導語：如何才能寫好一篇模擬電路的設計方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：模擬 集成電路 設計 自動化綜合流程

中圖分類號：TN431 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0062-02

隨著超大規(guī)模集成電路設計技術及微電子技術的迅速發(fā)展，集成電路系統(tǒng)的規(guī)模越來越大。根據(jù)美國半導體工業(yè)協(xié)會（SIA）的預測，到2005年，微電子工藝將完全有能力生產(chǎn)工作頻率為3.S GHz，晶體管數(shù)目達1.4億的系統(tǒng)芯片。到2014年芯片將達到13.5 GHz的工作頻率和43億個晶體管的規(guī)模。集成電路在先后經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、甚大規(guī)模等歷程之后，ASIC已向系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，這類系統(tǒng)在單一芯片上集成了數(shù)字電路和模擬電路，其設計是一項非常復雜、繁重的工作，需要使用計算機輔助設計（CAD）工具以縮短設計時間，降低設計成本。

目前集成電路自動化設計的研究和開發(fā)工作主要集中在數(shù)字電路領域，產(chǎn)生了一些優(yōu)秀的數(shù)字集成電路高級綜合系統(tǒng)，有相當成熟的電子設計自動化（EDA）軟件工具來完成高層次綜合到低層次版圖布局布線，出現(xiàn)了SYNOPSYS、CADENCE、MENTOR等國際上著名的EDA公司。相反，模擬集成電路自動化設計方法的研究遠沒有數(shù)字集成電路自動化設計技術成熟，模擬集成電路CAD發(fā)展還處于相當滯后的水平，而且離實用還比較遙遠。目前絕大部分的模擬集成電路是由模擬集成電路設計專家手工設計完成，即采用簡化的電路模型，使用仿真器對電路進行反復模擬和修正，并手工繪制其物理版圖。傳統(tǒng)手工設計方式效率極低，無法適應微電子工業(yè)的迅速發(fā)展。由于受數(shù)/?；旌霞哨厔莸耐苿?，模擬集成電路自動化設計方法的研究正逐漸興起，成為集成電路設計領域的一個重要課題。工業(yè)界急需有效的模擬集成電路和數(shù)?；旌想娐吩O計的CAD工具，落后的模擬集成電路自動化設計方法和模擬CAD工具的缺乏已成為制約未來集成電路工業(yè)發(fā)展的瓶頸。

1 模擬集成電路的設計特征

為了縮短設計時間，模擬電路的設計有人提出仿效數(shù)字集成電路標準單元庫的思想，建立一個模擬標準單元庫，但是最終是行不通的。模擬集成電路設計比數(shù)字集成電路設計要復雜的得多，模擬集成電路設計主要特征如下。

（1）性能及結構的抽象表述困難。數(shù)字集成電路只需處理僅有0和1邏輯變量，可以很方便地抽象出不同類型的邏輯單元，并可將這些單元用于不同層次的電路設計。數(shù)字集成電路設計可以劃分為六個層次：系統(tǒng)級、芯片級（算法級），RTL級、門級、電路級和版圖級，電路這種抽象極大地促進了數(shù)字集成電路的設計過程，而模擬集成電路很難做出這類抽象。模擬集成電路的性能及結構的抽象表述相對困難是目前模擬電路自動化工具發(fā)展相對緩慢，缺乏高層次綜合的一個重要原因。

（2）對干擾十分敏感。模擬信號處理過程中要求速度和精度的同時，模擬電路對器件的失配效應、信號的耦合效應、噪聲和版圖寄生干擾比數(shù)字集成電路要敏感得多。設計過程中必須充分考慮偏置條件、溫度、工藝漲落及寄生參數(shù)對電路特性能影響，否則這些因素的存在將降低模擬電路性能，甚至會改變電路功能。與數(shù)字集成電路的版圖設計不同，模擬集成電路的版圖設計將不僅是關心如何獲得最小的芯片面積，還必須精心設計匹配器件的對稱性、細心處理連線所產(chǎn)生的各種寄生效應。在系統(tǒng)集成芯片中，公共的電源線、芯片的襯底、數(shù)字部分的開關切換將會使電源信號出現(xiàn)毛刺并影響模擬電路的工作，同時通過襯底禍合作用波及到模擬部分，從而降低模擬電路性能指標。

（3）性能指標繁雜。描述模擬集成電路行為的性能指標非常多，以運算放大器為例，其性能指標包括功耗、低頻增益、擺率、帶寬、單位增益頻率、相位余度、輸入輸出阻抗、輸入輸出范圍、共模信號輸入范圍、建立時間、電源電壓抑制比、失調(diào)電壓、噪聲、諧波失真等數(shù)十項，而且很難給出其完整的性能指標。在給定的一組性能指標的條件下，通?？赡苡卸鄠€模擬電路符合性能要求，但對其每一項符合指標的電路而言，它們僅僅是在一定的范圍內(nèi)對個別的指標而言是最佳的，沒有任何電路對所有指標在所有范圍內(nèi)是最佳的。

（4）建模和仿真困難。盡管模擬集成電路設計已經(jīng)有了巨大的發(fā)展，但是模擬集成電路的建模和仿真仍然存在難題，這迫使設計者利用經(jīng)驗和直覺來分析仿真結果。模擬集成電路的設計必須充分考慮工藝水平，需要非常精確的器件模型。器件的建模和仿真過程是一個復雜的工作，只有電路知識廣博和實踐經(jīng)驗豐富的專家才能勝任這一工作。目前的模擬系統(tǒng)驗證的主要工具是SPICE及基于SPICE的模擬器，缺乏具有高層次抽象能力的設計工具。模擬和數(shù)模混合信號電路與系統(tǒng)的建模和仿真是急需解決的問題，也是EDA研究的重點。VHDL-AMS已被IEEE定為標準語言，其去除了現(xiàn)有許多工具內(nèi)建模型的限制，為模擬集成電路開拓了新的建模和仿真領域。

（5）拓撲結構層出不窮。邏輯門單元可以組成任何的數(shù)字電路，這些單元的功能單一，結構規(guī)范。模擬電路的則不是這樣，沒有規(guī)范的模擬單元可以重復使用。

2 模擬IC的自動化綜合流程

模擬集成電路自動綜合是指根據(jù)電路的性能指標，利用計算機實現(xiàn)從系統(tǒng)行為級描述到生成物理版圖的設計過程。在模擬集成電路自動綜合領域，從理論上講，從行為級、結構級、功能級直至完成版圖級的層次的設計思想是模擬集成電路的設計中展現(xiàn)出最好的前景。將由模擬集成電路自動化綜合過程分為兩個過程。

模擬集成電路的高層綜合、物理綜合。在高層綜合中又可分為結構綜合和電路級綜合。由系統(tǒng)的數(shù)學或算法行為描述到生成抽象電路拓撲結構過程稱為結構級綜合，將確定電路具體的拓撲結構和確定器件尺寸的參數(shù)優(yōu)化過程稱為電路級綜合。而把器件尺寸優(yōu)化后的電路圖映射成與工藝相關和設計規(guī)則正確的版圖過程稱為物理綜合。模擬集成電路自動化設計流程如圖1所示。

2.1 模擬集成電路高層綜合

與傳統(tǒng)手工設計模擬電路采用自下而上（Bottom-up）設計方法不同，模擬集成電路CAD平臺努力面向從行為級、結構級、功能級、電路級、器件級和版圖級的（Top-down）的設計方法。在模擬電路的高層綜合中，首先將用戶要求的電路功能、性能指標、工藝條件和版圖約束條件等用數(shù)學或算法行為級的語言描述。目前應用的SPICE、MAST、SpectreHDL或者不支持行為級建模，或者是專利語言，所建模型與模擬環(huán)境緊密結合，通用性差，沒有被廣泛接受。IEEE于1999年3月正式公布了工業(yè)標準的數(shù)/模硬件描述語言VHDL-AMS。VHDL-1076.1標準的出現(xiàn)為模擬電路和混合信號設計的高層綜合提供了基礎和可能。VHDL一AMS是VHDL語言的擴展，重點在模擬電路和混合信號的行為級描述，最終實現(xiàn)模擬信號和數(shù)?；旌闲盘柕慕Y構級描述、仿真和綜合125，28]。為實現(xiàn)高層次的混合信號模擬，采用的辦法是對現(xiàn)有數(shù)字HDL的擴展或創(chuàng)立新的語言，除VHDL.AMS以外，其它幾種模擬及數(shù)/?；旌闲盘栍布枋稣Z言的標準還有MHDL和Verilog-AMS。

2.2 物理版圖綜合

高層綜合之后進入物理版圖綜合階段。物理綜合的任務是從具有器件尺寸的電路原理圖得到與工藝條件有關和設計規(guī)則正確的物理版圖。由于模擬電路的功能和性能指標強烈地依賴于電路中每一個元件參數(shù)，版圖寄生參數(shù)的存在將使元件參數(shù)偏離其設計值，從而影響電路的性能。需要考慮電路的二次效應對電路性能的影響，對版圖進行評估以保證寄生參數(shù)、器件失配效應和信號間的禍合效應對電路特性能影響在允許的范圍內(nèi)?；趦?yōu)化的物理版圖綜合在系統(tǒng)實現(xiàn)時采用代價函數(shù)表示設計知識和各種約束條件，對制造成本和合格率進行評估，使用模擬退火法來獲取最佳的物理版圖?；谝?guī)則的物理版圖綜合系統(tǒng)將模擬電路設計專家的設計經(jīng)驗抽象為一組規(guī)則，并用這些規(guī)則來指導版圖的布線布局。在集成電路物理綜合過程中，在保證電路性能的前提下，盡量降低芯片面積和功耗是必要的。同時應當在電路級綜合進行拓撲選擇和優(yōu)化器件尺寸階段對電路中各器件之間的匹配關系應用明確的要求，以此在一定的拓撲約束條件下來指導模擬集成電路的版圖綜合。

模擬電路設計被認為是一項知識面廣，需多階段和重復多次設計，常常要求較長時間，而且設計要運用很多的技術。在模擬電路自動綜合設計中，從行為描述到最終的版圖過程中，還需要用專門的CAD工具從電路版圖的幾何描述中提取電路信息過程。除電路的固有器件外，提取還包括由版圖和芯片上互相連接所造成的寄生參數(shù)和電阻。附加的寄生成分將導致電路特性惡化，通常會帶來不期望的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，導致工作頻率范圍的縮減和速度性能的降低。因此投片制造前必須經(jīng)過電路性能驗證，即后模擬階段，以保證電路的設計符合用戶的性能要求。正式投片前還要進行測試和SPICE模擬，確定最終的設計是否滿足用戶期望的性能要求。高層綜合和物理綜合從不同角度闡述了模擬集成電路綜合的設計任務。電路的拓撲選擇和幾何尺寸可以看成電路的產(chǎn)生方面，物理版圖綜合得到模擬集成電路的電路版圖，可以認為電路的幾何設計方面。

