电路设计论文
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电路设计论文范文第1篇
对于守时系统而言首先要保证系统硬件部分具有良好的稳定性与可靠性，并且生存能力优秀。经由守时系统得到的标准时间可满足授时相关标准，同时我国守时系统需要与国际标准时间匹配结合，在开发过程中应当汲取国外授时系统的优缺点从而得到具备特色的自主守时系统。在系统计算过程中要保持时间尺度均匀并使其处于稳定态，同时使UTC可被精确控制。另外需要构建出专门性的性能测试平台，使对比试验可正常开展。总之，守时系统无论是在工业发展还是经济发展过程中均发挥了重要的作用，它也受愈来愈受到国家重视。
2守时电路设计分析
在本研究中借助GPS体系作为基本授时体系，因此需要在系统中置入GPS接收机。GPS接收机的功能主要体现于两方面，首先它可以对精确时间进行有效输出，另外得到相关的时间质量信息，同时可获取标准时间信号。通常情况下将GPS位置精度设置为10m，将时间精度设定为1us，而速度精度则设定为0.1m/s，更新频率为1HZ。另外热开机时间可设定为1s，暖开机时间为38s，冷开机时间为42s。工作电压按照实际要求进行匹配。
在系统中加入晶振（MV180），该晶振标准频率为10MHZ，稳定性低于1*10^-10，工作电压为12V，外部工作电压为0至5V，参考电压为5V，工作温度范围为-10至60℃，稳定性为±2*10^-10，老化率为±3*10^-8/y，预热时间精度低于±1*10^-8（25℃以下），预热阶段峰值电流消耗应低于700mA，静态电流消耗应低于250mA（25℃以下）。另外置入特定芯片使守时电路工作得到进一步优化，芯片选取DAC7512，该芯片电压需求较低且功耗较小，通常情况下采取施密特触发输入，可对缓冲电压进行数模转换并可对寄存器写操作进行有效控制。
芯片本身可对数据进行放大并进行缓冲，这样便可保证信号输出的质量，使其能够完整输出。由于该芯片可将输出端断开并断开缓冲放大器，将固定电阻接入其中使精度输出放大器可采取轨对轨的模式进行输出，利用串行接口使得作为通信接口连接，在工作过程中其时钟速率可达30MHz。为了使守时电路工作完善化可在整个守时系统中置入FPGA器件。植入该集成电路芯片可使得系统的灵活性大大增强，由于FPGA具备了高度集成化的特点，规模大、体积小，具有较低的功耗，且处理迅速，可进行反复编程，因此将其置入系统当中可有效控制系统功耗并降低系统应用成本。另外FPGA具备了逻辑单元与嵌入式储存器、乘法器以及高速手法器等，可提供多种协议保证其适用范围。在FPGA实际应用过程中开发软件先将硬件描述语言及原理图输入其中，再编译为数据流，并通过随机储存来确认设计电路的逻辑关系。当出现断电情况后随机储存将会消失，此时FPGA也就变成了白片，那么可结合随机储存器中的差异来得到不同的设计电路逻辑关系从而得到可编程特性。
3结语
电路设计论文范文第2篇
为了使RS422接口能在上述复杂环境中正常工作不被损坏，本文设计的一种接口保护电路如图1所示。通过在数据线路上串接电阻限制冲击电流，通过对地双向TVS二极管箝位冲击电压，并将接口的参考地通过一个0.1μF电容与机壳地相连来释放冲击能量。限流电阻的选择原则是在限制冲击电流的同时不能影响接口的正常驱动能力。经过测试，限流电阻阻值为25Ω时具有良好的保护效果。RS422接口收发器的工作电压为5V，差模电压范围是-6～+6V，可承受共模电压范围为-7～+7V。因此，RS422接口的TVS保护二极管的最大箝位电压应在7V左右，最大反向待机电压不低于6V。ONSemiconductor公司的阵列TVS二极管CM1248-08DE，其最大箝位电压为6.8V，最大反向待机电压为6.1V，符合RS422接口电气特性要求。CM1248-04DE由4路背靠背的TVS二极管构成，可以单向保护8路数据线或双向保护4路数据线。本文设计采用一片CM1248-04DE实现4路数据线的双向保护。考虑到收发器的参考地与信号地、机壳地是隔离的，所以用一个0.1μF的电容连接收发器的参考地与机壳地。当TVS二极管导通时，冲击电流经电容疏导到机壳地上，从而保护收发器及电路；当TVS二极管截止时，参考地与机壳地分开，避免隔离地受到机壳地波动的干扰。
