4位并行比较AD转换器.docx
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4位并行比较AD转换器
课程实践
报告书
课程名称
电子电路CAD实践
学院
物联网工程
专业
微电子
姓名
柳沐璇
学号
0301080106
指导教师
吴滨
2011年6月
4位并行比较型(A/D)转换器
一、内容与要求
1、设计一个带取样保持功能的A/D转换电路。
①输出4位数字量
②要求转换速度快
③用运算放大器、触发器、门电路等分立元件实现
2、要求
①有设计过程的描述;
②自行选择合适的辅助设计软件,并说明理由;
③对电路的工作原理要有详细的描述(包括器件参数选择的理由);
④画出电路原理图,要求进行电路仿真;
⑤画出电路PCB板图,并进行优化,优化的地方要有文字描述,并说明为何这样优化。
二、软件的选择
1.protel负责原理图和PCB的设计
由于本学期学会使用此软件,所以对它很熟悉,故选择使用这个。
Protel软件包是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件,采用设计库管理模式,可以进行联网设计,具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能,是一个32位的设计软件,可以完成原理图、印制板设计、可编程逻辑器件设计和电路仿真等,可以设计32个信号层,16个电源--地层和16个机加工层。
2、NIMultisim10负责电路图的仿真(由于protel仿真失败,不得不用这个)
NIMultisim10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。
具有较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法,以帮助设计人员分析电路的性能。
利用NIMultisim10实现电路的仿真设计,与传统的电子电路设计与实验方法相比,具有如下特点:
设计与实验可以同步进行,可以边设计边实验,修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全,可以完成各种类型的电路设计与实验;可方便地对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;
三、设计过程
1、取样-保持电路
取样(也称采样)是将时间上连续变化的信号转换为时间上离散的信号,即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲,脉冲的幅度取决于输入模拟量。
图中Ui(t)为输入模拟信号,S(t)为采样脉冲,
为取样后的输出信号。
在取样脉冲作用期τ内,取样开关接通,使
,在其它时间(TS-τ)内,输出=0。
因此,每经过一个取样周期,对输入信号取样一次,在输出端便得到输入信号的一个取样值。
为了不失真地恢复原来的输入信号,根据取样定理,一个频率有限的模拟信号,其取样频率fS必须大于等于输入模拟信号包含的最高频率fmax的两倍,即取样频率必须满足:
。
模拟信号经采样后,得到一系列样值脉冲。
采样脉冲宽度τ一般是很短暂的,在下一个采样脉冲到来之前,应暂时保持所取得的样值脉冲幅度,以便进行转换。
因此,在取样电路之后须加保持电路。
图(a)是一种常见的取样保持电路,场效应管V为采样门,电容C为保持电容,运算放大器为跟随器,起缓冲隔离作用。
在取样脉冲S(t)到来的时间τ内,场效应管V导通,输入模拟量Ui(t)向电容充电;假定充电时间常数远小于τ,那么C上的充电电压能及时跟上Ui(t)的采样值。
采样结束,V迅速截止,电容C上的充电电压就保持了前一取样时间τ的输入Ui(t)的值,一直保持到下一个取样脉冲到来为止。
当下一个取样脉冲到来,电容C上的电压再按输入Ui(t)变化。
在输入一连串取样脉冲序列后,取样保持电路的缓冲放大器输出电压Uo(t)便得到如图(b)所示的波形.
2、四位并行比较型A/D转换器
并联比较型A/D转换器的典型电路由比较器、寄存器和编码器组成,UREF是基准电压,uI是输入模拟电压,其幅值在0∽UREF之间,d3d2d1d0是输出的4位二进制代码,CP是控制时钟信号。
用十六个串联起来的电阻对UREF进行分压,从而得到从UREF/31到29UREF/31之间的十六个比较电平,并把它们分别接到比较器C1∽C15的反向输入端。
输入模拟电压接到每个比较器的同向输入端上,使之与十六个比较电平进行比较。
寄存器由十五个边沿D触发器构成,CP上升沿触发,其输出送给编码器进行编码,编码器的输出就是转换结果——与输入模拟电压uI相对应的四位二进制数。
当uI 当UREF/31≤uI<3UREF/31时,只有C1输出为1,所以CP信号到来后,也只有触发器FF1被置成1状态,其余触发器仍为0状态。 依此类推,便可很容易地列出uI为不同电平时寄存器的状态及相应的输出数字量。 由逻辑关系,可知: D3=Q8 D2=Q4Q8’+Q12 D1=Q2Q4’+Q6Q8’+Q10Q12’+Q14 D0=Q1Q2’+Q3Q4’+Q5Q6’+Q7Q8’+Q9Q10’+Q11Q12’+Q13Q14’+Q15 四位并行A/D转换器输入与输出转换关系对照表 输入模拟电压 VI 寄存器状态(代码转换器输入) Q15Q14Q13Q12Q11Q10Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1 数字量输出(代码转换器输出) D3D2D1D0 (0~1/31)VREF 00000000 0 0000 0000 (1/31~3/31)VREF 000000000000 001 000 1 (3/31~5/31)VREF 000000000000011 0010 (5/31~7/31)VREF 000000000000111 0011 (7/31~9/31)VREF 000000000001111 0100 (9/31~11/31)VREF 000000000011111 0101 (11/31~13/31)VREF 000000000111111 0110 (13/31~15/31)VREF 000000001111111 0111 (15/31~17/31)VREF 000000011111111 1000 (17/31~19/31)VREF 000000111111111 1001 (19/31~21/31)VREF 000001111111111 1010 (21/31~23/31)VREF 000011111111111 1011 (23/31~25/31)VREF 000111111111111 1100 (25/31~27/31)VREF 001111111111111 1101 (27/31~29/31)VREF 011111111111111 1110 (29/31~1)VREF 111111111111111 1111 四、实践过程和内容记录 1、NIMultisim10电路图 2、仿真结果 采用保持电路输出波形 五、成果简述及上交文档列表 1、protel原理图及PCB板图 仿真结果如预期要求,由输入的正弦信号经过采样保持电路转化成为数字信号,并且要求速度最快,故使用并行比较型AD转换器,输出波形也跟各级对应的逻辑关系一致。 2、上交材料列表及参考材料 ⑴工作过程描述文档 ①设计过程 ②工作原理描述 ③你使用的软件工具介绍及选择理由 ④原理图及仿真结果截图 ⑵原理图文件 ⑶网表文件、器件清单文件 ⑷PCB板图文件 参考材料: [1]《数字电路简明教程》电子工业出版社,RobertD.thompson著,马爱文等译 [2] 《数字电子技术基础》清华大学出版社,阎石主编 [3] 《电子电路CAD技术-基于OrCAD9.2》西安电子科技大学出版社贾新章 [4]《电子线路CAD实用教程》西安电子科技大学出版社潘永雄等编著 [5]《电子设计自动化与IC设计》李东生编著高等教育出版社 指导教师意见及评定等级 评分等级: 指导教师(签名): 年月日
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- 关 键 词:
- 并行 比较 AD 转换器
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