參考文獻

篇2

關鍵詞:電路 創(chuàng)新 Multisim

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)08(a)-0194-01

《模擬電子線路》是電類專業(yè)學生一門專業(yè)基礎課,是學好專業(yè)知識的重要課程。該課程容量多,理論性、實踐性都較強。同時,該課程又與實際器件、電路設計、電路應用緊密相關,對初次接觸的學生來說存在一定的學習難度。所以,學生在學習的過程中容易產(chǎn)生畏懼心理,進而給課堂教學帶來一定的難度。

如何讓學生在有限的時間里深入了解并掌握模擬電子線路課程的內(nèi)容,同時又能夠根據(jù)所學的知識進行簡單電路方面的設計,增強學生的實踐動手能力,提高學生的學習興趣,是實踐教學中需要著重解決的問題。本文根據(jù)幾年來的教學體會和實踐,著重從增強學生的實踐動手能力,提高學生的學習興趣兩個方面提出實驗教學改革的幾點意見。

1 實驗教學內(nèi)容的改革

我們在改革模擬電子線路課程實驗時,對原先的內(nèi)容作了一些調(diào)整。例如:首先將模擬電子線路課程實驗內(nèi)容從分立元件電路的驗證性實驗向集成電路的設計性實驗過渡,對原先的分立式元件電路實驗內(nèi)容進行刪減,增加一部分常見集成電路應用內(nèi)容,讓學生對集成電路的相關知識加深了解,開設集成運算放大電路應用方面的設計性實驗。通過設計性實驗,讓學生加深對集成運算放大器功能和優(yōu)點的了解。其次,現(xiàn)在獨立的單管放大電路應用已經(jīng)很少,在放大電路中更多的采用負反饋放大電路。所以,我們簡化了對單管放大電路的介紹,加強了對負反饋放大電路的應用及設計的介紹。另外,由于實驗課時有限,我們將原先在課內(nèi)介紹儀器使用方法,改為在課外學生自學。我們事先將儀器儀表的使用方法錄成視頻發(fā)放給學生,學生通過課外時間在電腦上觀看儀器的使用教程,然后到開放實驗室去練習儀器的使用。這樣,不僅學生可以掌握儀器儀表的使用方法,而且老師還可以留出更多的時間去總結學生在實驗過程中遇到的問題。此外,增加了綜合性、設計性實驗比重,以擴展學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

實踐證明,通過上述改革,加強了學生對最新知識的了解,同時又能夠不斷提高學生的綜合應用能力和創(chuàng)新能力。

2 實驗教學方法的改革

當前,模擬電子線路的實驗教學手段主要是模擬電子試驗箱,學生按照實驗指導書的要求在模擬試驗箱上進行電路連接,最后按要求測試相關數(shù)據(jù)并記錄。整個實驗過程留給學生自己思考如何設計電路,如何選擇電路的參數(shù)時間太少,這樣的實驗教學效果達不到預期目的。

為讓學生自己思考如何設計電路,如何對電路的參數(shù)進行設置,達到強化學生的實踐動手能力,我們結合實際產(chǎn)品研發(fā)流程,對實驗教學方法進行改革,將現(xiàn)在流行的Multisim仿真軟件引入到實驗教學中來。Multisim軟件是一款專門用于電子線路仿真和設計的EDA工具軟件,一方面,采用其提供的理想模型庫,可以讓學生掌握電路設計的方法和步驟同時還可以使學生清楚了解模擬電子線路中典型電路的工作原理,另一方面利用清晰明了的仿真環(huán)境使學生加深對基本概念的理解和記憶。學生在熟練掌握Multisim軟件后可以使用多種測試工具對實驗任務進行多方面的驗證,充分記錄數(shù)據(jù)并做好預習報告。在測試過程中,學生了解了電路各個部分元件的作用以及改變該元件會對電路造成哪種影響。從而在做電路實物時能夠做到有的放矢。

3 實驗教學改革實施過程

為達到實驗教學改革的效果,在實驗前,我們要求學生對實驗內(nèi)容進行預習,根據(jù)實驗內(nèi)容在Multisim軟件上仿真出電路的各項參數(shù),并寫出預習報告。學生在進入實驗時,根據(jù)預習報告,用實驗室提供的實驗器材對實驗電路進行安裝和調(diào)試。對實驗過程中存在的實驗故障,指導老師要積極引導學生去發(fā)現(xiàn)問題并找出解決問題的方法。在實驗結束后指導教師對學生存在的普遍問題進行分析和總結。在這個過程中,指導教師主要是強化對學生的應用能力和創(chuàng)新能力進行培養(yǎng),鼓勵和引導學生對擴展實驗項目進行探索,提倡學生用不同的方法和思路完成實驗任務,從而增強學生的創(chuàng)新意識。

每次實驗結束后,要求學生在預習報告的基礎上寫一份實驗報告,對在實驗過程中記錄的數(shù)據(jù)進行分析和總結,對實驗過程中遇到的困難和問題進行詳細的分析,并記錄造成問題的原因和解決問題的方法。最后,對本次實驗寫一段簡短的小結。

4 實驗成績考核

實驗考核分為三個方面。第一,課前的預習情況,根據(jù)預習報告的情況進行評分約占總成績的30%;第二,實驗過程中的表現(xiàn),根據(jù)實驗過程中完成實驗的質(zhì)量和速度,以及在原有實驗的基礎上對實驗內(nèi)容進行拓展給予相應分數(shù),其中對電路進行拓展部分作為該階段考核的重點,課堂成績約占總成績的40%;第三,實驗結束后能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)進行分析和總結最后得出結論,對實驗過程中遇到的問題進行總結,分析造成問題的原因和解決問題的方法。將上述內(nèi)容寫進實驗報告并提出個人觀點和感受,成績約占總成績的30%。

5 項目成果應用情況及效果

該教學改革已在我校2009級、2010級電子信息工程專業(yè)共4個班實施,教學改革情況良好,學生評價較高?，F(xiàn)將教學改革前后情況對比如下。

改革前,實驗課堂上實驗教師將大量時間和精力放在對實驗儀器的使用、電路的工作原理、實驗注意事項和實驗操作步驟的介紹上。沒有將重點放在對學生實踐的引導上,沒有充分調(diào)動學生的創(chuàng)新意識和興趣。學生在課堂上為了盡快完成實驗任務,將全部精力和時間放在電路的連線和測量上,沒有認真思考電路的工作原理?？偟膩碚f實驗教學沒有完全達到實驗預期目的。沒有能夠在實踐的過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

改革后,實驗開始前指導老師對實驗基本要求和注意事項進行介紹,學生按照預習報告和實驗指導書的要求對實驗電路進行安裝和調(diào)試,對各項參數(shù)進行測量。整個實驗過程學生不但快速的完成了既定的實驗任務而且還完成一些擴展性實驗。學生非常直觀的感受到模擬電路的設計過程和電路的作用,增強了學生對模擬電子線路的學習熱情。同時,間接性的引導學生養(yǎng)成正確的電路設計習慣,為后續(xù)課程的學習打下了良好的基礎。

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關鍵詞：電路系統(tǒng) 接地技術 研究

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0035-01

保持接地平面的低阻抗和大面積，是目前所有的電路設計中的必要條件。接地平面除了是高頻電流的低阻返回路徑外，還能夠?qū)MI/RFI輻射降到最低。另外，接地平面具備的屏蔽作用能夠降低電路對外部EMI/RFI的敏感度。接地技術的引進，是保護電力和電子系統(tǒng)不受雷擊等因素影響而采取的保護措施，其目的就是保護電路使用的有效性，減少對電路設計造成的影響。

1 接地方法之多卡板系統(tǒng)接地

利用另外一塊PCB作為背板對卡板之間進行連接，來提供一個連續(xù)的地平面到母板，是在多個板卡的系統(tǒng)里能夠?qū)⒔拥刈杩菇档阶畹偷淖詈棉k法之一[1]。PCB的連接器上的引腳應該在背板母板上連接到地平面，其中用于接地的引腳不低于總數(shù)的30%～40%。在完整的系統(tǒng)接地構架里面，存在兩種可能，一種是通過一定數(shù)量的引腳將背板接地平面和機殼地面之間進行連接；另一種是將接地地面與一個單一系統(tǒng)的“星形地”的接點進行連接。

以上提到的第一種方法經(jīng)常使用在頻率很高和返回電流相對恒定的地方，PCB板卡背板與機殼連接間可能出現(xiàn)問題的關鍵是與金屬機殼之間連接的良好程度，所以在連接時需要使用金屬自攻螺釘或者將墊圈夾緊。由于經(jīng)過陽極化處理后的鋁板表面發(fā)揮絕緣體的作用，所以在使用這樣的鋁板作為地板材料時要特別注意它的絕緣作用對電路的影響。第二種方法經(jīng)常使用在含有大量數(shù)字電路的高速體統(tǒng)中。通常情況下，模擬器件和數(shù)字器件有各自獨立的地平面，這是為了將敏感的模擬器件和噪聲的數(shù)字器件進行物理隔離。當PCB 上同時存在模擬電路和數(shù)字電路時，就需要使用兩個獨立的地平面。為了將兩者之間的電容耦合降低，要注意將地平面相互分開，不能覆蓋在一起。相互分離的模擬地平面和數(shù)字地平面連接在背板上時，既可以使用母板地平面，也可以使用“接地屏”，即由連接器之間引腳之間等一系列相互的連線組成的平面。

