1、音響電路測試系統的設計音響測試電路的結構音響測試電路的說明1 本電路由音響信號產生電路(CSP)，AD轉換電路，時鐘電路，分頻電路，數字信號處理電路，低通濾波電路，功率放大電路和揚聲器組成。2 這個系統的設計采用的是從下到上的設計。3 要注意在設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

2、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構可以看到，音響測試電路的結構是比較復雜的，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，因此要設計出比較好的音響系統必須對整個系統進行分析，這一正是仿真軟件容易作到的。CSP電路的設計要求設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的正弦波持續時間為50ms，正弦波的頻率為100

3、Hz，其峰-峰值為12V，在每200ms內出現一次這樣的波形。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的影響。CSP電路CSP電路的特點用控制電路實現了對信號的采樣。通常情況下采用的是離散器件來實現對信號的采樣，如果作一下比較就可以知道，用離散器件作數字采樣的仿真設計是比較耗時的。在本設計中，利用了脈沖源作為開關的作用，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計中需要將電氣模塊的電氣量轉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換為電氣量。在本設計中還采用了低通濾波器，這主要

4、是由于在設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，因此在本設計中設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)，可以看到其仿真結果波形。從仿真結果可以看到，設計的低通濾波器的截止頻率對系統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層中修改元件模塊的參數在本設計中，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計，因此可以修改設計在內層中的參數，這樣在退出時將不會影響設計的本身。它通過使用Alter命令。以本設計的修改為例來說明如何使用這個命令。首先選擇EditList/Alt

5、er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。振蕩電路的設計 在本設計中需要設計一個振蕩電路，其工作頻率為40kHz，該電路作為AD采樣的時鐘模塊，在系統設計的時候，該模塊采用的是脈沖源。從下面的設計中還可以看到，有多種方法可以實現這個振蕩電路，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？這對我們自己的設計有什么啟示。實現振蕩電路的方法在本設計中，采用了純數字器件實現振蕩電路的方案；還采用了數字、模擬混合型的實現方案。純數字器件振蕩電路的實現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

6、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該模塊在本設計中作為啟動振蕩的作用，其bits項的設置為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

7、、輸出波形的對比其上升沿延時，下降沿延時的情況純數字型振蕩的仿真結果模擬型電路的實現方案模擬型振蕩電路的仿真結果混合型振蕩電路的實現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計中既有數字信號，又有模擬信號，數字信號和模擬信號有直接的聯系。由于數字信號為邏輯信號，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字邏輯有對應關系，在SABER仿真中通常要編寫一個對應的文件，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，設計系統都是在SaberSketch中完成的，為了仿真設計，都需要生成設計對象的網表

8、，在生成網表的時候需要將.shm文件添加進去。在Saber/Netlister設置項中選擇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。對設計的仿真在本設計中，選擇混合性的設計來分析，在分析設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，時域分析的參數可以選擇為End time 100u, Time step 10n。在完成設計之后再作參數掃描仿真，仿真的參數為b1模塊的電容c1。c1的變化范圍設置為150p到250p，其步長的設置為25p。最后在作電路輸出

9、頻率與電容c1的關系。對設計結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。需要研究設計電路的輸出頻率與電路參數的關系，因此可以采用電路參數掃描仿真來分析電路參數變化對電路輸出頻率的影響。參數掃描仿真在本設計中，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的參數掃描仿真就可以得到需要的結論，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。參數掃描分析結果AD轉換電路的設計這個電路的作用是將由CSP電路產生的信號轉換為8位數字信號，這個電路的輸出信號作為DSP模塊使用。在本

10、電路的設計中，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計系統的功能。AD轉換電路的要求1 要求將一個模擬信號轉換為一個8位數字信號。2 每400ms完成一次轉換。3 在每個轉換完成后將產生一個輸出脈沖。AD轉換電路AD轉換電路的工作過程在電路的啟動信號(start)到來后，首先將SAR模塊的輸出信號設置為01111111，這個信號將通過DA轉換模塊轉換為一個模擬量，輸入信號與這個模擬量進行比較，將比較后的輸出（是一個數字量）置為q7,然后再將q6位置為0，再將這個量轉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轉換電路DA轉換量的計算這是一個

11、R2R梯形DA轉換器，這個電路可以簡化。)1(21Re21RRVVRRVfOUT移位寄存器模塊clk 時鐘信號clkinh 禁止數據更新sdin 串性數據輸入clr 清除數據load 當信號為高時，將輸入信號的數據上載到輸出端 對AD轉換電路的分析首先對設計作直流工作點分析。對設計作時域分析，時域分析的參數設置為：End time: 10m, Time step: 10n。在仿真結果波形中驗證設計對象的功能。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模塊從前面的設計可以看出，Diff模塊的置位端和復位端均被設置為1。這時Diff模

12、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生一次反轉。對8分頻電路仿真首先作直流工作點分析，然后再作時域，時域分析的參數設置為，Time step:1n，在完成仿真之后觀察仿真結果波形，以驗證設計功能是否實現。DSP電路的設計在本設計中，DSP電路的功能是控制由CSP電路產生的回聲效果，還在本電路中設計了Z域的濾波器。在本電路中算法實現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，一個是數字信號處理器；另一個是數字信號處理，它表示的是一種算法。用數字信號處理器來處理數字信號是非常實用的，這是由數字信號處理的特征和數字信

