电路设计及仿真范文

导语：如何才能写好一篇电路设计及仿真，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：纳米尺度互连线 集总参数模型 电路仿真 CMOS射频集成电路设计

中图分类号：TN402 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0176-02

1 引言

随着半导体技术的发展，纳米尺度的CMOS工艺射频集成电路（RFIC）在工业、科技、医药医疗的应用越来越广泛，且其工作频率已经进入微波、毫米波段，如X波段、Ku波段及60GHz应用等[1]。然而，当电路的工作频率进入到这种高频频段时，电路模型的精度是电路能否成功实现的关键所在。在电路版图设计之后，通常是利用Assura和Calibre等工具来获得互连线的寄生电阻和寄生电容。然而，由于电路的寄生电感比寄生电阻和寄生电容复杂且精度低，很难利用版图验证设计工具得到寄生电感值，因此，需要借助于电磁场仿真软件对传输线进行准确模拟。然而，在电路设计初期通常需要考虑用于互连的微带传输线对电路性能的影响，传统单纯利用电磁场仿真软件进行参数提取的方法无法准确根据设计要求进行参数调整。本文构建了基于物理特性的互连线模型，该模型的寄生参数通过传输线物理特性和电磁场仿真软件得到，易于计算和电路设计分析。同时，该模型的参数和频率无关，易于电路分析，适用于射频集成电路的设计。最后，论文详细论述了将模型用于集成电路设计中的流程。

2 互连线寄生参数仿真模型

射频集成电路设计中使用的互连线结构按照其类别可分为两类：第一类是微带线是以芯片衬底地作为其地平面，第二类是互连线是以某一金属层（通常是第一层金属M1）作为其地平面。对于这两类互连线结构而言，采用衬底地平面作为公共地平面的互连线比采用底层金属M1作为公共地的互连线更加灵活，因为在实际电路设计中受限于电路结构，其底层金属需要作为信号线进行器件之间互连，这种情况下需要采用第一种结构来实现信号互连。然而，使用底层金属M1作地线可以隔离衬底，减少衬底的损耗，因此在集成电路设计中两种传输线结构相互并存。

图1是互连线的模型图，该模型为单π集总参数模型，与常规的电感π模型相似[2]。图1中模型并联部分表示寄生电容和电阻，串联部分表示寄生电感和电阻。在设计窄带宽的电路时，尤其是进行放大器电路设计，关注的是工作频率附近的参数。所以，方框模型可以视为独立于工作频率，即模型在窄带电路设计中依旧可以使用。模型中，电感L2和电阻R2为互连线自身的分布电感和分布电阻，包含了集肤效应和邻近效应对电路的影响，而并联电容和电阻为导线和衬底之间等效电容和等效电阻。

对于该传输线模型，其离散参数的矩阵近似于模拟值和实际测量值。根据等效规则，电路的参数都可由Y参数推导得出[3]。在得到每一模块的参数后，串联电感值，电阻值和并联电容值都可以求出。

根据等效规则，工作频带的S参数应该与模拟和测试值相同。根据对Y矩阵的定义，可以推导出以下公式：

式中，为工作频率，函数real（）和函数imag（）分别代表着复数的实部和虚部。

以上的公式对于大多数传输线是可用的，无论传输线是否对称。在大多数情况下，传输线的Y1，Y3部分在结构上并不对称。但是，当两端口的反射系数的值相同时，将出现对称的特殊情况。此时传输线可化简为相同的部分，且可从电报方程中得出各元件的值。

在以上的分析中，电容，电感和电阻分别是频率的参数，而本模型中各部分数值处理成和频率无关的数值，这将在电路设计中产生误差。由于替换产生的误差可有下面公式得出：

是仿真实际S参数值，是模型的S参数值。

通常，当电路的频率与正常工作频率差异较大时，由于集肤效应和邻近效应，这个误差将会造成更加严重的影响。依照上述的模型，我们利用电磁场仿真软件ADS-Momentum构建了互连传输线，该传输线采用第二类结构，该传输线位于的TSMC 0.18um射频/混合信号工艺的第6层金属上，金属线宽6um，线长115um。工作频率为10GHz，根据公式（2）得到集总参数模型各个参数如下：

为比较模型和实际电磁场仿真数据之间差别，公式（4）中各个数据对应模型的S参数和电磁场仿真软件得到的S参数进行了对比，图2是采用电磁场仿真软件ADS-Momentum和模型部分参数对比，从图中可以看出，电磁场仿真软件的模型和本模型S参数的误差远离工作频率段误差越大，这是由于公式（2）中对频率进行了近似处理，远离工作频率的点采用工作频率来代替，由于这种代替，数据之间误差越大。在其偏离中心频率50%位置处（即15GHz和5GHz），模型和Momentum仿真数据的差异低于5%。在实际电路设计，通常需要电路设计师关注于传输线寄生参数对电路性能影响，此时工作频率点附近模型简易、准确是电路设计重点，而偏离工作频率点的模型误差在窄带电路设计是可以接受的。

3 模型在射频集成电路设计中应用

CMOS射频集成电路设计是利用已有的有源器件和无源器件模型进行电路设计。传统的集成电路设计首先进行电路原理图设计，然后进行电路版图设计，再进行参数提取，在参数提取中主要利用Cadence系统自身已有的仿真工具Assura来实现，在参数提取结束后再进行后仿真。当电路设计不满足要求时，需要重复上述过程，然而，在上述的传统集成电路中，由于参数提取过程的参数为分布参数，难以直接用于电路O计参数调整。同时，传统的参数提取方法只进行了电阻和电容的参数提取，而对寄生电感没有进行提取，这将导致电路设计的预期结果和实测结果出入较大。

为克服传统的射频集成电路设计的上述不足，可以将本论文的参数模型和集成电路设计相互结合。图4是本论文的模型应用于射频集成电路设计中流程图，在原理图和版图设计中依然类似于传统的集成电路设计方法，但版图设计及参数提取时将版图中的互连线单独分离出来，利用电磁场仿真软件ADS-Momentum电磁场仿真，仿真结束后利用模型将其中的各个互连线参数提取出来，由于互连线的宽度、长度和图1中模型的各个参数密切相关，故将互连线得到的各个参数代入到版图后仿真设计中，检测互连线参数是否满足电路设计要求。如果互连线参数满足设计要求，则电路设计完成；否则，根据要求适当调整互连线参数，并判断调整后参数是否满足电路设计要求，如果满足电路设计要求，则依据重新设计的要求进行版图调整，完成电路设计。如果调整后的互连线参数依然不满足电路设计要求，则依据要求进行原理图设计调整，然后依次重复上述过程。如图3所示。

从上述的电路设计流程可以看出，在射频集成电路设计中应用本模型可以及时了解电路中的各个互连线参数，根据电路设计要求调整互连线参数，满足电路设计要求。在整个设计流程中，首先根据互连线提取参数判断是否满足电路设计要求，进而根据设计要求调整互连线参数来满足电路设计要求，这将简化传统电路设计循环，减少电路设计时间，同时通过互连线参数调整将互连线作为电路设计的一部分进行综合考虑，这将有助于提高电路综合性能。

4 结语

本文提出了适用电路后仿真的纳米尺度互连线模型，该模型基于物理意义而构建，模型的各个参数皆为集总参数，各个参数都可以通过电磁场仿真软件而获得并在集成电路设计中进行调整。该集总参数的模型结构简单，易于使用，适合于CMOS射频集成电路设计分析中使用，同时文中给出了该模型应用于射频集成电路设计的流程并分析了其特点，分析表明采用文中模型可以根据电路设计要求进行调整互连线的尺寸，并可将互连线参数作为电路设计的一部分进行综合考虑，有助于提高电路综合性能。

参考文献

[1]A.Niknejad， “Siliconization of 60 GHz”， IEEE Microw. Mag.， pp.78-85，Feb.2010.

