硬件电路设计规范精选(九篇)

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第1篇：硬件电路设计规范范文

“数字集成电路前端设计就业班”已于2005―2006年成功举办三期，学员有来自高校研究生、在职工作人员、应届毕业理工科学生等，实践性的课程使学员完成从对IC设计的陌生到熟悉的过程，亲历IC设计整个前端流程。开班以来得到学员的广泛认可，学员在本课程中学到的技术在求职中起到了关键性作用，先后有多名学员就职于国内知名IC设计公司，包括威盛、华大、六合万通、华为等，受到用人单位的好评。同时，在实践过程中积累的经验和新的方法，将在第四期中得到提升和发展。

如果您正在为就业发愁，正在苦苦寻找一份高薪工作在北京.上海这些大城市大展宏图；

如果您想从事IC设计行业却不知道从哪里入手；

如果您刚刚踏入IC设计行业，感觉技术和工作压力很大；

那本课程将会带你踏上这条充满前途的金光大道，您的职业人生将从此与众不同……

课程特色

教授IC前端设计全部流程

最实用、最常用的IC前端技术和方法

真实实践环境，先进设计平台，实际项目设计、亲自动手制作

课程大纲:

1. Unix/Linux操作系统使用

3. 数字电路技术基础

4. 半导体电路和工艺基础

5. 数字逻辑

6. 数字集成电路设计流程

7. 硬件描述语言和电路设计

8. 电路验证技术

9. 项目设计实践

10. 电路设计进阶

11. ASIC和SOC设计导论

12. FPGA设计和验证初步

13. 微处理器结构

14. 逻辑综合初步

15. 可测性设计技术

16. 项目设计实践

招生对象

电子、计算机、通信等相关专业大学应届本科毕业生和低年级研究生

参加工作不久，需要提升技术水平和熟悉设计流程的在职工程师

或其它理工科背景有志于IC设计工作的转行人员

开课时间 2006年8月 16日.

课时数共 110学时

上课时间

每周一、三、五晚18:30～21:30 ，每周日下午13：00～17：00

每周二、四、六自修及作业

上课地点 清华大学东主楼9区103

费用 报名费100元

学费4500元，包括听课、讲义、资料、辅导、上机软硬件费用、证书等，食宿自理。

优惠

2006年8月10日前报名，免收报名费，可享受优惠价4300元！

在校学生2006年8月10日前报名，免收报名费，可享受优惠价4000元!

5人以上团体报名可九折优惠！

联系方式

电话：010-58815958转601/602

邮件：.cn

网址：.cn

第二期数字集成电路前端设计提高班'

北京第五日IC设计培训中心独家推出数字集成电路前端设计就业班，在最短的时间里让学员学习数字IC设计流程，设计方法，常用EDA工具，更以实际专题项目带领学员完成一个从最初的设计规范到门级网表实现的整个前端设计流程，手把手带领学员完成实际项目作品，使学员在领会IC设计知识的同时具备IC设计经验，并学会IC设计公司的团队分工与合作。学成后可以胜任IC设计公司一般性设计工作，最终的专题设计和作品更可以做为求职和职位提升的有力证明。

本课程在"数字集成电路前端设计提高班第一期"成功举办的基础上，更近一步完善课程，更好的把握课程的进度，目标直指培养较高水平IC设计工程师，在保证学员获得IC前端设计全部技术要点的同时，重点锻炼学员的实际动手能力，跨度近两个月的时间内，学生将以一个简单标量流水线处理器的设计为核心，进行RTL设计、逻辑综合、时序分析、芯片测试、综合验证、以及高级技术和设计优化的技术学习和项目实践。学员可以选择参与处理器设计或系统芯片IP模块设计，要求至少参与完成此处理器芯片或独立完成一个系统芯片IP模块从设计规范到网表实现的整个前端设计过程，最终的设计是可以拿去layout和流片的。

如果你具有相关专业学历，但缺乏一定的项目实践机会；

如果你面对学习或工作挑战，感觉压力很大；

如果你对芯片设计充满兴趣，希望用最短的时间学到人家需要两三年才能跨越的技术；

那么本课程将会成为你提升技术水平、跻身IC设计高级人才的最佳选择！

课程特色

教授IC前端设计全部流程

最实用、最常用的IC前端技术和方法

真实实践环境，先进设计平台，实际项目设计、亲自动手制作

课程大纲:

1. 电路设计进阶

2. ASIC和SOC设计导论

3. FPGA设计和验证初步

4. 微处理器结构

5. 逻辑综合初步

6. 可测性设计技术

7. 项目设计实践

8. RTL设计和验证

9. SOC设计平台

10. 总线和IO IPs

11. 形式验证技术

12. 逻辑综合技术

13. 静态时序分析

14. 芯片规划和设计

15. 专题技术讨论

16. 项目设计实践

招生对象

电子、通信、计算机等相关专业本科毕业,一年以上工作经验的在职工程师；

电子、通信、计算机等相关专业较高年级在读研究生；

一般高校需要项目经验的任课教师

开课时间 2006年9月 10日

课时数共120学时

上课时间

每周日或周六全天上午9：00～12：00 下午13：00～17：30 周一到周五 自修及作业

上课地点 清华大学东主楼9区103

费用 报名费100元

学费5200元，包括听课、讲义、资料、辅导、上机软硬件费用、证书等，食宿自理。

优惠

2006年9月1日前报名，免收报名费，可享受优惠价5000元！

在校学生2006年9月1日前报名，免收报名费，可享受优惠价4680元!

