各教学阶段基本要求

6.2.2　各教学阶段基本要求

图6.2.1　模拟电子技术课程设计的教学流程图

1）理论设计

电子系统的设计方法有三种:自顶向下（Top Down）、自底向上（Bottom Up）、自顶向下与自底向上相结合。自顶向下方法按照“系统—子系统—功能模块—单元电路—元器件—布线图”的过程来设计一个系统。自底向上的方法则按照相反的过程来进行设计。在现代电子系统设计中，一般采用自顶向下设计方法，因为这种设计方法，使设计者的设计思路具有大局观，从实现系统功能出发，概念清晰易懂。实际上，由于电子技术的发展，尤其是IP（Intellectual Property）技术的发展，有很多通用功能模块（甚至某些成熟的子系统）可以选用，也就是说，采用自顶向下的设计方法，有时只需设计到功能模块，再附加适当的元器件并加以合理的布线即可。应该说，这是一种自顶向下与自底向上相结合的方法。但在以IP核为基础VLSI片上系统的设计中，自底向上的方法得到重视和应用。

但在学校的实验室中，往往受到客观条件的限制，也就是说，一般只能根据实验室给出的元器件或某些功能模块来进行选择。另外，为了使学生能牢固掌握基础知识和基本技能，一般的课程设计课题都要求学生设计到元器件级。

在理论设计阶段，要求学生按照课程设计任务要求，在教师的指导下，运用模拟电路课程中所学过的理论知识，适当自学某些新知识，独立完成包括下列内容的理论设计。

（1）总体设计方案的比较、选择与确定

对于一个课程设计课题，可能有各种不同的设计方案可以实现。所以，首先应根据课题的任务和要求，进行仔细分析研究，找到关键问题，确定设计原理；接着还应广开思路，利用所学过的理论知识，并查阅有关资料，提出尽可能多的设计方案来进行比较；最终，根据原理正确、易于实现，且实验室有条件实现的原则确定最后设计方案，画出总体设计功能块框图。

（2）功能块的设计

根据功能和技术指标要求，确定每个功能块应选择的单元电路，并注意功能块之间的耦合方式的合理选择。

（3）单元电路的设计

对各功能块选择的单元电路，分别进行设计、计算出满足功能及技术指标要求的电路，包括元器件选择和电路静态和动态参数的计算等，并要对单元电路之间的适配进行设计与核算，主要是考虑阻抗匹配，以便提高输出功率、效率以及信噪比等。

元器件的选择很关键。在条件允许的情况下，应尽量选择通用性强、新型、调试容易、性价比高、集成度高的元器件。例如，设计一个模拟信号发生器，其主要电路元器件可以有三种选择:①晶体管；②运算放大器；③专用集成电路。显然，选择第③种最理想，但实验室可能没有，那只好退而求其次，选择第②种。

此外，近年来一些公司生产的可编程模拟器件更为模拟电路的设计开辟了广阔的空间。Lattice公司推出了在系统可编程模拟电路ispPAC（In－System Programmability Programmable Analog Circuits）器件，目前有ispPAC10、ispPAC20、IspPAC30、IspPAC80和ispPAC81等芯片，以及相应开发软件PAC－Designer。可使设计者在PC机上通过运用开发软件，实现对ispPAC器件内部电路的连线、参数设置等原理图设计，再进行模拟仿真观察所设计电路的幅频和相频特性。若仿真结果符合设计要求，即可通过连接于PC机并行口和实验板上的ispPAC器件的JTAG串型接口的下载编程电缆，对ispPAC器件进行编程设计。

IspPAC器件把高集成度、精确的设计集于一个芯片中，反复编程的次数可达10 000次，可取代许多独立标准器件所实现的电路。例如ispPAC80可实现五阶低通模拟滤波器而无须外部元件和时钟。IspPAC20器件可以有三种功能:①对模拟信号进行放大、衰减和滤波；②对信号进行求和、求差和积分运算；③把数字信号转换为模拟信号（ispPAC20中有一个8位电压输出的DAC）。

