信号仿真设计

合集下载

信号完整性仿真流程

信号完整性仿真流程

信号完整性仿真流程
信号完整性仿真是一种通过计算机辅助工程(CAE)软件模拟电子系统中信号质量的过程,主要关注的是高速数字信号在传输过程中受到的各种干扰对信号质量的影响。

简要流程如下:
1. 模型建立:根据设计需求,创建电路板、连接器、电缆等模型,并定义元器件参数及互连结构。

2. 设置边界条件:设定电源网络、信号激励(如上升沿、下降沿、数据眼图等)、负载条件等边界条件。

3. 选择仿真类型:进行瞬态仿真分析信号时域行为,如延时、振铃、过冲等;进行频域仿真分析信号频谱特性,如插入损耗、串扰、反射系数等。

4. 执行仿真:运行仿真软件,计算并输出仿真结果,如眼图、时序图、S参数等。

5. 结果分析:解读仿真结果,评估信号完整性是否满足设计要求,如是否满足建立保持时间、是否存在严重的噪声干扰或信号衰减等。

6. 优化设计:根据仿真结果对设计方案进行优化调整,如调整布线拓扑、添加端接电阻、优化电源/地平面布局等,然后再进行仿真验证,直至满足信号完整性要求。

高速铁路信号控制系统的设计与仿真

高速铁路信号控制系统的设计与仿真

高速铁路信号控制系统的设计与仿真随着现代化交通方式的发展,高速铁路作为一种高效、快速、安全的出行方式正变得越来越重要。

而在高速铁路系统中,信号控制系统扮演着至关重要的角色。

本文将探讨高速铁路信号控制系统的设计与仿真。

高速铁路信号控制系统是用于确保列车运行的安全和顺利的系统,它包括信号设备、线路电气设备、通信设备和中央监控系统等。

其主要功能有列车位置检测、列车控制和列车通信三个方面。

首先,列车位置检测是信号控制系统的核心功能之一。

通过安装在铁路线路上的轨道电路和车载设备,系统能够准确地检测列车的位置和速度。

轨道电路通过电气脉冲来感应列车的位置和通过计算来计算速度,而车载设备通过接受轨道电路发出的信号来获取位置和速度信息。

这样,系统就可以实时监控列车的位置,从而做出相应的信号控制。

其次,列车控制是高速铁路信号控制系统的另一个重要功能。

通过系统内置的车辆检测器、信号机、道岔和闭塞装置等,可以实现列车的控制。

车辆检测器可以检测列车的到站、发车等状态,并发送相应的信号给信号机和中央监控系统。

信号机则通过颜色、灯光等方式向列车驾驶员传递行车指令。

此外,道岔和闭塞装置也起到了关键作用,它们可以确保列车可以进行安全的转换和防止两列车同时进入同一段轨道。

最后,列车通信是高速铁路信号控制系统的重要组成部分。

通过使用现代通信技术,如微波通信、光纤通信等,系统可以实现列车之间、列车与地面的双向通信。

这样,驾驶员可以及时地接收到中央监控系统发出的相关信息,如速度限制、下一站信息等。

同时,系统也可以通过通信设备实时监测列车的运行状况和故障情况,从而确保系统的正常运行。

为了保证高速铁路信号控制系统的性能和安全性,设计与仿真是必不可少的环节。

设计阶段应该充分考虑系统的可靠性、稳定性和扩展性。

通过使用合适的建模工具,如MATLAB、Simulink等,可以对系统进行仿真。

仿真能够帮助工程师模拟真实的运行环境,并评估系统的性能。

例如,可以检测系统在不同速度下的反应时间,以确保系统能够及时地做出反应。

多频窄带数字信号处理仿真系统的设计

多频窄带数字信号处理仿真系统的设计

+∞
������������ ������ = ������ ������ ������������ ������ =
������ =−∞
������ (������������)������ (������ − ������������) (式 1.3)
当编程实现相关的信号采样(通常模拟单个或多个正弦波的叠加) ,根据相关的推导有: 2������������ x n = cos Ωt|������ =������������ = cos ΩnT = cos⁡ ( n) (式 1.4) ������������ 除此之外,在实际的应用中,通常研究的是因果系统,所以采样通常是从 0 时刻开始的,而且 长度也应该为有限长(这也更加符合实际情况) 。 抽样定理是连续时间信号和离散时间信号之间的桥梁,在时域该系统实现了输入信号与抽样序 列的相乘,完成了时间轴的离散,在频域实现了原信号频谱的周期延拓。在奈奎斯特抽样定理的条 件下(抽样频率不小于被抽样带限信号最高频率的两倍), 一个连续时间信号完全可以用该信号在等时 间间隔点上的样本来表示,在频率轴上实现了原信号频谱无混叠的周期化。因此,也就引入了几个 量:采样频率 Fs、序列最高频率 fc。根据奈奎斯特采样定理,则应有Fs ≥ 2fc。当然在实际的应用 中不可能完全没有高于 Fs/2 频率的信号,这时候高于 Fs/2 的频率成分并不是消失了,而是对称地映 像到了 Fs/2 以下的频带中, 并且和 Fs/2 以下的原有频率成分叠加起来, 这个现象叫做 “混叠” (aliasing), 这是任何一个连续信号被离散化的必然结果。 所以在实际的应用中为了避免过高的频率的成分存在, 一般会进行前置预滤波。 当信号经过离散化采样后,时域变离散的同时,频域也由非周期变为周期性的(以 Fs 为周期进 行拓展) ,同时会有 1/T 的增益。 由傅立叶变换理论知道,若信号持续时间有限长,则其频谱无限宽;若信号的频谱有限宽,则 其持续时间无限长。所以严格地讲,持续时间有限的带限信号是不存在的。上述两者情况是不满足 DFT 变换条件的。根据采样定理,为了减小采样后产生的频谱混叠失真,可用预滤波法滤除幅度较 小的高频成分。为避免采样点数太多导致无法存贮和计算,只好截断有限点进行 DFT。 用 DFT 对连续信号进行谱分析必然是近似的,其近似的结果与信号带宽、采样速率和截断长度 有关。从工程的角度看,滤除幅度较小的高频成分和截去幅度很小的部分时间信号是允许的。

