音响电路测试系统的设计

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1、音响电路测试系统的设计音响电路测试系统的设计是一个综合性的设计实例,通过这个实例,可以看到SABER仿真器的多种分析能力,以及其库中丰富的元件,同时还可以看到MAST建模语言的灵活、方便。音响测试电路的结构音响测试电路的说明 1 本电路由音响信号产生电路(CSP),AD 转换电路,时钟电路,分频电路,数字 信号处理电路,低通滤波电路,功率放 大电路和扬声器组成。 2 这个系统的设计采用的是从下到上的 设计。 3 要注意在设计的不同阶段同一功能模块 的选择。本测试电路的特点 1 测试信号波形的改变方便,它可以是脉 冲波形,也可以是其他波形,它甚至可 以是实验室测试的波形。实现这种功能 可以修改这

2、个电路的输入电源,也可以 采用通用电源模板,还可以用图形建模 的方式建立本测试电路的输入电源。 2 从后面设计的CSP电路来看,这个电路 能够提取输入电源波形的一部分,作为 测试电路的实际输入信号。 可以很方便地改变各主要模块的特性,从而校验改变这些特性对系统的影响。这包括:改变DSP算法、改变采用率和采样精度(quantization)、滤波器的特性以及功率放大电路的特性。分析音响测试电路的特点 从音响测试电路的结构可以看到,音响 测试电路的结构是比较复杂的,而在实 际的音响测试电路中,各个模块的特性 对音响的性能都有音响,同时各个模块 间的特性又相互影响,因此要设计出比 较好的音响系统必须

3、对整个系统进行分 析,这一正是仿真软件容易作到的。CSP电路的设计要求 设计的电路要能很方便地修改输 入信号的波形。要能提取一部分 输入波形。对输入信号的要求 要求信号为在出现的正弦波持续时间为 50ms,正弦波的频率为100Hz,其峰-峰 值为12V,在每200ms内出现一次这样的 波形。 在前面的波形中,正弦波的峰值被削掉 了,这样可以模拟信号的畸变对系统的 影响。CSP电路CSP电路的特点 用控制电路实现了对信号的采样。通常 情况下采用的是离散器件来实现对信号 的采样,如果作一下比较就可以知道, 用离散器件作数字采样的仿真设计是比 较耗时的。 在本设计中,利用了脉冲源作为开关的作用,当脉

4、冲为1时,输出信号为输入的电源信号,而当脉冲源为0时,其输出信号为0 在电气模块和控制模块同时存在的设计中需要将电气模块的电气量转换为控制模块的控制量,然后对该控制量进行操作,在操作完成以后再将控制量转换为电气量。 在本设计中还采用了低通滤波器,这主 要是由于在设计中采用了限幅模块,由 于限幅模块的输出为5,而限幅模块的输 入为6,因此在限幅模块的输出将有谐波 ,因此在本设计中设计了一个低通滤波 器,以滤掉其高频分量。 改变低通滤波器的截止频率(从1kHz到 100Hz),可以看到其仿真结果波形。从 仿真结果可以看到,设计的低通滤波器 的截止频率对系统的性能有较大的影响 。改变低通滤波器截止频

5、率的波形比较在内层中修改元件模块的参数 在本设计中,由于需要修改低通滤波器的截止 频率,但是又不希望修改设计,因此可以修改 设计在内层中的参数,这样在退出时将不会影 响设计的本身。它通过使用Alter命令。以本设 计的修改为例来说明如何使用这个命令。 首先选择EditList/Alter菜单,然后再选择 Netlist图标,选择需要修改元件,单击OK。然 后再编辑需要修改模块的参数。振荡电路的设计 在本设计中需要设计一个振荡电路,其工作频率为40kHz,该电路作为AD采样的时钟模块,在系统设计的时候,该模块采用的是脉冲源。从下面的设计中还可以看到,有多种方法可以实现这个振荡电路,那么如何选择这