2 接地方法之混合信號系統(tǒng)接地

模擬地是敏感模擬器件參考和去耦的根據(jù)，其他混合信號集成電路比如ADC和DAC也應該根據(jù)模擬器件進行考慮，在模擬地平面上接地和去耦。由于一個轉(zhuǎn)化器上同時存在模擬接口和數(shù)字接口，所以經(jīng)常會出現(xiàn)一些互相矛盾的情況。不管是ADC還是DAC，其電路內(nèi)部同時存在模擬電路和數(shù)字電路，所以它們的接地腳一般情況下是分開的，這樣做的目的是為了避免數(shù)字信號耦合到模擬電路中。然而，電路設計者通常不可能做到去除芯片上的焊盤到封裝引腳之間的的電感和電阻。如果迅速改變數(shù)字電流在某點產(chǎn)生的電壓，數(shù)字信號通常就會通過寄生電容耦合到模擬電路中。除此之外，在集成電路封裝的每一個引腳之間都存在0.2pF左右的寄生電容，并且集成電路設計人員在考慮芯片的使用性能時并不把引腳的問題包含在考慮之中[2]。由此可見，數(shù)字信號很難不耦合到模擬電路當中。因此為了阻止耦合的深化，應該用最小的引線長度在外部將AGND和DGND腳連在一起，再與模擬地平面連接。在進行DGND連接的過程中，所有的外部抗阻都會造成數(shù)字噪點，然后通過寄生電容在模擬電路中耦合數(shù)字信號。集成電路的“DGND”腳應該與IC的數(shù)字地進行連接，但是并不是說這些腳連接的地方必須是系統(tǒng)的數(shù)字地。

3 接地方法之取樣時鐘電路接地

在設計取樣時鐘電路時，相位噪聲是系統(tǒng)信噪比（SNR）退化的關鍵因素。ADC的時鐘取樣使用的是低相位晶體振蕩器，由于取樣時鐘通過抖動對輸入信號進行調(diào)制，因此增加了失真和噪聲基地。應該將取樣時鐘發(fā)生器與產(chǎn)生噪聲的數(shù)字電路進行隔離，并且在模擬地平面上接地和退耦。

在分離接地系統(tǒng)中，最理想的狀態(tài)是把取樣時鐘發(fā)生器參考到模擬地平面上，但是系統(tǒng)在系統(tǒng)的限制下，這樣理想的情況并不常有。通常在大多數(shù)情況下，由頻率更高的多用途系統(tǒng)時鐘驅(qū)動取樣時鐘，并且這個系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生于數(shù)字接地平面。如果該系統(tǒng)從原來的數(shù)字地平面到模擬地平能夠到達ADC，在兩個平面上產(chǎn)生噪聲就會全部加到這個時鐘上，進而產(chǎn)生大量的抖動，抖動作用在信噪比上，使其降低，最終產(chǎn)生諧波，造成一定的不良影響。出現(xiàn)此類情況時，通常使用一個小型RF變壓器或者一對高速差動驅(qū)動器和接收器對取樣時鐘信號進行傳播輸送。為了將相位抖動減少，應采用ECL電路下的驅(qū)動器和接收器。另外，原主要的系統(tǒng)時鐘必須產(chǎn)生于一個低相噪晶體振蕩器。

4 接地方法之PCB接地

為了減小串聯(lián)電感，在設計PCB布線時集成電路全部的引腳都應該在接地平面上焊接。與此同時，電源引腳上應采用低電感的瓷介表面安裝電容器。如果安裝電容器使用的是通孔，那么它們的引線長度必須在1 mm之內(nèi)。接地平面能夠?qū)CB布線的阻抗進行控制，進而使高頻信號通過布線的抗阻進行端接，將反射降到最低[3]。另外，接地平面必須是PCB系統(tǒng)中一個完整結構中的一層。一個雙平面的一面作為地另一面用來連接導線，這是最理想的狀態(tài)。而在實際中，往往不可能出現(xiàn)這樣的理想情況，由于必須去掉某些接地平面作為信號和電源跨接和傳輸?shù)耐?，但是并不是去掉所有的平面，保留的面積至少不低于75%。為了保證電流能夠順利返回通路到接地平面上，在完成初始布線后，應對接地層仔細檢查，確保不存在起隔離作用的地“島”造成電路的不良影響。

5 結語

總之，影響電路性能的最不利因素之一就是接地方式的是否合理，所以提高電路的使用性能必須首先優(yōu)化接地方式并合理接地。以上幾種典型接地方式，能夠有效減少電路中經(jīng)常出現(xiàn)的不良情況，如故障和元器件損壞等等，將電路系統(tǒng)接地設計的重要作用在整個電路設計中完全發(fā)揮出來。

參考文獻

[1] 肖中南.大型建筑中強弱電系統(tǒng)的接地問題[J].黑龍江科技信息，2014（11）：179-180.

篇4

隨著經(jīng)濟的增長，人們對能源的需求逐漸擴大。目前常規(guī)能源中的石油、天然氣、煤炭等已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的能源需要，因此必須利用和開發(fā)再生能源，太陽能作為一種不會枯竭的清潔能源得到很多國家的重視。

對太陽能的利用主要通過光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換和光化學轉(zhuǎn)換三種途徑，其中光電轉(zhuǎn)換是太陽能利用中最重要的方向。并且光電轉(zhuǎn)換中的光伏發(fā)電是太陽能發(fā)電的主流，光伏發(fā)電就是將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能。光伏陣列作為光伏系統(tǒng)的主要組成部分，是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。目前光伏陣列由于制造成本高、效率低，占地面積較大不適合科研機構購買開展光伏系統(tǒng)的研究，因此，設計一個能夠模擬光伏陣列在各種環(huán)境下工作的模擬器就非常必要。

太陽能光伏陣列模擬器可以模擬太陽能電池在各種光照、溫度下的負載能力和系統(tǒng)性能，實現(xiàn)在線調(diào)試的完全逼真的模擬。同時利用太陽能電池陣列模擬器還可以檢驗出系統(tǒng)的配置是否合理，通過改變太陽能電磁的連接方式、連接數(shù)量從而實現(xiàn)最優(yōu)的配置方案?？傊柲芄夥嚵心M器可以縮短研究周期，降低研發(fā)成本，提高研究效率。

2光伏陣列模擬器的系統(tǒng)結構及其工作原理

2.1光伏陣列模擬器的系統(tǒng)結構

光伏陣列模擬器為了完成對光伏陣列輸出特性的模擬，首先應具有以下三個方面的要求。

1）當外電路負載一定時，光伏陣列模擬器在工作點上保持可靠、穩(wěn)定的輸出。

2）當外電路負載改變時，光伏陣列模擬器能夠快速過渡到新的工作點并穩(wěn)定。

3）系統(tǒng)的輸出電壓和電流在滿足關系的前提下，能夠滿足試驗需要的功率。

光伏陣列模擬器一般又兩部分組成，即功率電路和控制電路。功率電路又可分為整流電路、直流變換電路和第二級的DC/DC直流變換電路。控制電路由檢測電路、采樣電路、濾波電路、隔離電路、驅(qū)動電路等組成。

2.2光伏陣列模擬器的工作原理

光伏陣列模擬器主要就是能夠跟隨負載的工作點，使模擬器在不同的負載下能夠輸出滿足光伏陣列特性的輸出特征。對于不同的負載，工作點和陣列的輸出功率不同，即使是同一個負載，在不同的日照強度、不同的溫度等環(huán)境條件下，靜態(tài)工作點也各不相同。因此，確定光伏陣列模擬器的靜態(tài)工作點是開展光伏陣列模擬器研究的關鍵環(huán)節(jié)。本文結合傳統(tǒng)的光伏陣列模擬器的確定負載工作點的方法，采用硬件搭建的方式實現(xiàn)太陽能電池輸出電壓和輸出電流曲線。

3光伏陣列模擬器的硬件設計及控制電路設計

光伏陣列模擬器在國內(nèi)外都有研究，我國的合肥工業(yè)大學、西安交通大學、浙江大學、中科院電工所等單位都開發(fā)了基于不同工作原理的模擬器，這些模擬器實現(xiàn)了對光伏陣列的很好模擬。通過研究發(fā)現(xiàn)，這些模擬器有的制造成本較高，有的模擬效率較差，不能實現(xiàn)成本和效果的完美結合。本文在數(shù)字式模擬器跟蹤負載工作點的基礎上，提出一種使用模擬電路跟蹤負載工作點的設計思路。

3.1光伏陣列模擬器的硬件設計

本文從以下幾個方面詳細闡述光伏陣列模擬器的硬件設計。

3.1.1功率電路的設計。

功率電路的設計是實現(xiàn)光伏陣列模擬器的基礎，功率電路設計的結果將關系到模擬器的穩(wěn)定性、可靠性，由于太陽能電池是一個非線性的特殊的直流電源，因此功率電路的設計要滿足以下幾個方面的要求：

1）電路穩(wěn)定安全，并且要具有完善的保護電路，例如過壓保護、過流保護等。

2）電路要具有很好的動態(tài)性能，能夠根據(jù)不同的負載變化，盡快地達到最佳工作點。

3）主電路的輸出能夠在一定的范圍內(nèi)連續(xù)、穩(wěn)定的變化。由于本文設計的光伏陣列模擬器輸入電壓是220 V，工作頻率是38 k，輸出電壓范圍是100 V～200 V，輸出電流范圍是0～7 A。在功率電路的設計中采用半橋式的電路高頻變換器，EE型鐵氧體材料的變壓器，MOS管采用三菱公司的2SK183芯片，選擇220/450 V的濾波電容，驅(qū)動電路采用安森美公司的NCP5181的半橋驅(qū)動芯片。

3.1.2太陽能電池特性產(chǎn)生電路的設計。

太陽能電池特性電路的設計主要考慮以下幾個方面。

1）開關管開關時間的選擇和優(yōu)化。為了使光伏陣列模擬器能夠很快地跟隨負載的改變轉(zhuǎn)換到新的工作點，則需要控制關開關的導通時間，整個周期時間不能太長。

2）控制驅(qū)動電路的設計。本文采用門極驅(qū)動光耦TLP250直接驅(qū)動MOSFET，為了滿足本文設計中太陽能電池樣品的技術參數(shù)，MOSFET選用STP75NF7芯片。

3）采樣濾波及邏輯控制電路的設計。采樣比較模塊的工作原理是把模擬器的輸出電壓和特性電路的輸出電壓進行比較，比較器的下降沿產(chǎn)生控制信號，模擬器的輸出電壓和特性電路的輸出電壓相等時的輸出電流作為模擬器跟隨電路的參考值。

邏輯控制模塊的設計是把采樣得到的電壓和電流作為模擬器的參考電壓和電流，模擬器的實際輸出作為反饋的電壓和電流，由邏輯控制單元控制模擬開關。太陽能電池的開路電壓和短路電流采用峰值檢波電路進行檢測。為了排除各種高頻信號對模擬器造成的影響，采用二階低通濾波器對輸入電壓采樣電路進行濾波。