FM信号的MATLAB仿真设计

FM信号的MATLAB仿真设计

FM信号的MATLAB仿真设计FM调制是一种常见的调制技术,广泛应用于无线通信、广播等领域。

本文将介绍如何使用MATLAB进行FM信号的仿真设计。

主要包括以下几个方面的内容:FM调制原理、MATLAB信号处理工具箱、FM信号的MATLAB仿真设计。

一、FM调制原理FM调制(Frequency Modulation)是一种连续变化载波频率以控制信号的调制方法。

FM调制的原理是改变载波频率的偏差与调制信号幅度的关系,以实现信号的传输。

FM调制的公式如下所示:\[ s(t) = A_c \cos{(2\pi f_c t + \int_{0}^{t}k_fm(\tau)d\tau)} \]其中,\(s(t)\)表示输出的调制信号,\(A_c\)为载波幅度,\(f_c\)为载波频率,\(m(t)\)为调制信号,\(k_f\)为调制指数,其表示了频率与幅度之间的关系。

二、MATLAB信号处理工具箱MATLAB提供了强大的信号处理工具箱,其中包括了许多用于信号调制与解调的函数和工具。

该工具箱提供了丰富的函数,如modulate、demodulate等,用于实现各种调制和解调方法。

下面将介绍如何使用MATLAB进行FM信号的仿真设计。

1.创建载波信号首先,需要创建一个载波信号。

可以使用MATLAB的sin函数生成一个正弦信号作为载波信号。

假设载波频率为1000Hz,采样频率为8000Hz,持续时间为1秒,代码如下:\[f_c=1000;\]\[ fs = 8000; \]\[ t = 0:1/fs:1; \]\[ carrier = sin(2*pi*f_c*t); \]2.创建调制信号然后,需要创建一个调制信号。

仿真中常用的调制信号包括正弦信号、方波信号、三角波信号等。

这里以正弦信号为例,假设调制信号频率为200Hz,代码如下:\[f_m=200;\]\[ modulation = sin(2*pi*f_m*t); \]3.进行FM调制接下来,使用MATLAB的modulate函数对载波信号进行FM调制。

