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模拟电路范文1
关键词：锁相环；电路设计；实验结果；电路改进
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)18-4459-03
Phase-Locked Loop Circuit Design
DONG Yun
(China Petroleum Engineering & Construction Corporation, Beijing 100120, China)
Abstract: Aiming at the defects of the existing analog phase-locked loop, the idea of fabricating analog phase-locked loop with imported VCXO is introduced in this article. The article also puts forward the design and selection of elements of the circuit. Test with experiment shows that feasibility of such scheme and the possibility of circuit improvement.
Key words: phase-locked loop; circuit design; experiment result; circuit improvement
现有的网络产品中使用了大量模拟锁相环，如网板、光接口板、时钟板等。现在很多使用的模拟锁相环PLL－II完全由变容二极管等分立元件构成，离散性大，设计不尽合理，工艺品质也难保证，但在一些电路中模拟锁相环是必须的。如果选用进口高品质VCXO，配合精心设计的滤波器， 自行设计制造将会使其品质得到全面控制。一方面与现有模拟锁相环完全兼容，可以直接替换，另一方面避免了选用TRU050造成独家供货的局面。
1 电路设计方案
锁相环电路设计方案如图1所示。其中虚线方框内的电路是为实现失去参考源时锁相环输出中心频率的功能所增设的电路，除去这一部分功能电路，即为典型的采用有源比例积分滤波器的二阶锁相环基本电路。其中：鉴相器、1/N分频器，1/256分频器和参考源检测电路做在EPLD中，其它元件可焊接在与PLL-II体积相近的一个电路中。EPLD之外的电路所用管脚与PLL-II相比，可以省去-5V电源脚，只使用单＋5V电源。因比PLL-II增加无参考源时输出中心频率的功能，电路中增加了一个指示参考源信号有无的逻辑电平管脚。在PLL-II的管脚分配中有未用的管脚可以利用。除此管脚之外，本电路的其它管脚可做到与PLL-II完全兼容。图中的元件值为：
R1＝10KΩ，R2＝220KΩ，R3＝1.2KΩ,C=1μF。
下面对电路中各部件的设计和选择做一说明。
1.1 基本环路
1）鉴相器
鉴相器电路采用双端输出下降沿比相的数字鉴频鉴相器。采用这种鉴相器是为了与PLL-II的管脚兼容。本电路采用8KHz的单一鉴相频率，鉴相器前端的1/256分频器用来将2MHz的时钟信号分频到8KHz。
本电路使用的鉴相器具有非线性鉴频特性，理论上讲它的捕捉范围可达到无限大，实际上受到压控振荡器调谐范围的限制，它所构成的锁相环路的快捕带，捕捉带和同步带三者相等。
2）环路滤波器
环路滤波器采用差分输入的有源比例积分滤波器如图1中所示，由它构成的二阶环捕捉特性比较优越，同时这种形式的环路滤波器与PLL-II的管脚兼容。
3）运算放大器
环路滤波器采用有源滤波，其中的运算放大器须满足输入输出要求。其前级的鉴相器输出低电平0.1V，高电平4.0V，要求运放共模电压输入范围大于鉴相器输出电压范围；其后级的压控振荡器压控电压范围0.5~4.5V，要求运放输出电压范围大于压控电压范围，因此本电路采用了低漂移的斩波rail-to-rail运算放大器LTC1152。采用＋5V电源时，其共模电压输入范围是0～5V；输出电压范围是0～5V；满足使用要求。
4）压控晶体振荡器
锁相环中采用CONNOR WINFIEID的HV系列高稳定度晶体压控振荡器，调谐范围大，频率稳定度高。
1.2 失去参考源时，自动输出中心频率的实现方案
首先使用一个参考源检测电路判断参考源的有无，然后用检测电路输出的逻辑电平控制二选一的模拟开关选择压控振荡器压控端的输入信号，完成无参考源时输出中心频率的功能。参考源检测电路如图2。
图中，PLL32K是由本电路的VCXO分频而来，因此始终存在。CLK_8K就是分频后送入锁相环的参考信号，它经D触发器整形后，每来一个上升沿就输出一个窄的正脉冲。当CLK_8K信号存在时，它不断使计数器清零，计数器高位没有翻转的机会，SW1始终输出0。当CLK_8K信号失掉后，计数器连续计数，当SW1由0跳变为1后，SW1信号将计数器时钟关闭，SW1维持1。这样，有参考源时，SW1＝0；无参考源时，SW1＝1。