3.2光伏陣列模擬器控制電路的設計

根據(jù)傳輸信號種類的不同，DC/DC變換器可以分為穩(wěn)態(tài)模型、小信號模型和大信號模型。其中小信號模型是設計DC/DC變換器的有力模型，主要用來分析低頻交流小信號分量在變換器中的傳遞。本文通過對半橋變換器進行建模，忽略開關管的導通電阻，忽略濾波電感和變壓器的漏感等影響，得到交流小信號的狀態(tài)方程與輸出方程。

理想的開關電源系統(tǒng)在低頻段的穩(wěn)態(tài)誤差為零，在中頻段，系統(tǒng)的相應速度和穿越頻率相關，但是頻率較大時超調(diào)量也越大，為了抑制高頻分量，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，需要在中頻段附加一個斜率下降的頻段，這樣既能限制較高的穿越頻率，又能降低中頻段的增益。為了避免附加的頻段帶來相位滯后，附加的頻段通常不能太長，理想的附加頻段的數(shù)值是-40 dB/dec。

4結束語

隨著常規(guī)能源的匱乏，目前很多國家都開始重視和開發(fā)太陽能。由于太陽能電池昂貴，再加上構成光伏陣列后體積龐大，使得科研機構開展光伏系統(tǒng)的研究十分困難。本文設計的光伏陣列模擬器輸出功率可達1 KW，能夠在一定的范圍內(nèi)有效模擬光伏陣列的輸出特性，并且輸出電壓和電流穩(wěn)定。因此，本文提出的方法不僅制造成本低、開發(fā)簡單、使用可靠，而且模擬效果較好，做到了模擬效果和制造成本的兼顧。

參考文獻

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[2]宮鑫,宋穩(wěn)力.基于TMS320F28335的光伏電池模擬器設計[J].電子元器件應用,2008(03).

篇5

關鍵字：模擬電子技術基礎；問題導引式；器件發(fā)展史；電路演化

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0204-02

模擬電子技術基礎是電類專業(yè)的基礎課程，以物理、數(shù)學、信號系統(tǒng)和電路基礎等課程為先導課程，是后續(xù)射頻電路、數(shù)字電路、微機原理等課程的專業(yè)基礎課程。模擬電子技術課程具有內(nèi)容豐富、知識跨度大、電路模型抽象、電路分析方法靈活多樣等特點。諸多特點導致模擬電子技術基礎是電子類本科教育課程較難以學習的課程。學生在學習過程中更易降低學習興趣。

本文首先由分析該課程的主要特點入手，總結模擬電子技術課程教學中的具體教學困難。隨后，在簡要介紹問題導引式教學方法后，針對模擬電子技術基礎課程，給出了進行問題導引式教學方法探索的具體內(nèi)容。

一、模擬電子技術基礎課程的特點與教學困難

1.課程內(nèi)容豐富、知識跨度大。模擬電子技術課程涉及不同層面的知識內(nèi)容[2-6]，從基本的半導體原理、典型的器件特性，到具體應用電路的分析和設計，知識內(nèi)容豐富且跨度較大。例如：學習PN結的形成和特性時，需要清楚半導體中載流子的運動規(guī)律；分析三極管構成的基本放大電路時，必須掌握三極管在不同工作區(qū)域的工程近似模型；學習頻率特性時又需要建立電路在高頻、中頻和低頻區(qū)的不同的響應模型；學習運算放大器應用電路時候，需要采用運放的“黑盒”模型。從微觀載流子運動到宏觀的電路模型，所面臨的知識跨度較大，因而造成了學生學習的困難。

2.課程的電路模型抽象且電路分析方法靈活多變。模擬電子技術所涉及的器件具有的非線性特性，諸如二極管的伏安特性、三極管的共射輸入和輸出特性、集成運放的傳輸特性等，均呈現(xiàn)出非線性特點。分析此類非線性器件構成的電路時，一般采用分段線性化的工程近似思想，因而器件特性被劃分為不同的區(qū)域：如集成運放的線性區(qū)和限幅區(qū)；二極管的導通、截止和擊穿；三級管的放大、截止和飽和等區(qū)域。針對器件不同的工作區(qū)域需要建立相應的電路等效模型以方便分析。因而，課程學習中，器件狀態(tài)判斷、模型應用和電路計算分析糾纏在一起，增加了學習難度。同時，不同的工程近似精度要求會導致采用的電路等效模型的變化。因此，器件的非線性特性導致同一器件的多個工程近似模型，也導致電路分析方法靈活多樣，因而概念不易掌握。同時，模擬電子技術以構建電子系統(tǒng)、構成電子應用為目標。如何讓學生從系統(tǒng)構建的高度，清楚每個知識點的應用領域也頗為不易。

鑒于上述特點，模擬電子技術基礎課程學習難度較大，在學習過程中更易降低學習興趣。

二、問題導引式教學方法

基于問題式的學習模式起源于20世紀50年代，是一種以問題為導向的學習模式[1]，此種教學法可充分調(diào)動學生的積極思維，提高學生的批判性思維和創(chuàng)造性思維。問題導引式教學方法既注重教師的教學方式，且關心學生的學習方式。此方法要求教師在授課過程中重現(xiàn)具體問題的提出和解決的過程，促使學生基于自主、研究，合作等方法去解決具體真實的問題，同時學習相關知識內(nèi)容。

應用基于問題導引的教學方法需要解決“問題設計”和“問題解決”兩個關鍵步驟。“問題設計”中需要明確問題提出，要求面向所需教學的知識內(nèi)容，明確具體，最好有一定趣味性?！皢栴}解決”步驟中關心解決問題的過程和方法，強調(diào)讓學生通過解決問題獲取知識、思維能力和成就感，從而誘發(fā)興趣，形成進一步學習的動力。

三、模擬電子技術基礎的問題導引教學方法探索

（一）回顧器件技術問題背景，引入器件，激發(fā)學生的學習興趣

模擬電子技術基礎課程的學習目標是為了構建特定功能應用電路，完成特定的信號處理的任務。各種電子器件的產(chǎn)生與應用，均是為了解決當時所面臨的具體技術應用問題。當前應用多種電子器件均是在最初器件原型基礎上升級、改進而得到的。因此，可以從技術歷史材料中取材，讓學生們了解器件的產(chǎn)生歷史，最好能夠在教學過程中重現(xiàn)具體器件所產(chǎn)生、改進的歷史技術問題及其解決過程，激發(fā)學習興趣。同時，通過了解器件的應用需求驅(qū)動原因、學生更易形成器件的應用觀點。

在教學過程中組織教學材料時可以采用如下方法：各個教學材料包括“引導問題”、“問題相應的知識內(nèi)容”和“具體實施步驟概要”。下面具體給出兩個例子：

1.晶體管的教學。

引導問題：早期調(diào)幅無線電通信要求檢波和信號放大設備，而電子管功耗、體積以及壽命限制其應用，要求新型的單向化和放大器件產(chǎn)生。

問題相應的知識點內(nèi)容：PN結的特性，二極管、三極管器件特性和應用電路。

實施步驟概要：①簡要回顧從二極管、三極管的產(chǎn)生歷史，包括主要的遭遇的技術問題，而導出二極管、三極管。②指出二極管、三極管其特性的分析實際可以歸結為PN結的特性，介紹PN結和器件的具體特性（伏安特性，輸入輸出特性等）。③從應用器件的角度，導致器件產(chǎn)生的技術問題也正是器件應用所要解決的問題：如二極管的整流、限幅、檢波均為單向化操作，給出相應電路。三極管構成的放大電路目的是完成信號放大，給出三種放大電路并分析比較其特性。

2.集成運算放大器的教學。

引導問題：早期貝爾實驗室所遭遇的電話網(wǎng)絡中語音放大問題：變化的供電電壓和環(huán)境因素引發(fā)的語音放大器工作增益漂移，導致語音音量時大時小的變化，電話服務質(zhì)量下降。

問題相應的知識點：運算放大器特性，運放線性應用電路，負反饋原理的提出和理論。[2]

實施步驟：①通過對歷史材料的回顧，讓學生了解運算放大器產(chǎn)生的歷史背景和應用需求驅(qū)動問題，導出運算放大器。②給出運算放大器的特性和應用電路；③生成器件的技術問題也正是器件應用所要解決的問題：介紹負反饋原理和運放的線性應用電路。

（二）強調(diào)典型電路改進的驅(qū)動問題和改進過程

模擬電子技術基礎課程中的典型電路，其提出和應用均有其技術需求驅(qū)動。通過從技術需求的演進角度，講述電路的改進的驅(qū)動問題和改進方法，強調(diào)電路之間的聯(lián)系，促使學生從“死記硬背”的電路學習過程轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚪鉀Q技術需求問題的增量式、創(chuàng)新設計性學習。通過具體電路的改進與演化，提高學生對電路分析和設計方法的掌握，從而達到鞏固學習知識，提高學生創(chuàng)新性思維能力。具體而言，如下簡要地給出幾個教學例子，應用時候在具體電路導出時候先指出問題，然后導出具體電路。

1.電壓跟隨器。

引導問題：電路分級隔離的需求。

問題相應的知識點：電壓跟隨器。

實施步驟：從同相比例放大器出發(fā)，通過將反饋電阻趨于零、接地電阻趨于無窮演化成為電壓跟隨電路，并討論電壓跟隨器的應用。

2.加法器。

引導問題：信號進行加法運算需求。

問題相應的知識點：基于運放的加法器。

實施步驟：從同相、反相比例放大電路出發(fā)，通過添加多個輸入信號演化為同相和反相加法器，并分析和比較兩種加法器的電路特性，如輸入電阻等。

3.加法器。

引導問題：信號減法實現(xiàn)問題。

問題相應的知識點：基于運放的減法器電路。

實施步驟：從同反相放大電路改進生成減法運算電路，并分析對比各種系數(shù)值的減法電路的構成實現(xiàn)。

4.差動電路。

引導問題：單晶體管共射放大電路溫漂問題，提高射極耦合差動電路抑制共模干擾問題。

問題相應的知識點：差動電路構成、特性分析，應用。

實施步驟：從普通的單晶體管共射放大電路出發(fā)，為了克服溫漂、抑制共模干擾演化為差動放大電路，進而改進成為采用恒流源的差動放大電路，最后，分析比較兩種差動電路的特點。