5人以上团体报名可九折优惠！

联系方式

电话：010-58815958转601/602

邮件：.cn

网址：.cn

复芯微电子八月份

半导体技术精品课程

随着中国半导体产业已进入了一个高速发展的阶段，各个相关产业也在不断完善，同时，半导体专业知识的及时更新也越来越受到业界人士的重视。北京清华大学信息学院微电子学研究所与上海复芯微电子技术咨询公司联合举办针对微电子行业高层次人才的技术培训及研讨班。根据目前工艺的最新发展情况，我们邀请了业内知名专家龚正教授为大家介绍“65纳米CMOS工艺及其应用”；“高压器件设计与制程技术”，课程注重基础与实践能力的提高，相信会使参加者受益匪浅。

课程简介：

65纳米CMOS工艺及其应用

65纳米CMOS工艺经过多年研发已经逐渐进入量产阶段，本课程将逐一介绍实际可行的工艺。内容包括前端闸极设计、信道结构、源汲极浅结构，以及后端铜导线工艺整合等项目，并且以一些在特定电路应用内的范例为学员解惑。

高压器件设计与制程技术

功率集成电路及组件在相关电机电子产品领域中应用日渐增多，但功率组件的设计制造及工作条件则有别于一般的传统IC组件，故本课程的宗旨即在阐述功率组件的基本物理结构及相关的高压技术，涵盖的组件包含Power Rectifiers，Bipolar Transistors，Thyristors，Power MOSFET，以及 IGBT。

师资介绍：

龚正

教育背景: 美国佛罗里达大学电机系博士

工作经历:

中国台湾清华大学电机系/电子研究所教授

中国台湾实验室认证体系电性测试领域评鉴技术委员会委员

中国台湾实验室认证体系校正领域评鉴技术委员会委员兼副召集人

中国台湾实验室认证委员会委员

中国电机工程学会电机名词审议委员会委员

中国电机工程学会大学院校电机与信息相关系所学门评鉴委员

中国原子能委员会核能研究所科技顾问

中国台湾工业技术研究院电子工业研究所顾问

中国台湾工业技术研究院能源与资源研究所顾问

中山科学研究院顾问

联华电子股份有限公司顾问

复芯微电子专聘讲师

专精：

半导体组件物理; 半导体组件特性量测; 半导体组件电子杂讯分析; 功率半导体组件

曾经培训企业：

应用材料（中国）有限公司

英特尔产品（上海）有限公司

中芯国际集成电路制造有限公司

上海华虹NEC电子有限公司

上海先进半导体制造股份有限公司

上海宏力半导体制造有限公司

上海贝岭股份有限公司

杭州士兰集成电路有限公司

中纬积体电路（宁波）有限公司

首钢日电电子有限公司

安靠封装测试（上海）有限公司

星科金朋（上海）有限公司

威宇科技测试封装（上海）有限公司

上海松下半导体有限公司

上海凯虹电子有限公司

飞索半导体（苏州）有限公司

第2篇：硬件电路设计规范范文

关键词：ASIC；设计流程；数字集成电路

中图分类号：TN742 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 16-0028-02

进入21世纪以后，通信技术的发展与人民生活需求的不断增长，导致集成电路的需求出现井喷式的增长。集成电路分为专用集成电路和通用集成电路。相比通用集成电路，专用集成电路面向特定用户，品种多，批量少，需求设计和生产周期短，同时功耗更低，重量更轻，体积更小，性能更好，成本更低等优点。因此涌现出来一大批数字集成电路（简称ASIC）设计公司。其中，北京的微电子集成产业园和上海的张江微电子园集中了国内很多的芯片设计（简称IC设计）公司和国外顶尖IC设计公司驻中国研发部。而专用集成电路是现在集成电路设计的研究热点。包含有数字集成电路（简称ASIC）设计、模拟ASIC设计、数模混合ASIC设计、射频ASIC设计等类型。本论文研究集成电路中最为广泛的数字ASIC设计。ASIC设计过程总共分为5个阶段，分别为：项目策划、总体设计、详细设计与可测性设计、时序验证与版图设计、流片与整理。这5个阶段以文档的递交作为完成阶段性完成任务的分界点。本论文也将以此5个阶段为主线进行研究和讨论。

一、项目策划

在集成电路设计的第一个阶段是项目策划。这就需要开发团队在正式进入是实质性研发阶段之前，需要对该产品潜在的市场需求进行调研。根据调研的结果，做出可行性报告。将此可行性报告提交市场和研发部门进行论证，讨论该产品研发的正确性与否。如果可行，则写项目任务书，用以给出明确的产品性能的大致说明，项目进度、研发周期管理等的。

二、总体设计

第二阶段是总体设计。总体设计阶段的主要任务是：认真分析市场的需求，确定设计对象以及设计目标。在原先第一阶段给出的项目任务书的基础上，进一步充实芯片的功能确定，内外部性能的要求，芯片验收的参数指标。同时要积极组织各方面的人员论证各种实现可行的系统实现方案，选择最佳的实现方案，敲定最终的系统实现方案，以及加工工程，工艺水平。在系统实现方案完成之后，需要是使用仿真软件进行系统设计，并进行仿真，进行可行性验证。通过仿真结果，来初步估计产品的最终性能。这一阶段所做的工作，最终以系统规范化说明书为任务完成的标准。在系统规范化说明书中，主要包含有晶片面积的估计；．产品研发预算估计；初始的产品系统结构设计；风险分析；设立产品的目标、可行性和里程碑；设计路线和开发工具的选定。其中需要指出的是进行系统设计以及系统仿真的可行性分析。可行性分析是第二阶段最重要的一个环节，它是对该项目的利润模型、开发周期和风险性的分析。一方面，该ASIC开发项目的最终产品是替代目前的一个成功产品，则成本降低与功能增强是项目最突出的任务。另一方面，该ASIC开发项目旨在开辟新的市场或者替代目前尚未成功的产品，研发时间将是项目中首先关心的文图。由于项目的研发策略会对整个项目的结构设计、开发等产生巨大的影响，项目规划者需要根据项目的具体情况在正式研发阶段开始之前对项目的这些驱动因素进行归纳分析，以制定项目的研发策略。

三、详细设计与可测性设计

数字研发流程走到此，如果前面的任务全部走完，那么研发将进入实质性的开发阶段。这一个过程又拆分为如下的模块：

（一）顶层模块划分

顶层设计是一个富有创造性的阶段，在这个阶段，要定义产品的顶层架构。许多经典的工程折中问题都需要在这个阶段做出决定。产品的开销、设计的开销、产品上市时间、资源需求和风险之间的对比也是顶层结构设计过程中的一部分。这个阶段中的创造性思维对于产品的成功有着极大的影响。创造性可以体现在产品的创意、顶层架构设计创意和设计流程的创意等方面。这个阶段的工作主要由少数具有结构设计和系统设计才能的高级工程师参与。这一阶段的具体任务是：讨论几个顶层结构备选项；分析这几个顶层结构选项——需要考虑技术灵活性、资源需求及开发周期等；完成顶层结构设计说明；确定关键的模块(如果需要，这些模块可以尽早开始)；确定需要使用的第三方IP模块；选择开发组成员；确定新的工具；确定开发路线/流程；讨论风险；预估硅片面积、输入输出引脚、开销和功耗等。这个阶段需要递交的文档则是这个阶段需要递交的文档：结构设计文档与ASIC开发计划文档。在结构设计文档中，设计者需要清楚地描述电路板、软件和ASIC的划分。通常ASIC作为系统中的一个重要部分，它的功能需要在顶层结构设计说明中详细的描述。ASIC开发计划：这个计划必须经过项目管理人员的验收通过。同时，还需要完成设计线路描述文档。这个文档要再次定义项目开发中所需要的工具、技术和方法。

