电子产品设计方法

1、电子产品设计方法电子产品 电子产品领域非常广泛，基本上我们日常电子产品领域非常广泛，基本上我们日常生活都离不开电子产品，但电子产品到目生活都离不开电子产品，但电子产品到目前还没有明确的定义前还没有明确的定义 电子信息产品 电子信息产品污染控制管理办法电子信息产品污染控制管理办法第三第三条第一款给出了电子信息产品的定义条第一款给出了电子信息产品的定义 电子信息产品，是指采用电子信息技术制电子信息产品，是指采用电子信息技术制造的电子雷达产品、电子通信产品、广播造的电子雷达产品、电子通信产品、广播电视产品、计算机产品、家用电子产品、电视产品、计算机产品、家用电子产品、电子测量仪器产品、电子专用产品、

2、电子电子测量仪器产品、电子专用产品、电子元器件产品、电子应用产品、电子材料产元器件产品、电子应用产品、电子材料产品等产品及其配件品等产品及其配件 随着技术的不断发展，其概念将会不断扩随着技术的不断发展，其概念将会不断扩展展 电子产品设计 基本原则：满足产品的功能特性及技术指基本原则：满足产品的功能特性及技术指标要求，同时兼顾：标要求，同时兼顾： 成本低、性价比高成本低、性价比高 可靠性高、体积小可靠性高、体积小 电磁兼容性好，环境的适应性强电磁兼容性好，环境的适应性强 集成度高，可维修性好集成度高，可维修性好 生产工艺要求简单生产工艺要求简单一、设计原则二、电子产品设计的一般步骤三、产品设计的

3、一般方法1、顶层设计法2、底层设计法过程与底层设计法相反3、顶层与底层综合设计 实际工作过程中，一般首先采用顶层设计方实际工作过程中，一般首先采用顶层设计方法，根据产品的功能需求分解到各子功能模块，法，根据产品的功能需求分解到各子功能模块，并分配各子功能模块的技术指标。这一过程往往并分配各子功能模块的技术指标。这一过程往往需要经过从上到下和从下到上的反复论证、修改、需要经过从上到下和从下到上的反复论证、修改、优化才能满足设计的要求。优化才能满足设计的要求。4、现代电子产品的设计方法EDA设计 电路设计一般包含模拟电路与数字电路。电路设计一般包含模拟电路与数字电路。 模拟电路设计主要依赖于典型电

4、路与功能模块。模拟电路设计主要依赖于典型电路与功能模块。模拟电路数字化的趋势更加明显。模拟电路数字化的趋势更加明显。如：数字接收机，数字储频。如：数字接收机，数字储频。数字电路的发展经过了分离元件，数字电路的发展经过了分离元件，SSLSSL、MSLMSL、LSLLSL、VLSLVLSL。数字电路设计经历了逻辑设计、数字电路设计经历了逻辑设计、CADCAD、EDAEDA。现代的数字系统广泛采用了基于芯片的现代的数字系统广泛采用了基于芯片的EDAEDA设设计方法。计方法。四、电子产品设计的主要内容1 1、总体设计、总体设计 根据产品的设计任务、功能、性能的需根据产品的设计任务、功能、性能的需求，一

5、般采用顶层设计的方法，分析产品应该求，一般采用顶层设计的方法，分析产品应该完成的功能，将总体功能分解成若干子功能模完成的功能，将总体功能分解成若干子功能模块，理清主、次功能的相互关系，形成总体方块，理清主、次功能的相互关系，形成总体方案。通过比较论证、修改、优化形成相对比较案。通过比较论证、修改、优化形成相对比较完善的最佳方案，同时提出有关结构、可靠性、完善的最佳方案，同时提出有关结构、可靠性、标准化、质量控制与监督、计量控制、工艺等标准化、质量控制与监督、计量控制、工艺等方面的要求。方面的要求。 总体设计中的几个注意点：总体设计中的几个注意点：（1 1）技术指标）技术指标 如：重频跟踪器设计

6、中，对被跟踪雷达信号的如：重频跟踪器设计中，对被跟踪雷达信号的理解。理解。（2 2）产品使用环境）产品使用环境 如：重频跟踪器中，同步信号丢失情况的补充。如：重频跟踪器中，同步信号丢失情况的补充。（3 3）产品的环境指标：）产品的环境指标： 温度、器件的选取、湿度（盐雾）、三防、振温度、器件的选取、湿度（盐雾）、三防、振动等。动等。（4 4）关键元器件的采购渠道）关键元器件的采购渠道 例：例：8989年年MD8096MD8096的采购的采购 大功能大功能MM MM 波行波管，波行波管，“巴统巴统”的禁运条款（引的禁运条款（引进项目设备）进项目设备）（5 5）细节决定成败）细节决定成败 元器件的