[2]J.Rong， M.Copeland，“The modeling， characterization， and design of monolithic inductors for silicon RFICs”，IEEE Journal of Solid-state Circuits， Vol.32，No.3，pp.357-369，March 1997.

[3]廖承恩.微波技g基础，西安：西安电子科技大学出版社，1994.12.

收稿日期：2016-09-28

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关键词：电路设计；proteus；应用

中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0248-01

二十一世纪的今天，社会科技进步较快，proteus仿真软件在电路设计中的应用也越来越广泛。该仿真软件是计算机技术发展的重要成果之一，可以对模拟电路，数字电路和电路进行仿真操作，软件自身具备先进的虚拟器，包括示波器，逻辑分析仪，信号发生器等，为了更全面的了解和更深刻的分析proteus在电子电路设计中的应用，就要在软件开启的仿真条件下，对整体电路和包含的各个零部件进行逐一研究，为之后的电路设计打下坚实的基础思路。

1 Proteus仿真软件简述

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。它是目前比较好的仿真单片机及器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。该软件包含ISIS和ARES两个软件部分，这两个部分在大环境下扮演着两个不同的重要角色，都有着举足轻重的作用。在日常工作中，ARES部分是用来当PCB设计工作的助手，进行有效辅佐，而ISIS则是主要负责在仿真开启的环境下对电路原理和模拟电路的设计工作。

2 Proteus仿真软件进行仿真电路设计的过程分析

在电子电路实训过程中，proteus仿真软件在进行仿真电路设计时，要在软件编辑界面，按照需要模拟的实际电路思路，设计出一套最符合实际情况的电子电路图，再通过许多相关数据计算，尽可能在最短的时间内完成对电路的初步设计和对数据的测量与计算整理，最后完成整体的模拟电路设计，然后利用软件的电路生成功能，输出最后的电路设计图。为了确保电路设计的顺利进行，仿真电路设计过程可以这样：先确定核实设计项目，然后运行proteus软件，绘制初步的电路原理图，然后根据原理确定需要的元件种类和数量，启动仿真系统，用虚拟仪器检测然后读出数据，分析结果，如不符合要求，对元件或者电路作适当修改然后再次检测，当符合要求时，要对电路进行完善，确定无误后敲定最终设计方案，然后系统自动生成电路图。

3 Proteus仿真软件的仿真电路设计与调试

在进行电路工作前，相关人员要检查虚拟测量仪器与被测量点的两个终端是否处于正常连接状态，还要确定信号源良好的接地情况，其中还要注意示波器与地线的连接状况。测量结束后要确保测量结果是GND的相反波形，有利于后续对电路的研究。实验过程中，要时刻注意电压表，电流表的指针位置，而在仿真电路时，要注意串联电路中电流指针的指数，如有任何问题，要及时地在相应的执行操作界面，通过网络，对电压作出适当调整，然后继续进行仿真电路的研究试验，推动proteus仿真软件在电子电路设计应用中的发展。

4 Proteus仿真软件的实用电路分析

在今后的与电路设计有关的工作当中，我们不光要充分发挥并发展proteus仿真软件，还要通过合理的方法来判断研究proteus仿真软件在未来电路研究中的发展趋势，然后进行相应改进。而proteus软件还需要通过传感器电路，正弦电路等实用电路中不断的进行试验和探索，最后才能把此项技术落实到实际电子科技产品的生产环节当中去。所以，我们再使用该软件进行电路设计和分析时，要把重点放到传感器电路和正弦电路等电路的实用性上，结合实际情况探究，才能更好地让软件适用于各种实用电路的应用。还能开发出仿真系统的其他用法和功能，促使电子行业发展，为以后的研究工作打下坚实的基础。

5 结语

综上所述，现阶段proteus仿真软件的应用已经十分广泛，而其使用功能也十分便利和强大，在进行电子电路设计时，为了能够更深刻研究电路的工作情况，更准确地对电路中存在的不足之处进行调整，我们要进一步对软件进行挖掘研究，明确操作规范，开发出更实用的功能以便使用。还能改善传统的电子电路设计工作，并z测出其中的缺陷，为降低电路实验成本，更有效地完成实验和缩短实验时间等方面，都有积极的推进意义。

参考文祥

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关键词 EWB LC 振荡电路 仿真试验

中图分类号：TN402 文献标识码：A

1 引言

高频电子线路是电子类专业一门非常重要的专业基础课，其知识点丰富，电路分析复杂。传统的电子技术教学方法往往通过板书进行理论分析，再到实验室进行典型电路实验的验证，教学效果受到诸多限制。随着计算机技术和电子技术的发展，各种EDA软件不断涌现出来，逐渐进入到电子设计的各个领域，其中一些EDA仿真软件在理论教学、实验及电路设计方面发挥了很好的作用。EWB仿真软件是常用的EDA 软件之一，它常用于教学中，解决了传统讲授法和多媒体课件所不能解决的实时动态仿真分析问题。本文使用EWB仿真软件，详细而又逼真的模拟LC振荡电路的起振和稳定过程，使学生更为直观的理解LC振荡电路的起振和稳定条件，提高了教学效果。

2 EWB在教学中的应用

EWB（Electronics Workbench）也称电子设计工作平台或者虚拟电子实验室，是一个电子电路的仿真软件。EWB软件是交互图像技术有限公司在九十年代初推出的EDA软件，但在国内开始使用却是近几年的事。它可以将不同类型的电路组合成混合电路进行仿真，仿真功能十分强大，可以几乎100%地仿真出真实电路的结果。

2.1简单的操作方法，强大的教学功能。

EDA软件采用大方直观的图形界面创建电路，在电脑屏幕上模仿真实实验室的工作台，电路仿真需要的测试仪器、绘制电路图需要的元器件均可直接从屏幕上选取。软件带有丰富的电路元件库，能提供多种电路分析方法。在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件。