模拟开关选用CD4053，它的控制端接SW1。SW1＝0时，环路闭环，模拟开关并入环内，锁相环正常工作。SW1＝1时，环路开环，由两个串联于＋5V电源和地之间的1.2KΩ电阻(图1中的R3)提供的电源分压(约2.5V)控制VCXO的输出频率。
采用＋5V电源时，CD4053导通电阻最大为500Ω，关断漏电流±0.01nA，
后级VCXO压控端输入阻抗≥50KΩ，保证控制电压几乎全部加到VCXO压控端；VCXO压控电压范围0.5~4.5V，运放LTC1152的输出电压范围0～5V，CD4053的模拟信号电压传输范围0～5V；满足传输要求。总的来说CD4053并入环内对环路特性影响不大，环路仍可按典型的理想积分器二阶环来分析。
2 实验结果
2.1 捕捉范围
测试电路如图3。
应用上述测试电路对HV51系列两片VCXO进行测试，测试结果如表1。
2.2 中心频率
本电路在失去参考源的时候，会自动输出中心频率，测试电路如图4。
控制VCXO输出中心频率采用电阻分压电路，因此电源电压变化对输出频率有影响，测试结果如表2。
2.3 线性度
小于20％，单调上升。
2.4 占空比
典型值50±5％，最大不超过50±10％。
2.5 输出负载
输出电流24mA，可驱动15个74系列TTL门电路，或60个74LS系列TTL门电路。优于TRU050和PLL－II。
2.6 固有抖动
在1ns左右，与TRU050和PLL－II相当。
2.7 静态相差
用8KHz鉴相，相差小于30ns。因采用单一鉴相频率，参考源为2MHz时，静态相差比TRU050和PLL－II差，参考源为8KHz时，静态相差比TRU050好。
2.8 抖动容限
测试电路如图5所示。
利用误码测试仪PF140进行测试，结果如表3所示。
抖动容限反映了锁相环工作在线性区域时，所能承受的输入相位抖动的最大值。由上可见，抖动容限值均大于国际，满足要求。在低频段优于TRU050，在高频段较TRU050差。
由于Bt8510中的时钟提取电路在输入抖动为零时，输出仍有抖动80ns，实际锁相环的抗抖动指标要优于上述指标。
2.9 抖动转移曲线
测试电路和测抖动容限的电路相同。
当输入抖动均为2UI时，测得输出抖动如表4所示。
测试结果表明：各频点输出抖动指标均优于国标。除2Hz、5Hz、10Hz三点指标比TRU050差外，其余频点指标均优于TRU050。
3 电路可改进之处
3.1 模拟开关
本电路采用CD4053，但74HC系列CMOS传输门的多项性能优于CD4000系列。实验前因为手头正好有CD4053，因此使用了CD4053。若使用74HC系列CMOS传输门相信可获得更好的特性。
3.2 2.5V电压提供方案
本电路采用两个1.2K?电阻分压得到的2.5V去控制VCXO压控端输出中心频率。其精度受电源电压偏差的影响。若改用输出固定2.5V电压的微功率电压基准LM385-2.5，可免受电源电压的影响，会有更大改善。
3.3 如果对稳态相差有特殊要求，须采用2MHz鉴相
4 结束语
自行设计制造锁相环电路，测试结果合格，完全符合使用要求，如果采用这种设计，既可以全面自主控制锁相环其品质，又可以兼容已有模拟锁相环，进行直接替换，还可避免了TRU050造成独家供货，相信随着实践的检验，这种锁相环电路必将在实际应用中得到越来越广泛的应用。
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模拟电路范文2
1 MAX5865的工作原理
图1所示为MAX5865内部结构原理框图,其中,ADC采用七级、全差分、流水线结构,可以在低功耗下进行高速转换。每半个时钟周期对输入信号进行一次采样。包括输出锁存延时在内,通道I的总延迟时间为5个时钟周期,而通道Q则为5.5个时钟周期,图2给出了ADC时钟、模拟输入以及相应输出数据之间的时序关系。ADC的满量程模拟输入范围为VREF,共模输入范围为VDD/2±0.2V。VREF为VREFP与VREFN之差。由于MAX5865中的ADC前端带有宽带T/H放大器,因此,ADC能够跟踪并采样/保持高频模拟输入>奈魁斯特频率 。使用时可以通过差分方式或单端方式驱动两路ADC输入IA+ QA+ IA-与QA- 。为了获得最佳性能,应该使IA+与IA-以及QA+与QA-间的阻抗相匹配,并将共模电压设定为电源电压的一半VDD/2 。ADC数字逻辑输出DA0~DA7的逻辑电平由OVDD决定,OVDD的取值范围为1.8V至VDD,输出编码为偏移二进制码。数字输出DA0~DA7的容性负载必须尽可能低<15pF ,以避免大的数字电流反馈到MAX5865的模拟部分而降低系统的动态性能。通过数字输出端的缓冲器可将其与大的容性负载相隔离。而在数字输出端靠近MAX5865的地方串联一个100Ω电阻,则有助于改善ADC性能。