连续及离散时间信号基本运算的仿真设计 设计方案

连续及离散时间信号基本运算的仿真设计 设计方案

连续及离散时间信号基本运算的仿真设计设计方案1.引言1.1 概述本篇文章主要讨论连续时间信号和离散时间信号的基本运算,并提出了相应的仿真设计方案。

在现代通信和信号处理领域中,信号的基本运算是非常重要且常见的操作,它们可以用于信号的合并、分解、调制和滤波等处理过程中。

连续时间信号是指在时间上连续变化的信号,其数学表示可以用连续函数描述。

本文将重点讨论连续时间信号的加法运算和乘法运算。

加法运算可以实现信号的叠加,而乘法运算可以实现信号的调制。

通过仿真设计,我们可以直观地观察信号的运算结果,并深入理解运算过程中的原理和特点。

离散时间信号则是在时间上以离散的方式变化的信号,其数学表示可以用序列表示。

本文同样关注离散时间信号的加法运算和乘法运算。

不同于连续时间信号,离散时间信号的运算过程需要考虑采样频率和采样定理等因素。

因此,通过仿真设计,我们可以探索离散时间信号运算的特点和限制,并对其进行更深入的研究和理解。

在本文的后续部分,我们将提出相应的仿真设计方案,通过计算机仿真的方法,将连续时间信号和离散时间信号的基本运算进行模拟,并观察其运算结果和特性。

通过这些仿真实验,我们可以更好地理解信号运算的原理和过程,并在实际应用中灵活运用。

总之,本文着重研究了连续时间信号和离散时间信号的基本运算,并通过仿真设计方案展示了信号运算的过程和特点。

通过深入研究和理解信号运算,我们可以更好地应用于信号处理和通信系统中,提高系统的性能和效果。

文章结构:本篇文章主要分为引言、正文和结论三个部分,在正文中又细分为连续时间信号的基本运算和离散时间信号的基本运算两个小节。

引言部分主要包括以下内容:1.1 概述:对于信号处理和通信领域来说,了解和掌握信号的基本运算是非常重要的。

本文围绕连续时间信号和离散时间信号的基本运算展开,旨在通过仿真设计的方式辅助读者更好地理解和应用基本运算。

1.2 文章结构:本文总共包括引言部分、正文部分和结论部分。

基于Protues和LabVIEW的弱信号采集仿真设计

基于Protues和LabVIEW的弱信号采集仿真设计

www�ele169�com | 79电子基础0 引言目前大部分信号采集系统所采集的有用信号,幅值都远大于噪声。

而对于弱信号,仅靠放大滤波电路无法检测出有效的微弱信号[1]。

针对不足,本文提出一种由前置调理电路、微控制器、LCD 和上位机组成微弱信号采集系统,通过电路设计以及算法优化,在采集信号准确的同时也保证了较高的精度要求。

1 系统总体方案本文针对10mV 以内的带噪弱信号进行采集分析,该信号带有一定的噪声,需通过模拟电路和数字电路的处理进行滤除,得到有用信号。

经由中心频率为1kHz 的窄带滤波器对信号进行处理,最终在上位机上将采集的数据点以图形的形式显示出来,绘制出频谱信息,直观地显示信号的信息。

测试过程中,需从上位机软件设置采样频率、采样点数、波特率等信息,通过串口发送至STM32控制器。

2 下位机系统设计■2.1 下位机电路设计下位机电路的仿真采用Protues8.9软件,包括信号调理电路、STM32控制器、虚拟串口、LCD 模块。

信号调理电路最左侧是信号发生器,通过调整其幅度与频率来模拟不同输入信号。

前置放大电路的主要元件是AD620,是一种低噪声的仪用放大器,放大倍数由1脚和8脚跨接的电阻决定,关系式如下:49.41gk G R Ω=+ (1)按照设计要求,前置放大器要放大50倍,可得外部电阻1g R k ≈Ω。

有源滤波电路选择双二次型滤波器,用到三个运算放大器,且均为反向接法。

其特点是稳定性高,不会出现自激振荡现象,调整方便,可以按照电路需求重新调整滤波参数。

由节点法与放大器的虚短虚断分析电路得传递函数: 1222341()11s R CA s s s R C R R C =++(2)对比二阶带通滤波器传递函数通式可得中心频率0f =品质因数Q =,通带增益21v R A R =。

根据中心频率与电容选取的对应关系,0f =1kHz 时C取20nF。

由中心频率、通带增益和通带宽度的参数指标可推算出R1=8kΩ,R2=80kΩ,R3=3.8kΩ,R4=15.9kΩ。

基于Proteus多波形信号发生器的仿真设计

基于Proteus多波形信号发生器的仿真设计

基于Proteus多波形信号发生器的仿真设计Proteus是一款可模拟和设计电子电路的电子设计自动化软件。

在Proteus中,多波形信号发生器可以产生多种波形信号。

本文将介绍如何基于Proteus多波形信号发生器进行仿真设计。

1. Proteus多波形信号发生器的使用在Proteus选择“元件模式”,搜索“MULTIWAVE GENERATOR”可以找到多波形信号发生器。

将其拖到工作区中,双击打开“Edit Component Properties”(编辑元件属性)窗口。

该窗口包含了多种波形类型、频率、幅度等参数。

可以根据需要选择不同的波形类型、频率和幅度。

2. 基于Proteus多波形信号发生器的仿真设计本文以一个简单的LED闪烁电路为例进行仿真设计。

LED的正极连接到MCU的P0.0口,负极连接到地。

MCU的P0.0口跟多波形信号发生器连接,以此来产生高低电平。

步骤如下:1)选择元件在Proteus中选择元件,包括MCU、LED、多波形信号发生器等。

2)连线用连线工具将元件连接起来,形成电路。

3)设置多波形信号发生器双击多波形信号发生器,在“Edit Component Properties”窗口中设置波形类型、频率和幅度。

4)编写程序在MCU中编写LED闪烁程序。

为了简化程序,只需使用一个P0.0口来驱动LED。

程序如下:#include<reg51.h>void delay(int i);void main(){while(1){P0=0x01;delay(500);P0=0x00;delay(500);}}void delay(int i){int j,k;for(j=0;j<i;j++)for(k=0;k<125;k++);}5)进行仿真在Proteus中进行仿真。

仿真时可以看到LED的亮灭与多波形信号的高低电平一致。

可以通过修改多波形信号发生器的参数观察LED闪烁的变化。

ssb信号调制仿真课程设计

ssb信号调制仿真课程设计

ssb信号调制仿真课程设计一、教学目标本课程的教学目标旨在帮助学生掌握SSB信号调制的基本原理,学会使用仿真软件进行SSB信号的调制与解调,培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。

