音響電路測試系統(tǒng)的設(shè)計.ppt

音響電路測試系統(tǒng)的設(shè)計,音響電路測試系統(tǒng)的設(shè)計是一個綜合性的設(shè)計實例，通過這個實例，可以看到SABER仿真器的多種分析能力，以及其庫中豐富的元件，同時還可以看到MAST建模語言的靈活、方便。,音響測試電路的結(jié)構(gòu),音響測試電路的說明,1 本電路由音響信號產(chǎn)生電路(CSP)，AD轉(zhuǎn)換電路，時鐘電路，分頻電路，數(shù)字信號處理電路，低通濾波電路，功率放大電路和揚聲器組成。 2 這個系統(tǒng)的設(shè)計采用的是從下到上的設(shè)計。 3 要注意在設(shè)計的不同階段同一功能模塊的選擇。,本測試電路的特點,1 測試信號波形的改變方便，它可以是脈沖波形，也可以是其他波形，它甚至可以是實驗室測試的波形。實現(xiàn)這種功能可以修改這個電路的輸入電源，也可以采用通用電源模板，還可以用圖形建模的方式建立本測試電路的輸入電源。 2 從后面設(shè)計的CSP電路來看，這個電路能夠提取輸入電源波形的一部分，作為測試電路的實際輸入信號。,可以很方便地改變各主要模塊的特性，從而校驗改變這些特性對系統(tǒng)的影響。這包括：改變DSP算法、改變采用率和采樣精度(quantization)、濾波器的特性以及功率放大電路的特性。,分析音響測試電路的特點,從音響測試電路的結(jié)構(gòu)可以看到，音響測試電路的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，而在實際的音響測試電路中，各個模塊的特性對音響的性能都有音響，同時各個模塊間的特性又相互影響，因此要設(shè)計出比較好的音響系統(tǒng)必須對整個系統(tǒng)進行分析，這一正是仿真軟件容易作到的。,CSP電路的設(shè)計要求,設(shè)計的電路要能很方便地修改輸入信號的波形。要能提取一部分輸入波形。,對輸入信號的要求,要求信號為在出現(xiàn)的正弦波持續(xù)時間為50ms，正弦波的頻率為100Hz，其峰-峰值為12V，在每200ms內(nèi)出現(xiàn)一次這樣的波形。 在前面的波形中，正弦波的峰值被削掉了，這樣可以模擬信號的畸變對系統(tǒng)的影響。,CSP電路,CSP電路的特點,用控制電路實現(xiàn)了對信號的采樣。通常情況下采用的是離散器件來實現(xiàn)對信號的采樣，如果作一下比較就可以知道，用離散器件作數(shù)字采樣的仿真設(shè)計是比較耗時的。,在本設(shè)計中，利用了脈沖源作為開關(guān)的作用，當脈沖為1時，輸出信號為輸入的電源信號，而當脈沖源為0時，其輸出信號為0 在電氣模塊和控制模塊同時存在的設(shè)計中需要將電氣模塊的電氣量轉(zhuǎn)換為控制模塊的控制量，然后對該控制量進行操作，在操作完成以后再將控制量轉(zhuǎn)換為電氣量。,在本設(shè)計中還采用了低通濾波器，這主要是由于在設(shè)計中采用了限幅模塊，由于限幅模塊的輸出為5，而限幅模塊的輸入為6，因此在限幅模塊的輸出將有諧波，因此在本設(shè)計中設(shè)計了一個低通濾波器，以濾掉其高頻分量。 改變低通濾波器的截止頻率(從1kHz到100Hz)，可以看到其仿真結(jié)果波形。從仿真結(jié)果可以看到，設(shè)計的低通濾波器的截止頻率對系統(tǒng)的性能有較大的影響。,改變低通濾波器截止頻率的波形比較,在內(nèi)層中修改元件模塊的參數(shù),在本設(shè)計中，由于需要修改低通濾波器的截止頻率，但是又不希望修改設(shè)計，因此可以修改設(shè)計在內(nèi)層中的參數(shù)，這樣在退出時將不會影響設(shè)計的本身。它通過使用Alter命令。以本設(shè)計的修改為例來說明如何使用這個命令。 首先選擇EditList/Alter菜單，然后再選擇Netlist圖標，選擇需要修改元件，單擊OK。然后再編輯需要修改模塊的參數(shù)。,振蕩電路的設(shè)計,在本設(shè)計中需要設(shè)計一個振蕩電路，其工作頻率為40kHz，該電路作為AD采樣的時鐘模塊，在系統(tǒng)設(shè)計的時候，該模塊采用的是脈沖源。