2.2实现理论和实践教学的同步。

在教学中，利用EWB仿真软件，可以建立起了一种类似于真实实验室工作台的虚拟平台，逼真地模拟各种元器件和仪器仪表，从而不需要任何真实的元器件和仪表，就可以完成多种电路实验，不仅可以作为现行的实验一种补充，还可以作为复杂的电子系统的设计、仿真与验证的手段。

2.3激发学生的学习积极性和创造性。

利用EWB仿真软件可以在实际操作前用计算机仿真软件制作的多媒体课件先展现给学生，帮助学生更快、更好地进行实验中的各个环节。并且通过仿真熟悉电子仪器的测量方法，提高学生的学习兴趣和激发他们的科技创新欲望，进而在实际操作中培养综合分析能力、排除故障能力和应用开发、创新能力。4 结束语

利用仿真软件EWB对LC振荡电路输出电压波形进行了仿真，结果显示与理论基本相同。通过仿真，学生可以把抽象的认识和比较形象的仿真结果联系起来，加深对课程理论知识的理解。因此，将仿真软件与传统的课堂教学有机地结合起来，能够弥补电路实验硬件资源的不足，更好地提高学生的学习积极性。

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关键词：电路设计 ROM序列号 Proteus仿真 单总线

Abstract：The author designs a kind of reading ROM serial number of DS18B20 which is independent of application system completely. The structure of this circuit is simple and the software is very concise. The system hardware and software are simulated interactively on the platform of Proteus. This system possesses higher practicality compared with single bus identifying system based on existing complex algorithms.

Keywords：DS18B20ROM serial number Proteus simulationsingle bus

一、引言

美国DALLA公司生产的基于单总线结构的数字式温度传感器DS18B20，以其检测精度高、抗干扰力强、硬件结构简单，已逐步取代了其它常用温度传感器在温度检测领域中的地位。单总线技术是美国DALLA半导体公司近年推出的新技术。它将地址线、数据线、控制线、电源线合为一根信号线，允许在这根信号线上挂数百个测控对象[1]。

使用基于单线总线结构的数字式温度传感器DS18B20测量温度，特别是在多点测量领域，必须首先确定其64位ROM序列号。开始8位是产品类型编码(DSl8B20编码均为28H而DSl820编码均为10H)，接着的48位是每个器件唯一的序号，最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码[2]。

每一个DS18B20都有唯一一个编号，且这个编号是存在内部ROM中的，在产品上或产品说明书上是无法找到的，必须通过电的方法读出来。而单总线应用系统必须要知道每个DS18B20的序列号后才可以工作。所以正确识别出每个实际元件的ROM序列号是应用DS18B20的第一步，也是非常关键的一步。

在DSl8B20单总线应用系统设计之前，首先要设计一种电路或程序来读出所有DSl8B20的序列号。而通常的思路是，在系统应用电路不变的前提下，即使用单总线上挂多个DSl8B20的电路结构，来设计软件程序，利用复杂的算法来在线识别所有DSl8B20的序列号。大部分算法搜索速率相当可观，但是逻辑复杂，程序冗长，在程序存储空间十分匮乏的嵌入式系统中应用不便。有研究人员事先将序列号存到程序空间，这样跳过复杂的序列号搜索过程，从而大大简化了测温过程，但是在传感器应用数量比较多的场合存储序列号所需的程序空间消耗相当大，而且不利于系统维护[3]。

本文介绍一种比较实用的读DSl8B20序列号的电路设计，电路及程序都非常简洁，不涉及复杂的算法，把设计者有效的精力更多地投入到应用系统设计中去。

二、系统硬件电路设计

在DSl8B20单总线应用系统中，是把多个DSl8B20挂在一根总线上，而在读DSl8B20 ROM序列号电路中，还是把多个DSl8B20挂在一根总线上，但是用多位开关，采取分时复用的办法，一个一个地读DSl8B20的ROM序列号。

图1是在Proteus中画出的读ROM序列号电路。图中，使用AT89C51单片机通过单总线对DS18B20进行控制。四位开关分时把四个DS18B20与单总线接通，启动按钮后，发光二极管每亮一次，在两位数码管中读出一个字节的十六制数并记录下来。该电路可以一次顺序读四个DSl8B20的ROM序列号。设置发光二极管的作用是等间隔的读数，以正确区分连续相同的十六进制数。

三、 Proteus中DS18B20的参数设置

在温度控制系统仿真进行前，必须在Proteus中对DS18B20进行参数设置，即精度设置和ROM序列号设置两项。双击图1中的U1，打开如图2所示的元件属性对话框。

在“Granularity”一栏中，把1改成0.1，即测量温度的精确度由1℃改成了0.1℃。

在“ROM Serial Number”一栏，有三个字节的十六进制数，是ROM序列号的第五、六、七字节（从高到低），我们只能对这三个字节进行更改，以区别不同的DS18B20仿真元件，即只要使四个DS18B20的ROM序列号不一样就行。其它五个字节是系统设置好的，能通过软件编程读出来，最高位字节固定为28H[4]。

我们把Proteus中四个DS18B20的三字节ROM序列号分别设为：

U1：39C524；U2：B8C530；U3：B8C531；U4：B8C532

四、系统软件流程设计

读DS18B20序列号的程序并不复杂，主程序流程如图3所示。首先对单片机的P2口和P3.0进行清零，然后查询按钮是否按下，没有则等待；按下，则往下执行。先调一个对DS18B20进行初始化的子程序，然后写入读ROM序列号命令33H，该命令只对单总线上挂一个DS18B20进行操作，调写命令子程序。接下来调从DS18B20读取一个字节数据的子程序，把读出来的一个字节数据存入40H，最先读出的是ROM中64位序列号的高八位， 28H。继续进行数据读操作，顺序把读出的其余七个字节分别存入单片机的41H～47H。

然后是按从高到低字节顺序把8个字节的ROM序列号输出给P2口的十六进制数码管进行显示。8个字节显示完毕后，程序再回去判断启动开关的状态，继续进行下一个DS18B20的ROM序列号读取和显示。

子程序比较简单，不再介绍。

在Keilμversion3中进行程序编写和调试，编译成十六进制文件“*.hex”。在Proteus中，双击单片机AT89C51，打开元件属性对话框，把编译好的程序文件“*.hex”虚拟下载到单片机[5]。点击仿真运行按钮。把四位选择开关放置到一个位置，按下启动按钮，顺序读八个字节的ROM序列号。操作时，要保证在每次灯亮时读数。

五、结束语

通过以上方法获取所有DS18B20 ROM序列号后，设计者可以开始设计单总线应用系统，只需把读到的DS18B20 ROM序列号适时地嵌入程序中即可。正是由于本文的设计思路完全独立于应用系统，电路简单、程序简洁，所以大大简化了系统设计之前为读DS18B20 ROM序列号而所化费的劳动，设计者可以把更多的精力集中在系统设计上。

参考文献：

[1] 刘晓阳，周炎涛. 一线总线结构的DS18B20的序列号搜索方法研究[J]. 计算机技术与自动化，2010，3：38~42.