（二）模块级详细设计

模块级详细设计，顾名思义，则是将顶层结构合理地划分成一些更小的模块。各个小设计模块间需认真细致的合理划分。划分着需要确定功能功能，模块与模块之间的联系等等。为了明了给对方展示划分结果，ASIC的层次化结构一般以图示方式表示。

本阶段的任务分别为：将顶层架构分解成更小的模块；定义模块的功能和接口；回顾上一阶段完成的初始项目开发计划和顶层结构设计文档；风险进一步分析；开发规范(代码编写风格，开发环境的目录结构）；检查芯片设计规则(晶片温度，封装，引脚，供电等)；还需要做的工作是重新估计芯片的门数。本阶段输出的则是各个模块的设计文档，以及准确的项目研发计划。同时，从该阶段开始，需要设计人员将ASIC的生产商必须确定下来。项目管理者必须与ASIC生产商建立例会制度，在这些例会中需要讨论ASIC的结构和设计路线。因为ASIC生产商有他们的一套生产流程和他们自己的技术特点，设计也需要遵循他们的设计规则。以免设计走不必要的弯路，耽误设计进度。

（三）模块实现

模块设计阶段，则是以文档引导设计。主要任务为：模块及设计、编码、测试和综合；芯片级的测试环境设计、编码和测试；给出一个更准确的芯片面积估计。在这个阶段，编码的测试一般使用VCS或者是modelsim软件。代码综合使用的综合器包括Synopsys公司的DesignCompiler或者SynplifyPro，Candence公司的BuilderGates等。这个阶段输出所有的模块设计、代码和模块织的测试；初始的模块级综合；最终决定的芯片引脚。

（四）系统仿真，综合和版图设计前门级仿真阶段

该阶段的主要任务是：撰写系统测试文档；编写测试伪代码；进行RTL（硬件描述语言）级与门级仿真；记录跟踪问题的解决过程，如可能，使用错误自动报告系统进行错误的反馈和修改；检查芯片设计是否满足设计规范；开始撰写芯片的使用指南；自行编写综合脚本，进行设计综合(这个时候就需要掌握TCL脚本的简单写法)；依据芯片特性，大致画出芯片内模块摆放的方法成功地完成第这个阶段输出的条目如下：验收过的系统仿真；所有的RTL级仿真和门级仿真完成及测试报告；综合后的网表。

四、时序验证和版图设计

ASIC设计的第四部分是时序验证和版图设计。这个阶段是通过时序分析来指导版图设计。主要的流程如图1所示。

这个阶段需要多次进行预布局布线，从整个电路中提取出所有时序路径并计算信号沿在路径上的延迟传播，进而找出违背时序约束的错误(主要是SetupTime和HoldTime)，这些信息添加进入下一轮布局布线方案，尽最大可能的合理布局布线，通过一次次的仿真确定最终的版图信息，并将最终版布局布线之后的版图进行后仿真。这些工作进行完毕以后需要输出物理设计与设计验证两个文档。物理设计(PhysicalDesign)是VLSI设计中最消耗时间的一步.他的工作是将电路设计中的每一个元器件（包括电阻、电容、晶体管、电感等）以及这些元器件之间的连线转换成集成电路制造所需要的版图信。而在版图设

计完成以后，非常重要的一步工作是版图验证。版图验证主要包括有设计规则检查(DRC)，版图的电路提取(NE)，电学规则检查(ERC)和寄生参数提取(PE)。对版图进行布局与布线不仅不要丰富的专业知识，同时更需要很多模拟电子以及布线的经验。布局布线使用的工具一般为SocEncounter。SOCEncounter采用层次化设计功能将芯片分割成多个小块，以便单独进行设计，再重新进行组装。SOCEncounter首先读入RTL或门级网表，并快速构建可准确代表最终芯片（包括时序、布线、芯片大小，功耗和信号完整性）的芯片“虚拟原型”。通过使用物理虚拟原型功能，设计师可以快速验证物理可行性并在逻辑上进行必要更改。在布局布线的时候，需要首先指定IO，电源和地的布置，制定平面布置、插入时钟树等工作之后，才可以进行开始使用工具进行自动的布局布线。最后得到的布局布线的结果仍然需要手工调整，才可以得到合理的设计版图。

五、流片与整理阶段

数字集成电路设计的最后阶段为流片与整理阶段。在完成版图设计之后的仿真和综合之后，网表被送去生产。生产签字文档将作为设计者和生产厂商之间的ASIC生产签字的根据。这个文档清楚地描述了网表的版本号、ASIC生产商所需要的测试向量、质量意向和商业上的问题等。签字之前，ASIC生产厂商需要仔细检查设计者提供的网表文件、版图设计结果和测试向量。通常ASIC生产厂商要求测试向量在签字之前是经过仿真的，这是一个比较长的过程。在样片返回设计公司以后，仍然需要测试芯片；用错误报告数据库跟踪测试中出现的错误；分析失败的测试例；对ASIC中出现的错误进行定位；针对ASIC中出现的错误，确定在网表中的改动；评估芯片的工作电压范围和温度范围(环境测试)；进行与其他已有产品的互通性测试。确保生产的集成电路达到最初规定的性能与设计指标。

综上所述，由于底层工艺技术的不断变化，以及新工具厂商的出现，ASIC设计流程会出现一些流程上的调整，这个流程也不是一层不变。本论文所讲述的是现在各个IC设计公司通用的设计流程。

参考文献：

[1]我国数字频率合成芯片获突破性进展. /news_show.asp.