從下面的設(shè)計中還可以看到，有多種方法可以實現(xiàn)這個振蕩電路，那么如何選擇這些電路，希望大家能體會一下為什么要這樣作，這樣作的目的是什么？這對我們自己的設(shè)計有什么啟示。,實現(xiàn)振蕩電路的方法,在本設(shè)計中，采用了純數(shù)字器件實現(xiàn)振蕩電路的方案；還采用了數(shù)字、模擬混合型的實現(xiàn)方案。,純數(shù)字器件振蕩電路的實現(xiàn)方案,電路的工作過程,在本電路中，有一個prbit_l4模塊，該模塊的輸出作為與門電路的一個輸入，該模塊為一個可編程邏輯流模塊，該模塊的使用方法 prbit_l4.1 out = bits=(0, _0), (1u, _1), (2u, _x), (3u, _z), period=10u 該模塊在本設(shè)計中作為啟動振蕩的作用，其bits項的設(shè)置為bits=(0,_0),(1p,_1) 這個電路的頻率是如何控制的呢？,Buf_l4器件的使用,該摸板的作用是對輸入信號作一個延時，但是輸入該摸板的信號是一個邏輯時鐘信號，它對信號的延時是對輸入信號的上升沿和下降沿分別延時。 在使用這個摸板時有兩個重要的參數(shù)tplh和tphl，它們分別對邏輯時鐘信號的上升沿和下降沿延時。,Buf_l4輸入、輸出波形的對比,其上升沿延時0.05u，下降沿延時10.3u的情況,純數(shù)字型振蕩的仿真結(jié)果,模擬型電路的實現(xiàn)方案,模擬型振蕩電路的仿真結(jié)果,混合型振蕩電路的實現(xiàn)方案,作混合仿真時需要注意的問題,所謂混合仿真就是在仿真設(shè)計中既有數(shù)字信號，又有模擬信號，數(shù)字信號和模擬信號有直接的聯(lián)系。由于數(shù)字信號為邏輯信號，而模擬信號為有一定量的值，因此一個模擬量的值與一個數(shù)字邏輯有對應(yīng)關(guān)系，在SABER仿真中通常要編寫一個對應(yīng)的文件，這個文件的擴展名為.shm，在作仿真的時候還要使用這個文件，否則作的仿真結(jié)果是不可靠的。,添加超模邏輯門檻文件的方法,在通常情況下，設(shè)計系統(tǒng)都是在SaberSketch中完成的，為了仿真設(shè)計，都需要生成設(shè)計對象的網(wǎng)表，在生成網(wǎng)表的時候需要將.shm文件添加進去。 在Saber/Netlister設(shè)置項中選擇Netlister菜單中的Hypemodels(超模)項，單擊ADD，將需要的文件添加到已選列表框(selected)中。在完成上述步驟之后就按照正常的步驟操作。,對設(shè)計的仿真,在本設(shè)計中，選擇混合性的設(shè)計來分析，在分析設(shè)計的時候要添加超模模板文件，首先作直流工作點分析，然后再作時域分析，時域分析的參數(shù)可以選擇為End time 100u, Time step 10n。在完成設(shè)計之后再作參數(shù)掃描仿真，仿真的參數(shù)為b1模塊的電容c1。c1的變化范圍設(shè)置為150p到250p，其步長的設(shè)置為25p。最后在作電路輸出頻率與電容c1的關(guān)系。,對設(shè)計結(jié)果的測試,在完成仿真之后就可以使用測量工具來測量仿真的結(jié)果。由于本電路是一個振蕩電路，因此就需要測量該振蕩電路的振蕩頻率。 需要研究設(shè)計電路的輸出頻率與電路參數(shù)的關(guān)系，因此可以采用電路參數(shù)掃描仿真來分析電路參數(shù)變化對電路輸出頻率的影響。,參數(shù)掃描仿真,在本設(shè)計中，以電路中的電容c1為變量，研究電容c1變化對電路輸出頻率的影響。采用Saber的參數(shù)掃描仿真就可以得到需要的結(jié)論，然后利用測量工具來測量電路輸出頻率的變化。其輸出的波形如圖所示。,參數(shù)掃描分析結(jié)果,AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計,這個電路的作用是將由CSP電路產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字信號，這個電路的輸出信號作為DSP模塊使用。 