[2] 丁晓俊，史小军等. 基于DS18B20的多点温度检测[J]. 电子工程师，2006，7：1~3.

[3] 王禹，王飞等. 一种基于DS18B20的热网温度检测系统[J].自动化技术与应用，2008，10：118~121.

[4] 蒋鸿宇，王勇等. 由DS18B20构成的多点温度测量系统[J]. 应用天地，2007，1：59~61.

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关键词:防绕击 直击 避雷针

中图分类号:TM1 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-025-02

雷电危害可分成直击雷、感应雷和浪涌三种。对于线路来说,危害线路的主要是直击雷。雷直击于有避雷线的输电线路分为三种情况:① 绕过避雷线击于导线;②雷击杆塔顶部或杆塔顶部附近避雷线;③雷击避雷线中央部分。且直击雷主要有绕击(雷电流为15kA～30kA)和反击(雷电流达100kA及以上)两种形式。

高压送电线路各种防雷措施都有其针对性,因此,在进行高压送电线路设计时,我们选择防雷方式首先要明确高压送电线路遭雷击跳闸原因。

1线路发生雷击成因分析

高压送电线路绕击成因分析:根据高压送电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明,雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。山区高压送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍。山区设计送电线路时不可避免会出现大跨越、大高差档距,这是线路耐雷水平的薄弱环节:一些地区雷电活动相对强烈,使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。

高压送电线路反击成因分析:雷击杆、塔顶部或避雷线时,雷电电流流过塔体和接地体.使杆塔电位升高,同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值,即时,导线与杆塔之间就会发生闪络,这种闪络就是反击闪络。根据计算公式可以看出降低杆塔接地电阻、提高耦合系数k、减小分流系数B、加强高压送电线路绝缘都可以提高高压送电线路的耐雷水平。在实际实施中。我们着重考虑降低杆塔接地电阻和提高耦合系数k的方法作为提高线路耐雷水平的主要手段。

线路易发生雷击的主要原因:一是特殊的地理环境和多变的气候条件,容易产生雷电,雷电活动频繁;二是线路处在海拔较高的斜坡或山顶,易遭雷电绕击;三是线路设计标准偏低,杆塔防雷保护角较大,易遭绕击;四是线路绝缘配合偏低,耐雷水平低,易发生线路遭雷电反击跳闸;五是正电荷向大地放电频繁而且猛烈,杆塔及避雷线遭雷击易发生反击。

高压送电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关:线路绝缘子的50%放电电压;有无架空地线;雷电流强度;杆塔的接地电阻。

2线路更易遭受绕击

运行经验表明, 对于500 kV 线路, 跳闸主要不是雷击杆塔时引起的反击, 而大部分是绕击造成的。尤其是运行在山区,与平原地区相比,发生绕击的概率更高于反击。

由平原地区的500kV线路杆塔保护有小于20米杆高小于50m均能得到可靠保护;最大绕击雷电流幅值远小于绕击耐雷水平24.5kA, 因此很难发生绕击跳闸事故。平原地区雷电先导头部由于投有地形高差的影响,也很难形成侧面雷击,雷电先导基本上已被架有双避雷线的杆塔大面积的屏蔽区域控制,国此平原地区可能发生绕击的雷电先导对导线的最终阶跃已经低到难以形成对杆塔的侧击,屏蔽效果满意。即使有部分雷电先导接近杆塔高度,由于雷电流幅值远小于杆塔耐雷水平,因此只能使绝缘子串部分闪络而不会发生线路跳闸事故。

山区500kV杆塔的击距是平原地区的2倍以上,绕击雷电流幅值约为平原地区的3倍,有相当数量的绕击雷电流幅值大于500kV线路杆塔的耐雷水平24.5kA; 山区杆塔的屏蔽效果随杆塔高度和保护有增大而降低。杆塔高度每增加3m,保护有约相应减小5才能得到相近的屏蔽效果,对于36m及以上500kV线路杆塔只有采用0或负保护角才能够到可靠屏蔽。

考虑山区地形、地质、气象等特殊条件影响, 屏蔽失效会大失增加,因此解决山区500kV超高压输电线路屏蔽失效是防雷面临的当务之急。

3防绕击避雷针设计要点

根据绕击特点,防止绕击应考虑:

(1)对设计耐雷水平远高于本地区雷电活动强度的接地体,可在高空拦截雷电先导,不使其进入接地体绕击区。

(2)对既要防止反击,又要防止绕击的接地体,应降低雷电先导对接地体闪击的定位高度,使接地体不发出易使雷电先导定位高度较高的“定位迎面先导”。同时应在接地体侧面安装接闪装置,如在高接地体或线路杆塔侧面安装具有防绕击功能的“全屏蔽防雷装置”,作为对已进入接地体侧面屏蔽失效区的雷电先导可靠接闪的有效防绕击措施。

在地线上装设避雷针是有效的防止反击雷和直击雷的措施。避雷针的有效性与引雷效率紧密相连。避雷针的引雷(拦截)效率,即是对被保护物的保护作用(保护范围),与雷电极性、雷电通道及空间电荷分布、先导头部电位、放电定位高度、避雷针数量和高度、被保护物高度、相互之间位置以及当时的大气条件和地理条件等因素有关。一般说,地理条件影响先导阶段的电场分布及到主放电的发展;大气条件的影响是空气湿度和温度愈高,避雷针保护效果愈小;雷电流幅值(即放电定位高度)愈大,避雷针引雷(拦截)范围愈大,即保护范围愈大。

其它几点建议:

(1)高于雷电先导定位高度的避雷针,不能防止已在避雷针下方的先导对接地体闪击,因此应在接地体侧面安装符合要求的侧面接闪针,仅注意防护上部空间雷云,对接地体侧面的低空小雷电先导失去了防护,是装有防雷设备线路或接地体上依然发生绕击雷害事故的原因之一。

(2)不同方位的避雷针发生定位迎面先导的方位不同。垂直方向的避雷针更易于接闪高空、高幅值雷云,因而,不宜装在输电线路,尤其是已架有避雷线的输电线路上,以避免本来不应在杆塔顶部高空定位的高幅值雷云,反被吸引到杆塔自身。在杆塔上安装侧面接闪针,以防护进入杆塔侧面避雷线屏蔽失效区的低空雷电先导,补充避雷线屏蔽的不足。

(3)防止高空、高幅值先导直击接地体,是高建筑物防雷主要问题。但高建筑物顶端只宜安装符合要求的雷电接闪装置,不必一定要把高空中大范围的雷云都吸引到自身。对于四周空旷的超高建筑物,为防止低空小雷电先导对建筑物中部绕击,在建筑物中部适当位置安装侧向防绕接闪装置。

(4)防止雷电对接地体绕击,也可在接地体附近架设“旁路”避雷针、线。

参考文献:

[1]寻凯.架空线路防绕击避雷针实用化技术[M].高电压技术 2008(6);1301-1302

[2]钱冠军,王晓瑜.输电线路绕击防护的新措施[J].华中理工大学学报,1998,26(9);7.