2电路板设计
错误的布局布线不仅不会发挥保护电路的保护作用，还有可能引入其他干扰。TVS二极管应该尽量靠近I/O端口，接近干扰源，在干扰进入电路之前就滤除掉，避免干扰耦合到邻近的电路上。另外，PCB布线时应尽量采用短而粗的线，减小干扰对地通路上的阻抗。图2为不好的布局布线情况，图3为良好的布局布线情况。
3接口保护效果
保护电路增加前后，全自动引线键合机上的RS422接口在持续电子打火环境下的通信情况如图4所示。由图可以看出，没有保护电路时，在电子打火瞬间，正常通信线路上会产生接近10V的冲击电压，完全超出了接口可接受的-7~+7V共模电压范围，影响正常通信，严重时足以烧坏接口。在相同条件下，增加保护电路后，通信情况如图5所示。由图5可以看出，电子打火瞬间电路上的电压完全在-7~+7V范围内，正常通信不受影响，达到了保护电路的设计目的。
4结论
电路设计论文范文第3篇
1.1传感器电路设计外部电容与片内电阻一起构成一个低通滤波器，用于限制ADXRS646速率响应的带宽。3dB频率由和设置：可以精确控制该频率，因为在制造期间被调整至。在RATEOUT脚（1B，2A）和SUMJ引脚（1C，2C）之间连接的任何外部电阻将导致：由于陀螺仪的18kHz谐振频率会造成解调时的高频噪声，因此在陀螺仪的输出管脚由电阻和22nF电容（2.2kHz极点）组成低通RC输出滤波器，以衰减解调尖峰引起的高频噪声。
1.2控制电路与模数转换电路设计选用C8051F410单片机对整个系统进行控制，C8051F410具有与8051兼容的高速CIP-51内核，与MCS-51指令完全兼容。C8051F410资源丰富，具有24个I/O引脚，同时还具有时钟振荡器等功能模块。ADS1274是TI公司生产的24位无失码高性能模数转换器，具有最高144kSPS数据采样速率，功耗低，在52kSPS（高精度模式）采样速率下，单通道功耗仅为31mW，工作温度范围广，最低温度-40°C最高温度+125°C，非常适合应用于条件苛刻的工业控制领域。该芯片模拟前端具有4个单端输入通道,模拟部分采用5V供电，内核为3.3V或者1.8V供电。模拟输入电压为———0.3V~6V。采用THS4521作为AD转换器的驱动器，THS4521极低功耗轨至轨输出全差动放大器，带宽高达145MHz，数据转换速率高达490V/μs，直流开环增益为119dB，宽范围供电电压：+2.5V~+5.5V，单通道电流仅为1.14mA。C8051F410与ADS1274通过标准SPI接口进行通信，设计采用3线制的主、从方式。C8051F410控制ADS1274，C8051F410通过SCLK时钟管脚提供并控制ADS1274提供SPI的时钟信号。单片机的MOSI引脚与ADS1274的DIN引脚相连，向ADS1274发送数据，实现配置寄存器，设置工作模式等功能。C8051F410的MISO引脚与ADS1274的DOUT相连，接收AD转换的数据。ADS1274的RDY引脚与单片机的P0.3引脚相连，当ADS1274完成模数转换以后，RDY引脚有高电平变为低电平，通知单片机模数转换完成，准备读取数据。
1.3恒流电源电路LM2904系列运算放大器是TI公司生产的低功耗双运算放大器。ADXRS646型MEMS陀螺仪需要的供电电压为6V，由LM2904构成的放大电路可以产生两路稳定的6V电压，输出抖动小于5mV，输出电流可以达到40mA，满足MEMS陀螺仪的供电要求。由LM2904构成的基本电压放大电路。放大电路的输入电压5V，电压的放大倍数为1.2倍，由此可以得出两路输出A和B均为6V。