1.了解SSB信号的定义及其特点;2.掌握SSB信号的调制与解调原理;3.熟悉SSB信号调制仿真软件的操作。

4.能够运用SSB信号调制仿真软件进行信号的调制与解调;5.能够分析SSB信号的调制质量,并对信号进行优化;6.能够运用所学知识解决实际通信问题。

情感态度价值观目标:1.培养学生对通信技术的兴趣,提高学生的学习积极性;2.培养学生团队协作精神,增强学生的实践能力;3.培养学生责任感,提高学生对所学知识的应用能力。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括SSB信号调制的基本原理、SSB信号的仿真软件操作以及实际通信问题的解决。

1.SSB信号调制原理:介绍SSB信号的定义、特点及其调制原理;2.SSB信号仿真软件操作:讲解SSB信号仿真软件的使用方法,包括信号的调制、解调、分析等功能;3.实际通信问题解决:通过实例分析,让学生学会运用SSB信号调制知识解决实际通信问题。

三、教学方法本课程采用讲授法、实践法、讨论法等多种教学方法,以激发学生的学习兴趣和主动性。

1.讲授法:用于讲解SSB信号调制的基本原理和仿真软件的使用方法;2.实践法:让学生亲自动手操作仿真软件,增强实践能力;3.讨论法:分组讨论实际通信问题,培养团队协作精神。

四、教学资源本课程所需教学资源包括教材、SSB信号调制仿真软件、多媒体教学资料以及实验设备等。

1.教材:选用国内外优秀的SSB信号调制相关教材,为学生提供系统的理论知识;2.SSB信号调制仿真软件:为学生提供实际操作平台,增强实践能力;3.多媒体教学资料:通过图片、视频等形式,丰富教学手段,提高学生的学习兴趣;4.实验设备:为学生提供实际操作机会,培养学生的动手能力。

五、教学评估本课程的教学评估主要包括平时表现、作业、考试三个部分,以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。

计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析

计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析

计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析在计算机硬件设计中,信号完整性仿真与分析起着至关重要的作用。

随着通信速度和数据量的不断增加,设计师需要更加准确地评估信号传输的可靠性,以确保系统的性能和稳定性。

本文将介绍计算机硬件设计中的信号完整性仿真与分析的重要性,并探讨一些常用的方法和工具。

一、引言在计算机硬件设计中,信号完整性是指在信号传输过程中保持信号波形的准确性和稳定性。

由于信号传输路径中存在各种干扰和失真因素,如信号反射、串扰、时序偏差等,这些因素可能导致信号波形的失真,进而影响系统的功能和性能。

因此,设计师需要进行信号完整性仿真与分析,以评估系统中信号的稳定性并优化设计。

二、信号完整性仿真与分析的重要性1. 确保系统的稳定性和可靠性:通过信号完整性仿真与分析,设计师可以在设计阶段发现和解决潜在的信号完整性问题,以确保系统在实际应用中的稳定性和可靠性。