第3篇：硬件电路设计规范范文

关键词：消防水炮 驱动控制 喷射曲线 自动灭火

中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（a）-0001-04

自动消防水炮系统是近年来我们国家消防装备行业出现的新装备，它可以实现火灾的自动探测、自动定位和自动扑灭，该类设备的出现对于提高工矿企业及民用大空间建筑物抵御火灾的能力，保护其消防安全，确保人民生命财产安全起到至关重要的作用，真正实现了“建筑消防自动化”。

自动消防水炮的主要特点是在无人职守的场所，火灾探测报警后系统能够驱动消防水炮本体做水平方向和垂直方向两自由度的扫描运动，实现对着火点的空间定位，然后喷射水或泡沫液进行定点扑救灭火，真正做到“炮口打准、早期扑灭”的灭火目标，使火灾造成的损失减少到最低水平。消防水炮的驱动控制以及炮口出水落水点的控制是能否实现“打准”灭火目标的重要决定因素，因此该文就这方面给出了设计和实施方案，应用了此方案的自动消防水炮产品较好地实现了准确喷水灭火。

1 自动消防水炮驱动控制概述

如图1所示，本自动消防水炮通过水平方向和垂直方向上的两个驱动电机的作用可以控制水炮喷头实现两自由度的转动。机械运转伺服机构在火焰定位器的引导下实现炮口对着火点位置的定位。其运动过程简单叙述如下：水炮接到自动灭火指令后，启动水平方向电机，炮管沿水平方向旋转，遇到火源后停止，接着启动垂直方向电机，炮管沿竖直方向旋转，遇到火源后红外定位结束。再经过图像定位微调修正，最后根据炮口校正参量，自动调整炮口位置，打开水阀喷射灭火。

本文中消防炮水平转动角度0～360 °，根据保护区域现场可以调整；垂直转动角度0～135 °。两方向上分别安装霍尔零点开关，起限位保护作用。为适应近距离着火点的控制，炮口安装直流推杆电机，能够对出水状态进行水柱/水雾切换。

自动消防水炮安装在消防水路末端，前面分别装有水流指示器、电磁阀和手动阀，安装方式又分为倒装和正装两种，其安装图如图2和图3所示。受机械结构的限制，正装式自动消防水炮向下俯角范围达不到90 °，存在喷水盲区，所以一般推荐采用倒装方式，以实现自动消防水炮的最大保护范围。

2 驱动系统设计方案

2.1 消防水炮控制器

自动消防水炮控制器与消防水炮一对一配合使用，主要包括消防炮解码器、水平电机驱动器、垂直电机驱动器、开花电机驱动器和供电电源，其结构组成如图4所示。

作为自动消防水炮的控制核心，自动消防水炮解码器控制自动消防水炮按照要求完成一系列的动作。本消防水炮控制器设计采用MICROCHIP公司的8位单片机PIC18F4580作为MCU，并和其他辅助电路一起组成嵌入式系统。为增加系统的抗干扰能力，避免系统各模块之间的互扰，系统主要输出输入接口信号均采用光电隔离处理。控制器与现场手操盘之间采用RS485通信，保障现场手操盘作为消防水炮操作控制的最高优先级；控制器与火灾监控主机采用CAN总线通信，通信速率可高达1 Mbps，通信距离可达到10 km，传输电压在5 V到24 V之间，采用差分信号传输，抗干扰性能好。其硬件电路设计框图如图5所示。

2.2 执行器件选择和驱动控制

自动水炮水平方向上和竖直方向上的动力驱动采用直流伺服电机，输出力矩稳定，转动平稳，控制精确，控制精度高，具有停止刹车功能，惯性小。本系统选用24 V供电的120 W直流无刷伺服电机，驱动器选用普盛自控公司生产的专用驱动器，控制器和驱动器之间采用光电隔离。

水炮炮口直流推杆电机驱动选用摩托罗拉公司双高端开关器件MC33486，与外挂的两个低端功率MOSFET构成一个完整的H桥，图6为其控制电机正反转的电气原理图。芯片输出引脚GLS1、GLS2接至外挂的两个低端MOS管的门极，由输入引脚IN1、IN2的逻辑状态决定这两个开关管的通断，高端输出引脚OUT1、OUT2直接用来驱动负载电动机。

3 喷射落水点校正研究

炮口喷射出水曲线校正工作由消防炮控制器完成。炮口和着火点成直线瞄准定位，因重力等因素的影响，炮口水柱的出水曲线却是一个类似于抛物线的形状。以安装高度15 m为例，在炮口出水压力0.9 MPa的情况下，炮口出水落水点理论曲线和实际曲线如7所示。理论落水曲线是根据自动消防水炮安装高度和火焰定位后消防水炮炮口与竖直位置夹角，计算出来的自动消防水炮到火源的地平线上的直线距离。而实际落水曲线是在相同的安装高度下，测得的炮口与竖直方向上不同夹角的炮口出水曲线实际落水点。自动消防水炮出水曲线受内部水滴自身相互作用力、水流自身重力、空气阻力、外部风力等因素的影响，其受到的作用力非常复杂，炮口的出水轨迹数学建模非常困难，目前还没有成熟可用的模型。

火源定位后，若要自动消防水炮的落水点能够准确落在火源上，就需要根据火源点的远近即炮口与竖直方向上的夹角，进行炮口的校正。从图7可以看出，当炮口与竖直方向的夹角大于40 °时，需要炮口上行一定角度进行校正，夹角越大上行角度越大。从图中计算出一组炮口校正数据，根据这组数据利用Matlab工具进行最小二乘法拟合，可以得出一条拟合曲线如图8所示。根据拟合得到的曲线得到一组校正数据，在实际中可以根据这组数据进行校正。

在实际应用中，自动消防水炮的出水压力在不同的工程中有所不同，安装高度也会有变化。可以在实验室的条件下把不同条件下的校正曲线采用试验的方法得出。《固定消防炮灭火系统设计规范》中所规定的水利计算公式如下：

消防水炮的射程可以按照下式确定：

可以根据水利计算公式①、②确定校正曲线。

经在室内大空间灭火测试证明，在炮口出水压力恒定情况下，校正后的自动消防水炮喷射落水点在火源1米范围之内，灭火效果较好。

4 结语

本文阐述的自动消防水炮驱动控制方案及炮口喷射落水点校正措施已成功用于某大空间智能消防水炮灭火系统。经试验证实，在室内水炮供水压力恒定条件下，自动水炮有较好的灭火效果，但在室外受风等不确定因素的影响，喷水“打准”的效果一般，需要在这方面进行更深入的研究。

参考文献

[1] GB25204-2010自动跟踪定位射流灭火系统[S].