MAX5865的10位DAC可以工作在高达40MHz的时钟速率下,两路DAC的数字输入DD0~DD9将复用10位总线。电压基准决定了数据转换器的满量程输出。DAC采用电流阵列技术,用1mA1.024V基准下 满量程输出电流驱动400Ω内部电阻可得到±400mV的满量程差分输出电压。而采用差分输出设计时,将模拟输出偏置在1.4V共模电压,则可驱动输入阻抗大于70kΩ的差分输入级,从而简化RF正交上变频器与模拟前端电路的接口。RF上变频器需要1.3V至1.5V的共模偏压,内部直流共模偏压在保持每个发送DAC整个动态范围的同时可以省去分立的电平偏移设置电阻,而且不需要编码发生器产生电平偏移。图2(b)给出了时钟、输入数据与模拟输出之间的时序关系。一般情况下,I通道数据ID 在时钟信号的下降沿锁存,Q通道数据QD 则在时钟信号的上升沿锁存。I与Q通道的输出同时在时钟信号的下一个上升沿被刷新。
3线串口可用来控制MAX5865的工作模式。上电时,首先必须通过编程使MAX5865工作在所希望的模式下。利用3线串口对器件编程可以使器件工作在关断、空闲、待机、Rx、Tx或Xcvr模式下,同时可由一个8位数据寄存器来设置工作模式,并可在所有六种模式下使串口均保持有效。在关断模式下,MAX5865的模拟电路均被关断,ADC的数字输出被置为三态模式,从而最大限度地降低了功耗;而空闲模式时,只有基准与时钟分配电路上电,所有其它功能电路均被关断,ADC输出被强制为高阻态。而在待机状态下,只有ADC基准上电,器件的其它功能电路均关断,流水线ADC亦被关断,DA0~DA7为高阻态。
图2
2 MAX5865的典型应用
MAX5865能以FDD或TDD模式工作在各种不同的应用中如在WCDMA-3GPP FDD 与4G技术的FDD应用中工作于Xcvr模式,或在TD-SCDMA、WCDMA-3GPPTDD 、IEEE802.11a/b/g及IEEE 802.16等TDD应用中在Tx与Rx模式间切换等。在FDD模式下,ADC和DAC可同时工作,且当fCLK 为 40MHz时,消耗的功率为75.6mW。实际上,ADC总线与DAC总线是分开的,并与数字基带处理器通过18位(8位ADC与10位DAC)并行总线进行连接。而在TDD模式下,ADC与DAC交替工作,ADC与DAC总线共享,它们一起构成10位并行总线连到数字基带处理器,并可通过3线串行接口选择Rx模式以启用ADC或选择Tx模式启用DAC。由于在Rx模式下,DAC内核被禁用而不能发送;而Tx模式下,ADC总线为高阻态,从而消除了杂散辐射,同时也避免总线冲突。在TDD模式下,当fCLK为40MHz时,Rx模式下的功耗为63mW,Tx模式下的DAC功耗为38.4mW。
图3所示是MAX5865工作在TDD模式的应用电路,该方案提供了完整的802.11b射频前端解决方案。由于MAX5865的DAC采用共模电压为1.4V的全差分模拟输出,而ADC具有较宽的输入共模范围,可以直接与RF收发器接口,因此可省去电平转换电路所需要的分立元件和放大器。同时,由于内部产生共模电压免除了编码发生器的电平偏移或由电阻电平偏移引起的衰减,DAC保持了全动态范围。MAX5865的ADC具有1VP-P满量程范围,可接受VDD/2 ±200mV 的输入共模电平。由于可以省去分立的增益放大器与电平转换元件,因此简化了RF正交解调器与ADC之间的模拟接口。
3 设计注意事项
3.1 系统时钟输入(CLK)
MAX5865芯片的ADC与DAC共享同一CLK输入,该输入接受由OVDD设定的CMOS兼容信号电平,范围为1.8V至VDD。由于器件的级间转换取决于外部时钟上升沿和下降沿的重复性,因此,设计时应采用具有低抖动、快速上升和下降(<2ns)的时钟。特别是在时钟信号的上升沿进行采样时,其上升沿的抖动更应尽可能地低。任何明显的时钟抖动都会影响片上ADC的SNR性能。
实际上,欠采样应用对时钟抖动的要求更严格,由于此时有可能将时钟输入作为模拟输入对待,因此,布线时应避开任何模拟输入或其它数字信号线。MAX5865的时钟输入工作在OVDD/2电压阈值下,能接受50%±15%的占空比。
3.2 基准配置
MAX5865内部具有精密的1.024V内部带隙基准,该基准可在整个电源供电范围与温度范围内保持稳定。在内部基准模式下,REFIN接VDD时的VREF是由内部产生的0.512V。COM、REFP、REFN均为低阻输出,电压分别为VCOM=VDD/2、VREFP=VDD/2+VREF/2、VREFN=VDD/2-VREF/2。分别用0.33μF电容作为REFP、REFN与COM引脚的旁路电容,并用0.1μF电容将REFIN旁路到GND。