2. 避免信号失真和性能下降:信号的失真可能导致数据传输错误、时序偏差和性能下降等问题。

通过仿真与分析,设计者可以识别和解决导致信号失真的因素,并优化设计以提高系统的性能。

3. 降低开发成本和时间:通过在设计阶段进行仿真与分析,设计者可以在物理样品制造之前发现和解决问题,从而减少重复设计和制造的成本,并缩短开发周期。

三、信号完整性仿真与分析的方法1. 时域仿真:时域仿真是一种常用的仿真方法,通过模拟信号在时间轴上的波形变化来评估信号的传输特性。

设计师可以使用时域仿真工具,如SPICE、HSPICE等,来模拟和分析信号波形的波速、上升时间、下降时间等参数。

2. 频域仿真:频域仿真是一种基于信号频谱特性的仿真方法,通过分析信号的频域特性来评估信号的传输质量。

设计师可以使用频域仿真工具,如ADS、HFSS等,来分析信号的频率响应、频谱线宽、噪声等参数。

3. 边界条件仿真:边界条件仿真是一种重要的仿真方法,可以模拟信号在不同边界条件下的传输特性。

设计师需要使用合适的边界条件来模拟实际应用中的信号传输环境,并评估信号的完整性。

高速铁路信号控制系统设计与仿真

高速铁路信号控制系统设计与仿真

高速铁路信号控制系统设计与仿真随着现代城市的快速发展和交通需求的增长,高速铁路成为了现代化交通系统中不可或缺的一部分。

高速铁路的快速、便捷和安全性对信号控制系统提出了更高的要求。

本文将介绍高速铁路信号控制系统的设计和仿真,并分析其在运行中的作用和优势。

一、高速铁路信号控制系统的设计高速铁路信号控制系统的设计需要考虑到列车的运行速度、安全性和路段的状况。

系统的设计目标是确保列车在高速运行过程中可以保持安全的距离,并在出现故障或紧急情况下能够及时制动或停车。

1. 系统元件的选择和布置高速铁路信号控制系统由多个元件组成,包括轨道电路、信号机、检测器以及控制中心等。

这些元件需要根据铁路线路的具体情况进行合理的选择和布置。

例如,在区间较短的区段,可以选择使用电缆代替传统的轨道电路,以提高系统的可靠性和安全性。

2. 信号机的种类和位置信号机是高速铁路信号控制系统中最关键的部分之一。

根据列车的运行速度和行驶方向,信号机需要根据预定的信号灯组合发出不同的信号。

这些信号需要准确地告知列车的驾驶员停车、减速或行驶。

信号机的位置应根据铁路线路的曲线和坡度等因素进行合理选择,以确保列车可以及时接收到信号并作出相应的行动。

3. 控制中心的功能和作用控制中心是高速铁路信号控制系统中的指挥中心,负责监控和控制整个系统的运行。

在紧急情况下,控制中心可以迅速响应并采取相应的措施,如关闭信号、制动列车等。

同时,控制中心还可以与其他交通系统进行联动,以确保高速铁路的运行安全和高效。

二、高速铁路信号控制系统的仿真高速铁路信号控制系统的设计需要在实际运行之前进行充分的仿真测试。

通过仿真可以模拟各种运行场景,评估系统的性能和安全性,以及取得改进和优化的方法。

1. 仿真技术的选择和应用在高速铁路信号控制系统的仿真中,常用的技术包括仿真软件、虚拟现实和实时模拟等。

这些技术可以模拟列车的运行、信号机的工作和系统的响应等,以提供准确的测试结果。

通过仿真技术,可以更好地预测和解决潜在的问题,提高信号控制系统的可靠性和安全性。

数字信号频带传输的仿真设计

数字信号频带传输的仿真设计

实训四数字信号频带传输的仿真设计一.实验目的1.理解基带信号和2PSK 信号波形及其功率谱密度的仿真方法。

2.理解数字调制的频谱搬移和频带利用率等特性。

3.生成QPSK 信号的星座图,进而理解信号星座图对于确定判决区域的作用。

二.实验内容1.基带信号采用不归零矩形脉冲,生成2PSK 信号的时域波形和功率谱密度。

2.生成QPSK 信号的时域波形与功率谱密度。

3.QPSK 接收信号的星座图。

4.仿真QPSK 系统的误码率。

三.实验结果1.基带信号采用不归零矩形脉冲,生成2PSK 信号的时域波形和功率谱密度(对应的m 文件为bpsk.m).(1)不归零矩形脉冲的时域波形和功率谱密度:-2-1.5-1-0.500.51 1.52-11时间t幅度2012210178 黄亮平 双极性基带信号波形-15-10-505101500.511.52频率f 频谱s (j w )双极性基带信号频谱(2)2PSK 信号的时域波形及功率谱密度:-2-1.5-1-0.500.51 1.52-11时间t幅度2012210178 黄亮平 BPSK 已调信号波形-15-10-505101500.51频率f 频谱s (j w )BPSK 已调信号频谱2.基带信号采用不归零矩形脉冲或滚降系数为1的升余弦谱,生成4PSK 信号的时域波形和功率谱密度(不归零矩形脉冲对应的m 文件为rectqpsk.m,升余弦脉冲对应的m 文件为rcosqpsk.m).(1)不归零矩形脉冲的时域波形和功率谱密度:-2-1.5-1-0.500.51 1.52-11时间t幅度2012210178 黄亮平 双极性基带信号波形-15-10-505101500.511.522.5频率f 频谱s (j w )双极性基带信号频谱(2)QPSK 信号的时域波形与功率谱密度:-2-1.5-1-0.500.51 1.52-11时间t幅度2012210178 黄亮平 QPSK 已调信号波形-15-10-505101500.511.5频率f 频谱s (j w )QPSK 已调信号频谱(3)基带信号为滚降系数为1的升余弦脉冲信号经QPSK 调制得到的已调信号与功率谱密度:02468101214161820-11时间t幅度QPSK 已调信号波形2 2.2 2.4 2.6 2.83 3.2 3.4 3.6 3.8402468频率幅度QPSK 信号频谱3、QPSK 系统的调制和解调原理随机产生10^5个二进制信息数据,串并变换后进行4PSK 调制。

多频窄带数字信号处理仿真系统设计讲解

多频窄带数字信号处理仿真系统设计讲解

数字信号处理三级项目小组报告多频窄带数字信号处理仿真系统设计指导教师:班级组号:组长:成员:课题组成员分工及贡献:教务处2015 年12 月多频窄带数字信号处理仿真系统设计摘要:数字信号处理系统中的信号都是以离散时间形态存在的,所以对离散时间信号的研究是数字信号的基本所在。

所以我们从信号的采集这个基本点出发,使用C语言利用数字信号处理知识设计并实现一个具有信号采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波等功能的多频窄带数字信号处理软件仿真系统。

可以说,本次报告是对整个数字信号处理这门课程的一个整合。

关键字:谱分析,FIR滤波器,c语言1.信号采集及波形实际生活中遇到的信号一般都是模拟信号,如图:图1.1实际生活中的信号对它进行等间隔采样便可以得到时域离散信号。

时域离散信号(discrete-time signal)即只在一系列分离的时间点n(n是整数,n=0,±1,±2,……)上才有取值的一种信号。

时域离散信号可以用一个离散时间的数字序列来表示。

假设信号用x a(t)表示,它的波形如(a);按照时间T等间隔的对x a(t)取它的幅度,得到一串有序的数据{x a(0),x a(T),x a(2T),...},波形如(b);当n取{0,1,2,...}时,x a(nT)={x a(0),x a(T),x a(2T),...},现在将这一串数字序列用x(n)表示,如(c)。