在本電路的設(shè)計中，采用了MAST建模建立了功能級的模塊，通過仿真軟件的分析來驗證設(shè)計系統(tǒng)的功能。,AD轉(zhuǎn)換電路的要求,1 要求將一個模擬信號轉(zhuǎn)換為一個8位數(shù)字信號。 2 每400ms完成一次轉(zhuǎn)換。 3 在每個轉(zhuǎn)換完成后將產(chǎn)生一個輸出脈沖。,AD轉(zhuǎn)換電路,AD轉(zhuǎn)換電路的工作過程,在電路的啟動信號(start)到來后，首先將SAR模塊的輸出信號設(shè)置為01111111，這個信號將通過DA轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為一個模擬量，輸入信號與這個模擬量進行比較，將比較后的輸出（是一個數(shù)字量）置為q7,然后再將q6位置為0，再將這個量轉(zhuǎn)換為模擬量與輸入進行比較，將比較的輸出置為q6位；再將q5位置為0。,DA轉(zhuǎn)換電路,DA轉(zhuǎn)換量的計算,這是一個R2R梯形DA轉(zhuǎn)換器，這個電路可以簡化。,移位寄存器模塊,clk 時鐘信號 clkinh 禁止數(shù)據(jù)更新 sdin 串性數(shù)據(jù)輸入 clr 清除數(shù)據(jù) load 當信號為高時，將輸入信號的數(shù)據(jù)上載到輸出端,對AD轉(zhuǎn)換電路的分析,首先對設(shè)計作直流工作點分析。 對設(shè)計作時域分析，時域分析的參數(shù)設(shè)置為：End time: 10m, Time step: 10n。 在仿真結(jié)果波形中驗證設(shè)計對象的功能。 作分析。,8分頻電路,本電路的作用是將由振蕩電路產(chǎn)生的40kHz的時鐘頻率除8，以得到AD 采樣頻率。,Diff模塊,從前面的設(shè)計可以看出，Diff模塊的置位端和復(fù)位端均被設(shè)置為1。這時Diff模塊的工作方式為：保持其先前的輸出值，在時鐘脈沖的上升沿時其輸出值將發(fā)生一次反轉(zhuǎn)。,對8分頻電路仿真,首先作直流工作點分析，然后再作時域，時域分析的參數(shù)設(shè)置為End Time: 1.1m，Time step:1n，在完成仿真之后觀察仿真結(jié)果波形，以驗證設(shè)計功能是否實現(xiàn)。,DSP電路的設(shè)計,在本設(shè)計中，DSP電路的功能是控制由CSP電路產(chǎn)生的回聲效果，還在本電路中設(shè)計了Z域的濾波器。 在本電路中算法實現(xiàn)的信號將傳輸給后面的仿真模塊，包括功率放大模塊和揚聲器模塊。,DSP的要求,DSP是個兩個詞的縮寫，一個是數(shù)字信號處理器；另一個是數(shù)字信號處理，它表示的是一種算法。用數(shù)字信號處理器來處理數(shù)字信號是非常實用的，這是由數(shù)字信號處理的特征和數(shù)字信號處理器的特點所決定的。,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特征,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將一個連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為一個離散的數(shù)字量，而這個離散的數(shù)字量與給定時刻的模擬量的值要相等。,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)方案,在作仿真時，可以用開關(guān)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對于需要采集數(shù)據(jù)的時間點，將開關(guān)閉合；在不需要采集數(shù)據(jù)時，開關(guān)斷開，這樣就可以獲得T時刻的信號樣本，通過這種方式來模擬實際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 在SABER中，有一類模板就是將其它類型的數(shù)轉(zhuǎn)換為事件驅(qū)動類型的數(shù)，所謂事件類型的數(shù)就是當事件發(fā)生的時候傳遞數(shù)據(jù)，而當事件沒有發(fā)生的時候就不傳遞數(shù)據(jù)。