[3]钱冠军,王晓瑜,徐先芝等.沿输电线路档距方向绕击概率的变化[J].高电压技术,1999,25(1);23-25.

[4]许颖.交流电力系统过电压防护及绝缘配合[M].中企协技术交流中心教村,2003.

[5]李如虎.用电气几何模型分析天广500 kV输电线路(广西段)绕击性能[J].广西电力技术.1993 (1).

[6]钱冠军等.输电线路绕击分散性的试验研究[J].高电压技术,1998,24(3);17.

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关键词:EDA仿真;负载能力;扩流设计;仿真对比验证

中图分类号:TN702文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)19-199-02

Research and Application of IC Test Instrument Power Circuit Simulation Design

SUN Chengting,ZHU Chunjiang

(Lianyungang Technical College,Lianyungang,222006,China)

Abstract:According to the problems of certain lab IC test instrument not being perfect on power circuit design and the system halted or restoration not being unusual on lower load capacity,the power circuit design and current-amplification circuit are being improved based on the original circuit,the contrastive verificafion is used for improving circuit with EDA simulation technique,and the problem in practical application is also solved.

Keywords:EDA simulation;load capacity;current-amplification design;simulation contrast verification

0 引 言

集成电路测试仪可用来测量集成电路的好坏,在电子实验室中应用广泛。在实际使用中,发现部分厂家生产的测试仪存在一些问题,如电网电压波动或负载加重后容易出现死机或复位不正常现象,这对实验进程和实验室管理有很大影响,也是困扰实验指导老师的常见问题,必须予以解决。本文通过某一种测试仪电源电路的改进的试验,会给实验室管理者以借鉴。

在电路设计中用到EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术。在进行电路改进前,从电路参数设计,电路功能仿真验证等都在计算机上先用EDA软件完成,不但缩短了电路设计时间,而且大大地节约了成本。

EDA 技术是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。它经历了计算机辅助设计(Computer Assist Design,CAD)、计算机辅助工程设计(Computer Assist Engineering Design,CAE)和电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)三个发展阶段[1]。利用EDA技术进行电子系统的设计,具有以下几个特点[2]:用软件的方式设计硬件;用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的;对设计电路功能是否正确可进行仿真分析。

目前流行的EDA软件有Protel 99 SE,EWB,Multisim,PSpice等几种[3]。本文运用Protell 99 SE 中的Advanced SIM 99仿真功能对所改进的电路进行仿真和应用。

1 EDA仿真在测试仪电源电路设计中的应用

学校电工电子实验室有多台LM-800C数字集成电路测试仪,在使用中有时会出现死机,复位不正常现象。通过研究,发现电源电路存在问题:电源扩展能力差,带负载能力弱。笔者根据其PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)绘制出其电源电路原理图,如图1所示。

图1 LM-800C数字集成电路测试仪电源电路图

图1中,78M05为5 V三端稳压器[4],RL为测试仪负载,实际上是待测集成电路。

限于篇幅,只绘制主要部分,电源线路滤波器在图中未画出。通过研究,发现电源电路存在问题:电源扩展能力差,带负载能力不强,有时会出现死机、无法复位现象。通过对其电源电路的改进,增加了扩流电路,从而解决了实际使用中存在的问题。

1.1测试仪电源电路的扩流设计

为了节约成本,不能对原来电路进行全新设计,只能在原来电源电路基础上,通过增加部分电路来增强其带负载能力。

改进中需要考虑的问题[5]:

(1) 选择合适的滤波电容。电源输出直流电压要稳定,纹波小。

(2) 增加了扩流电路,当电源电压不稳定或测试系统负载增大时,电源带负载能力强,输出电压稳定。

图2为经过改进的带扩流功能的电路,带负载能力较强,能扩大电路的输出电流。Q1为外接扩流功率三极管,R1为Q1的偏置电阻。该电路带负载能力与Q1的参数有关。C1,C4为滤波电容,C2为0.33 μF,可抵消输入接线的电感效应,C3可防止高频自激,消除高频噪声,改善负载的瞬态响应[6,7]。

图2 带扩流功能的电路

电源电路扩展输出电流的工作原理:

二极管D1用于消除三极管Q1的发射结Ube对输出电压的影响(相当于发射结的导通电压0.7 V),并提供电容C4的放电回路。设三端稳压器78M05的最大输出电流为Imax,则晶体管的最大基极电流Ib=Imax-IRL,因而负载RL上电流的最大值I可表示为:

I=(1+β)(Imax- IRL)

一般三极管的基极电流Ib很小,与Imax相比可忽略不计,I比Imax大许多,可见输出电流提高了,从而可提高电源的带负载能力。

1.2 两种电路带负载能力的仿真对比验证

可用Protell 99 Advanced SIM 99[6,7]对原电路(图1)和改进后的电路(图2)进行仿真分析,以验证二者的带负载能力。

(1) 仿真参数设置

首先进行仿真参数设置,进行瞬态分析与傅里叶分析[8,9],仿真参数设置对话框如图3所示。

图3 仿真参数设置对话框

为了突出显示,显示器上只显示两个波形,其中in为输入端,out为输出端。

(2) 仿真波形对比分析

用Protell 99 Advanced SIM 99对图1所示电路进行仿真,发现当负载变重,超过78M05最大输出电流(0.7 A)时[10],将使输出电压的纹波增大,输出电压(out)下降且不稳定,out波形有明显的波动,5 V下降为4 V左右,且输出(out)波形不平滑,纹波大。负载变重后的仿真波形如图4所示。

图4 负载变重后的波形

为了增大电源的带负载能力,在原电路的基础上加扩展电流三极管Q1后,带同样的负载,输出电压很稳定(5 V),仿真波形如图5所示。

图5 加扩流三极管后仿真波形

从输出波形(out)可以看出,电压很稳定,没有纹波。

1.3 设计电路的应用效果

经改进后的电源电路,在实验室的实际使用中,再未发现死机或不能正常复位现象,证明通过EDA仿真所设计的电路在使用中获得成功。

2 结 语

用EDA仿真技术能方便电路设计,并可验证电路

设计的正确性。通过对两种电路的仿真对比,说明改进后电源电路带负载能力强,这在实际使用中得到验证。

参考文献

[1]王涛.数字集成电路的故障诊断和故障仿真技术的研究 [D].成都:电子科技大学,2005.

[2]National Instruments.The Measurement and Automation Catalog 2004[Z].2004.

[3]伏家才.EDA原理与应用 [M].北京:化学工业出版社,2006.

[4]周绍庆.模拟电子技术基础[M].北京:北京交通大学出版社,2007.

[5]罗敏.专用集成电路逻辑测试仪系统总体实现[D].西安:西北工业大学,2006.

[6]Cheng K T,Jou J Y.Functional Test Generation for Finite State Machines [A].Proc. ITC[C].2006:160-168.

[7]陈松.电子设计自动化[M].南京:东南大学出版社,2005.