在外部基准模式下,在REFIN引脚一般应施加1.024V±10%的电压。该模式下,COM、REFP与REFN均为低阻输出,电压分别为VCOM=VDD/2、VREFP=VDD/2+VREF/4、VREFN=VDD/2-VREF/4。可分别用0.33μF电容作为REFP、REFN与COM引脚的旁路电容,并用0.1μF电容将REFIN旁路到GND。在该模式下,DAC的满量程输出电压和共模电压均与外部基准成正比。例如,若VREFIN增加10%(
最大值),则DAC的满量程输出电压也增加10%或达到±440mV,同时共模电压也将增加10%。 3.3 输入/输出耦合电路
通常,MAX5865在全差分输入信号下可提供比单端信号更好的SFDR与THD性能,尤其是在高输入频率的情况下。在差分模式下,当输入IA+、I-A-、QA+、QA- 对称时,偶次谐波会更低,并且每路ADC输入仅需要单端模式信号摆幅的一半。而通过非平衡变压器可为单端信号源至全差分信号的转换提供出色的解决方案,并可获得极佳的ADC性能。当然,在没有非平衡变压器的情况下,也可以使用运放来驱动MAX5865的ADC,此时,MAXIM公司的MAX4353/MAX4454等运放便可提供高速、带宽、低噪声与低失真性能,以保持输入信号的完整性。
3.4 线路板布线
模拟电路范文3
电路(系统)诞失规定功能称为故障，在模拟电路中的故障类型及原因如下：从故障性质来分有早期故障、偶然故障和损耗故障。早期故障是由设计、制造的缺陷等原因造成的、在使用初期发生的故障，早期故障率较高并随时间而迅速下降。统计表明，数字电路的早期故障率为3～10％，模拟电路的早期故障率为1～5％，晶体管的早期故障率为0.75～2％，二极管的早期故障率为0.2～1％，电容器的早期故障率为0.1～1％。
偶然故障是由偶然因素造成的、在有效使用期内发生的故障，偶然故障率较低且为常数。损耗故障是由老化、磨损、损耗、疲劳等原因造成的、在使用后期发生的故障，损耗故障率较大且随时间迅速上升。从故障发生的过程来分有软故障、硬故障和间歇故障。软故障又称渐变故障，它是由元件参量随时间和环境条件的影响缓慢变化而超出容差造成的、通过事前测试或监控可以预测的故障。硬故障又称突变故障。它是由于元件的参量突然出现很大偏差(如开路、短路)造成的、通过事前测试或监控不能预测到的故障。根据实验经验统计，硬故障约占故障率的80％，继续研究仍有实用价值。间歇故障是由老化、容差不足、接触不良等原因造成的、仅在某些特定情况下才表现出来的故障。从同时故障数及故障间的相互关系来分有单故障、多故障、独立故障和从属故障。单故障指在某一时刻故障仅涉及一个参量或一个元件，常见于运行中的设备。多故障指与几个参量或元件有关的故障，常见于刚出厂的设备。独立故障是指不是由另一个元件故障而引起的故障。从属故障是指由另一个元件故障引起的故障。
二、测前横拟法SBT
测前模拟法又称故障字典法FD(FaultDictionary)或故障模拟法，其理论基础是模式识别原理，基本步骤是在电路测试之前，用计算机模拟电路在各种故障条件下的状态，建立故障字典；电路测试以后，根据测量信号和某种判决准则查字典。从而确定故障。选择测试测量点是故障字典法中最重要的部分。为了在满足隔离要求的条件下使测试点尽可能少，必须选择具有高分辨率的测试点。在大多数情况F，字典法采用查表的形式，表中元素为d…i=l，2，…，n，j=1，2，…，m，n是假设故障的数目，m是测量特性数。
故障字典法的优点是一次性计算，所需测试点少，几乎无需测后计算，因此使用灵活，特别适用于在线诊断，如在机舱、船舱使用。此法缺点是故障经验有限，存储容量大，大规模测试困难，目前主要用于单故障与硬故障的诊断。
故障字典法按建立字典所依据的特性又可分为直流法、频域法和时域法。
(一)直流故障字典法。直流故障字典法是利用电路的直流响应作为故障特征、建立故障字典的方法，其优点是对硬故障的诊断简单有效，相对比较成熟。
(二)频域法。频域法是以电路的频域响应作为故障特征、建立故障字典的方法，其优点是理论分析比较成熟，同时硬件要求比较简单，主要是正弦信号发生器、电压表和频谱分析仪。
(三)时域法。时域法是利用电路的时域响应作为故障特征而建立故障字典的方法。主要有伪噪声信号法和测试信号设计法(辅助信号法)。当故障字典建立后，就可根据电路实测结果与故障字典中存储的数据比较识别故障。
三、测后模拟法SAT
测后模拟法又称为故障分析法或元件模拟法，是近年来虽活跃的研究领域，其特点是在电路测试后，根据测量信息对电路模拟，从而进行故障诊断。根据同时可诊断的故障是否受限，SAT又分为任意故障诊断(或参数识别技术)及多故障诊断(或故障证实技术)。
(一)任意故障诊断。此法的原理是利用网络响应与元件参数的关系，根据响应的测量值去识别(或求解)网络元件的数值，再根据该值是否在容差范围之内来判定元件是否故障。所以此法称为参数识别技术或元件值的可解性问题，理论上这种方法能查出所有元件的故障，故又称为任意故障诊断。诊断中为了获取充分的测试信息，需要大量地测试数据。
