protel课设报告模拟乘法器doc.docx
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protel课设报告模拟乘法器
摘要Protel是当今电子行业中常用的EDA工具,能够完成原理图的绘制与仿真以及PCB板的制作,操作方便,功能强大。
本次设计便是以protelDXP为基础平台,综合运用其原理图(SCH)绘制,原理图(SCH)仿真以及印刷板(PCB)的制作功能,基本展现了protel的基本功能。
该设计对模拟乘法器进行了简单的原理说明,原理图的绘制,原理图的仿真以及最终的PCB的制作。
关键字protel;EDA;pcb;模拟乘法器;幅度调制;电路仿真AbstractProteliscommonlyusedintheelectronicsindustrytoday,theEDAtool,tocompletetheprincipleofmappingandsimulation,aswellastheproductionofPCBboard,easytooperateandpowerful.ThedesignisbasedinprotelDXPplatform,comprehensiveuseoftheirschematicSCHdrawnschematicSCHsimulation,aswellasprintingplatesPCBproductionfunction,thebasicdisplayofthebasicfunctionsoftheprotel.Thedesignoftheanalogmultiplierprincipleofasimpledescriptionoftheschematicdrawing,schematicdiagramofthesimulationandultimatelytheproductionofPCB.KeywordsProtel;EDA;PCB;AnalogMultiplier;AmplitudeModulation;Simulation引言Protel是一款使用方便,操作简单,功能强大的EDA工具,作为一名要和电子打交道的大学生,掌握这个软件是很有必要的。
Protel能够完成从电路原理图的绘制,仿真到PCB板制作的一系列工作,能够大大简化电路的设计,其较新的版本ProtelDXP能够很好的支持FPGA的相关设计,并且在PCB板的制作方面功能优于Protel99se。
在原理图的设计方面,ProtelDXP提供了丰富的元件库资源,并且大部分元件都自带封装,而不需要像Protel99se中需要自己定义元件的封装,在仿真方面,ProtelDXP也提供了各种常见仿真种类的支持,在PCB设计方面,ProtelDXP的自动布局和自动布线功能远远强于99se,其自动布线器支持自定义布线规则,因而可以大大简化布线的工作量。
因而熟练掌握ProtelDXP的使用是十分必要的。
这也是本次课程设计的目的之一。
模拟乘法器调幅电路1.基本原理1.1振幅调制的基本原理振幅调制就是使载波信号的振幅随调制信号的变化规律而变化的技术。
通常载波信号为高频信号,调制信号为低频信号。
设载波信号的表达式为,调制信号为,则调幅信号的表达式为12式中,m为调幅系数,;为载波信号;为上边带信号;为下边带信号。
1.2双平衡四象限乘法器电路的基本原理双平衡四象限乘法器电路的原理图如图二所示,该电路有两个并联工作的射极耦合差分式电路Q1Q4以及Q5和Q6构成的压控电流源电路组成。
下面通过计算简单说明其原理。
I1,3I2,4IC1IC2IC3IC4IC5IC图一双平衡式四象限乘法器原理图由图一可知,若IES1IES2IES,并利用的关系,则有3由于45由式34可得6因此有7同理有89因而在图中假定的正向的条件下,输出电压为101112根据|X|100mV时,输出电压Uo可近似表示为22上式表明,Ux为大信号时,输出电压Uo与输入信号Ux无关。
1.4设计原理图说明本设计采用图三的原理图,载波信号Um经高频耦合电容C2从IO10输入,C1为高频旁路电容,使IO8接地。
调制信号Us经低频耦合电容C3从IO1输入,C5为低频旁路电容,使IO4接地。
调幅信号Uo从IO12与IO6后经一电压跟随器变为单端信号后输出。
器件采用双电源供电方式,所以IO5的偏置电阻R5接地,由式(18)可计算R13的值。
IO2与IO3之间接入负反馈电阻R14,以扩展调制信号的线性动态范围,R14增大,线性范围增大,但乘法器的增益随之减小。
R11,R12与电位器R16组成平衡调节电路,改变R16可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制。
图三设计原理图2.Protel原理图的绘制Protel的原理图绘制是十分方便的,首先要新建一个工程,将所需的文件都保存在工程里,工程是在绘制完原理图后进行仿真以及pcb板制作的基础,否则会产生仿真错误以及无法由原理图将原件导入pcb中,新建工程的类型选择为PCBproject。
ProtelDXP自带了丰富的元件库,可以很方便的绘制原理图,并且还提供了一些专门用于仿真的元件库,包括一些常用的元器件的仿真模型以及一些常用的信号源(包括正弦,方波,指数,受控源)和一些常用的数学运算电路,可以很方便的用于仿真。
具体绘制步骤1)打开protelDXP然后依次选File→New→Project→PCBProject,然后将工程保存。
2)新建原理图,在菜单中选File→New→Schematic,新建一张原理图,保存后就可以开始绘制原理图了。