四、結論

本文探索模擬電子技術基礎課程的問題導引式教學方法。采用問題導引式教學框架，通過回顧器件發(fā)展技術問題、強調(diào)電路改進演化過程的技術問題，導出相應器件和電路知識。旨在以應用問題導向，幫助學生在學習過程中提高學習興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力并形成系統(tǒng)應用的觀點。在實施過程中回顧器件歷史應簡明扼要，以避免聽者因時間過長產(chǎn)生厭煩情緒；在強調(diào)電路演化過程時候，需由需求問題或原電路存在缺陷出發(fā)，自然引出新的改進的電路。

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篇6

關鍵詞：可進化硬件遺傳算法電子電路設計現(xiàn)場可編程門陣列

在人類的科學研究中，有不少研究成果得益于大自然的啟發(fā)，例如仿生學技術。隨著計算機技術和電子技術的發(fā)展，許多的科學研究越來越與生物學緊密相聯(lián)。在人工智能方面，已經(jīng)實現(xiàn)了能用計算機和電子設備模仿人類生物體的看、聽、和思維等能力；另一方面，受進化論的啟發(fā)，科學家們提出了基于生物學的電子電路設計技術，將進化理論的方法應用于電子電路的設計中，使得新的電子電路能像生物一樣具有對環(huán)境變化的適應、免疫、自我進化及自我復制等特性,用來實現(xiàn)高適應、高可靠的電子系統(tǒng)。這類電子電路常稱為可進化硬件(EHW,EvolvableHardWare)。本文主要介紹可進化硬件EHW的機理及其相關技術并根據(jù)這種機理對高可靠性電子電路的設計進行討論。

1EHW的機理及相關技術

計算機系統(tǒng)所要求解決的問題日趨復雜，與此同時，計算機系統(tǒng)本身的結構也越來越復雜。而復雜性的提高就意味著可靠性的降低，實踐經(jīng)驗表明，要想使如此復雜的實時系統(tǒng)實現(xiàn)零出錯率幾乎是不可能的，因此人們寄希望于系統(tǒng)的容錯性能：即系統(tǒng)在出現(xiàn)錯誤的情況下的適應能力。對于如何同時實現(xiàn)系統(tǒng)的復雜性和可靠性，大自然給了我們近乎完美的藍本。人體是迄今為止我們所知道的最復雜的生物系統(tǒng)，通過千萬年基因進化，使得人體可以在某些細胞發(fā)生病變的情況下，不斷地進行自我診斷，并最終自愈。因此借用這一機理，科學家們研究出可進化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可進化硬件不但同樣具有自我診斷能力，能夠通過自我重構消除錯誤，而且可以在設計要求或系統(tǒng)工作環(huán)境發(fā)生變化的情況下，通過自我重構來使電路適應這種變化而繼續(xù)正常工作。嚴格地說，EHW具有兩個方面的目的，一方面是把進化算法應用于電子電路的設計中；另一方面是硬件具有通過動態(tài)地、自主地重構自己實現(xiàn)在線適應變化的能力。前者強調(diào)的是進化算法在電子設計中可替代傳統(tǒng)基于規(guī)范的設計方法；后者強調(diào)的是硬件的可適應機理。當然二者的區(qū)別也是很模糊的。本文主要討論的是EHW在第一個方面的問題。

對EHW的研究主要采用了進化理論中的進化計算（EvolutionaryComputing）算法,特別是遺傳算法（GA）為設計算法，在數(shù)字電路中以現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）為媒介，在模擬電路設計中以現(xiàn)場可編程模擬陣列（FPAA）為媒介來進行的。此外還有建立在晶體管級的現(xiàn)場可編程晶體管陣列（FPTA），它為同時設計數(shù)字電路和和模擬電路提供了一個可靠的平臺。下面主要介紹一下遺傳算法和現(xiàn)場可編程門陣列的相關知識，并以數(shù)字電路為例介紹可進化硬件設計方法。

1．1遺傳算法

遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進化過程的一種自適應全局優(yōu)化算法，它借鑒了物種進化的思想，將欲求解問題編碼，把可行解表示成字符串形式，稱為染色體或個體。先通過初始化隨機產(chǎn)生一群個體，稱為種群，它們都是假設解。然后把這些假設解置于問題的“環(huán)境”中，根據(jù)適應值或某種競爭機制選擇個體（適應值就是解的滿意程度），使用各種遺傳操作算子（包括選擇，變異，交叉等等）產(chǎn)生下一代（下一代可以完全替代原種群，即非重疊種群；也可以部分替代原種群中一些較差的個體，即重疊種群），如此進化下去，直到滿足期望的終止條件，得到問題的最優(yōu)解為止。

1．2現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)

現(xiàn)場可編程邏輯陣列是一種基于查找表(LUT,Lookupbr)結構的可在線編程的邏輯電路。它由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。當用戶通過原理圖或硬件描述語言（HDL）描述了一個邏輯電路以后，F(xiàn)PGA開發(fā)軟件會把設計方案通過編譯形成數(shù)據(jù)流，并將數(shù)據(jù)流下載至RAM中。這些RAM中的數(shù)據(jù)流決定電路的邏輯關系。掉電后，F(xiàn)PGA恢復成白片，內(nèi)部邏輯關系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復使用，灌入不同的數(shù)據(jù)流就會獲得不同的硬件系統(tǒng)，這就是可編程特性。這一特性是實現(xiàn)EHW的重要特性。目前在可進化電子電路的設計中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。

2進化電子電路設計架構

本節(jié)以設計高容錯性的數(shù)字電路設計為例來闡述EHW的設計架構及主要設計步驟。對于通過進化理論的遺傳算法來產(chǎn)生容錯性，所設計的電路系統(tǒng)可以看作一個具有持續(xù)性地、實時地適應變化的硬件系統(tǒng)。對于電子電路來說，所謂的變化的來源很多，如硬件故障導致的錯誤，設計要求和規(guī)則的改變，環(huán)境的改變（各種干擾的出現(xiàn)）等。

從進化論的角度來看，當這些變化發(fā)生時，個體的適應度會作相應的改變。當進化進行時，個體會適應這些變化重新獲得高的適應度?；谶M化論的電子電路設計就是利用這種原理,通過對設計結果進行多次地進化來提高其適應變化的能力。

電子電路進化設計架構如圖1所示。圖中給出了電子電路的設計的兩種進化，分別是內(nèi)部進化和外部進化。其中內(nèi)部進化是指硬件內(nèi)部結構的進化，而外部進化是指軟件模擬的電路的進化。這兩種進化是相互獨立的，當然通過外部進化得到的最終設計結果還是要由硬件結構的變化來實際體現(xiàn)。從圖中可以看出，進化過程是一個循環(huán)往復的過程，其中是根據(jù)進化算法（遺傳算法）的計算結果來進行的。整個進化設計包括以下步驟：

（1）根據(jù)設計的目的，產(chǎn)生初步的方案，并把初步方案用一組染色體（一組“0”和“1”表示的數(shù)據(jù)串）來表示，其中每個個體表示的是設計的一部分。染色體轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA上，用來定義FPGA的開關狀態(tài)，從而確定可重構硬件內(nèi)部各單元的聯(lián)結，形成了初步的硬件系統(tǒng)。用來設計進化硬件的FPGA器件可以接受任意組合的數(shù)據(jù)流下載，而不會導致器件的損害。

（2）將設計結果與目標要求進行比較，并用某種誤差表示作為描述系統(tǒng)適應度的衡量準則。這需要一定的檢測手段和評估軟件的支持。對不同的個體，根據(jù)適應度進行排序，下一代的個體將由最優(yōu)的個體來產(chǎn)生。

（3）根據(jù)適應度再對新的個體組進行統(tǒng)計，并根據(jù)統(tǒng)計結果挑選一些個體。一

部分被選個體保持原樣，另一部分個體根據(jù)遺傳算法進行修改，如進行交叉和變異，而這種交叉和變異的目的是為了產(chǎn)生更具適應性的下一代。把新一代染色體轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA中對硬件進行進化。

（4）重復上述步驟，產(chǎn)生新的數(shù)代個體，直到新的個體表示的設計方案表現(xiàn)出接近要求的適應能力為止。

一般來說通過遺傳算法最后會得到一個或數(shù)個設計結果，最后設計方案具有對設計要求和系統(tǒng)工作環(huán)境的最佳適應性。這一過程又叫內(nèi)部進化或硬件進化。

圖中的右邊展示了另一種設計可進化電路的方法，即用模擬軟件來代替可重構器件，染色體每一位確定的是軟件模擬電路的連接方式，而不是可重構器件各單元的連接方式。這一方法叫外部進化或軟件進化。這種方法中進化過程完全模擬進行，只有最后的結果才在器件上實施。

進化電子電路設計中，最關鍵的是遺傳算法的應用。在遺傳算法的應用過程中，變異因子的確定是需要慎重考慮的，它的大小既關系到個體變異的程度，也關系到個體對環(huán)境變化做出反應的能力，而這兩個因素相互抵觸。變異因子越大，個體更容易適應環(huán)境變化，對系統(tǒng)出現(xiàn)的錯誤做出快速反應，但個體更容易發(fā)生突變。而變異因子較小時，系統(tǒng)的反應力變差，但系統(tǒng)一旦獲得高適應度的設計方案時可以保持穩(wěn)定。

對于可進化數(shù)字電路的設計，可以在兩個層面上進行。一個是在基本的“與”、“或”、“非”門的基礎上進行進化設計，一個是在功能塊如觸發(fā)器、加法器和多路選擇器的基礎上進行。前一種方法更為靈活，而后一種更適于工業(yè)應用。有人提出了一種基于進化細胞機（CellularAutomaton）的神經(jīng)網(wǎng)絡模塊設計架構。采用這一結構設計時，只需要定義整個模塊的適應度，而對于每一模塊如何實現(xiàn)它復雜的功能可以不予理睬，對于超大規(guī)模線路的設計可以采用這一方法來將電路進行整體優(yōu)化設計。

3可進化電路設計環(huán)境

上面描述的軟硬件進化電子電路設計可在圖2所示的設計系統(tǒng)環(huán)境下進行。這一設計系統(tǒng)環(huán)境對于測試可重構硬件的構架及展示在FPGA可重構硬件上的進化設計很有用處。該設計系統(tǒng)環(huán)境包括遺傳算法軟件包、FPGA開發(fā)系統(tǒng)板、數(shù)據(jù)采集軟硬件、適應度評估軟件、用戶接口程序及電路模擬仿真軟件。