[2] GB50338-2003固定消防炮灭火系统设计规范[S].

[3] 喻兴隆，邓成中.自动消防炮驱动系统的设计[J].消防科学与技术，2010，29（6）：510-512.

第4篇：硬件电路设计规范范文

Prime 750 Titanium的颜值非常高，它以黑色为主色调，搭配银色作为点缀，左右两侧留有梯形造型的下凹和开孔，不仅让电源的外观看上去更加硬朗，同时也可以起到增强通风散热的作用。海韵的Prime系列属于旗舰级定位，做工用料自然在同样额定功率的产品中处于顶级位置。Prime 750 Titanium通过了80Plus钛金认证，额定功率为750W，采用全模组线材设计，电源尺寸为170×150×86mm，属于加长型ATX电源，根据厂商的承诺，该款产品可享受长达10年的质保服务。

Prime 750 Titanium采用单路+12V输出设计，额定功率为750W，其中+12V输出最高可达16A/744W；+5V与+3.3V最高均可达到20A电流的水平，两路联合输出则为最高100W功率；+5V待机则可输出3A的电流，相当于15W功率，以M足日益增长的USB接口供电需求。Prime 750 Titanium采用了13.5cm尺寸静音散热风扇，支持Hybrid温控模式，可实现温度与散热效果之间最佳的平衡。

Prime 750 Titanium为全模组线材设计，随电源附带的模组线材共有13根，可提供1个24pin主供电接口、2个4+4pin CPU供电接口、4个6+2pin PCI-E供电接口、10个SATA供电接口、5个D型4pin供电接口以及1个软驱供电接口。此外，电源还提供有用于理线的扎带，以便于玩家整理机箱内部的线缆。

打开电源的外壳，可以看到Prime 750 Titanium的散热风扇是来自鸿华的产品，型号HA13525M12F-Z，12V/0.36A，属于FDB液态轴承风扇，一般来说，在噪音控制上会有不错的表现。在电路设计上，Prime 750 Titanium采用主动式PFC+全桥谐振+同步整流+DC to DC架构，全日系电容设计，用料充足且做工扎实，内部的绝缘保护以及EMI防护都做得很到位。

电源在AC输入插座后方设置有EMI电路，并且加上了金属屏蔽罩，这是海韵近期惯用的做法，不过，由于屏蔽罩的原因我们无法确定里面的具体用料，只能从缝隙位置看到其中至少拥有1个X电容和1对Y电容，保险管也是安装在屏蔽罩里面。而在主PCB上的EMI器件则共计有2个共模电感、1个X电容与2对Y电容，保护器件上可以看到有MOV和NTC，前者位于输入插头的后方，后者的位置则是在两个主电容的旁边，配置有独立的继电器。

Prime 750 Titanium采用全桥谐振架构打造，2个整流桥共用1个散热片，型号为LVB2560，规格为600V/25A，余量比较讲究。电源的2枚PFC管是英飞凌IPP50R140CP，规格为550V/15A@100℃/0.140Ω，PFC二极管则是ROHM的SCS110AG碳化硅肖特基二极管，规格为600V/10A。两部分的管子都使用了独立的驱动变压器，可以有效减少损耗。另外，全桥谐振的四枚主开关管则为英飞凌IPP50R199CP，规格为550V/11A@100℃/0.199Ω，共用1块铝制散热片。

Prime 750 Titanium的+12V同步整流电路布置在主PCB底部，配置有4颗MosFET，均为飞兆半导体的FDMS015N04B，基本规格为40V/100A/1.5mΩ。+5V与+3.3V采用DC to DC设计，由于散热片遮挡的原因看不到元件的具体型号。可以看到，模组接口配置有大量FPCAP固态电容进行输出滤波，24pin主供电接口还使用了两颗NCC电解电容进行单独滤波，用料很扎实。

Prime 750 Titanium是一款80Plus钛金牌认证电源，它在115Vac输入的环境下，转换效率最高可以超过94%，而在230Vac的输入环境则可以超过95%，平均转换效率在94%以上。值得一提的是，海韵Prime 750 Titanium在低负载环境下的转换效率也有很好的表现，输出功率为30W时转换效率已经接近85%，输出75W时转换效率已经超过91%，表现十分出色。

Prime 750 Titanium支持ECO温控模式，且用户可以根据使用需求自行选择手动开启。开启ECO模式后，电源在负载较低或者内部温度较低的情况下，可控制散热风扇停止转动。测试中，我们拿到的这款Prime 750 Titanium需要在输出功率达到375W（即半载的情况下）才开始转动风扇，起步转速在470RPM左右，满载时风扇转速则维持在530RPM左右，噪音很低。

而关闭ECO模式后，电源风扇不再支持低温低负载停转，而是保持长期运作的状态。风扇会以450RPM为起步转速，随着输出功率和内部温度的提升而逐渐增加，满载时风扇转速同样是维持在530RPM左右。 从这样的表现来看，Prime 750 Titanium的风扇噪音即便是在常规模式下也是极低的，对于比较在意散热效能的玩家来说，完全可以选择关闭ECO模式 。

空载纯待机是指电源接通AC而不开机的状态，按Intel ATX12V 2.31规范中的推荐值，5Vsb在100mA/250mA/1A的负载下转换效率应该高于50%、60%、70%，待机空载小于1W。从我们v1.01版本测试体系开始增加了2档待机电流测试，现在已经扩展到3A。

Prime 750 Titanium的三组主电压输出偏离情况：+12V、+5V和+3.3V分别为2.13%、0.7%和0.79%，负载调整率为0.05%、0.10%和0.03%。可以看出，Prime 750 Titanium的输出电压是非常稳定的，而且三路输出都符合相应的规范要求，唯一能挑剔的只有+12V输出电压略微偏高，以海韵的实力完全可以将其控制得更接近标准的+12V。