(二)多故障诊断。经验证明，在实际应用中(高可靠电路)，任意故障的可能性很小，单故障概率最高，如果考虑一个故障出现可能导致另一相关故障，假定两个或几个元件同时发生的多故障也是合理的。另外对于模拟LSI(LargeScaleIntegration，大规模集成电路)电路加工中的微调，也是以有限参数调整为对象的。因此在1979年以后，SAT法的研究主要朝着更实用化的多故障诊断方向发展。即假定发生故障的元件是少数几个，通过有限的测量和计算确定故障。因该法是先假定故障范围再进行验证，所以又称为故障证实技术。
四、其他方法
(一)近似技术。近似技术着重研究在测量数有限的情况下，根据一定的判别准则，识别出最可能的故障元件，其中包括概率统计法和优化法。此法原理与故障字典法十分类似，属于测前模拟的一类。采用最小平方准则的联合判别法和迭代法，采用加权平方准则的L2近似法，采用范数最小准则的准逆法等。这些方法都属于测后模拟，由于在线计算量大，运用不多。
(二)模糊诊断。对于复杂电路，由于元件容差、电路噪声以及元件参量与特性之间的非线性，用传统的电路理论难以获得精确解和唯一解，出现了模糊现象，而这种模糊现象与随机现象不同，不便于用统计分析方法来解决。另外，对于故障诊断来说。往往不要求精确解，只要满足故障隔离要求即可，于是提出把复杂电路看作模糊系统，用模糊信息处理的方法进行故障诊断。模糊诊断的原理是模糊模式识别。测前，利用隶属度函数按照不同的准则构成判别函数；测后，再利用判别函数判别所测得的特性向量对各种故障状态的隶属度程度。为了提高诊断效率，模糊识别应该具有自学习和修正功能，最简单的方法是根据实际诊断的结果，以适当的方式、自动地修正隶属度函数或判别函数，以便不断自我完善。
模拟电路范文4
【关键词】模拟电路；软故障；诊断
在我国市场经济快速发展的新形势下，电子产业已经与很多行业紧密联系到一起，不但提高人们的工作效率，还使人们的生活变得更加便利。因此，对模拟电路软故障诊断有比较深入的了解，有利于进一步提高电子设备的运用稳定性、安全性，从而降低各种意外事件的发生率。
1.模拟电路故障的主要类型
按照模拟电路故障发生的程度、过程进行分类，可以将模拟电路故障概括为如下两种类型：第一，软性故障；第二，硬性故障，其中，软性故障指的是变化速度比较慢、不容易被察觉的故障现象，可能是环境变化引起的，也可能是电路元器件自身属性造成的，从而在超过法定容差之后出现故障问题。如果这种故障出现，设备的正常运行不会受到较大影响，但设备的工作效率会大大降低，而且，在合理运用监控的情况下，可以事先观测到这种故障现象。而硬性故障指的是损坏程度比较严重的故障问题，可能会使整个模拟都无法正常运行，并且，故障元件的参数在很多时间内出现反常情况，从而产生巨大差异，会影响整个系统的性能。在实践过程中，这种故障有开路、短路等多种。
2.模拟电路故障诊断方法
在社会、经济不断发展的情况下，科学技术的发展与创新，使得模拟电路故障诊断方法越来越多年，并且，可以从不同的角度对诊断方法进行分类。总的来说，当前应用较多的模拟电路故障诊断方法主要有如下几种：第一，侧前模拟诊断；第二，测后模拟诊断；第三，人工智能法，而比较传统的模拟电路故障诊断方法有：第一，字典法；第二，故障验证法；第三，参数识别法；第四，逼近法，等等。在现代社会中，高新技术的推广与大力研发，使模拟电路故障诊断方法有了更多新型的方式，它们主要是从如下几个理论上发展而来的：第一，专家系统；第二，遗传算法；第三，小波变化；第四，模糊理论；第五，神经网络，等等，并且，近几年对如下两种模拟电路故障诊断方法的研究比较重视：第一，小波神经网络法；第二，模糊神经网络法，在大大降低电子设备故障发生率上有着极大作用。
3.模拟电路故障诊断技术的影响因素
与数字电路的发展情况进行比较发现，模拟电路具有比较特殊的性质，使得其诊断技术发展比较缓慢。从总体上来说，模拟电路故障诊断技术的影响因素主要有：
3.1与数字电路相比，模拟电路的运行不一样，一般输出、输入方面的参数都是连续不断的，因此，可变性非常大。在这种情况下，各种故障问题都可能产生，致使模拟电路在运行时存在很多隐患。
3.2模拟电路有着比较复杂的内部结构，较强的离散性，因此，想要准确把握模拟电路的运行情况难度较大。与其相比较来看，数字电路的内部结构，可以通过真值图表格来研究，因而操作很简单、方便。
3.3在表式值上，模拟电路的元器件无法很好的达到其要求，因而出现一定误差，并给模拟电路故障诊断可靠性带来极大影响，给模拟电路的稳定运行造成一定阻碍。
3.4模拟电路有着不同形式的内部结构，因此，在进行故障诊断时，其模板不具备统一性，从而阻碍模拟电路故障诊断技术的一体化、标准化发展。
