Introducci³n al Dise±o de Circuitos Electr³ al Disenio...  2017-11-07  ECUALIZADOR Buffer +

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  • Ing. Fabin Acquaticci

    Facultad de IngenieraUniversidad de Buenos AiresDepartamento de Electrnica

    2016

    Introduccin al Diseo de Circuitos Electrnicos

  • Etapas del Proceso de DesarrolloR D Q P M AIT PC C - S

    R: RequerimientosD: DiseoQ: Calificacin o validacin del diseo (mixto por anlisis,

    simulacin y ensayo de prototipos)P: Procuramiento (Compras y contrataciones)M: Manufactura (decisin de hacer o comprar componentes,

    mdulos, sub-sistemas, etc.)AIT: Integracin, Ensamblado, y Pruebas Funcionales y

    AmbientalesPC: Pre-Commissioning (Pruebas finales)C: Commissioning (Puesta en Marcha)S: Start Up (Arranque. Aceptacin final)

  • Rendimiento

    Costo

    Tiempo

    Consideraciones crticas de diseo

  • Proceso general de diseo

    Diseo conceptual

    Diseo circuital

    Integracin

  • Diseo Conceptual Comprensin del problema a resolver

    Anlisis de los requerimientos del usuario

    Definicin de los requerimientos tcnicos

    Definicin de las especificaciones funcionales y de diseo

    Relevamiento de soluciones existentes

    Propuestas de alternativas de diseo

    Eleccin ponderada de una solucin

  • Diseo Top-Down

    Diseo Conceptual

  • Diagramas en Bloques

    ECUALIZADOR

    Buffer + amplificador x10

    Buffer + proteccin de entrada

    Primer mezclador

    Control de tonos (Treble)

    Control de tonos (Bass)

    Detector de sobrecarga

    Red de resistencias

    Filtro sintonizado 1 Filtro sintonizado 2 Filtro sintonizado 11...

    Amplificador sumador

    Segundo mezclador

    Amplificador inversor

    Fuente de alimentacin

    Circuito de silenciamiento

    (muting)

    Entrada balanceada

    Entrada no balanceada

    Salida no invertida

    Salida invertida

  • h

    w

    Id

    Vds

    Diseo a nivel de circuito

    Explorar posibles topologas circuitales Calcular los componentes de los circuitos

    individuales Investigar y seleccionar los componentes Calificacin del diseo mediante anlisis,

    simulaciones y ensayo de prototipos Decisin de construir o comprar a nivel de

    componentes, mdulos, susbsistemas, etc. Determinar si las especificaciones del circuito

    son alcanzables Verificar el desempeo del sistema

  • Integracin

    Visin de conjunto (interacciones) Combinar circuitos individuales Consideraciones mcanicas, trmicas y elctricas Definicin de mdulos Diseo de PCB`s (es un componente ms del sistema) Validacin Problemas:

    Rediseo del sistema o del circuito Modificar las especificaciones del sistema Redefinir el proyecto

  • Integracin Condicionantes de diseo elctrico:

    Requerimientos funcionales Seguridad elctrica Compatibilidad electromagntica Elementos y caminos crticos, anlisis de fallos (FMECA)

    Condicionantes de diseo mecnico Dimensiones y forma de la estructura o gabinete Materiales Determinar el sistema de fijacin Dimensin y posicin de los puntos de fijacin Considerar requerimientos de vibracin, rigidez y flexibilidad

    Condicionantes de diseo trmico Determinar/calcular la disipacin de los componentes Conocer el rango de temperatura del soporte o estructura Anlisis trmicos En funcin de los resultados:

    Reposicionar los componentes Diseo de mecanismos de disipacin

  • Integracin Condicionantes para el diseo del PCB:

    Encapsulados Tipo (digital, analgico, mixto) Disipacin Generacin de ruido o susceptibilidad Normativas IPC

  • Proceso de Diseo Tradicional

    Produccin

    Rediseo

    Prueba

    Integracin

    Diseo

    No funciona?

    Construccin

    NO

  • Oscila!

    espreos!

    Como no lo vi antes!