遺傳算法由計算機上運行的一個程序包實現(xiàn)。由它來實現(xiàn)進化計算并產(chǎn)生染色體組。表示硬件描述的染色體通過通信電纜由計算機下載到有FPGA器件的實驗板上。然后通過接口將布線結果傳回計算機。適應度評估建立在儀器數(shù)據(jù)采集硬件及軟件上，一個接口碼將GA與硬件連接起來，可能的設計方案在此得到評估。同時還有一個圖形用戶接口以便于設計結果的可視化和將問題形式化。通過執(zhí)行遺傳算法在每一代染色體組都會產(chǎn)生新的染色體群組，并被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流傳入實驗板上。至于通過軟件進化的電子電路設計，可采用Spice軟件作為線路模擬仿真軟件，把染色體變成模擬電路并通過仿真軟件來仿真電路的運行情況，通過相應軟件來評估設計結果。

篇7

關鍵詞：模擬電路；故障診斷；估計法

中圖分類號：TB114文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）04-0242-01

模擬電路故障診斷是電路分析理論中的一個前沿領域。它既不同于電路分析，也不屬于電路綜合的范疇。模擬電路故障診斷所研究的內(nèi)容是當電路的拓撲結構已知，并在一定的電路激勵下知道一部分電路的響應，求電路的參數(shù)，他是近代電路理論中新興的第三個分支。但由于模擬電路中未發(fā)生故障的正常元件存在容差，其參數(shù)并不恰好等于額定值，而有一定的分散性，這給電路分析帶來一定的模糊性。而且模擬電路常含有非線性元件，它的性能不僅因本身故障而改變，而且其他元件故障引起它的工作點移動時，也將造成其性能變化。因此模擬電路故障診斷的理論還不是十分成熟。

模擬電路發(fā)生了故障，就不能達到設計時所規(guī)定的功能和指標，這種電路稱為故障電路。故障診斷就是要對電路進行一定的測試，從測試結果分析出故障。一般來講，模擬電路故障診斷的方法可以分為估計法，測試前模擬法和測試后模擬法三大類。本文將對其中的估計法展開討論。

1 結合判據(jù)法

設模擬電路含有m個不同的參數(shù)，對電路進行測量，得到m個不同的特性測量值，且m

測試前可先根據(jù)電路的額定參數(shù)計算出各靈敏度aji及各特性值的計算值yj0，測試后可以得到各特性的測量值gj,由上式可以直接求出靈敏度因子，從而確定故障發(fā)生點。

由前面的討論我們可以總結出采用結合判據(jù)法進行故障診斷的具體步驟如下:

（1）先進行測試，從可及節(jié)點得到m個特性測量值。

（2）求得結合參數(shù)xi 的靈敏度因子，即si的最小值，作為故障診斷的判據(jù)。

（3）在n個參數(shù)的靈敏度因子都求得之后，其中最小的靈敏度因子所對應的參數(shù)是最有可能發(fā)生了故障的參數(shù)。結合判據(jù)法簡單易行，所需的測量數(shù)據(jù)少，但是由于各元件的參數(shù)都存在一定的容差，各特性在測量時也存在一定的誤差，這些都會影響判斷的真實性。另外，從前面的分析我們可以看出這種方法只適合于參數(shù)變化不大的單、軟故障的定位，而不適用于多故障的定位。

2 迭代法

我們在最小判據(jù)法的基礎上進一步引申，找一個類似于靈敏度因子的判據(jù)，并計算使這個判據(jù)達到最小時的各個參數(shù)的值，即各個參數(shù)的實際值，然后與額定值進行比較，從而確定故障點，這樣就可以用于多故障的定位。這就是迭代法的基本思路。

由此可以看出迭代法與我們前面所討論的結合判據(jù)相比，測量值數(shù)必須要大于或等于參數(shù)的個數(shù)，它考慮了測量誤差。另外，它能夠估計出各個元件的參數(shù)值，可以用于多故障診斷，但計算量大。

3 總結

本文主要介紹了模擬電路故障診斷方法中的估計法。這種方法只需要較少的測量數(shù)據(jù)，但診斷結果一般只是近似的。估計法中的大部分方法都適用于電路元件的故障定位，可用于診斷線性電路的單個的軟故障。其中很多方法還可用于多故障診斷，例如文中介紹的迭代法。

參考文獻

［1］王玲. 大規(guī)模模擬電路故障診斷理論與方法研究［D］. 長沙：湖南大學, 2006, (04).

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計算機系統(tǒng)所要求解決的問題日趨復雜，與此同時，計算機系統(tǒng)本身的結構也越來越復雜。而復雜性的提高就意味著可靠性的降低，實踐經(jīng)驗表明，要想使如此復雜的實時系統(tǒng)實現(xiàn)零出錯率幾乎是不可能的，因此人們寄希望于系統(tǒng)的容錯性能：即系統(tǒng)在出現(xiàn)錯誤的情況下的適應能力。對于如何同時實現(xiàn)系統(tǒng)的復雜性和可靠性，大自然給了我們近乎完美的藍本。人體是迄今為止我們所知道的最復雜的生物系統(tǒng)，通過千萬年基因進化，使得人體可以在某些細胞發(fā)生病變的情況下，不斷地進行自我診斷，并最終自愈。因此借用這一機理，科學家們研究出可進化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可進化硬件不但同樣具有自我診斷能力，能夠通過自我重構消除錯誤，而且可以在設計要求或系統(tǒng)工作環(huán)境發(fā)生變化的情況下，通過自我重構來使電路適應這種變化而繼續(xù)正常工作。嚴格地說，EHW具有兩個方面的目的，一方面是把進化算法應用于電子電路的設計中；另一方面是硬件具有通過動態(tài)地、自主地重構自己實現(xiàn)在線適應變化的能力。前者強調(diào)的是進化算法在電子設計中可替代傳統(tǒng)基于規(guī)范的設計方法；后者強調(diào)的是硬件的可適應機理。當然二者的區(qū)別也是很模糊的。本文主要討論的是EHW在第一個方面的問題。

對EHW的研究主要采用了進化理論中的進化計算（EvolutionaryComputing）算法,特別是遺傳算法（GA）為設計算法，在數(shù)字電路中以現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）為媒介，在模擬電路設計中以現(xiàn)場可編程模擬陣列（FPAA）為媒介來進行的。此外還有建立在晶體管級的現(xiàn)場可編程晶體管陣列（FPTA），它為同時設計數(shù)字電路和和模擬電路提供了一個可靠的平臺。下面主要介紹一下遺傳算法和現(xiàn)場可編程門陣列的相關知識，并以數(shù)字電路為例介紹可進化硬件設計方法。

1．1遺傳算法

遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進化過程的一種自適應全局優(yōu)化算法，它借鑒了物種進化的思想，將欲求解問題編碼，把可行解表示成字符串形式，稱為染色體或個體。先通過初始化隨機產(chǎn)生一群個體，稱為種群，它們都是假設解。然后把這些假設解置于問題的“環(huán)境”中，根據(jù)適應值或某種競爭機制選擇個體（適應值就是解的滿意程度），使用各種遺傳操作算子（包括選擇，變異，交叉等等）產(chǎn)生下一代（下一代可以完全替代原種群，即非重疊種群；也可以部分替代原種群中一些較差的個體，即重疊種群），如此進化下去，直到滿足期望的終止條件，得到問題的最優(yōu)解為止。

1．2現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)

現(xiàn)場可編程邏輯陣列是一種基于查找表(LUT,LookupTable)結構的可在線編程的邏輯電路。它由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。當用戶通過原理圖或硬件描述語言（HDL）描述了一個邏輯電路以后，F(xiàn)PGA開發(fā)軟件會把設計方案通過編譯形成數(shù)據(jù)流，并將數(shù)據(jù)流下載至RAM中。這些RAM中的數(shù)據(jù)流決定電路的邏輯關系。掉電后，F(xiàn)PGA恢復成白片，內(nèi)部邏輯關系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復使用，灌入不同的數(shù)據(jù)流就會獲得不同的硬件系統(tǒng)，這就是可編程特性。這一特性是實現(xiàn)EHW的重要特性。目前在可進化電子電路的設計中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。

2進化電子電路設計架構

本節(jié)以設計高容錯性的數(shù)字電路設計為例來闡述EHW的設計架構及主要設計步驟。對于通過進化理論的遺傳算法來產(chǎn)生容錯性，所設計的電路系統(tǒng)可以看作一個具有持續(xù)性地、實時地適應變化的硬件系統(tǒng)。對于電子電路來說，所謂的變化的來源很多，如硬件故障導致的錯誤，設計要求和規(guī)則的改變，環(huán)境的改變（各種干擾的出現(xiàn)）等。

從進化論的角度來看，當這些變化發(fā)生時，個體的適應度會作相應的改變。當進化進行時，個體會適應這些變化重新獲得高的適應度。基于進化論的電子電路設計就是利用這種原理,通過對設計結果進行多次地進化來提高其適應變化的能力。

電子電路進化設計架構如圖1所示。圖中給出了電子電路的設計的兩種進化，分別是內(nèi)部進化和外部進化。其中內(nèi)部進化是指硬件內(nèi)部結構的進化，而外部進化是指軟件模擬的電路的進化。這兩種進化是相互獨立的，當然通過外部進化得到的最終設計結果還是要由硬件結構的變化來實際體現(xiàn)。從圖中可以看出，進化過程是一個循環(huán)往復的過程，其中是根據(jù)進化算法（遺傳算法）的計算結果來進行的。整個進化設計包括以下步驟：

（1）根據(jù)設計的目的，產(chǎn)生初步的方案，并把初步方案用一組染色體（一組“0”和“1”表示的數(shù)據(jù)串）來表示，其中每個個體表示的是設計的一部分。染色體轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA上，用來定義FPGA的開關狀態(tài)，從而確定可重構硬件內(nèi)部各單元的聯(lián)結，形成了初步的硬件系統(tǒng)。用來設計進化硬件的FPGA器件可以接受任意組合的數(shù)據(jù)流下載，而不會導致器件的損害。

（2）將設計結果與目標要求進行比較，并用某種誤差表示作為描述系統(tǒng)適應度的衡量準則。這需要一定的檢測手段和評估軟件的支持。對不同的個體，根據(jù)適應度進行排序，下一代的個體將由最優(yōu)的個體來產(chǎn)生。

（3）根據(jù)適應度再對新的個體組進行統(tǒng)計，并根據(jù)統(tǒng)計結果挑選一些個體。一

部分被選個體保持原樣，另一部分個體根據(jù)遺傳算法進行修改，如進行交叉和變異，而這種交叉和變異的目的是為了產(chǎn)生更具適應性的下一代。把新一代染色體轉(zhuǎn)化成控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA中對硬件進行進化。

