业的辅助教学电子学是一门实验性很强的学科，电子学原理的学习最好和实验同步进行，以加深感性认识。实验需要测量仪器和电子元件。受到客观条件限制时，用电路仿真验证理论分析结论不失为一个有效的方法。电路仿真能记录分析中的全部数据，可以方便地重现各种电学过程，特别是一些瞬息即逝的现象。如振荡电路的起振过程，一般只有1毫秒左右。在没有存储功能的示波器上无法观察到这一过程。而使用仿真可记录电路起振的全过程；再如用电路仿真软件可构建各种运算电路，随时验证运算放大器的电路理论，比搭建实验电路更为简便快捷。绘制的电路图和产生的仿真曲线可被复制到文档中，使你的实验报告看起来更有说服力。学习电子电路，不仅要掌握基本原理和计算方法，还要注重电路的设计、分析和研发能力的培养。通常实验室不可能提供世界上各厂家的最新器件。而电路仿真可以采用新器件的模型加以模拟和分析。应用电路仿真技术还可设计验证、测试、设计和创新等不同形式的训练，培养学生多方面的能力。3.学习电子工程测量技术测量是电子技术的基本技能之一。电子测量有两个方面的要求：掌握电子仪器的操作方法和数据的采集分析。在电子测量中，要用到多种信号发生器：如高频信号发生器、低频信号发生器和函数发生器等。这些仪器产生的信号在电路仿真软件中都能实现：如瞬态源可产生函数发生器的各种信号，非线性受控源可产生调幅波等。通过设置仿真源的信号参数，能深入理解各种波形的电学意义。在仿真软件的图线界面中，根据对测量结果的期待，选择波形的显示参数，相当于调节电子仪器的各个旋钮。电路仿真产生的波形图线比示波器荧屏有更大的幅面和更精确的坐标。软件的图线测量工具可对信号曲线实施多种测量，如周期信号的幅值、频率、周期、相位及脉冲信号的上升时间，信号的过冲幅度等。测量工具是完全图形化的，具有很强的交互性，能自动计算各项参数。波形计算器对波形进行数学计算。波形计算器使用各种数学符号及函数，计算信号的如平均值，微分积分等数据。在大多数软件中，利用波形计算器，可以交互地构建复杂的函数表达式，产生新的波形。部分仿真软件的测量结果可以被直接标注到图表中。运用某些软件(如Multisim)中的虚拟仪器，对掌握真实仪器的性能和操作很有帮助。二、电路仿真软件的基本性能随着微机技术的发展，基于Windows的EDA软件水平不断提高，现在有很多不同软件公司生产PC版的电路仿真产品。这些产品有不同技术档次和应用定位。一些以印制电路板设计为主要应用的软件也有内嵌仿真组件，如ORCAD的PSPICE、Protel的Simulate等。专门用于电路仿真产品品牌比较多，如Multisim、TINA、ICAP/4、Circuitmaker和Micro-CAP等。通常这些软件都是基于电路仿真语言PSPICE。各种电路仿真软件的界面和功能各有特点，数据的显示和处理方式也不尽相同。可以从下列四个方面来评价电路仿真软件的实用价值。1.仿真项目的数量和性能仿真项目的多少是电路仿真软件的主要指标。各种电路仿真软件基本的分析功能包括静态工作点分析、瞬态分析、直流扫描和交流小信号分析等4项。还可能有的分析功能有：傅里叶分析、参数分析、温度分析、蒙特卡罗分析、噪声分析、传输函数分析、直流和交流灵敏度分析、失真度分析、极点和零点分析等。仿真功能比较少的软件如SIMextrix只有6项，而TINA有多达20项。Protel、Orcad、P-CAD等软件的仿真功能在10项左右。专业化的电路仿真软件有更多的仿真功能，对电子设计和教学的各种需求考虑得比较周到。如TINA的符号分析、Pspice和ICAP/4的元件参数变量和最优化分析、Multisim的网络分析和数字电路仿真、CircuitMaker的错误设置等都是比较有特色的功能。PSPICE语言长于分析模拟电路，对数字电路的处理不很理想。各种软件的解决方法也不一样：如Protel对数字元件采用Digital SimCode描述，并用乔治亚大学的XSPICE处理数字仿真。Multisim采用基于VHDL、Verilog或C代码描述的模拟和数字器件协同模型。对于纯数字电路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述语言的仿真软件，如Altera公司的可编程逻辑器件开发软件MAX+plus II等。2.