Zetex公司也推出了可再配置模拟万用电路TRAC系列。如TRAC020CH芯片中有20个模拟处理单元，工作频率为0～1MHz，利用该公司提供的配套工具（一套运行于PC机Windows下的设计软件，和一套有4组TRAC芯片和EEPROM的仿真板）通过编程可以使各单元和操作对象实现:开路、短路、加、求反、对数、反对数、微分、积分、放大、整流和衰减等配置。

所以，有条件的情况下可选择可编程模拟器件进行设计。

（4）最后画出总体电路原理图，必要时画出总体布线图。

2）运用EDA工具进行模拟仿真测试并进一步完善理论设计

如果按设计好的总体电路原理图直接进行安装调试，一般很难做到一次成功，可能要进行反复实验、调试，颇为费时费力，甚至由于工作场地、实验仪器或元器件品种数量的限制，无法及时完成实验。所以运用EDA工具进行模拟仿真测试，是确定设计的正确性和进一步修改完善设计的最好途径。目前流行的电子线路仿真软件有PSPICE、EWB（Multisim）、Systemviem等，例如EWB（Electronics Workbench）界面直观，操作方便，学习和使用都很方便。EWB的元器件库提供了数千种电路元器件（及其参数）供选用，它的仪器库中有7种模拟电子仪表，将所设计的电路原理图在EWB界面下创建并用其仪器库中的模拟仪表进行仿真测试，若发现问题，可立即修改参数，重新调试直至得到满意的设计。如果需要，软件可将设计结果直接输出至常见的印制线路板排版软件，如PROTEL、ORCAD和TANGO等形成PCB图。

3）实际电路的安装与调试

根据设计好的总体电路原理图，经指导教师审查通过后，就可以向实验室领取所需元器件、材料等，进行电路组装和调试。安装调试的步骤如下:①检查所领取的元器件及材料等，确定无损坏、型号及参数正确。②根据所领取的实验装置（如实验板或面包板），初步设计总体电路的安装布局，一般采取和设计电路图尽可能一致，从左至右从输入到输出的原则，电源从上引入，参考地在下方。③先按各单元电路分别进行安装并调试，在调试过程中要仔细观察所出现的各种现象，判断是否正常，若不正常需及时查找故障原因，并及时记录测试结果。例如，测试波形、数据等。各部分都测试成功后再连起来进行总调。④测试时一定要遵守安全操作规程，安装或更换元器件时要关断电源，发现打火、冒烟、有异味等不正常现象也要及时关断电源，然后再查找原因。此外，使用电子仪器要注意其安全操作事项，电源和信号源一定不要造成短路，使用万用表和示波器时要注意选用合适的挡位，以免损坏仪器。⑤调试成功并请指导教师验收，确定合格后方可拆电路。将所领取的元器件、材料、实验装置及使用的仪表按要求整理好后归还实验室。

4）答辩

教师可就方案的可改进性、EDA的应用、安装、调试及测试结果与数据分析等方面的问题要求学生进行答辩，以便进一步了解学生在设计中掌握所学理论知识和实践能力的全面情况，锻炼学生的总体素质。

5）撰写课程设计报告

课程设计报告是对设计全过程的系统总结，也是培养综合科研素质的一个重要环节。课程设计报告的主要内容如下:①课题名称。②设计任务、技术指标和要求。③设计方案选择和论证。④总体电路的功能框图及其说明。⑤功能块及单元电路的设计与计算及说明。⑥总体电路原理图（必要时提供布线图）及说明。⑦运用EDA（例如Multisim2001）工具进行模拟仿真测试并进一步完善理论设计的过程说明及原始数据记录、仿真波形打印等。⑧所用的全部元器件型号参数等。⑨实际调试方法与所用仪器；实际调试中出现的问题或故障分析及解决措施；实际测试的结果及原始数据的记录与分析。⑩收获体会及改进想法等。

6）成绩评定

课程设计的成绩主要根据以下几方面来评定:

①设计方案的正确、先进性与创新性。②关键电路的设计与计算的正确性。③应用EDA工具的能力。④安装与调试能力，分析与解决问题的能力。⑤课题的完成情况。⑥答辩能力（方案的论述，基本理论知识的掌握情况，解答问题的能力等）。⑦课程设计报告的撰写水平。⑧课程设计全过程中的学习态度与工作作风和精神。