2软件设计
数据采集装置上电后首先对C8051F410进行初始化设置，通过配置寄存器，设置SPI通信模式、内部振荡器的工作频率以及看门狗的监测时间。然后对ADS1274进行AD采样率、工作模式和通信模式等模块的初始化。选择ADS1274的差分模拟输入通道AIN1、AIN2、AIN3进行数据采集，模拟电压输入范围为0~5V，数据寄存器配置为24位。向ADS1274发送开始转换命令，单片机开始计时，计时时间未结束，传输采集的数据；计时时间到，继续开始AD转换。采集后的角速率数据经过单片机简单处理后，由RS232串口输出。
3实验分析与结论
电路设计论文范文第4篇
开关管在固态栅控电路中起重要的作用，它把电源和微波管在电路关系上分开，起隔离的作用，更重要的是，开关管的性能在很大程度上决定了栅控电路的输出特性。为了满足栅开、栅关切换时间的要求，同时由于工作时开关管两端的实际压差均为1500V左右，选择电压高、结电容小的BiMOSFET管作为控制开关管，并且考虑需有一定的余量，选耐压大于2000V的BiMOSFET管。为了降低行波管电子流在通/断瞬间所产生的散焦，栅控电路的开关速度应尽可能快，而栅开、栅关切换时间主要取决于对行波管栅极电容和电路分布电容的充放电能力。
行波管栅极电容100pF，分布电容300pF，考虑冗余设计，总电容取500pF，切换时间t取值0.5s，则瞬时充电电流i为：因此，选择耐压大于2000V，电流大于1.5A的MOSFET即可满足要求，并且应尽量选择结电容小的。
综合考虑，选用IXYS公司的IXBT2N250作为开关管，单管的VCES为2500V、IC25为5A、Coes为8.7pF、tr为180ns、tf为182ns。BiMOSFET管驱动门限电压高，适宜于强干扰环境中应用，这有利于提高栅控电路的可靠性。
2保护电路
一个稳定可靠的栅控电路对行波管来说很重要，因为整个系统的稳定度和频谱特性都直接与其性能有关，为保证本栅控电路稳定可靠工作，主要采取以下措施：图1中的R1、R2、R5起限流作用。为防止开关管过流，充放电回路的电阻取值要保证其充、放电流小于开关管的最大额定电流IC，即R≥U/IC＝1.5kV/5A=300，考虑MOS管温升等因素，总限流电阻取500。回路中存在一定的分布电感，在开关管关断时会产生感应电压叠加到开关管上，造成开关管承受过高的电压。在开关管两端并联TVS进行钳位，以防开关管过压而损坏。
3结语
电路设计论文范文第5篇
加入等效像元的单元读出电路如图1所示，该电路结构主要由以下三个本部分组成:等效像元(TheEquivalentBolometer)、MEMS像元(MEMSBo-lometer)、电容反馈互导放大器(capacitorfeedbacktrans-impedanceamplifier，CTIA)。
1.1MEMS像元和积分电路(CTIA)本论文中采用的氧化钒(VOx薄膜)制成的微机械系统(MEMS)，其电特性如下。由表1可知，MEMS的电特性主要是温度的变化引起电阻值的变化，从而导致电流值发生变化，最后引起信号电压的变化。当外界温度发生改变时，MEMS像元中的有效像元的电阻值发生变化，导致其支路电流发生微弱的变化，其微弱的电流值(nA级别)由M4开关管流出。这一微弱的电流值通过积分电路转换为一个电压值。如图1所示，该积分电路为一种传统的CTIA型读出电路结构。在偏压VSK、VGSK、VGFID、VDET(VSS)和数字信号row_sel、integrate_en、rst_en的作用下(其中row_sel为行选通信号，integrate_en为积分使能信号，rst_en为复位信号)，有效像元Rab上产生的支路电流与盲像元Rbb上产生的支路电流之差得到的电流信号输入到积分器上进行积分。微弱的电流信号就转化成电压信号。其中M1可调节有效像元支路电流值，M2为行选择开关，M3可调节盲像元支路电流值，M4是积分使能开关，Rt-rim用于调节盲像元支路上的电阻，rst_en为数字信号控制的复位开关。