仿真元器件的数量和精度软件元件库中仿真元件的数量和精度决定了仿真的适用性和精确度。电路仿真软件的元件库有数千到1、2万个不等的仿真元件，但软件内含的元件模型总是落后于器件的开发和应用。因此，除了软件本身的器件库之外，器件制造商的网站是元器件模型的重要来源。设计者可根据最新器件的外部参数自定义元件模型，构建自己的元件库。对于教学工作者来说，软件的元件模型库完全可以满足常规教学所需。电路仿真软件的元件分类方式有两种：按元器件类型如电源、二极管、74系列等分成若干个大类；或按元件制造厂商分类。大多数仿真软件有电路图形符号的预览，便于取用。各电路仿真软件对元件的PSPICE模型都作了简化。如PSPICE的电阻模型有一阶、二阶和指数等三个温度系数。多数软件只定义了前两个温度参数，只有TINA定义了电阻的三个温度参数，而Protel的电阻未定义温度系数；又如双极型晶体管有40个PSPICE模型参数，Multisim规定了全部的参数、TINA也有32个，Protel只有22个。所以对仿真精度要求比较高的设计要采用高精度的元件模型，或根据实际元件修正模型参数。查阅和修改组件模型的方法各个软件的处理各有不同。有的在元件属性框中即可修改元件模型参数，而有的要打开专门的模型参数文件或界面才能修改。3.数据显示和处理能力运行仿真后会得到大量的电路数据。仿真数据的显示方式有列表和图线两种。如计算直流静态工作点后，Protel将节点电压、支路电流、元件消耗功能和电源端等效电阻等数据以列表显示；Pspice和MicroCAP可将电压、电流和功率标示在电路图中。瞬态分析、直流扫描、交流小信号分析一般以图线显示结果。图线可以被打印或保存为特定格式的文件；部分软件可将波形保存为通用的PWL（以时间—电学量数对组表示的）格式文件，或导出到Excel中。也可以复制图线，把它粘贴到Windows的“画图”中，处理后保存为图片文件；或直接把图线粘贴到Word、PowerPoint、Autherware等软件的文档中。各电路仿真软件对波形图线的处理能力不同。但一般都有如下数据处理功能：(1)波形测量：显示为不同类型的坐标刻度(线性、对数、幅度、分贝等)；测出图线的有效值、方均根值、峰峰值、平均值、最大值、最小值、周期等。(2)图线计算：对图线进行加、减、乘、除、微分、积分等运算。或将图线变量作为数学函数的自变量，得到新的数学变量。(3)修饰图线：使图线更美观、更容易被理解。可更改图线的粗细、颜色、式样和标记；添加测量数据点标志和数据标签；改变图线的背景色、坐标的式样和颜色等。有些软件允许在图线画面中输入说明性的文字，甚至可以是中文文本。4.虚拟仪器和教育功能形象化的虚拟仪器是电路仿真软件的一个特色。最典型的例子是Multisim，该软件的虚拟仪器无论界面的外观还是内在的功能，都达到了同类软件的最高水平。其它备有虚拟仪器的软件有TINA和EDISON等。虚拟仪器可以帮助学习者了解电子仪器的作用，深入理解电子测量的方法和技术要领。掌握电子仪器的各种操作方法，特别是各种控制按钮、旋钮的功能。Multisim和TINA虚拟仪器的功能实际上已超过了PSPICE本身，比较典型的是网络分析仪和逻辑分析仪。网络分析仪是分析射频组件和射频网络参数的专用仪器；而Multisim的逻辑分析仪具有真正的数字电路分析能力，符合实际数字系统分析的技术要求。部分软件还有虚拟的机电元件，如灯泡、按钮、继电器、接触器等电气元件，调用这些元件可构建机电控制电路。软件元件库中的数学和模拟控制器件可用以分析自动控制原理。为适应教育单位对电路原理教学的需求，有的软件设置了教育功能。主要是允许使用者对元器件设置一些隐藏的错误，以提高训练学生提高分析问题和解决问题的能力。如Mulisim和TINA可对组件设置开路、短路和漏电阻三项参数；而Altium公司的另一个电路仿真产品CircuitMaker可以对组件和电路做更多的教学设置，并且可加上密码，以防止应用者修改组件属性。三、怎样选择电路仿真软件？在电子工程的生产设计或电子学专业教学中，对电路仿真软件可能有不同的要求，应从软件功能特点和工作实际需要两个方面来考虑。1.考虑生产和教学对电路仿真软件的需求。首先要考虑软件的实际生产能力，用此软件能完成什么样的工作？