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隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，仿真在電子電路系統中的應用越來(lái)越受到人們的普遍關(guān)注。目前，可用于電子電路系統的仿真計算的軟件很多，比較常見(jiàn)的有PSPICE、MATLAB等。PSPICE非常適合在電路仿真中應用，它有豐富的電路元件庫。而MATLAB則是一個(gè)用于系統仿真的理想軟件。MATLAB是一種面向科學(xué)與工程計算的高級語(yǔ)言，SIMULINK是其提供的一個(gè)圖形化仿真環(huán)境，同時(shí)也是一個(gè)集建模、仿真和分析于一體的工具箱，利用SIMULINK可以方便地對用傳輸函數、微分方程和狀態(tài)方程描述的系統進(jìn)行建模和仿真。 目前，數字信號處理技術(shù)在許多通信系統的信息傳輸中得到了越來(lái)越廣泛的應用，而在要處理的模擬信號與數字信號處理系統之間需要一個(gè)模數轉換界面，把模擬信號轉換成數字信號，以供數字信號處理系統進(jìn)行信號處理。流水線(xiàn)結構模數轉換器憑借其高速度、高精度得到了廣泛的應用。本文以1.5位/級10位流水線(xiàn)模數轉換器系統為仿真對象，對其性能進(jìn)行了仿真。 1.5位/級10位流水線(xiàn)模數轉換器結構分析 1.5位/級10位流水線(xiàn)模數轉換器采用了圖1所示的結構，共九級實(shí)現10位數字輸出。每級流水線(xiàn)包括子模數轉換器（ADC）、子數模轉換器（DAC）、減法電路和增益電路。輸入的模擬信號經(jīng)采樣保持（S/H）后送到第一級，每級子ADC產(chǎn)生兩位數字輸出，同時(shí)保持的輸入信號減去由子DAC變換輸出的模擬量，余量被殘差放大器放大2倍后送入下一級。其中前八級，采用相同的1.5位/級，第九級則是一個(gè)標準的2位flash ADC。由九級產(chǎn)生的18位數字量送到數字校正電路，產(chǎn)生10位數字輸出。 這種流水線(xiàn)結構的每級應用框圖如圖2所示。為了簡(jiǎn)單一些，圖中只畫(huà)了單邊結構，實(shí)際應用中是采用全差分結構。這里采用了開(kāi)關(guān)電容電路，在兩相不交疊時(shí)鐘下工作。在第一相時(shí)鐘其間，輸入信號Vin被加到子ADC上，子ADC有兩個(gè)比較電壓，Vref/4，-Vref/4。輸入信號的變化范圍是從-Vref到+Vref（差分結構）。同時(shí)，輸入信號Vin也被加到采樣電容Cs和Cf上。在第一相時(shí)鐘結束時(shí)，Vin通過(guò)Cs和Cf被采樣，并且子ADC的輸出被鎖存。在第二相時(shí)鐘時(shí)，Cf另一端接到運放的輸出端，形成負反饋。而Cs的另一端則接到DAC的輸出端。通過(guò)這個(gè)結構在Vo端將產(chǎn)生殘差輸出。子ADC的輸出通過(guò)一個(gè)模擬多路器來(lái)選擇DAC的輸出電壓Vdac。1.5位/級流水線(xiàn)模數轉換器的每級傳輸函數如下。 1.5位/級10位流水線(xiàn)模數轉換器的仿真模型 本文建立的10位流水線(xiàn)模數轉換器是由九級級聯(lián)而成的，前8級采用了相同的結構。下面給出了前8級每級的模型以及第九級的模型，如圖3所示。 圖(a)中子ADC模塊是對采樣以后的模擬信號與參考電壓進(jìn)行比較輸出兩位的數字量，同時(shí)這兩位的數字量經(jīng)譯碼器譯碼后送到子DAC，作為子DAC進(jìn)行數模轉換的依據。子DAC模塊主要是根據子ADC提供的數字量進(jìn)行模數轉換，輸出一個(gè)模擬量送到加法器。圖(b)是一個(gè)標準的2位flash結構的模數轉換器，其原理及實(shí)現的功能跟上述子ADC基本相同。 1.5位/級10位流水線(xiàn)模數轉換器系統的仿真 圖4是1.5位/級10位流水線(xiàn)模數轉換器的九級系統模型，其中上面的前8個(gè)框圖結構與圖3中的圖(a)相同，第九個(gè)框圖與圖(b)相同。圖中的下半部分為數字校正電路，因為有了這部分數字校正電路，使模數轉換器對子ADC中比較器的要求大大降低，其誤差可以達到±1/2LSB。 根據圖4建立的1.5位/級10位流水線(xiàn)模數轉換器的九級系統模型，對系統進(jìn)行了仿真，其仿真結果如圖5所示。這里Vref為1V，圖5(c)是第一級的殘差輸出，它也代表了每級的傳輸曲線(xiàn)，可以看到模擬結果與式(1)所列的傳輸函數相符合。圖5(e)為10位數字輸出，可以看出它與理想的模數轉換器結果基本符合。圖(f)為三級1.5位/級流水線(xiàn)模數轉換器的數字輸出，通過(guò)跟圖(e)比較可以發(fā)現，流水線(xiàn)的級數越多，結果越精確。通過(guò)這些比較可以看出，本文采用的仿真方法可行。 還可以改變模型中子模塊的參數，來(lái)觀(guān)察它對整個(gè)系統功能的影響。例如，可以改變增益模塊中的增益值，即給系統添加一個(gè)增益誤差，通過(guò)模擬可以發(fā)現它使系統的輸出在±1/4Vref處產(chǎn)生誤差，嚴重的甚至產(chǎn)生失碼。同時(shí)，子DAC中的參考電壓的變化，以及子ADC中比較器誤差的影響等，都可以通過(guò)系統仿真來(lái)進(jìn)行分析。 結 論 利用SIMULINK建立了1.5位/級10位流水線(xiàn)模數轉換器的系統模型，對其性能進(jìn)行了仿真，同時(shí)對系統中的某些關(guān)鍵參數進(jìn)行了修改，分析了參數變化對系統的影響。通過(guò)前面的一系列模擬分析，可以看出MATLAB為系統設計和分析帶來(lái)方便。 |