7、老化、筛选元器件的老化、筛选 例：数字储频中某电容在例：数字储频中某电容在-55-50-55-50之间之间失败。失败。（6 6）研制技术的风险）研制技术的风险 一个产品的研制，一般都会存在技术上一个产品的研制，一般都会存在技术上的难点。总体设计在于尽可能利用成熟技术的难点。总体设计在于尽可能利用成熟技术来实现产品的功能，以减小研制风险。对于来实现产品的功能，以减小研制风险。对于技术上的难点，应首先进行预先研究，待技技术上的难点，应首先进行预先研究，待技术成熟以后再转入后续的研制。术成熟以后再转入后续的研制。（7 7）产业政策与环境评估）产业政策与环境评估2 2、结构设计、结构设计 所谓结构，包

8、括外部结构和内部结构两部所谓结构，包括外部结构和内部结构两部分。外部结构指机柜、机箱、机架、底座、面分。外部结构指机柜、机箱、机架、底座、面板、底板等。内部结构指零部件的布局、安装、板、底板等。内部结构指零部件的布局、安装、相互连接等。欲达到合理的结构设计，必须对相互连接等。欲达到合理的结构设计，必须对整机的原理方案、使用条件和环境、整机的功整机的原理方案、使用条件和环境、整机的功能与技术指标及元器件等十分熟悉。能与技术指标及元器件等十分熟悉。 根据产品的总体要求进行结构设计时，应根据产品的总体要求进行结构设计时，应根据电子产品使用的温度范围、环境因素，设根据电子产品使用的温度范围、环境因素，

9、设计合理的结构形式和布局计合理的结构形式和布局, ,考虑是否需要减震、考虑是否需要减震、“三防三防”等措等措施，特别是电路的散热问题施，特别是电路的散热问题,设计设计合理的风道等。合理的风道等。因为：高温会引起电子产品的绝缘性能退化、因为：高温会引起电子产品的绝缘性能退化、元器件损坏、材料的热老化、低熔点焊缝开裂、元器件损坏、材料的热老化、低熔点焊缝开裂、焊点脱落等。焊点脱落等。 温度对元器件的影响：一般而言，温度温度对元器件的影响：一般而言，温度升高电阻阻值降低；高温会降低电容器的使用升高电阻阻值降低；高温会降低电容器的使用寿命；会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下寿命；会使变压器、扼流圈绝缘

10、材料的性能下降降, , 一般变压器、扼流圈的允许温度要低于一般变压器、扼流圈的允许温度要低于9595度，温度过高还会造成焊点合金结构的变度，温度过高还会造成焊点合金结构的变化化IMCIMC增厚，焊点变脆，机械强度降低；结增厚，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，进而使结温进一步升高，导致集电极电流增加，进而使结温进一步升高，最终导致组件失效。最终导致组件失效。 因此，必须采用合理的散热方式控制产因此，必须采用合理的散热方式控制产品内部所有电子元器件的温度，使其所处的品内部所有电子元器件的温度，使其所处

11、的工作环境温度不超过标准及规范所规定的最工作环境温度不超过标准及规范所规定的最高温度，最高允许温度的计算应以元器件的高温度，最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础，并且与产品的可靠性要求应力分析为基础，并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。以及分配给每一个元器件的失效率相一致。也就是说热设计是电子设计中不可缺少的环也就是说热设计是电子设计中不可缺少的环节。节。3 3、可靠性设计、可靠性设计 产品的可靠性设计方法，从表面上看都产品的可靠性设计方法，从表面上看都是技术问题，但实质上包含技术和管理两个是技术问题，但实质上包含技术和管理两个方面。首先要对产品的可靠性方面。首

12、先要对产品的可靠性(MTBF(MTBF）进行）进行预测，以确定是否满足总体要求。预测，以确定是否满足总体要求。 1 1、电阻器降额外加功率、极限电压、极、电阻器降额外加功率、极限电压、极限应用温度三个指标，功率降额系数限应用温度三个指标，功率降额系数0.10.50.10.5；2 2、电容器降额外加电压、频率范围、温度极、电容器降额外加电压、频率范围、温度极限三个指标，普通铝电解电容和无极性电容的限三个指标，普通铝电解电容和无极性电容的电压降额系数电压降额系数0.30.70.30.7之间，钽电容的电压降之间，钽电容的电压降额系数额系数0.30.3以下；、晶体三极管降额结温、以下；、晶体三极管降额