3)绘制原理图,首先要添加所需的元件库,具体做法是,打开右侧浮动面板中的Library,然后单击libraries,在弹出对话框中单击installs选择相应的元件库即可完成安装。
本次设计涉及到的元件种类较少,又要进行仿真,因而安装了与仿真有关的几个元件库。
图四添加删除元件库对话框4)在绘制原理图时元件的标号默认是加“”的,绘制过程中需要修改,可以采用放置历史元件的方法对元件自动编号。
将Designator后修改为所需的起始编号,放元件时会随元件数目增加,标号也会自动增加。
图五放置元件对话框5)为增加原理图的可读性和方便仿真,一般要对关键的节点加网络标号,通过菜单中的Place→NetLabel(也可用工具栏的快捷按钮)进行添加,双击相应的网络标号可对其做必要的修改。
本次模拟乘法器调幅电路用到的MC1496集成电路在protelDXP中并没有提供仿真模型,而MC1496的内部基本原理有较为简单,因而采用了依据其内部基本原理用分立元件搭建MC1496乘法器的方法设计的该调幅电路。
在乘法器的输出采用了以受控电压源将双端输出信号转变为单端输出,具体电路如图所示图六设计原理图3.protel原理图的仿真Protel提供了模拟/数字混合仿真,其仿真引擎使用伯克利分校SPICE3f5/xspice,它可以精确的仿真由各种元器件构成的电路。
对于复杂的数字器件,Protel允许使用一种特殊的描述性语言DigitalSimCode,设计者可通过它建立相应的数字器件模型,以供Protel仿真使用。
它所执行的分析功能有1静态工作点分析OperatingPoint静态工作点分析可用于分析直流稳态电路和交流放大电路的静态工作点。
选择合适的静态工作点是交流放大电路进行正常工作的前提。
2直流扫描分析DCS直流扫描分析是直流转移特性分析,允许设置两个扫描变量,通常第一个扫描变量主独立源所覆盖的区间是内循环,第二个扫描变量次独立源扫描区间为外循环。
3交流小信号分析ACSmallSignal交流小信号分析是一种线性领域分析,仿真程序将首先分析计算电路的直流工作点,以确定电路中非线性元件的线性化模型参数,然后在设计者指定的频率范围内,对变换后的线性化电路进行频率扫描分析。
4瞬态分析TransientAnalysis瞬态分析是一种非线性时域分析方法,它可以在给定激励信号或无任何激励的条件下,计算电路的时域响应。
它类似于利用示波器观察各节点电压或电流的波形。
瞬态分析时,电路的初始状态允许设计者自行指定。
5温度扫描分析TemperatureSweep温度扫描分析是指在一定温度范围内进行电路参数计算,从而确定温度漂移等性能指标。
它不能单独使用,必须在瞬态分析、直流扫描分析或交流小信号分析时,才允许使用温度扫描分析。
6傅立叶分析FourierAnalysis傅立叶分析是在大信号正弦瞬态分析时,对输出的最后一个周期波形进行谐波分析。
7噪声分析NOISE噪声分析可通过绘制噪声谱密度图,以确定电阻噪声和半导体噪声对噪声特性的影响。
噪声谱密度按每赫兹噪声强度绘制,系统能够计算下列噪声输入噪声、输出噪声和器件噪声。
8传递函数分析TransferFunction传递函数分析是在直流工作点的基础上,在电路直流偏置附近将电路线性化,从而计算电路的输入阻抗,输出阻抗以及直流增益。
9蒙特卡罗分析MonteCarlo蒙特卡罗分析是一种统计模拟方式,它是在给定电路元器件参数容差的统计分布规律的条件下,用一组组伪随机数求得元件参数的随机抽样序列。
对这些随机抽样的电路进行直流、交流小信号、瞬态分析,并通过多次分析的结果估算出电路性能的统计分布规律以及电路的合格率、成本等等。
10参数扫描分析ParameterSweep参数扫描分析允许设计者在指定的范围内,以自定义的增幅扫描元件的参数值,它可以与其它分析方法配合起来使用,对电路所执行的分析进行参数扫描,对于研究电路参数变化对电路特性的影响提供了很大的方便。
本次设计主要对所设计的模拟乘法器调幅电路进行各种仿真,为使仿真能够顺利进行,需要对原理图进行必要的修改,首先是添加相应的激励源,信号源,并对信号源的仿真参数进行必要的修改。
在本次仿真中载波频率设置为10KHz,调制波频率设置为1KHz,两个信号源的输出分别添加相应的网络标号,同时为输出添加网络标号,将受控电压源的比例系数改为1,作为电压跟随器使用。
3.1静态工作点分析静态工作点主要是针对mc1496静态工作点进行分析,以验证mc1496是否处于正常的工作状态,具体做法如下1)首先将工程进行编译,在菜单中依次选择Project→CompileDocument,对原理图进行编译,若出现错误,将错误修正后重新编译,直至无错误为止。
2)设置仿真,在菜单中依次选Design→Simulate→Sim,弹出如图六所示的对话框,在右侧的AvailableSignals列表中将所需要分析的节点网络标号添加至右侧ActiveSignals列表中,然后从中选择OperatingPointAnalysis(静态工作点分析),设置完成后单击OK进行仿真。
图六仿真中设置对话框仿真结果图七静态工作点分析仿真结果3.2瞬态分析瞬态分析主要是对模拟乘法器调幅电路的工作性能进行分析,在仿真设置对话框中将仿真节点选择为Vs,Vm,Vo,仿真类型中选择Transient/FourierAnalysis,仿真的起始时间,结束时间和时间步长采用默认值即可仿真结果如图图八瞬态仿真结果图九傅里叶仿真分析结果3.3交流小信号分析交流小信号分析主要是对模拟乘法器调幅电路的频率特性进行分析,在仿真设置对话框中
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