13、號處理器的特點所決定的。數據采集系統的特征數據采集系統是將一個連續的模擬信號轉換為一個離散的數字量，而這個離散的數字量與給定時刻的模擬量的值要相等。數據采集系統的實現方案在作仿真時，可以用開關來實現數據采集，對于需要采集數據的時間點，將開關閉合；在不需要采集數據時，開關斷開，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據采集系統。在SABER中，有一類模板就是將其它類型的數轉換為事件驅動類型的數，所謂事件類型的數就是當事件發生的時候傳遞數據，而當事件沒有發生的時候就不傳遞數據。在本設計中采用了b2z模塊。DSP電路DSP電路作仿真時的特點在同一設計系統中同時采用了電氣系統模型和數

14、據采樣系統的模型，大家可能對數據采樣系統的模型不太熟悉。在本設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。回聲的設計，在仿真中回聲是通過對信號的延時來實現的。在本設計中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計中采用了b2z模塊，將一個2進制數轉換為一個事件驅動數。在本設計中采用了zlti 模塊實現需要的算法。在本設計中還采用了z域的延時模塊，該模塊用來模擬回聲信號。在本設計中還采用了z2a 模塊，將一個z域信號轉換為模擬信號。b2z模塊的簡介b2z 模塊是將一個2進制數轉換為一個事件驅動數，其中d0到d15為數據的輸入端（可以不

15、用完），其中最高位為數據符號，其輸出為：d0*20+d1*21+d14*214輸出時刻為時鐘的上升沿。zlti 模塊簡介由于在設計中采用了zlti模塊，該模塊是Z域的多項式傳遞函數模塊，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換模塊。轉換模塊將一個時鐘信號轉換為一個無單位的量，在確定這個無單位量時，應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

16、態分析，分析的參數為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，FFT分析和傅立葉分析是建立在時域分析的基礎上的，如果在作時域分析時的輸出文件沒有選擇數據文件，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。本功率放大電路設計的特點在本電路設計中采用了較多的分析方法，除了常用的直流分析、時域暫態分析和傅立葉分析以外，還用到了器件應力分析、噪聲分析、雙端口分析和電路小信號參數的提取。功率放大電路的設計要求在本設計中，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

17、，該電路如圖所示，在本電路中所用的模塊比較簡單，本設計中主要是應用到分析的種類。功率放大電路的特點在SABER Include中設置了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，但是判斷電路是否能正常工作也是仿真的一個重要任務，因此在本設計中還采用了其它仿真分

18、析方法。對功率放大電路作應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，因此對電路作應力分析是必要的。對于設計電路，如果要作應力分析的話，就必須設置器件的最大應力點，這就是在前面需要設置一些器件最大值的原因。作應力分析和傅立葉分析的步驟對一個電路作應力分析和傅立葉分析時，首先必須作這個電路的時域暫態分析，作時域暫態分析是作應力分析和傅立葉分析前提條件。選擇AnalysisStress菜單就可以對設計對象作應力分析。選擇AnalysisFourier菜單就可以對設計作傅立葉分析。RLC濾波電路的設計RLC電路中將要用到的分析在本設計

19、中將要用到DC 分析、時域暫態分析和交流小信號分析(AC分析）來驗證設計對象的功能。在本設計中將要用到vary分析和靈敏度分析來調節設計對象的參數。RLC電路的特點從設計圖中可以看出，本電路中器件參數的設置與通常采用的方式有所不同，在參數設置上采用的形式為normal(100,0.1)這種形式，這種設置的意義為其值為100，但可以有的偏差。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，一個是驗證設計電路的功能，另一個是設計電路器件的參數。根據仿真目的的不同，可以選擇不同的仿真分析方法。本電路首先驗證設計電路的功能，因此

20、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、然后采用時域暫態分析、最后采用交流AC分析。作時域分析的參數為：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分析的參數為：Start Frequency:10, End Frequency:100k。時域仿真分析結果交流AC分析結果基于電路參數設計的分析在本電路中，基于電路參數設計的分析將采用vary分析，靈敏度分析。參數掃描分析(vary)用戶指定一個模板的參數的范圍，并指定這個參數值的變化規律，仿真器對每一個

21、參數值都進行仿真分析的分析方法。每一個vary指令都構成一個循環體，循環體的結束位置在end。在這個循環體中可以添加許多重復的指令，循環的次數由vary指令中的參數決定。每添加一個vary指令就增加一個循環體。參數掃描分析(vary)（續）所謂指令都是一些分析方法。在循環體中添加分析方法的方法是采用AddAnalysis，然后在出現的對話框中選擇需要添加的分析。在本設計中，需要對電阻r2進行掃描分析的步驟為。進行參數掃描分析的步驟選擇Analyses Parametric Vary.菜單，單擊vary按鈕，在出現的對話框中 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，在循環體中