在本設(shè)計中采用了b2z模塊。,DSP電路,DSP電路作仿真時的特點,在同一設(shè)計系統(tǒng)中同時采用了電氣系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的模型，大家可能對數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的模型不太熟悉。 在本設(shè)計中的分析方法將采用傅立葉分析的方法來檢查時域信號的頻譜。 回聲的設(shè)計，在仿真中回聲是通過對信號的延時來實現(xiàn)的。在本設(shè)計中DSP的作用就是控制延時信號和非延時信號的比例以達到較好的效果。,DSP電路模塊的特點,在本設(shè)計中采用了b2z模塊，將一個2進制數(shù)轉(zhuǎn)換為一個事件驅(qū)動數(shù)。 在本設(shè)計中采用了zlti 模塊實現(xiàn)需要的算法。 在本設(shè)計中還采用了z域的延時模塊，該模塊用來模擬回聲信號。 在本設(shè)計中還采用了z2a 模塊，將一個z域信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。,b2z模塊的簡介,b2z 模塊是將一個2進制數(shù)轉(zhuǎn)換為一個事件驅(qū)動數(shù)，其中d0到d15為數(shù)據(jù)的輸入端（可以不用完），其中最高位為數(shù)據(jù)符號，其輸出為： d0*20+d1*21+d14*214 輸出時刻為時鐘的上升沿。,zlti 模塊簡介,由于在設(shè)計中采用了zlti模塊，該模塊是Z域的多項式傳遞函數(shù)模塊，該模塊的輸出為采樣時鐘變化時輸入信號與傳遞函數(shù)的乘積，如果有累計誤差的話，累計誤差對該模塊的輸出也有影響。 zlti 模塊有一個采樣頻率的輸入端，這個輸入端的輸入信號為一個無單位量，但它不是一個邏輯量，因此需要建立一個轉(zhuǎn)換模塊。,轉(zhuǎn)換模塊,將一個時鐘信號轉(zhuǎn)換為一個無單位的量，在確定這個無單位量時，應(yīng)注意這個信號周期的確定。這個周期是任意兩個相鄰的上升沿和下降沿之間。,對DSP電路的分析,首先對電路作直流分析；然后作時域暫態(tài)分析，分析的參數(shù)為End Time:1，Time Step:50u；在完成時域后作FFT分析，通過這些分析了解作這些分析的操作步驟。 在作這些分析的時候，要注意一點，F(xiàn)FT分析和傅立葉分析是建立在時域分析的基礎(chǔ)上的，如果在作時域分析時的輸出文件沒有選擇數(shù)據(jù)文件，則即使在完成了時域分析后也不能作FFT分析和傅立葉分析。,本功率放大電路設(shè)計的特點,在本電路設(shè)計中采用了較多的分析方法，除了常用的直流分析、時域暫態(tài)分析和傅立葉分析以外，還用到了器件應(yīng)力分析、噪聲分析、雙端口分析和電路小信號參數(shù)的提取。,功率放大電路的設(shè)計要求,在本設(shè)計中，功率放大電路的作用是將前級電路的信號放大，然后傳輸給后級的RLC濾波電路，該電路如圖所示，在本電路中所用的模塊比較簡單，本設(shè)計中主要是應(yīng)用到分析的種類。,功率放大電路的特點,在SABER Include中設(shè)置了c_vrmax=5，r_pdmax=1，c_vmax=50。 r1 r2和 re提供了晶體管放大器的偏置。 rload 模擬了負載揚聲器，在本器件設(shè)置中該器件的最大損耗功率和器件的最大電壓降。（pd_max=20, vmax=30),功率放大電路的仿真,對本電路的仿真，除了通常采用的直流分析和暫態(tài)時域分析外，它還采用了其它一些分析。首先在作電路分析時，驗證仿真對象的功能是仿真最基本的任務(wù)，但是判斷電路是否能正常工作也是仿真的一個重要任務(wù)，因此在本設(shè)計中還采用了其它仿真分析方法。