纹波和噪声是电源直流输出中夹杂的交流成分，如果用示波器观察，就会看到电压上下轻微波动，像水波纹一样，所以称之为纹波。按照Intel ATX12V 2.3.1规定，+12V、+5V、+3.3V的输出纹波与噪声的Vp-p（峰-峰值）分别不得超过120mV、50mV和50mV。过高的纹波会干扰数字电路，影响电路工作的稳定性。

我们使用数字示波器在20MHz模拟带宽下按照Intel规范给治具板测量点处并接去耦电容，对电源进行满载纹波的测量。示波器截图分为低频下和电源开关频率下的波形，低频下的纹波峰峰值作为打分基准，开关频率下的纹波波形及测量值作为参考。Prime 750 Titanium在满载时的+12V、+5V、+3.3V低频纹波为25mV、18mV和14mV，相当优秀的表现，值得称赞。

交叉载测试项目我们按照Intel ATX12V 2.3和SSI EPS12V 2.92电源设计指导的要求，制定出650W电源交叉负载图表。值得注意的是，我们并非原封照搬设计规范，而只选择其中比较有实际意义的4个测试点，分别是交叉负载框里的左下、左上、右上和右下角四个点。这四个点的意义分别为：左下角（A点）：整机最小负载；左上角（B点）：辅路最大负载、12V最小负载，例如多个机械硬盘同时启动的情况；右上角（C点）：辅路最大负载、整机满载；右下角（D点）：12V最大负载、辅路最小负载，例如使用单个固态硬盘运行3D游戏的情况；测试点的X坐标表示总的+12V的输出功率，Y坐标表示+5V和+3.3V的输出功率之和。

交叉负载的测试与前面的均匀负载测试的评判标准一致，电压偏离额定值越少越好，除-12V之外各路偏离率允许的值都为±5%。Prime 750 Titanium在本项测试中表现很不错，电压的稳定性很好，在各个测试点变化都不大，然而稍稍偏高的+12V输出电压对本项测试的得分有一定的影响，因此我们建议海韵还是尽量把+12V的电压设置得更接近标准值。

掉电保持时间（Hold-up Time）是指电源掉电之后电压输出值跌出范围允许的5%的时间，我们测量的是+12V、+5V和Power-OK（Power-Good）信号的保持时间。SSI EPS12V 2.92服务器电源设计指导中对输出电压保持时间的要求是电源在75%的负载下保持时间应该大于18ms，而Power-OK信号的保持时间要求是大于17ms。

掉电保持时间如此受关注，是因为其很大程度上关系到硬件的寿命，Power-OK保持17ms意味着面临17ms以内的掉电情况时电脑能持续运行而不出现关机、重启的状况，而各路电压保持18ms或者更长的时间，是为了在掉电发生时各个硬件能够做出应急处理，比如机械硬盘的磁头归位、SSD的掉电保护。

按照评测要求，电源的+12V和+5V保持时间应该等于或者大于18ms，PG保持时间应该等于或者大于17ms。Prime 750 Titanium电源有着非常充裕的保持时间，+12V的保持时间达到了47.2ms，+5V则达到了50ms的水平，PG保持时间同样出色为45.6ms，其整体表现可以拿到满分。

第5篇：硬件电路设计规范范文

关键词： 太阳能供电； 充放电控制器； 防雷器； GSM短信开关

中图分类号： TN98 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）14?0156?04

Research on wireless sensing device of solar?energy power supply system

SONG Li?qing， LIU Chong， ZHANG Zhi?xin， LIANG Bang?wei， LIU Yang， LI Yi?hui

（School of Mechanical Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China）

Abstract： In order to be able to achieve uninterrupted power supply for the wireless sensor device on the seamless rail， a method of solar uninterrupted power supply system is introduced in detail. Taking the charging and discharging controller as the core of this system and the maintenance?free lead?acid battery as backup power， the design of the uninterrupted power supply system for the wireless sensing device was realized. In the completion process of system design， the impact of lightning strikes and remote voltage monitoring of wireless sensor were also fully considered. Therefore， the lightning?proof surge protection module and the GSM SMS switch are added to improve the safety and reliability of the system. The field testing results that the battery can continuously work for 7 days in rainy weather. This system has the characteristics of safety， reliability， lightning protection， remote monitoring and so on.

Keywords： solar energy power supply； charge and discharge controller； lightning arrester； GSM SMS switch

无线传感装置被安装在野外的铁路钢轨上，它利用传感器获取钢轨信息，通过无线通信将获取的感知信息传送给远端的监控终端，可以及时地对铁路的安全进行监测、预警等。在无线传感装置中，电源是整个系统的重要组成部分。目前，无线传感器多采用传统的化学电池供电，使用寿命有限。在野外环境下，无法期望对多个监测节点进行频繁的电池更换操作，考虑到我国的许多地区太阳光照充分，若利用太阳能对无线传感装置供电则不失为一种较好的选择[1]。

太阳能是一种取之不尽，用之不竭的资源，并且是一种绿色节能环保的新能源。利用太阳能可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失，安装简单，维护方便，适合于无人值守情况下使用。本文设计的太阳能供电系统可为安装在无缝钢轨上的无线传感装置提供安全、可靠、稳定的低电压输出，从而保证无线传感装置在持续长久作业时的稳定性，克服了铁路现场供电困难的问题。太阳能供电系统不仅解决了野外长时间无人监护的网络节点供电问题而且还具有供电持久环保节能和便于维护等优点，具有良好的应用前景。

1 供电系统简介

由于太阳能电池板的输出电压不稳定，传统的太阳能供电系统往往因为蓄电池充放电管理不合理导致蓄电池使用寿命大大缩短，且太阳能供电系统安装在户外，容易在雷雨天气遭遇雷电干扰而使整个系统发生故障。无线传感装置安装在钢轨上，工作人员无法长期在现场对其进行看护，当传感装置工作出现异常时，不能够及时有效地对其供电单元进行故障分析和判断，这就急需一种能够有效对其进行远程控制的装置来获取供电系统的运转状况。