3.5外界的很多因素会给模拟电路元器件的标准带来影响，并且，工艺水平也会大大制约其发展，而温差、气候等因素会大大降低模拟电路元器件的准确性，最终无法保证故障诊断结果的可靠性。
3.6模拟电路故障诊断采用的仪器存在精确度不够高的情况，虽然数据的采集不能保证绝对准确，但在进行诊断仪器的制备、选用等时，仍然要加强重视，才能避免误差不断增大。
4.现代模拟电路软故障诊断方法
现代社会中，电子设备在航天航空、通信、自动控制和医疗器械等多个领域的应用已经变得非常广泛，因此，电子设备的运行环境有很多种情况，如高电磁干扰、高温、高辐射和高湿度等，在某些情况下，其还会同时处于两个极端的变化过程，如从超高温迅速进入到超低温。因此，在恶劣的环境中运行，电子设备中的模拟电路必须具备更高的可靠性，如核电设备的控制系统，对其可靠性有着极其高的要求。对现代模拟电路软故障诊断方法进行分析发现，在信息处理方面其有着自己的特点，而神经网络具有如下几种功能：第一，分类；第二，自主组织性；第三，联想记忆；第四，自学性；第五，并行性，等等，在合理应用的情况下，可以有效解决传统模拟故障诊断方法存在的不足。同时，神经网络具有非线性映射能力、泛化能力，在合理运用上述两种能力的情况下，模拟电路故障诊断存在非线性问题、容差问题可以得到有效解决。在实践应用中，神经网络故障诊断方法有着如下几个步骤：第一，确定被测故障集；第二，测试节点的合理选择；第三，故障特征的实时提取，等等，因此，特征信息的存储，可以通过构造成本集、神经网络的方式来完成，而故障的定位，可以通过测后利用神经网络的方式来确定。对现代模拟电路软故障诊断方法的应用情况进行总体调查来看，神经网络模型有很多不同的形式，而反传神经的使用范围比较广，因为具有的模式分类能力比较强，从而在模拟电路软故障诊断中普遍运用。在实践过程中，如果进行模拟电路软故障诊断，通常是将神经网络方法、多种特征提取方法结合在一起应用。
5.模拟电路软故障诊断的未来发展
当前，模拟电路故障诊断方法已经在快速创新，并取得了一定成果，在促进电子产业更快、更好发展上有着极大作用。但是，与国外很多国家相比，其水平距离相差仍然很大，必须进一步加强研发、优化，才能推动我国电子产业可持续发展。总的来说，模拟电路软故障诊断的未来发展主要有如下几个趋势：
5.1实用性大大提高在对各种故障进行诊断时，故障呈现的多样化特性，要求诊断方法必须具备多样性，而各种诊断方法的结合使用，给模拟电路故障诊断规范性、标准化带来了极大影响。在这种情况下，注重神经网络、软件故障特征提取措施的综合应用，可以使神经网络工作诊断中提取故障样本这个问题得到有效解决。因此，在最有效利用神经网络具备的各种优势的情况下，大大提高模拟电路软性故障诊断的实用性，对于快速诊断出各种故障问题有着极大作用，是模拟电路软故障诊断未来发展的重要趋势之一。
5.2在数模混合电路中应用在集成电路出现后，以及制造技术的不断创新，电路故障诊断需要考虑的影响因素越来越多，而电路中同时存在集成运算放大器、数据混合集成两种情况时，其通用的软故障诊断方法还没有。因此，模拟电路软故障诊断方法的研究，需要对数据很合电路加强重视，并注重相关诊断方法在上述电路中的应用，才能促进我国电子产业更长远发展。
5.3网络撕裂法应用范围全面扩大当前，电路的复杂性在不断提高，因此，提高大规模模拟电路诊断结果的可靠性、准确性，是模拟电路软故障斩断研究工作必须重点的内容之一。因此，在未来的发展中，网络撕裂法的应用范围会全面扩大，因此，这种诊断方法具有较强实用性，能够大大提高大规模模拟电路故障诊断的精确度。所以，在合理运用子网络故障诊断法的情况下，大规模模拟电路可以被分解为多个子网络，并在结网络撕裂法的基础上，促进大规模模拟电路软故障诊断技术水平进一步提升。
6.结束语
总之，在社会、经济、环境等发生巨大变化的情况下，电子产业想要更快、更好的发展，就必须注重自身稳定性、可靠性、安全性等不断提高，才能更好的满足人们的应用需求。因此，注重模拟电路软故障诊断方法的合理应用，并不断创新，对于推动我国电子产业可持续发展有着重要意义。
【参考文献】
[1]邓勇,师奕兵,李炎骏,张伟.非线性模拟电路软故障诊断方法[J].测控技术,2013,03:22-25.
[2]丁国君,王立德,申萍,刘彪.基于改进PSO算法优化LSSVM的模拟电路软故障诊断方法[J].中南大学学报(自然科学版),2013,S1:211-215.
[3]刘美容,张立玮.基于小波分解和模糊聚类的模拟电路软故障诊断[J].微电子学与计算机,2014,12:140-143.
[4]邓勇,张禾.基于Volterra核二次型分布的非线性模拟电路软故障诊断[J].控制与决策,2015,07:1340-1344.
[5]丛伟,景博,于宏坤.基于KPLS特征提取的WNN模拟电路软故障诊断[J].中南大学学报(自然科学版),2014,06:1841-1846.