6、些电路,希望大家能体会一下为什么要这样作,这样作的目的是什么?这对我们自己的设计有什么启示。实现振荡电路的方法 在本设计中,采用了纯数字器件实现振荡电路的方案;还采用了数字、模拟混合型的实现方案。纯数字器件振荡电路的实现方案电路的工作过程 在本电路中,有一个prbit_l4模块,该模块的输出作为与门电路的一个输入,该模块为一个可编程逻辑流模块,该模块的使用方法prbit_l4.1 out = bits=(0, _0), (1u, _1), (2u, _x), (3u, _z), period=10u 该模块在本设计中作为启动振荡的作用,其bits项的设置为bits=(0,_0),(1p,_1)

7、 这个电路的频率是如何控制的呢?Buf_l4器件的使用 该摸板的作用是对输入信号作一个延时,但是输入该摸板的信号是一个逻辑时钟信号,它对信号的延时是对输入信号的上升沿和下降沿分别延时。 在使用这个摸板时有两个重要的参数tplh和tphl,它们分别对逻辑时钟信号的上升沿和下降沿延时。Buf_l4输入、输出波形的对比其上升沿延时0.05u,下降沿延时10.3u的情况纯数字型振荡的仿真结果模拟型电路的实现方案模拟型振荡电路的仿真结果混合型振荡电路的实现方案作混合仿真时需要注意的问题 所谓混合仿真就是在仿真设计中既有数 字信号,又有模拟信号,数字信号和模 拟信号有直接的联系。由于数字信号为 逻辑信号,

8、而模拟信号为有一定量的值 ,因此一个模拟量的值与一个数字逻辑 有对应关系,在SABER仿真中通常要编 写一个对应的文件,这个文件的扩展名 为.shm,在作仿真的时候还要使用这个 文件,否则作的仿真结果是不可靠的。添加超模逻辑门槛文件的方法 在通常情况下,设计系统都是在SaberSketch 中完成的,为了仿真设计,都需要生成设计 对象的网表,在生成网表的时候需要将.shm 文件添加进去。 在Saber/Netlister设置项中选择Netlister菜单 中的Hypemodels(超模)项,单击ADD,将需 要的文件添加到已选列表框(selected)中。在 完成上述步骤之后就按照正常的步骤操

9、作。对设计的仿真 在本设计中,选择混合性的设计来分析 ,在分析设计的时候要添加超模模板文 件,首先作直流工作点分析,然后再作 时域分析,时域分析的参数可以选择为 End time 100u, Time step 10n。在完成设 计之后再作参数扫描仿真,仿真的参数 为b1模块的电容c1。c1的变化范围设置 为150p到250p,其步长的设置为25p。最 后在作电路输出频率与电容c1的关系。对设计结果的测试 在完成仿真之后就可以使用测量工具来 测量仿真的结果。由于本电路是一个振 荡电路,因此就需要测量该振荡电路的 振荡频率。 需要研究设计电路的输出频率与电路参 数的关系,因此可以采用电路参数扫描

10、 仿真来分析电路参数变化对电路输出频 率的影响。参数扫描仿真 在本设计中,以电路中的电容c1为变量,研究电容c1变化对电路输出频率的影响。采用Saber的参数扫描仿真就可以得到需要的结论,然后利用测量工具来测量电路输出频率的变化。其输出的波形如图所示。参数扫描分析结果AD转换电路的设计 这个电路的作用是将由CSP电路产生的信号转换为8位数字信号,这个电路的输出信号作为DSP模块使用。 在本电路的设计中,采用了MAST建模建立了功能级的模块,通过仿真软件的分析来验证设计系统的功能。AD转换电路的要求 1 要求将一个模拟信号转换为一个8位数字信号。 2 每400ms完成一次转换。 3 在每个转换完

11、成后将产生一个输出脉冲。AD转换电路AD转换电路的工作过程 在电路的启动信号(start)到来后,首先将 SAR模块的输出信号设置为01111111,这 个信号将通过DA转换模块转换为一个模 拟量,输入信号与这个模拟量进行比较, 将比较后的输出(是一个数字量)置为 q7,然后再将q6位置为0,再将这个量转换 为模拟量与输入进行比较,将比较的输出 置为q6位;再将q5位置为0。DA转换电路DA转换量的计算 这是一个R2R梯 形DA转换器,这 个电路可以简化 。移位寄存器模块 clk 时钟信号 clkinh 禁止数据更新 sdin 串性数据输入 clr 清除数据 load 当信号为高时,将输 入信