    Integracin & Prueba

    Ensamblado Ensayos funcionales y ambientales Puesta en marcha, Pruebas, validacin final y aceptacin

    Problemas!: A nivel de circuitos A nivel de sistema Necesidad de Optimizar el diseo (confiabilidad, manufacturabilidad,

    mantenibilidad, costos, etc.) Proceso ineficiente, cambios costosos, poca flexibilidad

    El rendimiento del sistema puede diferir significativamente de los resultados esperados

    circuitos sistema

  • Proceso de Diseo Tradicional Se pasa directamene del papel a un prototipo fsico para verificar el diseo Se disea mayormente por prueba y error Dificultad de verificar el cumplimiento de los requerimientos a nivel del

    sistema Dificultad para predecir interacciones Dificultad para comprender por qu el diseo no funciona Dificultad para optimizar el diseo Elevado costo y tiempo desperdiciado

  • Proceso de Diseo Predictivo

    Diseo

    Integracin

    Construccin

    Simulacin(circuito y sistema)

    Modificacin del diseo

    OK

    OK

  • Proceso de Diseo Predictivo

    Experimentar posibles soluciones circuitales Explorar diferentes topologas Realizar mltiples anlisis rpidamente

  • Proceso de Diseo Predictivo

    Combinar tcnicas de simulacin y medicin durante el proceso de diseo

    !Freq.[Hz] MagS11[dB] PhaseS11[DEG] MagS21[dB] PhaseS21[DEG] MagS12[dB] PhaseS12[DEG] 300000 -5.986E-07 -1.151E-02 -7.394E+01 8.997E+01 -7.394E+01 8.997E+01 -5.986E-07 -1.151E-02315229 -6.384E-07 -1.210E-02 -7.351E+01 8.997E+01 -7.351E+01 8.997E+01 -6.384E-07 -1.210E-02331231 -6.812E-07 -1.271E-02 -7.308E+01 8.997E+01 -7.308E+01 8.997E+01 -6.812E-07 -1.271E-02348046 -7.273E-07 -1.336E-02 -7.265E+01 8.997E+01 -7.265E+01 8.997E+01 -7.273E-07 -1.336E-02365714 -7.769E-07 -1.403E-02 -7.222E+01 8.997E+01 -7.222E+01 8.997E+01 -7.769E-07 -1.403E-02384279 -8.303E-07 -1.475E-02 -7.179E+01 8.997E+01 -7.179E+01 8.997E+01 -8.303E-07 -1.475E-02403787 -8.879E-07 -1.550E-02 -7.136E+01 8.997E+01 -7.136E+01 8.997E+01 -8.879E-07 -1.550E-02424285 -9.501E-07 -1.628E-02 -7.093E+01 8.997E+01 -7.093E+01 8.997E+01 -9.501E-07 -1.628E-02445823 -1.017E-06 -1.711E-02 -7.050E+01 8.997E+01 -7.050E+01 8.997E+01 -1.017E-06 -1.711E-02468455 -1.090E-06 -1.798E-02 -7.007E+01 8.997E+01 -7.007E+01 8.997E+01 -1.090E-06 -1.798E-02492235 -1.168E-06 -1.889E-02 -6.964E+01 8.997E+01 -6.964E+01 8.997E+01 -1.168E-06 -1.889E-02517223 -1.252E-06 -1.985E-02 -6.921E+01 8.997E+01 -6.921E+01 8.997E+01 -1.252E-06 -1.985E-02543479 -1.344E-06 -2.086E-02 -6.878E+01 8.997E+01 -6.878E+01 8.997E+01 -1.344E-06 -2.086E-02

    Ibe=(IBbif(exp(Vbe/NbfVT)-1.0))+Ise(exp(Vbe/(NexVt))-1.0)

  • 2

    Simulado

    medido

    s21 log mag 10dB/div 0dB ref

    Proceso de Diseo Predictivo

    Medir a nivel de sistema (interacciones)

    Modificar el diseo para reflejar las mediciones (si es necesario)

  • Primero verificar que no haya errores de implementacin o de medicin. Verificar todos los componentes, dimensiones de lneas de transmisin, conexiones, etc.

    El prototipo no funciona!

    Modificar el diseo para que coincida con el comportamiento del prototipo a fin de crear un punto de partida para redisear.

    Cuanto mayor sea la coincidencia entre el prototipo y el modelo, mayor ser la probabilidad de xito de su prximo prototipo.

    La probabilidad de xito depende de la cantidad y el alcance de los cambios realizados y la experiencia del diseador.

  • Resumen

    RediseoSimulac. & Medicin

    Funciona?

    Fabricable?

    Constuir

    Probar

    Produccin

    Funciona?

    Integracin

    Diseo

    NO

    NO

    NO

    Software

    Hardware

  • TP y Proyecto Final

    www.tpdce.wordpress.com

    PARA CONSIDERAR EL PROTOTIPO DEL PROYECTO FINAL APROBADO

    1. Deber estar implementada en tecnologa SMD. 2. Deber ser completamente caracterizable. 3. Deber cumplir las especificaciones propuestas. 4. Deber estar encuadrado en el proyecto propuesto originalmente. 5. Haber considerado la calidad tcnica y las condiciones ambientales que

    enfrentar (Ej. MIL-STD-810, IRAM2392, IRAM4025, etc.)