（4）重復上述步驟，產(chǎn)生新的數(shù)代個體，直到新的個體表示的設計方案表現(xiàn)出接近要求的適應能力為止。

一般來說通過遺傳算法最后會得到一個或數(shù)個設計結果，最后設計方案具有對設計要求和系統(tǒng)工作環(huán)境的最佳適應性。這一過程又叫內(nèi)部進化或硬件進化。

圖中的右邊展示了另一種設計可進化電路的方法，即用模擬軟件來代替可重構器件，染色體每一位確定的是軟件模擬電路的連接方式，而不是可重構器件各單元的連接方式。這一方法叫外部進化或軟件進化。這種方法中進化過程完全模擬進行，只有最后的結果才在器件上實施。

進化電子電路設計中，最關鍵的是遺傳算法的應用。在遺傳算法的應用過程中，變異因子的確定是需要慎重考慮的，它的大小既關系到個體變異的程度，也關系到個體對環(huán)境變化做出反應的能力，而這兩個因素相互抵觸。變異因子越大，個體更容易適應環(huán)境變化，對系統(tǒng)出現(xiàn)的錯誤做出快速反應，但個體更容易發(fā)生突變。而變異因子較小時，系統(tǒng)的反應力變差，但系統(tǒng)一旦獲得高適應度的設計方案時可以保持穩(wěn)定。

對于可進化數(shù)字電路的設計，可以在兩個層面上進行。一個是在基本的“與”、“或”、“非”門的基礎上進行進化設計，一個是在功能塊如觸發(fā)器、加法器和多路選擇器的基礎上進行。前一種方法更為靈活，而后一種更適于工業(yè)應用。有人提出了一種基于進化細胞機（CellularAutomaton）的神經(jīng)網(wǎng)絡模塊設計架構。采用這一結構設計時，只需要定義整個模塊的適應度，而對于每一模塊如何實現(xiàn)它復雜的功能可以不予理睬，對于超大規(guī)模線路的設計可以采用這一方法來將電路進行整體優(yōu)化設計。

3可進化電路設計環(huán)境

上面描述的軟硬件進化電子電路設計可在圖2所示的設計系統(tǒng)環(huán)境下進行。這一設計系統(tǒng)環(huán)境對于測試可重構硬件的構架及展示在FPGA可重構硬件上的進化設計很有用處。該設計系統(tǒng)環(huán)境包括遺傳算法軟件包、FPGA開發(fā)系統(tǒng)板、數(shù)據(jù)采集軟硬件、適應度評估軟件、用戶接口程序及電路模擬仿真軟件。

遺傳算法由計算機上運行的一個程序包實現(xiàn)。由它來實現(xiàn)進化計算并產(chǎn)生染色體組。表示硬件描述的染色體通過通信電纜由計算機下載到有FPGA器件的實驗板上。然后通過接口將布線結果傳回計算機。適應度評估建立在儀器數(shù)據(jù)采集硬件及軟件上，一個接口碼將GA與硬件連接起來，可能的設計方案在此得到評估。同時還有一個圖形用戶接口以便于設計結果的可視化和將問題形式化。通過執(zhí)行遺傳算法在每一代染色體組都會產(chǎn)生新的染色體群組，并被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流傳入實驗板上。至于通過軟件進化的電子電路設計，可采用Spice軟件作為線路模擬仿真軟件，把染色體變成模擬電路并通過仿真軟件來仿真電路的運行情況，通過相應軟件來評估設計結果。

4結論與展望

進化過程廣義上可以看作是一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)變化。在這個意義上，可以將“可進化”這一特性運用到無數(shù)的人工系統(tǒng)中，只要這些系統(tǒng)的性能會受到環(huán)境的影響。不僅是遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡、人工智能工程以及胚胎學都可以應用到可進化系統(tǒng)中。雖然目前設計出的可進化硬件還存在著許多需要解決的問題，如系統(tǒng)的魯棒性等。但在未來的發(fā)展中，電子電路可進化的設計方法將不可避免的取代傳統(tǒng)的自頂向下設計方法，系統(tǒng)的復雜性將不再成為系統(tǒng)設計的障礙。另一方面，硬件本身的自我重構能力對于那些在復雜多變的環(huán)境，特別是人不能直接參與的環(huán)境工作的系統(tǒng)來說將帶來極大的影響。因此可進化硬件的研究將會進一步深入并會得到廣泛的應用而造福人類。

篇9

關鍵詞：電路與模擬電子技術；教學實踐；心得體會

作者簡介：王玉菡（1981-），女，河北衡水人，重慶理工大學電子信息與自動化學院，講師；楊奕（1970-），男，重慶人，重慶理工大學電子信息與自動化學院，副教授。（重慶400050）

基金項目：本文系重慶市教委高等教育改革重點項目（項目編號：112003）的研究成果。

中國分類號：G642     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）12-0091-02

“電路與模擬電子技術”是高等工業(yè)學校本科計算機及其應用專業(yè)和電子類相關專業(yè)必修的一門技術基礎課，是把“電路”和“模擬電路”兩門課程合成一門的課程，同時調(diào)整了教學要求，教學學時也相應進行了壓縮。課程的主要任務是通過講授電路理論和電路分析方法、電子電路的分析和初步設計方法，使學生獲得必要的電路分析和模擬電子技術的基本理論、基本方法和基本技能，了解電子技術發(fā)展的概況，初步掌握電子電路的分析、設計方法，為學習后續(xù)課程打下基礎。為提高教學質(zhì)量，本文主要結合課堂教學實踐，闡述了筆者對教學方法改革的認識和一些具體做法。

一、“電路與模擬電子技術”教學中存在的難點分析

1.如何合理分配學時

“電路與模擬電子技術”課程分電路基礎和模擬電子技術兩部分，教材編寫通常是按80學時左右編寫，重慶理工大學選定的教材是由西安電子科技大學出版社出版，江曉安老師編寫的，本科教學理論學時數(shù)為64學時。如何針對僅有的學時，合理分配教學內(nèi)容，使學生準確理解并掌握課程的內(nèi)容，是本課程教學需解決的一大問題。

2.如何突出把握重點

“電路與模擬電子技術”課程內(nèi)容多，要讓學生在短時間內(nèi)掌握知識，就要求教師在講授課程過程中，突出重點內(nèi)容，便于學生課下自學和復習。

3.如何緊跟時代步伐

“電路與模擬電子技術”課程教材體系滯后，不能夠與時俱進。在電子技術飛速發(fā)展的當今，現(xiàn)有教材沒有任何關于EWB仿真的內(nèi)容，沒有把計算機輔助分析融合到教學中。

4.如何提高學生興趣

俗話說：興趣是最好的老師。就算是再難的課程，只要有興趣，肯堅持學習，就一定能學好。關鍵是如何調(diào)動學生的學習興趣？這就要求教師上課要靈活，不能上死課，要多聯(lián)系實際，把抽象問題具體化，把復雜問題簡單化，把理論問題生活化，給學生體會知識的機會，只有感同身受，才能印象深刻。

二、改進教學方法

1.綜合教學，化難為易，合理分配學時

課堂時間是短暫的，要在短時間內(nèi)讓學生明白一些概念和問題就需要教師抓住所講內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，以點帶面，舉一反三，綜合運用相關的知識進行講解。因為這些知識點之間是有聯(lián)系的，通過多角度、多視角聯(lián)系和講授知識，可以使學生印象深刻，進而掌握知識點。經(jīng)過筆者多次課程實踐教學發(fā)現(xiàn)學時數(shù)最好的分配是：電路部分24學時，模擬部分40學時。因為電路部分的內(nèi)容，包括電路基本概念和定律以及電路的分析方法、電路的暫態(tài)分析以及正弦穩(wěn)態(tài)電路分析，學習起來并不費力，很多內(nèi)容學生在“大學物理”、“高等數(shù)學”、“復變函數(shù)”等課程中都有所接觸，是有基礎的，即使自學也可以很好的掌握。而模擬電路部分內(nèi)容，由于涉及到微觀粒子的運動、特性曲線以及工程中的近似等效等內(nèi)容，對學生來說比較生疏，需要多花時間慢慢講解，很多學生自學也是完全不懂得。因此實踐證明講授這門課程，采用“前緊后松”的教學節(jié)奏，要把前面的進度稍稍加快，進入模擬電路部分后，就要慢慢講授。

2.善于引導，因材施教，突出把握重點

教師在臺上固然是授課者，但是學生也不應只是被動接受者。授課是個交流的過程，教師要會講，善于講，善于觀察學生的反映，適時調(diào)動起學生的積極性。筆者在教學實踐過程中，講每一章內(nèi)容時，都會先告訴學生本章的重點。并以“了解”、“理解”和“掌握”三個詞來區(qū)分一章內(nèi)容的輕重。在講課的時候，只需了解的內(nèi)容讓學生自學即可，重點講授需要理解和掌握的，突出重點，這樣學生學習起來就有了層次感。例如講授第六章放大電路分析基礎時，因為時間有限，通常只著重介紹三極管放大電路及其分析，場效應管放大電路的分析作為了解和自學的內(nèi)容，這樣學生學習起來就會把主要精力放在三極管及其放大電路的學習上了。只要把三極管及其放大電路學習好了，就會運用同樣的分析方法去分析場效應管及其放大電路。

3.鼓勵學生，自己學習，建立良好課堂氣氛

由于課時有限，教師在教授過程中不可能面面俱到，所以適時安排一些內(nèi)容自學，一方面可以更大限度地完成多一點的教學任務，另一方面也可以提高學生學習的積極性，變被動學習為主動學習，提高教學質(zhì)量，是絕對的雙贏。例如在講第3章動態(tài)電路分析時，就只需要介紹電容元件的一階零輸入響應、零狀態(tài)響應以及全響應的求解過程，對于電感元件的類似電路就交由學生課下自學，讓學生上課講給大家聽，一個學生講完了，其余的學生還可以補充，大家一起學習，使得印象深刻，學習氣氛濃厚了，教學質(zhì)量也就跟著提高了。