13、结温、集电极电流、任何电压指标，晶体二极管降额集电极电流、任何电压指标，晶体二极管降额结温、正向电流及峰值、反向电压三个指标，结温、正向电流及峰值、反向电压三个指标，功率降额功率降额0.40.4以下，反向耐压以下，反向耐压0.50.5以下，发光管以下，发光管电压降额电压降额0.60.6以下，功率降额以下，功率降额0.60.6以下，功率开以下，功率开关管电压降额系数在关管电压降额系数在0.60.6以下，电流降额系数以下，电流降额系数在在0.50.5以下；、变压器降额工作电流、以下；、变压器降额工作电流、电压、温升（按绝缘等级）指标，电感和变压电压、温升（按绝缘等级）指标，电感和变压器的电流降额系

14、数器的电流降额系数0.60.6以下；、接插件降额电以下；、接插件降额电流、电压指标，根据触点间隙大小、直流及交流、电压指标，根据触点间隙大小、直流及交流要求降额。接插件嵌入材料和火花发热对接流要求降额。接插件嵌入材料和火花发热对接点寿命的影响，在中低频多接点接插件采用两点寿命的影响，在中低频多接点接插件采用两点或多点接地并联方式，降额和增加冗余功能；点或多点接地并联方式，降额和增加冗余功能；、电缆导线降额指标：电流（铜线，、电缆导线降额指标：电流（铜线，7A/mm27A/mm2）、电缆电压（尤其多芯电缆），塑）、电缆电压（尤其多芯电缆），塑料导线的电流降额料导线的电流降额0.70.7以下；、电

15、动机降额轴以下；、电动机降额轴承负载、绕阻功率指标，伺服电机的轴承失效承负载、绕阻功率指标，伺服电机的轴承失效和绕组失效，轴承负载降额和绕组功率降额和绕组失效，轴承负载降额和绕组功率降额0.30.80.30.8；、对电子元器件降额系数应随温；、对电子元器件降额系数应随温度的增加而进一步降低。度的增加而进一步降低。对有些指标是不能降额的： 1 1、继电器的线包电流不能降额，而应保持、继电器的线包电流不能降额，而应保持在额定值左右（在额定值左右（1001005% 5% ）；否则会影响继电）；否则会影响继电器的可靠吸合。器的可靠吸合。 2 2、电阻器降低到、电阻器降低到10%10%以下对可靠性提高已

16、以下对可靠性提高已经没有效果。经没有效果。 3 3、对电容器降额应注意，对某些电容器降、对电容器降额应注意，对某些电容器降额水平太大，常引起低电平失效，交流应用要额水平太大，常引起低电平失效，交流应用要比直流应用降额幅度要大，随着频率增加降额比直流应用降额幅度要大，随着频率增加降额幅度要随之增加。幅度要随之增加。 4 4、结构设计降额不能增加过大，否则造成、结构设计降额不能增加过大，否则造成设备体积、重量、经费的增加。设备体积、重量、经费的增加。4 4、电路设计、电路设计 在电路设计时应注意以下几方面的细节：在电路设计时应注意以下几方面的细节：器件的使用器件的使用 1)1)电源电压电源电压U

17、cc U cc 允许在允许在5 51010范围内，范围内，超过该范围可能会损坏器件或使逻辑功能混乱。超过该范围可能会损坏器件或使逻辑功能混乱。 2)2)电源滤波电源滤波 TTLTTL器件的高速切换，将产生器件的高速切换，将产生电流跳变。其幅度约电流跳变。其幅度约45mA45mA，该电流在公共走线，该电流在公共走线上的压降会引起噪声干扰。因此要尽量缩短与地上的压降会引起噪声干扰。因此要尽量缩短与地线的距高来减小干扰。可在电源输入端并接线的距高来减小干扰。可在电源输入端并接1 1个个100F100F的电容作为低频滤波及的电容作为低频滤波及1 1个个0.010.010.1F0.1F的电容作为高频滤波

18、。的电容作为高频滤波。 3)3)输出端的连接输出端的连接 不允许直接连不允许直接连5 5或接地。或接地。除集电极开路除集电极开路(OC)(OC)门和三态门和三态(TS)(TS)门外，其它门电门外，其它门电路的输出端不允许并联使用，否则会引起逻辑混路的输出端不允许并联使用，否则会引起逻辑混乱或损坏器件。乱或损坏器件。 4)4)输入端的连接输入端的连接 或门、或非门等或门、或非门等TT LTT L电电路多余的输入端是不能悬空，只能接地，与门、路多余的输入端是不能悬空，只能接地，与门、与非门等与非门等TT LTT L电路的多余输入端可以悬空电路的多余输入端可以悬空( (相相当于接高电平当于接高电平)