[8]朱勇.Protel DXP范例入门与提高[M].北京:清华大学出版社,2004.

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论文关键词：输配电线路　施工技术　仿真系统 　设计

论文摘要：由于社会对于电力的总的需求不断增大，同样对于输配电线路的施工技术要求也更加严格，输配电线路施工技术仿真系统的设计成为电力部门非常重视的问题，文章讲述了输配电线路施工技术仿真系统概况和输配电线路施工技术仿真系统功能设计详情，讲述了目前输配电线路施工技术仿真系统的设计策略及应用。

一、输配电线路施工技术概述

目前我国的输配电线路施工技术参与人员数量较多，但是这些人员的能力水平都是各不相同的，操作人员的各方面知识水平和素质也需要提升。对于输配电线路施工操作人员的培训如果仅仅停留在理论的层面，就难以替身操作人员的实践能力，参加培训的人员因为实践比较少，所以技能就比较差，正是这种原因使得人们对于输配电线路施工技术仿真系统的需求也更加迫切。

二、输配电线路施工技术仿真系统设计现状

（一）输配电线路施工技术仿真系统概况

输配电线路施工技术仿真是对现实配电线路施工技术系统的抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到输配电线路施工技术所需的信息，然后帮助实践者对现实世界的输配电线路施工技术的问题做出决策。输配电线路施工技术仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近然而仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。

输配电线路施工技术仿真系统一种先进的实施培训手段，提高培训的效率，强化培训效果。输配电线路施工技术仿真系统的设计是在计算机的基础上开发，通过Internet 软件平台及面向对象程序设计和数据库技术，综合设定，使得输配电线路施工技术仿真系统具有实用性和可维护控制性。

输配电线路施工技术仿真系统的开发，主要是首先起源于国外对于计算机仿真系统的应用，尤其是西方国家如英国、美国等大型企业开发计算机仿真系统，并取得了显着的效果，这样参加培训的人员可以在很短的时间内获得具体输配电线路施工技术作业经验，其技能可以与在现场工作2年的人员比，因此很多国家都看到了计算机仿真技术的优越性，计算机仿真系统也越来越多的应用到各个领域中。目前我国对于仿真系统的应用也是在一些危险性较大的领域，例如大型的锅炉装置、化学化工及变电站的应用中，后来有人提出在输配电线路施工技术作业中应用，但是目前仿真系统在输配电线路施工技术作业中应用仅仅停留在提出的阶段，还没有完全开发出完善的输配电线路施工技术仿真系统。

（二）输配电线路施工技术仿真系统功能设计

目前关于输配电线路施工技术仿真系统的设计的思想越来越统一，即输配电线路施工技术仿真系统必须能够便于施工技术模型的调试和输配电线路画面的构造，输配电线路施工技术仿真系统还应采取先进的运行软件和保证运行数据相分离的一种设计思路。

关于输配电线路施工技术仿真系统功能设计应该分成培训师和受培训者两个方面的功能，对于输配电线路施工技术仿真系统培训师功能应该是输配电线路施工技术仿真系统的集成操作，其主要功能是可以控制受培训者的机器，包括受培训者机器的开始暂停关机等功能，另外可以准确知道受培训者机器是否有事故及分析事故产生源，输配电线路施工技术仿真系统培训师机器功能还应是控制受培训人员考核的现场等具体状况。输配电线路施工技术仿真系统学员机器功能设计，首先要依附于输配电线路施工技术仿真系统培训师机的功能下，即能够受到输配电线路施工技术仿真系统培训师机器的监管控制。在这种模式的输配电线路施工技术仿真系统受培训人员的机器可以提供参家培训人员的操作画面，主要包括操作的流程图、、控制组、趋势图及操作记录等具体的监控画面。

输配电线路施工技术仿真系统将电网仿真系统和输配电线路仿真及配电站系统仿真等有机结合进行设计，该系统应该具有的特点是确保在硬件使用上采用了以局域网应用为核心，利用工作站、开放式系统及微机构成的分布式，以便于以后输配电线路施工技术仿真系统的扩充和升级。此外，在输配电线路施工技术仿真系统软件上采用了软件相互支持系统技术，这样使输配电线路施工技术仿真系统系统更加便于修改和维护。再者，在功能上要更加完善，即充分考虑了仿真电网和输配电线路施工技术仿真系统及仿真变电站之间的相互影响，使输配电线路施工技术仿真系统更加具有真实性。最后，还应通过采用了输配电线路施工技术仿真系统多媒体技术，逐步实现输配电线路施工技术的图像化和可视化，比较完整的反映出输配电线路施工技术作业情况，同时也使仿真的对象更加便于更改和进一步扩充，这样输配电线路施工技术仿真系统就会具有更高的性价比。

通过输配电线路施工技术仿真系统为输配电线路施工技术作业人员提供了一种较为先进的培训手段，同时也彻底改变了传统的培训模式，它的设计及应用可以提高整体的输配电线路施工作业技术，进一步确保电网安全，同样也大大提高了作业者的劳动生产率，为创造良好的经济效益和社会效益发挥着显着的作用。

三、结论

输配电线路施工技术仿真系统仿在不断的发展和完善中，供电有限公司每年都会投入很大的资金和时间等用于施工技术人员的培训及考核，着力开发完善的输配电线路施工技术的仿真系统，使得输配电线路施工技术的仿真系统能自由安排培训项目，并且允许人员在培训中发生各种错误，同时演示出因为操作错误造成的种种后果且不带来任何实际危害，不受其他客观条件的限制，此外还可以人为制造各种故障来综合培训操作人员处理操作中故障的能力。输配电线路施工作业人员进行重复性集中培训，从而使的操作人员在短期内接受较多的培训项目，缩短总的培训周期。可节约大量的培训时间与经费。所介绍的输配电线路施工技术仿真系统目前已经投入运行，实际应用表明该系统能极大地提高培训的质量，在短时间内提高施工技术人员的技术水平，对电力系统的建设起到了重大的推动作用。目前很多设计成果效果较为显着，但是为了进一步提高输配电线路施工技术仿真系统的应用水平，还需要更好的完善输配电线路施工技术仿真系统，争取达到创造更高的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 杨永生，郝小欣.分布交互式仿真技术在变电站仿真中的应用[J]. 电网技术.2000(9)

汤晓青，周林，栗秋华.输配电线路施工技术仿真系统的设计与实现[J]. 四川电力技术.2007(2)

姜芳芳，来文青，龚庆武.虚拟现实在变电站仿真系统中的应用[J].高电压技术.2005(7)

王邦志，林昌年，蒲天骄.变电站集中监控仿真系统的设计与实现[J].电网技术.2004(8)

张永翔，段绍辉，杨卫东，林昌年.深圳供电局变电培训仿真系统[J]. 电网技术.2000(1)