1.2等效像元电路等效像元电路的作用就是在晶元测试时替代MEMS像元产生一微弱的电流值，给积分电路一个测试信号。如图1所示，用于替代盲像元功能的等效像元为“等效盲像元”，其结构包括由外部Pad直接控制的MOS管Mbeqv(MOSBlindEquivalent)和行选择开关M2，pad提供的偏置电压为VBEQV，row_sel_test1(数字信号提供)控制开关M2的选通;用于替代有效像元功能的等效像元为“等效有效像元”，其结构包括由外部Pad直接控制的MOS管Maeqv(MOSActiveEquivalent)和行选择开关M2，pad提供的偏置电压为VAEQV，row_sel_test2(数字信号提供)控制开关M2的选通。在等效像元工作过程中，row_sel_test1和row_sel_test2同时开启，其时序和ROW_SEL一样，VSK给等效盲像元提供偏置电压。工作在饱和区的MOS管Mbeqv和MOS管Maeqv其D与S之间的电阻值与W/L，VGS、VTH的关系如。
2仿真结果分析
在盲像元电阻不变，VSK、VGSK、VGFID等偏压值确定的情况下，积分电流随有效像元电阻的变化如图3所示。图3中的横坐标为有效像元的电阻值，纵坐标为积分电流值。由图3可知积分电流的值随有效像元阻值的减小而增大，其阻值(150～160kΩ)与积分电流(0～200nA)呈线性变化，变化率约为51.86nA/kΩ。由MEMS电特性和表1可知，R=160kΩ，当温度从－20℃变化到80℃，其对应的电阻值降低了544Ω和2530Ω，对应的积分电流(信号电流)为47nA和217nA。说明温差越大，电阻值变化也越大，对应的积分电流的值也越大。而图3的仿真结果也说明了Rab与Rbb之间的值相差越大，对应的积分电流的值也越大。所以可以通过调节图3中的Rab的电阻，来对应MEMS电阻的变化。在等效像元电路结构中，当偏置电压VSK、VG-FID的值确定，积分电流随VAEQV、VBEQV的变化如图4、5所示。图4、5中的横坐标为等效像元栅压VAEQV、VBEQV的值，纵坐标为积分电流的值。由图4、5可知积分电流的值随等效像元栅压VAEQV、VBEQV的增大而增大，VAEQV平均每调节9mV变化10nA的电流，变化率约为10nA/9mV，其偏压值与积分电流(0～200nA)也是呈线性变化。所示可以通过调节图4和图5中的VAEQV、VBEQV的值，模拟外界温度的变化。仿真结果表明等效像元的电特性正好与MEMS像元的电特性一致，所以可用等效像元电路替代MEMS物理结构。
3测试结果分析
基于GlobalFoundry0.35μm工艺，对阵列大小为300×400的红外面阵探测器读出电路进行流片，图6为ROIC阵列整体芯片照片，芯片面积为14mm×16mm。芯片中间的重复单元电路部分是单元电路，单元尺寸为25μm×25μm，重复单元的是数字电路部分，即时序控制部分，最是焊盘。图7为图6局部放大的照片即等效像元(等效盲像元和等效有效像元)的芯片照片，图8为测试芯片的PCB板。因为积分电流为nA级别的电流，很难用仪器测量出来，但可以通过电容反馈互导放大器将电流转换为电压信号测量出来。对VBEQV=2.4V，VSK=5.3V，VGFID=3.933V，Vbus=2.65V等偏置电压进行设定后，通过调节等效有效像元栅压VAE-QV的值，产生0～200nA之间的积分电流，其对应的积分电压值为2.65～3.38V，积分电压与VAEQV值的测试结果如表2所示。图9为积分电流Id=50nA对应的积分电压值2.82V，满足公式(2)。此测试结果表明:在ROIC表面尚未构成MEMS物理结构前，可以通过等效像元电路初步探测ROIC的电性能，筛除不良品。在CP之后和MEMS结构完成之后，等效像元不再启用，等效像元行选择信号始终关闭。
4结论