模拟电路范文5
关键词：模拟电路；软故障诊断；诊断方法
在保障电子设备的使用性能上，模拟电路软故障诊断占据着非常重要的地位，必须选择合适的模拟电路软故障诊断方法，才能确保模拟电路软故障诊断结果的合理性和科学性，从而延长电子设备的使用寿命。
一、模拟电路故障的类型
根据电子设备的运行情况来看，模拟电路故障主要有两种类型：硬性故障、软性故障，其中，硬性故障的危害性比较大，如果电子设备出现这种情况，则有可能是故障元件的各种参数发生了很大变化，从而导致系统性能受到严重影响，最终出现开路、短路等故障。相比之下，软性故障具有一定渐变性，一般是电路元件受到时间、环境等多种因素影响产生的，不会给电子设备的运行情况带来较大影响，但会给电子设备的运行效率带较大影响。因此，在电子设备的正常运行中，可以通过使用监控方式来对电子设备的运行情况进行实时监测，从而及时掌握电子设备的故障情况。
二、模拟电路故障诊断方法和其影响因素
目前，比较常用的模拟电路故障诊断方法有参数识别法、故障字典法、逼近法和故障验证法等几种，随着高科技技术的不断应用，现代模拟电路故障诊断出现了以神经网络、专家系统、小波变化等为基础的新型故障诊断方法，使得模糊神经网络法、小波神经网络法等的应用范围变得越来越广。
在实践过程中，模拟电路故障诊断方法合理应用的影响因素主要有如下几个方面：首先，模拟电路与数字电路有一定区别，而模拟电路的相关参数有着一定连续性，从而存在很大的可变性，最终导致各种故障出现。其次，模拟电路的内部结构比较复杂，具有一定离散性，使得其准确性很难被有效掌控，并且，模拟电路故障诊断仪器的精确度也很难把握，从而影响模拟电路诊断结果的准确性。最后，模拟电路的内部结构具有多样性特征，很容易受到外界各种因素的影响，从而出现各种故障。因此，在进行模拟电路的故障诊断时，需要采用多种诊断方法，使得其诊断方法不具备一体化和标准化特点。
三、现代模拟电路软故障诊断方法和发展趋势
随着信息技术的不断发展，在模拟电路软故障诊断中，神经网络故障诊断方法具有的多样性特点，很好的满足了模拟电动内部结构多样化的需求。在实际使用过程中，神经网络故障诊断方法的误差几率比较小，有着非常不错的模式分类能力，在与多种特征提取方法结合使用的情况下，可以大大提高故障诊断结果的准确性。在电子产业不断发展的过程中，模拟电路故障诊断的发展速度越来越快，在充分利用各种先进信息技术和设备的情况下，其正向着如下三个方面发展：
首先，软故障诊断方法变得越来越实用。在实际进行故障诊断时，各种各样的故障使得故障诊断方法不断变化，从而在故障诊断方法相互交叉的情况下，导致模拟电路故障诊断出现混乱现象。而在神经网络与软性故障相结合的情况下，神经网络可以发挥最大价值，从而对模拟电路的故障进行有效诊断，大大提高模拟电路故障诊断法的实用性。
其次，在大规模电路软故障诊断中，网络撕裂法可以发挥充分作用。现展中，网络电路的复杂程度不断增加，使得大规模电路的故障诊断成为当前高度关注的问题。而网络撕裂诊断法的合理应用，很好的满足了大规模电路故障诊断的实际需求，在结合子网络级故障诊断方法的情况下，可以大大提高大规模电路故障诊断的工作效率，从而成为大规模电路故障诊断的未来发展趋势。
最后，软故障诊断方法正向着数模混合电路更深一层发展。在集成电路设计不当发展的过程中，制造技术的不断提升大大提高了电路故障诊断的难度，而设置有集成运算放大器的电路、数模混合集成电路等都没有比较完善的软故障诊断方法，使得上述部位的电路故障诊断处于空白状态。因此，对数模混合电路方面的故障诊断方法进行研究，是电子行业不断发展的必然趋势，对于提高电子设备的运行性能有着重要影响。
结束语：
综上所述，在电子设备的运行中，对电路故障进行正确诊断，必须选择合适的故障诊断方法，才能保证故障诊断结果的准确性和可靠性。一般情况下，模拟电路的软故障诊断要比硬故障诊断的难度高很多，因此，对上述几个发展趋势给以高度重视，才能不断提高电子设备的整体性能，从而推动我国模拟电路故障诊断的智能化、自动化和现代化发展。■
参考文献
[1] 张剑飞. 对模拟电路故障原因与诊断方法的探讨[J]. 科技致富向导，2015，11：117.