例如:其中f1=200Hz,f2=250Hz,f3=300Hz,fs=1000Hz通过时域采样利用MATLAB 仿真为:图1.2 连续信号的采集123()cos(t)cos(t)cos(t)a x t =Ω+Ω+Ω312222()cos()cos()cos()s s sf f f x n n n n f f f πππ=++2.信号的频域分析2.1用DFT 对信号进行谱分析所谓的谱分析,就是计算信号的傅里叶变换。

交通信号控制和仿真系统设计原理过程

交通信号控制和仿真系统设计原理过程

交通信号控制和仿真系统设计原理过程
交通信号控制和仿真系统的设计原理过程一般分为以下几个步骤:
1. 需求分析:确定系统的需求和功能,包括道路数量、车流量、行车速度、信号灯控制方式等等。

2. 设计方案:根据需求分析的结果,确定控制方式、交通信号灯类型、控制算法等,确定系统的整体架构,并进行模块设计。

3. 开发实现:根据设计方案进行软硬件设备的选型、优化和配置,并开始对系统进行实现和测试,这个阶段需要进行系统级别的测试。

4. 集成测试:将实现的模块整合到系统中,并进行整体测试,查看系统的稳定性和可靠性。

5. 系统验证:完成测试后,对系统进行验证,观察系统能否正常运行,处理特殊事件和异常情况等。

6. 系统调试:进行系统优化和调试,确保系统性能稳定, 无误差及异常情况,以保证交通系统的有效运行。

7. 系统应用:完成交通信号控制和仿真系统的设计、开发及测试后,将系统应用到实际生活中,确保其稳定和效果,以保证我们的出行更加安全顺畅。

总之,交通信号控制和仿真系统的设计需要经过多个阶段的过程。

从需求分析到系统应用,需要严谨的工作流程以及专业的技术人员,确保系统的稳定性、可靠性和安全性。

宁波地铁2号线信号仿真系统设计方案

宁波地铁2号线信号仿真系统设计方案

- 16 -高 新 技 术由于信号系统的模拟仿真依赖于大量的实际物理设备,功能限制较大、维护成本高且现有培训系统与实际环境存在偏差造成培训效率低。

为了优化这一局面,进一步提升工作人员的操作水平,该文提出以软、硬件结合逻辑运算方式实现信号系统的模拟仿真,以实际的信号系统为基础,面向运营提供高度还原的信号操作模拟系统,实现行车组织、故障等常用场景的模拟,提高相关的培训及演练效率。

1 宁波地铁2号线概况宁波市轨道交通2号线线路全长28.35 km,共设22座车站,平均站间距1.331 km。

采用卡斯柯信号有限公司的Urbalis888 CBTC 系统,包括ATP(Automatic Train Protection 列车自动防护)、ATO [1](Automatic Train Operation 列车自动驾驶)、CBI 联锁计算机等,列车运行最短间隔90 s,为提高专业人员设备操作熟练度,提升故障应急处置效率,提升信号系统影响行车时各专业间联动配合性,建立了一套完善的信号仿真培训系统。

2 仿真系统硬件架构信号仿真培训系统的硬件架构图如图1所示。

信号仿真培训系统由业务仿真服务器、工作站及之间的网络硬件构成。

其中,在服务器上,部署了仿真培训系统后台,使用3台服务器互为冗余配置。

根据培训功能需求,配置了5台工作站,分别为行调值班员、车站值班员、司机及信号人员4个角色建立模拟一项或多项故障场景,在该场景下同时共4个角色进入使用。

3 仿真系统软件架构该文以宁波地铁2号线卡斯柯信号系统为依据进行设计和研发,软件采用Java 和Node.js 作为主要开发语言。

软件架构基于微服务体系,分为多个应用服务。

微服务是一种基于功能模块化设计并将每个功能模块服务化的架构体系。

这些业务模块通过微服务网关实现统一的鉴权和流量防护,互相之间可以通过HTTP 实现调用,并能够通过Docker 容器化部署。

这些服务可以使用不同数据存储技术,并保持最低限度的集中式管理。

ssb信号调制仿真课程设计

ssb信号调制仿真课程设计

ssb信号调制仿真课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能够理解SSB信号调制的基本原理,掌握其数学表达式和频谱特点。

2. 学生能够描述仿真过程中各参数的作用及其对调制效果的影响。

3. 学生能够运用所学知识分析SSB信号在实际通信系统中的应用。

技能目标:1. 学生能够运用仿真软件进行SSB信号调制,并能够调整参数观察调制效果。

2. 学生能够通过仿真实验,分析调制过程中出现的实际问题,并提出解决方法。

3. 学生能够熟练运用通信原理知识,对SSB信号调制进行设计和优化。

情感态度价值观目标:1. 学生通过课程学习,培养对通信工程领域的兴趣,增强学习动力。

2. 学生能够意识到科技发展对通信技术的要求,增强社会责任感和创新意识。

3. 学生在团队协作中,培养沟通与协作能力,提高解决问题的自信心。

本课程针对高中年级学生,结合通信原理课本内容,以实用性为导向,通过SSB信号调制仿真课程设计,使学生掌握通信领域的基础知识,提高实践操作能力,同时培养良好的情感态度价值观。