该软件的模型库能否满足设计需要；软件有哪些电路仿真功能；电路图有哪些输出格式，是否和企业现有的PCB设计软件兼容；软件的价格及提供哪些售后服务等等。如果本单位的产品比较复杂，就要考虑从电路设计、分析、优化，系统仿真、甚至机电系统设计在内的全面解决方案。2.评估电路仿真软件的性能各公司的软件产品有不同的销售定位，电路仿真软件的功能、扩展性和价格相差很大。同一软件有不同的版本，以不同的功能和价格适应不同的业务需求。一般的教学单位只要学习电路仿真的相关原理，不必强求软件的高性能。使用学生版或教育版的软件完全可以应对日常教学所需。而作为电子生产企业，则要采用企业版或加强版的软件，还要考虑产品的设计、生产和管理等一系列问题，对软件的维护和技术支持也有一定的要求。所以应尽量采用大公司的产品。如ICAP/4、Orcad等；如果对电路设计和仿真有更高的综合性要求，可以考虑美国Synopsys公司的Saber。Saber适用领域广泛，包括电子学、电力电子学、电机工程、机械工程、电光学、光学、控制系统以及数据采样系统等等。3.根据教学需要选择适用的软件在教学中，要求电路仿真软件能清晰地展示电路图、信号图线和各种电路数据。Multisim在所有电路仿真软件中，它的仿真元器件、仿真分析类型和虚拟仪器都是最全的，是各级学校电路教学的理想仿真工具。Multisim的缺点是电路图画面只能放大到200%，电路线条比较细，投影到大屏幕上不太清晰。比较适合于职业技术学校的电路仿真软件是TINA 6.0简体中文版，该软件不但菜单和对话框是简体中文，所有的帮助也都是用中文写成，学生比较容易理解和接受。Altium的电路图和仿真图线界面的显示质量比较好，适合教师用于教学幻灯演示和制作各种文档中的插图。Altium也很适合用于印制电路板设计的教学。ICAP/4的优点是可以把仿真得到的电路波形插入电路图中，即可以显示电路中任何一点的波形。Orcad的Pspice在电路中显示仿真得到的节点电压、支路电流和元件消耗功率等数据，非常直观；MicroCAP有最强大的参数扫描功能，可时设置多达20个参数进行扫描分析。如果是电子学的初学者，则可以用有3D界面的电路仿真软件Edison，该软件界面生动直观，和实物形象相当接近，有助于认识和理解电路。4.专用电路仿真软件除了通常的电路仿真软件外，还有一些专门针对某一类设计应用的软件如：Intusoft公司的电源仿真设计软件PowerSupply Designer和磁性元件(设计分析变压器和电感器)的设计软件MagneticsDesigner；芬兰APLAC公司用于射频电路设计和仿真的软件APLAC；以及美国Ansoft公司的系列产品等。很多的半导体器件生产商为了推广它们的产品，也开发了专门的电路设计和仿真软件。如Altera公司的可编程逻辑器件设计软件Max+PlusI I；T I公司的开关电源专用设计软件SWIFT Designer；Linear公司的电路仿真和开关电源设计软件SwicherCAD等。总结最后要说明的是，现在电路仿真软件的发展方向已不再局限在电子学范围内。电路仿真技术在增强数模混合信号的仿真能力的同时，正在向电力电子、电光学、甚至是电机工程、机电工程等领域扩展，为工程实际和教学带来更多的方便。电路仿真技术有强大的电路分析功能，基本包括了电子测试分析的全部项目。不同厂商的电路仿真软件所提供的电子仿真元件数量、电路分析功能和数据处理能力有较大的差别。应根据工程设计和专业教学需要选择合适的电路仿真软件。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的电路仿真软件的特点和选用建议。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求，可以放心交给我们，我们有丰富的电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商，有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS方案开发、蓝牙音频开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。

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