,對功率放大電路作應(yīng)力分析,在電路元件級仿真中，驗證電路元件的工作狀況是判斷電路能否正常工作的基本條件，特別是電路工作在高頻情況下，因此對電路作應(yīng)力分析是必要的。對于設(shè)計電路，如果要作應(yīng)力分析的話，就必須設(shè)置器件的最大應(yīng)力點，這就是在前面需要設(shè)置一些器件最大值的原因。,作應(yīng)力分析和傅立葉分析的步驟,對一個電路作應(yīng)力分析和傅立葉分析時，首先必須作這個電路的時域暫態(tài)分析，作時域暫態(tài)分析是作應(yīng)力分析和傅立葉分析前提條件。 選擇AnalysisStress菜單就可以對設(shè)計對象作應(yīng)力分析。 選擇AnalysisFourier菜單就可以對設(shè)計作傅立葉分析。,RLC濾波電路的設(shè)計,RLC電路中將要用到的分析,在本設(shè)計中將要用到DC 分析、時域暫態(tài)分析和交流小信號分析(AC分析）來驗證設(shè)計對象的功能。 在本設(shè)計中將要用到vary分析和靈敏度分析來調(diào)節(jié)設(shè)計對象的參數(shù)。,RLC電路的特點,從設(shè)計圖中可以看出，本電路中器件參數(shù)的設(shè)置與通常采用的方式有所不同，在參數(shù)設(shè)置上采用的形式為normal(100,0.1)這種形式，這種設(shè)置的意義為其值為100，但可以有0.1的偏差。這在作MC分析和靈敏度分析時是必須的，在用normal時也可以使用uniform。,對電路的分析,在作分析時，通常用兩個目的，一個是驗證設(shè)計電路的功能，另一個是設(shè)計電路器件的參數(shù)。 根據(jù)仿真目的的不同，可以選擇不同的仿真分析方法。本電路首先驗證設(shè)計電路的功能，因此在本電路將采用如下的分析方法。,對RLC電路的分析方法,為了驗證設(shè)計電路的功能，在本電路分析時首先采用直流分析、然后采用時域暫態(tài)分析、最后采用交流AC分析。 作時域分析的參數(shù)為：End Time: 100m, Time Step:10。由于電源的周期為10m，在選擇仿真時間為10個周期。 作交流AC分析的參數(shù)為：Start Frequency:10, End Frequency:100k。,時域仿真分析結(jié)果,交流AC分析結(jié)果,基于電路參數(shù)設(shè)計的分析,在本電路中，基于電路參數(shù)設(shè)計的分析將采用vary分析，靈敏度分析。,參數(shù)掃描分析(vary),用戶指定一個模板的參數(shù)的范圍，并指定這個參數(shù)值的變化規(guī)律，仿真器對每一個參數(shù)值都進行仿真分析的分析方法。 每一個vary指令都構(gòu)成一個循環(huán)體，循環(huán)體的結(jié)束位置在end。在這個循環(huán)體中可以添加許多重復(fù)的指令，循環(huán)的次數(shù)由vary指令中的參數(shù)決定。每添加一個vary指令就增加一個循環(huán)體。,參數(shù)掃描分析(vary)（續(xù)）,所謂指令都是一些分析方法。在循環(huán)體中添加分析方法的方法是采用AddAnalysis，然后在出現(xiàn)的對話框中選擇需要添加的分析。 在本設(shè)計中，需要對電阻r2進行掃描分析的步驟為。,進行參數(shù)掃描分析的步驟,選擇Analyses Parametric Vary.菜單，單擊vary按鈕，在出現(xiàn)的對話框中 編輯Parameter Name: rnom(r.r2)，from 300 to 1k by 100，然后單擊Accept按鈕。 選擇AddAnalysis菜單，在循環(huán)體中添加分析，在本設(shè)計中首先添加DC分析，然后再添加時域暫態(tài)分析。添加分析后單擊OK按鈕即可。,參數(shù)掃描分析結(jié)果的觀察,參數(shù)掃描分析完成后，在SaberScope 中將會出現(xiàn)很多曲線，如果從現(xiàn)有的曲線很難分清