课程目标具体、可衡量,为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容本章节教学内容紧密围绕课程目标,结合教材以下章节展开:1. SSB信号调制原理(教材第3章)- SSB调制的基本概念及其与DSB调制的区别- SSB调制的数学表达式和频谱特点- SSB调制器与解调器的基本组成和工作原理2. 仿真软件操作(教材第4章)- 介绍仿真软件的使用方法,如Multisim、MATLAB等- 指导学生进行SSB信号调制仿真实验- 分析仿真过程中各参数设置对调制效果的影响3. SSB信号调制应用(教材第5章)- 讲解SSB信号在实际通信系统中的应用场景- 分析SSB调制在无线通信中的优缺点- 探讨SSB调制在现代通信技术中的发展前景教学安排与进度:第1周:SSB信号调制原理学习第2周:仿真软件操作方法学习及实践第3周:SSB信号调制仿真实验及参数调整第4周:SSB信号调制应用案例分析及讨论教学内容科学、系统,旨在帮助学生掌握SSB信号调制相关知识,提高实践操作能力,为后续深入学习通信技术打下坚实基础。

函数信号发生器仿真设计

函数信号发生器仿真设计

函数信号发生器仿真设计
1.功能要求
(1)在给定的+12v、-12v直流电源电压条件下,使用运算放大器设计并制作一个函数信号发生器。

(2)函数信号发生器包括方波、三角波、正弦波产生电路,且频率和幅度可调。

(3)信号频率:1Hz-1kHz。

(4)输出电压为:方波V P-P<=24v
三角波V P-P<=8v
正弦波V P-P》4v
2.总体设计方案
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,可以首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再有积分电路将方波变成三角波;也可以首先产生三角波-方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等。

本实例采用先产生方波-三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法,其电路组成框图如图1所示:
正弦波V03
图1
图1中,比较器输出的方波经由积分器后输出三角波;三角波经由差分放大器变换为正弦波输出。

差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力强等优点。

特别是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。

波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

3. 单元电路设计。

系统仿真信号实验报告

系统仿真信号实验报告

系统仿真信号实验报告系统仿真信号实验报告1. 引言系统仿真是一种通过计算机模拟系统行为的方法,可以对系统进行预测和优化。

在工程领域中,系统仿真有着广泛的应用,可以用于电子电路设计、通信网络规划、交通流模拟等方面。

本实验旨在通过系统仿真,研究信号的传输和处理过程,探索信号的特性和优化方法。

2. 实验目的本实验的主要目的是通过系统仿真,研究信号的传输和处理过程。

具体包括以下几个方面:- 了解信号的基本概念和特性;- 研究不同信号的传输特性;- 探索信号处理方法和优化策略。

3. 实验方法本实验采用MATLAB软件进行系统仿真。

在仿真过程中,我们将使用不同的信号类型,如正弦信号、方波信号和脉冲信号,并对其进行传输和处理。

4. 实验过程4.1 生成信号首先,我们使用MATLAB生成不同类型的信号。

通过调整信号的频率、幅度和相位等参数,我们可以得到不同特性的信号。

4.2 信号传输在信号传输过程中,我们将模拟信号在传输介质中的衰减和失真情况。

通过改变传输介质的特性和信号的传输距离,我们可以观察到信号的变化。

4.3 信号处理在信号处理过程中,我们将对传输后的信号进行滤波、降噪和增强等操作。

通过选择不同的信号处理算法和参数,我们可以改善信号质量并提取出所需的信息。

5. 实验结果与分析在实验过程中,我们得到了不同类型信号的传输和处理结果。

通过分析实验数据,我们可以得出以下结论:- 正弦信号在传输过程中受到较小的衰减和失真,适合用于远距离传输;- 方波信号在传输过程中会出现较大的失真,需要采取补偿措施;- 脉冲信号在传输过程中容易受到噪声干扰,需要进行滤波处理。

6. 结论与展望通过本实验,我们深入了解了信号的传输和处理过程,并探索了信号的特性和优化方法。

系统仿真为我们提供了一种有效的研究手段,可以在实际操作之前进行模拟和预测。

未来,我们可以进一步研究不同类型信号的传输特性和处理方法,以应对不同场景下的需求。

7. 参考文献[1] Smith, S. W. (1997). The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. California Technical Publishing.[2] Proakis, J., & Manolakis, D. (2006). Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and Applications. Pearson Education.8. 致谢感谢实验指导老师的悉心指导和支持,感谢实验室的同学们的合作,使本次实验取得了圆满的结果。