本文提出了一种基于太阳能的无线装置的太阳能供电系统。主要由太阳能电池板，蓄电池，充放电控制器，防雷器和GSM短信开关五部分组成。该系统能够自动管理蓄电池的充电过程并进行有效的能量储存，通过对电池电压的监测避免蓄电池过度放电以达到延长蓄电池寿命的目的。太阳能供电系统的核心单元是充放电控制器，它不仅能够根据太阳光照射的条件来完成太阳能供电到蓄电池的控制，对蓄电池的过充和过放进行保护，并且能够输出稳定的电压给负载[2]。防雷模块的使用可以抗击雷电的干扰从而对整个系统进行保护，保证了供电系统的安全稳定性[3]。GSM短信开关的安装可有效解决传感装置工作出现异常时对其进行重新上电或断电来实现复位重启。通过发送不同功能指令的短信到GSM短信开关卡，既能够查询当前蓄电池的电压状况，又能够实现对传感装置进行远程重新上电或断电功能，同时，当供电系统出现异常时，短信开关又能够及时地向绑定的手机号码发送报警功能。

2 太阳能供电系统总体设计

太阳能供电系统的整体设计思路，首先要考虑系统总功耗来选取合适的蓄电池，然后根据蓄电池的容量确定太阳能电池板，最后根据太阳能电池板和蓄电池的充电电压、充电电流等参数选择合适的充放电控制器。基本供电系统搭建以后，再综合传感装置的工作环境等因素，加入防雷模块以及短信开关控制，使系统更加完善可靠。根据传感装置的实际供电需求，搭建的太阳能供电系统如图1所示。

图1 太阳能供电系统结构图

2.1 供电模块选取

系统供电模块包括太阳能电池板和蓄电池，二者的选取应满足无线传感装置不间断工作的需求。

2.1.1 蓄电池的选取

太阳能供电系统的储能装置主要是蓄电池，与太阳能电池板配套使用的蓄电池通常工作在浮充状态下，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的电能量比用电负载所需的电能量大得多。同时，蓄电池放在室外，在严冬和酷暑环境下受环境温度的影响较大。因此，要求蓄电池不仅有较好的深循环能力，以及很好的过充和过放能力，而且能够适用不同的环境要求，维护简单，使用寿命长。目前国内被广泛使用的太阳能蓄电池主要有：铅酸免维护蓄电池和胶体蓄电池。因为它们固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点，很适用于性能可靠的太阳能供电系统，特别是无人值守的工作站[4]。从价格低廉角度考虑，本系统最终选用铅酸免维护电池。

无线传感装置对钢轨必须进行全天24小时无间断安全监测，且必须考虑到至少7天阴雨连天以及夜晚无日照情况下能够正常工作。综合多种因素，来选取满足容量要求的蓄电池。

钢轨安全监测所需的一套测量传感装置包括4个传感节点（加速度传感节点，动态应变传感节点，静态应变传感节点，静态温度传感节点），当列车未经过钢轨时传感节点处于低功耗模式，工作电流大约为0.13 A；列车经过时，传感节点全部进入工作模式，工作电流最大约为0.25 A。每天大约经过60次列车，节点每次进行数据采集传输所需时间大约为60 s，所以一套传感节点在一天之内的功耗大约为3.24 A・h。

铅酸蓄电池的容量计算公式如下：

[Bc=QlTlKtDdKs] （1）

式中：[Bc]为铅酸蓄电池的容量；[Ql]为传感节点的日均耗电量，取值为3.24 A・h；[Tl]为最长连续阴雨天数，取值为7天；[Kt]为铅酸蓄电池温度修正系数，一般0 ℃以上为1，0 ℃以下为1.1，取[Kt]=1；[Dd]为铅酸蓄电池放电深度，一般为0.75；[Ks]为安全系数，取[Ks]=1.25。由式（1）计算得到蓄电池容量[Bc]=23.389 A・h，根据通信电源相关工程设计规范以及蓄电池常用规格，本系统最终选择12 V 38 A・H的铅酸蓄电池给无线传感装置供电。

2.1.2 太阳能电池板的选取[5]

选择太阳能电池板的决定因素在于光伏发电系统所需要的功率，另外蓄电池性能和转换电路的损耗等对选取电池板也有一定的影响。根据无线传感装置的工作状况和蓄电池的充电需求，选取所需功率的太阳能电池板。太阳能电池板的功率可由下列公式计算得出：

[Ps=P1T1V1・VsTsη×Ks] （2）

式中，[Ps]为所要计算的太阳能电池板的功率；[P1]为负载最大功率，本文中一套节点的功耗[P1]=12 V×0.25 A=3 W；T1为负载一天所需要工作的时间，取T1=24 h；V1为负载的工作电压，取V1=12 V；Vs为太阳能电池板的平均充电电压，取Vs=14 V；Ts为太阳能电池板每天可以正常工作的时间，北方一般为4～5 h，取Ts=4 h；η为太阳能电池板的充电效率，一般为60%～70%，取η=60%；Ks为保险系数，一般为1.1～1.4，取Ks=1.3。由式（2）计算得到Ps=43 W。由计算可知，太阳能电池板所需功率大约为43 W时才能保证一套无线传感装置的正常工作，实际应用中应留有设计余量。目前常用的太阳能板主要有单晶和多晶电池板两种，同功率的单晶电池板价格要比同功率的多晶板高些，考虑设计成本及太阳能电池板功率规格，本文选用12 V 65 W多晶硅太阳能电池板，其最大工作电压17.6 V，开路电压21.8 V，最大工作电流3.7 A，短路电流4.11 A。

2.2 充放电控制器

一般太阳能电池板输出电压不稳定，不能直接应用于负载，而控制器在这个过程中起着枢纽作用，其性能的好坏将会直接影响充电效果和输出负载电压的稳定性。控制器控制太阳能电池板对蓄电池的充电，为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。基于以上设计要求并结合太阳能电池板和蓄电池参数，本系统采用PWM（Pulse Width Modulation）调制方法控制对蓄电池充放电的控制器，该控制器具有温度补偿，过充、过放、负载短路、过载保护等功能，极大的延长蓄电池的使用寿命，保证整个系统的正常工作[6]。其性能参数如表1所示。