12、号的数据上载到输出 端 对AD转换电路的分析 首先对设计作直流工作点分析。 对设计作时域分析,时域分析的参数设置为:End time: 10m, Time step: 10n。 在仿真结果波形中验证设计对象的功能。 作分析。8分频电路 本电路的作用是将由振荡电路产生的40kHz的时钟频率除8,以得到AD 采样频率。Diff模块 从前面的设计可以看出,Diff模块的置位 端和复位端均被设置为1。这时Diff模块 的工作方式为:保持其先前的输出值, 在时钟脉冲的上升沿时其输出值将发生 一次反转。对8分频电路仿真 首先作直流工作点分析,然后再作时域 ,时域分析的参数设置为End Time: 1.1m

13、 ,Time step:1n,在完成仿真之后观察仿 真结果波形,以验证设计功能是否实现 。DSP电路的设计 在本设计中,DSP电路的功能是控制由CSP电路产生的回声效果,还在本电路中设计了Z域的滤波器。 在本电路中算法实现的信号将传输给后面的仿真模块,包括功率放大模块和扬声器模块。DSP的要求 DSP是个两个词的缩写,一个是数字信号处理器;另一个是数字信号处理,它表示的是一种算法。用数字信号处理器来处理数字信号是非常实用的,这是由数字信号处理的特征和数字信号处理器的特点所决定的。数据采集系统的特征 数据采集系统 是将一个连续 的模拟信号转 换为一个离散 的数字量,而 这个离散的数 字量与给定时

14、 刻的模拟量的 值要相等。数据采集系统的实现方案 在作仿真时,可以用开关来实现数据采集,对 于需要采集数据的时间点,将开关闭合;在不 需要采集数据时,开关断开,这样就可以获得 T时刻的信号样本,通过这种方式来模拟实际 的数据采集系统。 在SABER中,有一类模板就是将其它类型的数 转换为事件驱动类型的数,所谓事件类型的数 就是当事件发生的时候传递数据,而当事件没 有发生的时候就不传递数据。在本设计中采用 了b2z模块。DSP电路DSP电路作仿真时的特点 在同一设计系统中同时采用了电气系统模型和 数据采样系统的模型,大家可能对数据采样系 统的模型不太熟悉。 在本设计中的分析方法将采用傅立叶分析的

15、方 法来检查时域信号的频谱。 回声的设计,在仿真中回声是通过对信号的延 时来实现的。在本设计中DSP的作用就是控制 延时信号和非延时信号的比例以达到较好的效 果。DSP电路模块的特点 在本设计中采用了b2z模块,将一个2进 制数转换为一个事件驱动数。 在本设计中采用了zlti 模块实现需要的算 法。 在本设计中还采用了z域的延时模块,该 模块用来模拟回声信号。 在本设计中还采用了z2a 模块,将一个z 域信号转换为模拟信号。b2z模块的简介 b2z 模块是将一个2进制数转换为一个事件驱动数,其 中d0到d15为数据的输入端(可以不用完),其中最高 位为数据符号,其输出为: d0*20+d1*2

16、1+d14*214 输出时刻为时钟的上升沿。zlti 模块简介 由于在设计中采用了zlti模块,该模块是Z域的 多项式传递函数模块,该模块的输出为采样时 钟变化时输入信号与传递函数的乘积,如果有 累计误差的话,累计误差对该模块的输出也有 影响。 zlti 模块有一个采样频率的输入端,这个输入 端的输入信号为一个无单位量,但它不是一个 逻辑量,因此需要建立一个转换模块。转换模块 将一个时钟信 号转换为一个 无单位的量, 在确定这个无 单位量时,应 注意这个信号 周期的确定。 这个周期是任 意两个相邻的 上升沿和下降 沿之间。对DSP电路的分析 首先对电路作直流分析;然后作时域暂态 分析,分析的参数为End Time:1,Time Step:50u;在完成时域后作FFT分析,通 过这些分析了解作这些分析的操作步骤。 在作这些分析的时候,

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