19、 )，但因悬空时对地呈现的阻抗，但因悬空时对地呈现的阻抗很高，容易受到外界干扰。这时可将它们接电很高，容易受到外界干扰。这时可将它们接电源或与其它输入端并联使用，以增加电路的可源或与其它输入端并联使用，以增加电路的可靠性，但与其它输入端并联时对信号的驱动电靠性，但与其它输入端并联时对信号的驱动电流要求增加了。流要求增加了。CMOSCMOS器件的使用器件的使用 1)1)电源电压的要求电源电压的要求 电源电压不能接反。电源电压不能接反。 2)2)输出端的连接输出端的连接 输出端不允许直接连接输出端不允许直接连接+VDD+VDD或地，除三态输出器件外，不允许两个器或地，除三态输出器件外，不允许两个器

20、件的输出端连接使用。件的输出端连接使用。 3)3)输入端的连接输入端的连接 输入端的信号电压输入端的信号电压Vi Vi 应为应为VSSVSSViViVDDVDD，超出该范围会损坏器件，超出该范围会损坏器件，可在输入端串接限流电阻。所有多余的输入端可在输入端串接限流电阻。所有多余的输入端一律不准悬空，应按照逻辑要求直接连接一律不准悬空，应按照逻辑要求直接连接+VDD+VDD或地。工作速度不高时允许输入端并联使用。或地。工作速度不高时允许输入端并联使用。 4)CMOS4)CMOS电路具有很高的输入阻抗，易受外电路具有很高的输入阻抗，易受外界干扰、冲击和静态击穿。应存放在导电容器界干扰、冲击和静态击

21、穿。应存放在导电容器内。焊接时应切断电源电压内。焊接时应切断电源电压VDDVDD电烙铁外壳电烙铁外壳必须接地良好必要时可以拔下烙铁电源，利必须接地良好必要时可以拔下烙铁电源，利用余热进行焊接。用余热进行焊接。触发器的选用触发器的选用 1)1)通常根据数字系统的时序关系正确选用通常根据数字系统的时序关系正确选用触发器，除持殊功能外，一般在同一系统中选触发器，除持殊功能外，一般在同一系统中选择具有相同触发方式的同类型触发器较好。择具有相同触发方式的同类型触发器较好。 2)2)工作速度要求较高的情况下，采用边沿工作速度要求较高的情况下，采用边沿触发方式的触发器较好。但速度越高，越易受触发方式的触发器

22、较好。但速度越高，越易受外界干扰。上升沿触发还是下降沿触发原则外界干扰。上升沿触发还是下降沿触发原则上没有优劣之分。如果是上没有优劣之分。如果是TTLTTL电路的触发器因电路的触发器因为输出为低时的驱动能力远强于输出为高时的为输出为低时的驱动能力远强于输出为高时的驱动能力，尤其是当集电极开路输出时上升边驱动能力，尤其是当集电极开路输出时上升边沿更差，为此选用下降沿触发更好些。沿更差，为此选用下降沿触发更好些。 3)3)触发器在使用前必须经过全面测试才能触发器在使用前必须经过全面测试才能保证可靠性。使用时必须注意置位和复位脉冲保证可靠性。使用时必须注意置位和复位脉冲的最小宽度及恢复时间。的最小宽

23、度及恢复时间。 4)4)触发器翻转时的动态功耗远大于静态功触发器翻转时的动态功耗远大于静态功耗，为此系统设计应尽可能避免同一封装内的耗，为此系统设计应尽可能避免同一封装内的触发器同时翻转触发器同时翻转( (尤其是甚高速电路尤其是甚高速电路) )。 5)CMOS5)CMOS集成触发器与集成触发器与TTLTTL集成触发器在逻辑集成触发器在逻辑功能、触发方式上基本相同。使用时不宜将这功能、触发方式上基本相同。使用时不宜将这两种器件混合使用。因两种器件混合使用。因CMOSCMOS触发器内部电路结触发器内部电路结构及对触发时钟脉冲的要求与构及对触发时钟脉冲的要求与TTLTTL存在较大差存在较大差别。别。

24、5 5、抗干扰设计、抗干扰设计 在电子产品设计中，为了少走弯路和节省在电子产品设计中，为了少走弯路和节省时间、成本，应充分考虑抗干扰要求，尽可能时间、成本，应充分考虑抗干扰要求，尽可能避免在设计甚至产品完成后再去进行抗干扰的避免在设计甚至产品完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个：补救措施。形成干扰的基本要素有三个： 1)1)干扰源干扰源 指产生干扰的元件、设备或信号，指产生干扰的元件、设备或信号，如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。时钟等都可能成为干扰源。 2)2)传播路径传播路径 指干扰信号从干扰源传播到敏指干扰信号从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。通过导线的传导和空间的辐射。 3)3)敏感器件敏感器