模拟电路范文6
【关键词】模拟电路故障诊断估计法
模拟电路故障诊断是电路分析理论中的一个前沿领域。它既不同于电路分析，也不属于电路综合的范畴。模拟电路故障诊断所研究的内容是当电路的拓扑结构已知，并在一定的电路激励下知道一部分电路的响应，求电路的参数，他是近代电路理论中新兴的第三个分支。但由于模拟电路中未发生故障的正常元件存在容差，其参数并不恰好等于额定值，而有一定的分散性，这给电路分析带来一定的模糊性。而且模拟电路常含有非线性元件，他的性能不仅因本身故障而改变，而且其他元件故障引起他的工作点移动时，也将造成其性能变化。因此模拟电路故障诊断的理论还不是十分成熟。
模拟电路发生了故障，就不能达到设计时所规定的功能和指标，这种电路称为故障电路。故障诊断就是要对电路进行一定的测试，从测试结果分析出故障。一般来讲，模拟电路故障诊断的方法可以分为估计法，测试前模拟法和测试后模拟法三大类。本文将对其中的估计法展开讨论。
估计法是一种近似法，这类方法一般只需较少的测量数据，采用一定的估计技术，估计出最可能发生故障的元件。这类方法又可分为确定法和概率法。确定法依据被测电路或系统的解析关系来判断最可能的故障元件，概率法是依据统计学原理决定电路或系统中各元件发生故障的概率，从而判断出最可能的故障元件。本文重点介绍确定法中的最小平方判据法。最小平方判据法又分为结合判据法和迭代法。
1.结合判据法：
设模拟电路含有m个不同的参数，对电路进行测量，得到m个不同的特性测量值，且m<n。令xi(i=1,2,3,4……n)表示参数值，yj(j=1,23…,m)表示特性计算值，因为如果电路的拓扑结构已知，则参数和特性之间存在一个确定的解析关系，所以y¬j=fj(x1,x2,….xn)。特性参数的测量值用gj(j=1,2,3…,m);如果实际所用的各参数值为实际值，同时测量不存在误差，则gj=yj,即特性偏差为零，其中yj是在参数为额定值x10,x20,…,xn0时计算出来的。如果特性的测量值与计算值相等，说明电路没有发生故障，处于正常工作状态。
如果电路中第I个元件发生故障，其参数为xi,其余各元件的参数都为额定值，那么任意一个点的测试值都可以表示为xi的函数：yj=fj(Xi)=fj(x10,x20,…,xi,…xn0)j=1,23….m
其中，Xi为参数矢量，其中除第i个分量为xi外其余各分量为参数的额定值。于是有：j=1,2,3,…,m(1.1)
对每一个参数都引入一个物理量s，s为特性偏差的平方和，于是对于参数I有：i=1,2,3…,n(1.2)
当xi变动时，s也随之而改变。如果电路中只存在单故障，那么当xi等于故障参数的实际值时，特性值的测量值与计算值十分接近，特性偏差接近与零。此时表征特性偏差平方和的物理量si将最小。因此我们可以将si作为故障诊断的一种判据，我们将si的最小值定义为结合参数I的灵敏度因子。
如果电路中发生的单故障是偏离其额定值不大的软故障，特性值yi的计算值可以展开成泰勒级数：(1.3)
式中额定参数矢量X0=[x10,x20…,xn0]’;参数增量矢量，为泰勒级数中大于一阶的高阶项，若电路中发生的是软故障，此项可以忽略不计。∣xi=xi0(i=1,2,3…n)，为特性j对特性I的灵敏度。发生单故障时，只有不等于零，所以(1.4)
代入(1.2)式可得：(1.5)令求得：(1.6)于是可以求出结合参数I的灵敏度因子(1.7)
测试前可先根据电路的额定参数计算出各灵敏度aji及各特性值的计算值yj0，测试后可以得到各特性的测量值gj,由上式可以直接求出灵敏度因子，从而确定故障发生点。
由前面的讨论我们可以总结出采用结合判据法进行故障诊断的具体步骤如下:
（1）先进行测试，从可及节点得到m个特性测量值。
（2）求得结合参数xi的灵敏度因子，即si的最小值，作为故障诊断的判据。
（3）在n个参数的灵敏度因子都求得之后，其中最小的灵敏度因子所对应的参数是最有可能发生了故障的参数。
结合判据法简单易行，所需的测量数据少，但是由于各元件的参数都存在一定的容差，各特性在测量时也存在一定的误差，这些都会影响判断的真实性。另外，从前面的分析我们可以看出这种方法只适合于参数变化不大的单、软故障的定位，而不适用于多故障的定位。
2.迭代法
我们在最小判据法的基础上进一步引申，找一个类似于灵敏度因子的判据，并计算使这个判据达到最小时的各个参数的值，即各个参数的实际值，然后与额定值进行比较，从而确定故障点，这样就可以用于多故障的定位。这就是迭代法的基本思路。
与结合判据法不同的是，迭代法对所有的参数都共用一个判据。令(2.1)
其中，为特性测量值gj的方差。将yj=fj(X)在X0处按泰勒级数展开，如果不大，可忽略高次项，得(2.2)代入式(2.1),得：(2.3)
当s达到最小值时所对应的X＝X0+即为各参数的估计值，如果某些元件的参数估计值超过其容差范围，则可能为故障元件。式(2.3)可以写成：(2.4)其中：
如果要求s的最小值，只需对式(2.4)求导，并令倒数为零，可得：(2.5)我们采用迭代法求解，首先设X的初值为X0,在X0处计算P,A,PA,
然后再由式(2.5)计算出，由式(2.4)计算出s,完成一个迭代过程。然后令X的新值为,在X1处计算P,A,PA,及s的值，如此循环下去，直到第k次满足时为止，此时对应的Xk就是所要求的参数估计值。
由此可以看出迭代法与我们前面所讨论的结合判据相比，测量值数必须要大于或等于参数的个数，它考虑了测量误差。另外，它能够估计出各个元件的参数值，可以用于多故障诊断，但计算量大。
3.总结：
本文主要介绍了模拟电路故障诊断方法中的估计法。这种方法只需要较少的测量数据，但诊断结果一般只是近似的。估计法中的大部分方法都适用于电路元件的故障定位，可用于诊断线性电路中的单个的软故障。其中很多方法还可用于多故障诊断，例如文中介绍的迭代法。
估计法只是一种比较传统的故障诊断方法，随着人们对这一领域研究的不断深入，已经出现了一些用于非线性模拟电路以及大规模网络的故障诊断方法，例如分解网络技术，人工智能技术等。故障诊断技术与计算机技术的结合也越来越密切，利用微型计算机和微处理器可使故障诊断更加快速可靠。
参考文献：