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关键词：数字电路；交通灯控制器；电路仿真

前言：数字电路早在上世纪中后期就已经形成，其主要由组合逻辑电路以及时序逻辑电路所组成。就当前的实际情况来看，交通灯控制器的显示设计均采用单片机的原理，为了能够寻求一种更加简便的方法，设计者利用数字集成电路来完成交通灯控制器，并以此来实现十字路通信号灯的控制。通过一系列的仿真与修改，能够得知，和传统的设计方法相比，利用数字电路的技术，具有灵活性强、效率高以及成本低等特点。

1 交通灯控制器的设计要求

本次设计的交通灯控制器所工作的条件是由甲、乙两个交叉路口所构成，通过对交通灯控制器的设计，要求其控制的任务是：在甲路口绿灯亮的同时，要求乙路口红灯亮，这样的状态保持3s。在3s之后，甲路口绿灯停，黄灯亮，保持1s，1s之后甲路口的黄灯以及乙路口的红灯同时停止，甲路口红灯亮，乙路口绿灯亮，保持3s。3s之后乙路口的绿灯停，黄灯亮，保持1s，1s之后乙路口的黄灯灭，亮起红灯，同时甲路口绿灯亮起，并以此循环。

而这时的交通灯控制系统被分为控制器和受控电路两个部分，根据对交通灯控制器的具体设计要求，本次研究中需要设计出一个循环控制系统，并观察其控制的状态。在下文中，将重点介绍设计的具体方案。

2 交通灯控制器的具体设计方案

2.1主控制器的设计

根据实际情况来看，在十字路口，车辆通行主要有两种情况：一种是在交通事故条件下要求车辆禁行。在这种情况下，十字路口的两端均不通行，这是交通灯需要红灯亮，倒计时功能停止，并保持闪烁的状态；另一种就是无特殊情况的通行，主要包含四种情况：第一，最开始的时候，东西道路为通行状态，绿灯亮，南北道路为禁行状态，红灯亮；第二，十字路口的道路全部禁行东西道路黄灯亮，南北道路红灯闪烁；第三，东西道路禁行，红灯亮，南北道路通行，绿灯亮；最后，十字路口全部禁行，南北道路黄灯亮，且东西道路红灯闪烁。根据这种情况，主控制器要实现4种状态，并分别定义为S0、S1、S2、S3。要想实现这4种电路，可以应用到数字电路技术[1]。设计如下图所示：

在这个设计图当中，我们利用的是两块74LS192芯片，K0表示清零，由位置1切换到2，K1和K2是交通道路特殊状态的控制键，如果有特殊状态按K1，特殊状态处理后，再按K2，表示恢复了正常的通车控制。A、B、C三种信号均用于对信号灯的控制，同时C还兼做停止计时时的闪烁效果控制。

2.2状态译码器的设计

上文中提到，主控制器在实际应用中会产生四种状态，而状态译码器则要求分别控制十字路口上红、绿、黄灯的状态，而这3种灯的状态和主控制器的输出可以用R1来表示。与此同时，利用信号真值表能够设计出交通灯控制器状态译码器的电路。

在本次设计中的数字电路技术，共分为8个双向3态缓冲电路，在其输入和输出均为高阻态的状态。高阻态就是指在应用过程中相当于没有这个数字芯片。在本次研究的电路中，主要是实现红灯的闪烁，无论是在十字路口的主干道和支干道，都能够利用这个状态译码器来进行控制[2]。

2.3倒计时计数器的设计

在这次的研究中，交通灯控制器的倒计时电路主要是利用数字芯片74LS192来进行设计。具体设计如下图所示：

在倒计时电路的脉冲信号和交通道路特殊情况控制信号C经过与非门U5：A后，被送入到个位片U2的DN端口，而十位片则被连接到另外的Q3端口当中。通过预置数的方式来实现任意进制下倒计时电路的设计，并且十位和个位片U1和U2的预置数据要按照下表来进行设计：

通过上表能够得知所预置的具体数值，由于U1和U2的预置时间是倒计时电路到0s时根据U1和U2的TCD信号经过或门U6：A之后才形成的，考虑到数字芯片的延迟特点，因此选择03s时就对主控制器当中的U11产生出驱动脉冲，以此来实现U1和U2的预置数据最终能顺利送达。

3 交通灯控制器的仿真结果

在本次研究设计完成之后，需要利用到Proteus的软件来进行仿真检测，这个软件是英国一家公司专门的EDA的工具软件。本次设计当中的所有数字集成芯片都可以在这个软件的元件库里找到[3]。在仿真检测中，设计人员画好仿真电路并修订出元件的具体参数就能够实现仿真。通过仿真，数字电路对于交通的灯的基本控制功能就能实现，同时还具有倒计时及时间设置功能，能够被广泛运用。

结论：本次研究设计是通过将数字电路的分析设计和电子设计自动化相互结合，能够完成交通灯控制器中各个单元电路以及整体信号电路的设计。为了能够进一步验证该设计的准确性，本次研究还通过Proteus软件来进行仿真观察，通过仿真检测，可以看出仿真的结果符合设计的具体要求，并达到了所预期的目的。本次设计的交通灯控制器是在数字电路的基础上完成的，相比于传统的单片机设计交通灯控制器，这种设计方法更加简单便捷，不需要再次进行软件的编程和调试，并且成本低廉，适合在实际应用中广泛推广。

参考文献：

[1]宋朝君.基于数字电路的交通灯控制器的设计与仿真[J].电子技术与软件工程，2013，11（20）：96-97.

[2]刘建华，龚校伟，崔雅君.交通灯控制器数字电路的设计及仿真[J].数字技术与应用，2012，10（01）：1-2+4.

[3]黄鸿锋.交通灯控制器的设计与实现[J].中国集成电路，2010，12（07）：65-67.

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【关键词】数字电路 模拟电路 发展

1 前言

随着国民经济的快速增长，科学技术的快速进步，电子信息产业得到快速发展，逐渐渗透到国民经济生活的各个领域，使人们的生活发生了翻天覆地的变化。电子信息产业对军事领域也有着深远的影响，改变了传统战争的作战模式，在现代国防中发挥着越来越重要的作用，其在其在国防领域的应用也彰显了一个国家的综合国防水平。

作为高新技术产业，知识、技术和资本是电子信息技术产业得以快速发展的三个重要因素，它彰显了一个国家或地区制造业的整体水平，也是一个国家或地区科学技术和制造业综合实力的重要标志。就我国目前的社会经济现状而言，我国正处于传统产业结构转型时期。如何平衡新的产业结构，达到经济的稳定快速发展，解决目前政府资本过剩、内需不足、市场疲软等宏观经济问题是我国目前经济社会发展面临的一个重要挑战。而加速电子信息产业的建设与发展，对于促进传统产业变革、改变传统产业结构、增加就业率、提升就业水平具有重要作用是应对这一挑战的最好办法。