4.每章小結，重視作業(yè)，不斷深化知識

每章節(jié)的小結是為了回顧、總結這一章節(jié)的主要內(nèi)容和知識重點，這樣做可以幫助學生掌握其內(nèi)在聯(lián)系，理清所學知識的層次結構，形成知識框架；能夠促進學生掌握知識，總結規(guī)律，從總體上把握知識；能夠為學生下一步的學習架設橋梁，為下一節(jié)課做好鋪墊。所以說章節(jié)回顧在教學中有著舉足輕重的作用。對于教師，為了檢驗教學效果是否達到預期目的，為了強化和檢查學生對所學內(nèi)容的理解、掌握程度，每當講解完一個新的知識點都應布置相應的習題，這也是對學生的一個督促。作為教師，也應該認真批閱學生的作業(yè)，分析作業(yè)的完成質(zhì)量，進而了解學生理解的弱點，進行有針對性地備課準備，進一步改進自己的教學方法。

5.結合多媒體增加教學的直觀性和趣味性

多媒體課件在現(xiàn)在的教學中已經(jīng)是不可缺少的了?！半娐放c模擬電子技術”作為一門重要專業(yè)技術基礎課，其特點是：理論性強，原理抽象，定理、定律、公式和概念多。如果只用傳統(tǒng)教學方法和手段，很難解決該課程中的“圖形、電路、圖表、原理圖、結構”等問題，必然導致知識傳授的枯燥無味，會使學生在學習過程中感覺困難，使學生積極性受挫，久而久之會使學生失去學習興趣，產(chǎn)生厭學情緒，不能按時完成教學任務，也難有好的教學效果。為此，除采用演示、實驗手段和語言鼓勵之外，還采用多媒體技術手段，通過新穎的、多樣的、生動有趣的畫面、圖像、聲音來展現(xiàn)教學內(nèi)容，可增強課堂教學的形象性、生動性和趣味性，使學生激發(fā)起濃厚的學習興趣和積極性，產(chǎn)生強烈的求知欲望，加強教學效果。

6.增加EDA教學內(nèi)容，與時俱進

EDA技術是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設計?，F(xiàn)今，EDA技術日益成熟，已滲透到電子系統(tǒng)和集成電路設計的各個環(huán)節(jié)。為了讓學生了解電子技術的新發(fā)展，了解現(xiàn)代電路設計方法，了解日益發(fā)展的電路設計技術，跟上時代的步伐，掌握最基本的EDA技術，特增加這一部分的內(nèi)容，拿出一個課時專門介紹EDA技術基礎、EWB軟件、可編程模擬器件及應用，將計算機輔助分析融合到具體的教學內(nèi)容中。

7.加強實踐教學，培養(yǎng)學生的動手能力

理論需聯(lián)系實際才會有意義，學生學習的最終目的也是學以致用。所以需要加強實踐教學，培養(yǎng)學生的動手能力，增加綜合實驗內(nèi)容，將有內(nèi)在聯(lián)系的實驗內(nèi)容組合到一起，以加強綜合能力的培養(yǎng)；同時注意在訓練的過程上增加梯度，由淺入深，增加中大規(guī)模集成電路的實驗內(nèi)容。隨著電子技術的發(fā)展，中大規(guī)模集成電路的應用越來越廣泛，如課堂上只講授器件基本原理，難以解決實際器件的使用問題。因此，在實驗中加強了這方面的訓練，其目的是使學生從看懂芯片管腳圖功能表，理解電路原理圖，一直到電路的實現(xiàn)，以培養(yǎng)解決實際問題的能力。

三、教學成效

在教學過程中，結合傳統(tǒng)的教學方法，適當?shù)囊攵嗝襟w教學，極大地調(diào)動了學生的學習積極性，避免了學生學習過程中的枯燥感，加深了學生對知識的理解和掌握程度。教師的教學過程也改變了以前的只教不學的模式，以學生為主體，充分地發(fā)揮了他們的主觀能動性，從被教授到主動學習，同時也增進了師生之間的交流。各種綜合性的實驗項目，很好地將理論和實踐結合起來，加強了學生的動手能力。實踐證明，在學生的后續(xù)學習中，學生的積極性和主動性都有所增強，學習成績也得到明顯的提升。良好的學習習慣和扎實的基礎使他們有足夠的能力去主動學習他們感興趣的知識，參加各種電子設計大賽。這既培養(yǎng)了他們的綜合能力，也為以后的工作積累了一定的經(jīng)驗。

四、總結

總的來說，教學中存在的問題，主要還是教師這個Leader，要帶領好學生，掌控好教學的節(jié)奏，做到張弛有度，讓學生感受到知識的重要性，自發(fā)的學習，而不是為了考試而學習。筆者在“電路與模擬電子技術”課程的教學中不斷總結和探索，實踐證明了通過以上改革可有效提高教學效果，激發(fā)學生的學習興趣。

參考文獻：

[1]高玉良.電路與模擬電子技術課程教學改革的實踐[J].長江大學學報,2008,(3).

[2]李心廣,王金礦,馬文華,等.計算機專業(yè)《電路與電子技術基礎》課程教學改革研究與實踐[J].湘潭師范學院學報,2008,(2).

篇10

ElectronicsWorkbench(簡稱EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。EWB5.12軟件的仿真功能十分強大，近似100%地仿真出真實電路的結果。而且，它就像在實驗室桌面或工作現(xiàn)場那樣提供了示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器，萬用表等廣播電視設備設計、檢測與維護必備的儀器、儀表工具。采用EWB虛擬電子工作臺，即通過計算機軟件仿真的方法，對電子線路分析進行模擬，下面以電子線路中設計的一個穩(wěn)壓電源實際電路為例，詳細講述其操作程序，以掌握電路仿真分析的應用方法。EWB軟件最明顯的特點是：仿真手段切合實際，選用元器件、儀器與實際情形非常相近。用EWB進行仿真模擬實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會像實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。軟件不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件,還提供了各種豐富的調(diào)試測量工具：各種電壓表、電流表、示波器、指示器分析儀等。是一個全開放性的仿真實驗和課件制作平臺,給我們提供了一個實驗器具完備的綜合性電子技術實驗室。

關鍵詞：EWB，仿真，電子技術

目錄

摘要

目錄

第1章前言

1.1簡介

1.2EWB的使用

第2章EDA仿真技術在電子線路分析中的應用

2.1軟件的功能與特點

2.1.1軟件仿真分析設計流程

2.2應用仿真軟件對實際電子線路進行仿真分析舉例

圖2-2導線連接圖

2.2.2儀器的使用

2.2.3電路的仿真分析

2.2.4設計指標測試

第3章EWB在《模擬電子技術基礎》課程教學中的應用

3.1在模擬電子技術中使用EWB的必要性

3.2研究的方法與內(nèi)容

3.3單級放大器放大特性的研究

3.3.1相關數(shù)據(jù)的計算

3.3.2數(shù)據(jù)的分析

3.3.3單極放大器放大特性分析

3.4放大器的最佳工作點與晶體管最大允許輸入電壓的研究

3.5諧振蕩器與波形變換

3.5.1測量振蕩周期與波形

3.5.2輸出波形的改善和應用

3.6集成運算放大器的應用

3.6.1反相與求和電路

3.6.2文氏橋式及RC振蕩電路

第4章結論

致謝

參考文獻

第1章前言

1.1簡介

隨著電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，電子線路的設計工作也日益顯得重要。經(jīng)過人工設計、制作實驗板、調(diào)試再修改的多次循環(huán)才定型的傳統(tǒng)產(chǎn)品設計方法必然被計算機輔助設計所取代，因為這種費時費力又費資源的設計調(diào)試方法既增加了產(chǎn)品開發(fā)的成本，又受到實驗工作場地及儀器設備的限制。為了克服上述困難，加拿大InteractiveImageTechnologies公司推出的基于Windows95／98／NT操作系統(tǒng)的EDA軟件（ElectronicsWorkbench“電子工作臺”，EWB）。他可以將不同類型的電路組合成混合電路進行仿真。EWB是用在計算機上作為電子線路設計模擬和仿真的新的軟件包，是一個具有很高實用價值的計算機輔助設計工具。目前已在電子工程設計等領域得到了廣泛地應用。與目前流行的電路仿真軟件相比較，EWB具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點。他改變了有些電路仿真軟件輸入電路采用文本方式的不便之處，該軟件在創(chuàng)建電路、選用元器件的測試儀器等均可以直接從屏幕圖形中選取，而且測試儀器的圖形與實物外形基本相似，從而大大提高了電子設計工作的效率。此外，從另一角度來看，隨著計算機技術和集成電路技術的發(fā)展，現(xiàn)代電子與電工設計，已經(jīng)步入了電子設計自動化（EDA）的時代，采用虛擬仿真的手段對電子產(chǎn)品進行前期工作的調(diào)試，已成為一種發(fā)展的必然趨勢。通過對實際電子線路的仿真分析，從而提高對電路的分析、設計和創(chuàng)新能力。

1.2EWB的使用

ElectronicsWorkbench(簡稱EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。該軟件是加拿大交換圖像技術有限公司(INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLtd)在90年代初推出的EDA軟件。而在國內(nèi)應用EWB軟件，卻是近幾年的事。目前應用較普遍的EWB軟件是在Windows95/98環(huán)境下工作的ElectronicsWorkbench5.12(簡稱EWB5.12)，該公司近期又推出了最新電子電路設計仿真軟件EWB6.0版本。

在眾多的應用于計算機上的電路模擬EDA軟件中，EWB5.12軟件就像一個方便的實驗室。相對其它EDA軟件而言，它是一個只有幾兆的小巧EDA軟件。而且功能也較單一、似乎不太可能成為主流的EDA軟件形象，也就是用于進行模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真。

但是，EWB5.12軟件的仿真功能十分強大，近似100%地仿真出真實電路的結果。而且，它就像在實驗室桌面或工作現(xiàn)場那樣提供了示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器，萬用表等廣播電視設備設計、檢測與維護必備的儀器、儀表工具。EWB5.12軟件的器件庫中則包含了許多國內(nèi)外大公司的晶體管元器件，集成電路和數(shù)字門電路芯片。器件庫沒有的元器件，還可以由外部模塊導入。

EWB5.12軟件是眾多的電路仿真軟件最易上手的。它的工作界面非常直觀、原理圖與各種工具都在同一個窗口內(nèi)，即使是未使用過它的工程技術人員，稍加學習就可以熟練地應用該軟件。現(xiàn)代的廣播電視設備電路結構復雜，而EWB5.12軟件，可以使你在許多電路設計、檢測與維護中無須動用電烙鐵就可以知道它的結果，而且若想更換元器件或改變元器件參數(shù)，只須點點鼠標即可。