EDA技術(shù)在“通信電路原理”教學(xué)中的應(yīng)用探討

重慶交通大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 張生軍 王宏剛 吳世勛

EDA技術(shù)在“通信電路原理”教學(xué)中的應(yīng)用探討

重慶交通大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 張生軍 王宏剛 吳世勛

“通信電路原理”課程作為電子類專業(yè)的專業(yè)課，不僅需要學(xué)生掌握模電、數(shù)電等電路的基礎(chǔ)知識(shí)，還需要掌握通信系統(tǒng)的基本知識(shí)。在教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)不少電子專業(yè)學(xué)生，由于缺乏通信系統(tǒng)知識(shí)，這給通信電路原理課程的教學(xué)帶來(lái)了不少困難。通過(guò)多年實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)電子設(shè)計(jì)（EDA,Electronic Design Automation）技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合電路設(shè)計(jì)、信號(hào)分析等技術(shù)，有助于學(xué)生更好的學(xué)習(xí)和理解高頻通信電路原理。

EDA 通信電路 輔助教學(xué)

一、概述

EDA作為一種輔助電子設(shè)計(jì)技術(shù)，不僅可以用于常見(jiàn)的電路圖繪制和pcb版生成，而且它可以進(jìn)行電路輔助仿真，這為電路設(shè)計(jì)提供了更直觀和便攜方式。EDA 技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科，具體包括芯片級(jí)EDA、電路級(jí)EDA、PCB設(shè)計(jì)EDA集成電路（IC）得到廣泛應(yīng)用，大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一般都是通過(guò)EDA工具實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)到定型的仿真分析和設(shè)計(jì)。對(duì)于通信電路原理的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，通過(guò)EDA工具不僅可以分析諸如濾波器、高頻信號(hào)放大器、正弦波振蕩器、頻率變換電路、調(diào)制與解調(diào)電路、鎖相環(huán)路與頻率合成等基本電路，而且可以通過(guò)對(duì)各種參數(shù)的修改和調(diào)整來(lái)查看各個(gè)電路的輸入輸出變換情況，從而更直觀地學(xué)習(xí)電路的不同特性。

本文以本課程為例，通過(guò)對(duì)課程特點(diǎn)的分析、EDA技術(shù)特點(diǎn)的簡(jiǎn)介和EDA在電路教學(xué)中的應(yīng)用幾個(gè)部分，介紹在本課程教學(xué)中，如何更好地利用EDA技術(shù)將在一定程度上提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和有效性。

二、課程特點(diǎn)分析

本課程目的是通過(guò)課堂講授、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課外作業(yè)使學(xué)生掌握通信系統(tǒng)中將基帶信號(hào)變換成射頻信號(hào)及其反變換過(guò)程中所需要的主要功能電路的工作原理、分析方法和典型電路，包括濾波器、高頻率小信號(hào)放大器和功率放大器、正弦波振蕩器、頻率變換電路、調(diào)制與解調(diào)電路、鎖相環(huán)路與頻率合成等。

在教學(xué)組織形式方面，采用適合突出學(xué)生主體性的課堂教學(xué)組織形式，促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)。利用啟發(fā)式教學(xué)，在講課時(shí)注意先提出問(wèn)題，如信號(hào)傳輸中為什么要調(diào)制，接收機(jī)中為什么要混頻，給學(xué)生一個(gè)思考過(guò)程再往下講。在學(xué)風(fēng)好的班級(jí)對(duì)有些章節(jié)以學(xué)生自學(xué)為主，教師重點(diǎn)講授為輔。以寢室為單位協(xié)同學(xué)習(xí)，組織專題討論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

三、EDA通信電路仿真

對(duì)于通信電路來(lái)講，通常都具備高頻、高速的特點(diǎn)，這些電路不宜直接觀察到某個(gè)時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)。然而通過(guò)使用EDA通信電路仿真工具，我們可以從時(shí)間域、頻率域等對(duì)電路中不同器件的電壓、電流、增益等屬性進(jìn)行記錄和分析，這將有助于電路的設(shè)計(jì)和性能分析，對(duì)于通信電路的學(xué)習(xí)有較大幫助。

通常來(lái)講，通信電路仿真分析主要有以下幾個(gè)方面：時(shí)域分析Time Domain(Transient)/瞬態(tài)分析法，該分析主要用于研究電壓、電流隨時(shí)間的變化的情況，掃描變量是時(shí)間，在分析中需要設(shè)定起始時(shí)間、截止時(shí)間、步長(zhǎng)等疾病信息，在動(dòng)態(tài)電路的過(guò)渡過(guò)程、正弦穩(wěn)態(tài)、非正弦周期電流電路分析時(shí)常常使用這種方法。交流掃描法，在采用VAC（交流電壓源，以頻率為變量）的電路中，我們可以采用這種電路分析方法，以信號(hào)頻率為掃描變量，用于分析電路的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)、轉(zhuǎn)移函數(shù)等屬性。

四、EDA在電路教學(xué)中的應(yīng)用

我們以通信電路中的LC濾波器為例說(shuō)明EDA在輔助教學(xué)中的應(yīng)用。在通信系統(tǒng)中，濾波用于在信號(hào)中選擇某些頻率分量通過(guò)或者阻止某些頻率分量通過(guò)。

從頻率特性看，濾波器主要包括幅頻、相頻特性。通常用于描述的主要參數(shù)包括：輸入、輸出阻抗，中心頻率（帶通）、3dB帶寬、帶內(nèi)衰減、帶內(nèi)不平度、帶外衰減、群延時(shí)等。教材中常用的濾波器主要參數(shù)講解幅頻圖，雖然可以表明低通濾波器各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系和某些關(guān)鍵值得定義，但是對(duì)于剛接觸該門(mén)課程的同學(xué)來(lái)講還是會(huì)感覺(jué)比較抽象。如果我們通過(guò)EDA構(gòu)造一個(gè)LC濾波器，并通過(guò)時(shí)域分析法分別查看電路圖中各點(diǎn)各處的電壓變化情況，同樣，我們可以采用交流掃描分析方法，可獲得電路的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)、轉(zhuǎn)移函數(shù)等相應(yīng)曲線。通過(guò)這種方式，學(xué)生可以更直觀的了解LC諧振電路的頻率響應(yīng)特性，從而進(jìn)一步了解濾波器的濾波原理。

通過(guò)與傳統(tǒng)通信電路原理學(xué)習(xí)方法相比，采用EDA方式教學(xué)，不僅有助于講課過(guò)程中通信電路基本單元的教學(xué)，給學(xué)生以動(dòng)態(tài)的方式實(shí)時(shí)展示各個(gè)電路的特征和屬性；而且通過(guò)EDA工具學(xué)生可以在課后以更簡(jiǎn)便的方式進(jìn)行知識(shí)的擴(kuò)展，通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)存在的問(wèn)題進(jìn)行EDA仿真，可以輔助知識(shí)的理解和電路的設(shè)計(jì)。

通過(guò)本篇論文的簡(jiǎn)述，我們了解了EDA技術(shù)作為通信電路的輔助教學(xué)手段在“通信電路原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用。EDA不僅有利于快速驗(yàn)證常用基本電路的各項(xiàng)指標(biāo)屬性，也有利于初學(xué)者快速理解基本通信電路原理。因此，在“通信電路原理”教學(xué)中使用EDA有其必要性和合理性，值得在學(xué)生和教師中推廣。

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ISSN2095-6711/Z01-2015-04-0153