电子电路是电子信息产业的技术支撑。是电子信息产业的发展重要限制因素。电子信息产业的快速发展离不开电子科学技术的发展及应用。生产技术的提高及加工工艺的改进加快了集成电路的更新速度，也为电子信息产业注入了蓬勃的朝气以及更加旺盛的生命力，使其得以快速发展。根据其结构、功能的不同，电子电路可以分为模拟电路和数字电路。

2 模拟电路

模拟电路是一种针对模拟信号（幅值随时间连续变化的信号）行传输或处理的电子电路。它主要是利用电流或电压对真实信号进行模拟，使其等比例的再现。如调幅/调频的收音机，接收处理无线电广播信号，然后经过一系列的混频、放大、解调等过程，最终完成音乐的播放和新闻等的报道。模拟电路在生活中的应用非常广泛，如晶体管小信号放大器，低频功率放大器，负反馈放大器，MOS 集成运放，谐振放大器，直流稳压电源等。都是用模拟电路制作的。

模拟电路的设计过程比较复杂，其设计的重点在于电路参数的实现。其设计的基本流程主要包括以下几个方面：

2.1 系统定义

系统定义是模拟电路设计的基本前提。根据设计要求，模拟电路设计工程师需要对电路系统及子系统做出相应的功能定义，并确定面积、功耗等相关性能的参数范围。

2.2 电路设计

电路结构的选择是电路设计的重要环节。模拟电路设计工程师需要根据模拟电路需要实现的功能要求、设计规范及相应的参数指标选择合适的电路结构，并在此基础上确定元器件的组合方式等。针对模拟电路的设计，目前暂时没有可以利用的比较成熟的设计软件，因此，只能是有工程师根据自己的经验手工完成。这在一定程度上增加了模拟电路设计的难度，限制了模拟电路的发展速度。

2.3 电路仿真

电路仿真是模拟电路的设计过程中必不可少的一个环节，是模拟工程师判断模拟电路是否可以达到设计要求的一个重要依据。工程师根据仿真结果，不断对电路进行修改和调整，直到模拟电路的仿真结果可以达到设定的指标及相应的功能要求。常用方法主要有参数扫描法，直流和交流分析法、蒙特卡罗分析等

2.4 版图实现

版图将电路设计转化生产的重要桥梁。在由前面的设计及仿真结果确定了模拟电路的结构及相关参数后，设计工程师对设计的模拟电路进行物理几何性的描述，将其转换成图形格式，以便于模拟电路后续的加工与制作。

2.5 物理验证

在物理验证阶段，需要对设计的模拟电路进行设计规则检查（DRC）。设计规则检查是在给定的设计规则的基础上对其最小线宽、孔尺寸、最小图形间距等限制工艺进行检查，衡量版图工艺实现上的可行性。此外，还要对版图与电路图的一致性进行检查（LVS）。可以利用LVS工具提取版图的参数，将得到的电路图与原电路设计图进行比较，保证版图与原电路设计的一致性。

2.6 寄生参数提取后仿真

在版图之前进行的电路设计的仿真称之为“前仿真”，“前仿真”都是比较理想的仿真，没有考虑到连线的电阻、电容等寄生参数。将寄生参数加入版图后进行的电路仿真称之为“后仿真”，只有当后仿真的仿真结果达到设计指标及系统功能要求，电路的设计工作才算完成。寄生参数对模拟电路的影响较大，前仿真的仿真结果满足的情况下，后仿真结果却无法满足要求。因此，设计工程师需要根据后仿真结果不断进行晶体管参数的修改，有时甚至要进行电路结构的调整，直至后仿真结果达到系统设计要求。

目前，模拟电路设计难度高且比较复杂，使用的EDA工具的功能和系统配套性又相对落后，且在设计过程中需要进行频繁的人工干预，对寄生参数等比较敏感等，这些都在一定程度上限制了模拟电路的发展，导致模拟电路发展速度相对缓慢。

3 数字电路

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一般情况下，半导体集成电路常用直流电压，电网中的电压通常是交流电压，若要将电网中交流电的电压换成直流电压，则需要借由电压变压器进行降压，再经由整流电路实现交流电压转换为直流电压的目的。但是，整流过后的直流电压内还存在着交流电压的成分，应采用滤波电路滤除夹杂的交流电压，得到平滑纯正的直流电压。通过利用Protel98软件进行模拟仿真和分析发现，没有接连滤波电路之前，整流电路所输出电压的波形呈现为直流电压。而将滤波电容器加在电路中以后，不仅可以降低整流输出脉动直流电压，并使电容器的容量得以改变，还能够改变电路开关电源的波纹。如果需要较小的电路开关电源波纹，受负载电流大小的影响，应该将电容量调大。由于电流大的时候，放电的速度比较快，最电容量的要求就会增大。而当电路交流成分减少时，也会使电容器的容量减少，因此容量改变以后所输出的计算结果也会不同于容量改变前的计算结果。通过采用示波器进行测试后发现，利用Protel98软件模拟仿真后输出来图形同实际电路测试输出的波形相同。由此可见，若要改变电子电路中的某个元件，只需要利用Protel98软件修改参数就可以实现，从而达到模拟仿真应实现的目标。Protel98软件成为修改和优化设计电子电路的有效辅助工具，也是电子电路设计模拟仿真的重要手段。利用Protel98软件模拟仿真电路设计的具体步骤包括以下几个方面：第一，根据电子电路设计的主要目标和所需规模绘制准确的电路原理图。在绘制原理图时，应选用比较简单和普及的电路，从而有效实现模拟仿真的目的。第二，绘制完电路原理图之后，借由Protel98软件设置元件的参数，通过鼠标选中元件并双击元件的性质项目后，就可以修改元件的参数。修改结果可以利用电子电气法进行测试和检查，从而找出出现错误的地方，再通过有效的分析和科学的修改，就可以完善电路设计。第三，再用Protel98软件模拟绘制出的电路原理图，并对电路功能进行仿真和验证，从而判断所设计的电路是否具有可行性。

2基本逻辑门电路的模拟实验

Protel98软件的仿真器由实用的数模与模拟混合而组成，利用网表文件将电路的所有元素结合起来，使数字仿真与模拟间的壁垒被有机的打破，再利用波形记录分析系统将数字波形的结果同模拟结果一起显示出来，组合成一个各种门电路。在进行模拟实验时，应首先输入绘制出来的电路图，并编辑激励信号波形和跟踪误差信号的波形，再从电子元件的数据库里找出相关的数据，利用这些数据进行电路模拟，并计算出波形模拟的结果。而从绘制的波形图中可以发现，当输入信号的电平组合表现为高—高、高—低、低—低和低—高时，基本逻辑门电路输出的信号和输入的信号之间具有可行的逻辑性关系。由此可见，利用Protel98软件对数字电路进行模拟仿真，不仅能扩大模拟电路设计规模，而且对其进行定时的精确度也非常高，通过采取输入不同激励信号波形的方式，可以准确修改基本逻辑门电路数据库的特性。不但如此，Protel98软件进行电路模拟仿真，其良好界面对于分析电路设计和修改电路设计具有重要的意义。

3结束语