表1 充放电控制器性能参数

所选用的充放电控制器在实际应用中具体工作过程如下：

有阳光照射时，如果蓄电池发生过充动作（蓄电池电压超过保护值14.4 V），控制器则会自动断开对蓄电池的充电电路，以防止因过充对蓄电池造成的损害；当电压下降到13.8 V时，太阳能控制器将会重新启动充电电路，从而对蓄电池进行保护。阴雨无光照时，蓄电池对负载供电，同样也要检测蓄电池两端电压，当电压到达设定的最低放电电压10.8 V时，控制器会自动切断负载来保护电池不被过放电。当太阳能极板对蓄电池的充电达到控制器设定值（恢复电压12.2 V）时，负载才会被再次接通。经过多次试验证明，设计中采用充放电控制器，延长了蓄电池的使用寿命，能够为负载提供稳定的输出电压。

2.3 防雷模块设计

无线传感装置安装在户外进行数据传输通信，雷击会给通信设备及其供电系统造成危害， 导致设备故障，通信中断甚至设备烧毁，酿成严重事故。为减少雷击浪涌造成的损失， 供电系统必须进行雷击浪涌保护设计，如图1所示供电系统中加入两级防雷设备来降低雷电对无线传感装置的损伤。在电路设计中，防雷保护电路图如图2所示，主要由三种元器件组成：陶瓷气体放电管（GDT），聚合物正温度系数热敏电阻（PPTC），瞬态电压抑制器（TVS）。

图2 防雷模块电路原理图

当几百伏到一千多伏脉冲击穿电压加载到图2所示输入端时，陶瓷气体放电管内（G1、G2）气体电离，放电管导通，冲击电流被泄放到大地，作为一级保护电路[7]。PPTC在正常情况下阻值很低，当通过其电流急剧增大，电路出现异常时，器件的温度会在瞬间急剧上升迅速产生很高的阻抗，限制异常电流通过，作为二级保护电路。TVS二极管（TVS1，TVS2，TVS3）在承受瞬间高能量脉冲时，能在ns级时间内由原来的高阻抗状态变为低阻抗，并把输出端电压箝制到特定的水平，用作电路的三级保护[8]。实验中使用雷击浪涌发生器SKS?0510，浪涌极性分正负极，对防雷模块进行共模雷击浪涌模拟测试，将12 V电源经防雷模块加载到负载电路（负载电路为发光LED灯）。元器件GDT，PPTC，TVS和LED灯的实验数据如表2所示。

实验分析：所选用的GDT、PPTC、TVS能够有效的抵挡2 200 V的浪涌干扰，因此，该防雷电路是有效的。

2.4 GSM短信开关

太阳能供电系统应用在铁路沿线且远离监控中心，操作人员在监控中心无法及时了解和掌控无线传感装置的供电和工作状况。且GSM短信通信具有成本低、可扩展性强等优点，受到了广泛关注，因此在供电系统中引入了GSM短信开关[9]。本文选用GSM模块和单片机为核心的远程控制器，用户通过发送短信的方式遥控千里之外的远程开关，时刻查询蓄电池电压，并可对负载进行断电或重启，以及供电异常时向手机绑定用户发送报警信息[10]。选用的GSM短信开关输入电压为12 V，最大工作电流只有0.3 A，内部包含两个常闭继电器，触点最大切换电压30 V，最大切换电流10 A。实际使用过程中，一个继电器一端连接12 V的输入电压，另一端接负载（无线传感装置）。用户可通过开关配置助手进行设置绑定手机号码和操控密码如图3所示。

表2 雷击浪涌共模测试结果

图3 短信开关配置助手

实际应用中当短信开关重新上电时，会自动向绑定手机号码发送消息，返回蓄电池当前电压值；短信开关若接收到用户命令，会根据其格式及密码来判断是否为有效命令，执行相应的操作后返回一条消息告知用户当前执行的结果。同时，短信开关通过每分钟模块运行状态自动查询来及时处理死机状态。若发现死机，单片机会自动重启模块供电部分；当GSM模块无法连接网络或者网络信号比较差时，单片机也会自动重启模块供电部分，使得模块重新运行和连接网络。

通过在铁路现场应用GSM短信开关，实现了操作人员在监控中心对负载供电实现远程操控的需求，操作简单方便，可随时查询蓄电池电压，对负载进行断电或重启，以及供电异常时向手机绑定用户发送报警信息。

3 供电系统测试与结果

实验设备包括两块并联的太阳能电池板（12 V 65 W）、蓄电池（12 V 38 A・h）、充放电控制器、防雷模块、GSM短信开关、GSM天线、负载（无线传感装置）、数字万用表及若干导线。按照供电系统的原理图搭建如图4所示测试环境。

图4 太阳能供电系统

测试过程：

（1） 天气晴朗阳光充足，蓄电池初始电压10.1 V，即放空状态情况下，测试充满蓄电池的时间。所得实验数据如表3所示。

表3 蓄电池充电数据表

（2） 用黑色布遮住太阳能板，模拟连续阴雨天气，测试负载持续工作时间，所得实验数据如表4所示。

表4 负载持续工作时间表

（3） 测试小结

太阳能供电系统基本上能够实现设计的要求和功能，在历时6 h左右基本达到蓄电池满充状态，并且能够在阴雨天气一周内保证无线传感装置的正常工作。

4 结 语

目前，研究的太阳能供电系统已应用于某线路无缝钢轨上的无线传感装置，经过长期实验测试，该系统能够在连续阴雨天气内给负载提供稳定的电压，通过手机短信随时随地获取蓄电池电量，同时能够应对雷雨天气，保障系统安全正常可靠的运行。

参考文献

[1] 王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京：化学出版社，2005.

[2] 冯大伟，张明明.太阳能?蓄电池供电系统在无人值守环境监测站的设计与实现[J].黑龙江环境通报，2010，34（3）：28?29.

[3] 周洪伟，罗建，吴英杰，等.低电压太阳能供电系统设计[J].电子测量技术，2011（2）：18?21.

[4] 高云.太阳能充电控制器研究[D].北京：北京交通大学，2009.

[5] 李以辉.分布式钢轨应力无线监测系统硬件研究[D].大连：大连理工大学，2013.

[6] 王建文，丁嘉.智能型太阳能充电控制器[J].中小企业管理与科技，2011（7）：291?292.

[7] 范大祥.电子通讯设备的雷击浪涌保护设计[J].质量与可靠性，2011（1）：25?29.

[8] 贺胜民，钱立国.一种防雷击浪用的开关电源电路设计[J].电源技术应用，2009，12（10）：28?30.