一、设计题目单边带调制信号产生和解调的仿真

一、设计题目单边带调制信号产生和解调的仿真

一、设计题目:单边带调制信号产生和解调的仿真二、设计目的1. 熟练掌握Matlab 在数字通信工程上的应用。

2.了解系统设计的方法、步骤。

3.理解SSB 的原理及Matlab 实现4.掌握滤波器的各种设计和应用方法。

5.加深对书本知识的理解,并深刻掌握。

三、设计要求1.根据所选题目建立相应的数学模型。

2.在Matlab 仿真环境下,输入功能实现函数模拟出单边信号调制产和解调的相应波形。

3.调整参数,观察仿真波形图。

四、开发环境及其介绍1.开发环境:Matalab20102.软件介绍:Matlab 是一款功能强大的系统集成软件,在控制、信号处理、图像处理、通信、金融、生物信息等方面有很广泛的应用。

能满足简单复杂等不同层次的设计。

五、设计内容1.设计原理(1).SSB 模拟单边带调制的原理:双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M()的所有频谱成分,因此仅传输其中一个边带即可。

这样既节省发送功率,还可节省一半传输频带,这种方式称为单边带调制。

产生SSB 信号的方法有两种:滤波法和相移法。

滤波法的原理方框图 - 用边带滤波器,滤除不要的边带:()m t ()DSB s t ⊗()c 载波()H ω()SSB s t图1 原理框图AM 的时域表示:幅度调制—用基带信号f(t)去迫使高频载波的瞬时幅度随f(t)的变化而变化.0()[()]cos()AM c c S t A f t t ωθ=++ (1)其中ωc 为载波角频率;θc 为载波起始相位; A0 为载波幅度当调制信号为单频余弦时,令 m m m f(t)=A cos(t+)ωθ(2) AM 0m m m c c 0m m m c c S (t)=[A + A cos(t+)]cos(t+) =A [1+A cos(t+)]cos(t+)ωθωθωθωθ (3) 其中βAm=Am/A0<=1,称为调幅指数。

调制信号为确定信号时,已调信号的 c c cAM 0c c j(t+c)-j(t+)0S (t)=[A +f(t)]cos(t+)=[A +f(t)][e + e ]ωθωθωθ (4) 已知f(t)的频谱为F(ω),由付里叶变换:00F[A ]=2A ()δω (5)c c j(t+)C F[f(t)e ]=F(-)ωθωω (6)c c j(t-)C F[f(t)e ]=F()ωθωω+ (7)(8)两个不同频率的信号通过非线性元件可以产生四种频率的信号.假定我们有两种频率的信号:载波M(t)=Amcosωct,音频信号m(t)=cosΩct.通过非线性元件可以产生频率分别为ωc,Ωc,的信号.我们通过带通滤波器滤掉Ωc,通过低通滤波器滤掉ωc.这样,我们就得到了两个边带的频率分量c+Ωc,ωc -Ωc,这种含有两个边带信号同时也没有载波分量的信号,我们称它为双边带信号,简称DSB.此时,DSB 也可以被直接发射出去,但是DSB 信号中含有两个边带的信号,这两个边带携带着两个完全相同的信息,我们完全可以只发射其中的一个.这时,我们用滤波器过滤掉其中的一个边带就可以得到单边带信号(LSB 或者USB)。

信号与系统仿真实验报告

信号与系统仿真实验报告

信号与系统仿真实验报告班级:学号:姓名:学院:实验一一、实验者姓名: 二、实验时间: 三、实验地点:四、实验题目:求三阶系统8106)65(5)(232+++++=s s s s s s H 的单位阶跃响应,并绘制响应波形图。

五、解题分析:要知道求单位阶跃响应需知道所用函数,以及产生波形图所需要用到的函数。

六、试验程序:num=[5 25 30]; den=[1 6 10 8]; step(num,den,10);title(‘Step response ’)七、实验结果:实验所得波形图如下:八、实验心得体会:通过本次试验了解学会了一些新的函数的应用。

了解到了N 阶系统的单位阶跃响应的计算方法,和系统的响应波形图的函数应用和绘制方法。

为后面的实验打下基础,并对信号仿真和《信号与系统》这门课程之间的联系有所增加,对《信号与系统》这门课里的问题也有了更加深入地了解。

九、实验改进想法:无。

0123456789100.511.522.533.544.5Step responseTime (sec)A m p l i t u d e实验二一、实验者姓名: 二、实验时间: 三、实验地点:四、实验题目:一个因果线性移不变系统)2()()2(81.0)(--+-=n x n x n y n y ,求:(1))(z H ;(2)冲激响应)(n h ;(3)单位阶跃响应)(n u ;(4))(ωj e H ,并绘出幅频和相频特性。

五、解题分析:离散卷积是数字信号处理中的一个基本运算,MTLAB 提供的计算两个离散序列卷积的函数是conv ,其调用方式为 y=conv(x,h) 。

其中调用参数x,h 为卷积运算所需的两个序列,返回值y 是卷积结果。

MATLAB 函数conv 的返回值y 中只有卷积的结果,没有y 的取值范围。

由离散序列卷积的性质可知,当序列x 和h 的起始点都为k=0时,y 的取值范围为k=0至length(x)+length(h)-2。

多频窄带数字信号处理仿真系统设计

多频窄带数字信号处理仿真系统设计

多频窄带数字信号处理仿真系统设计多频窄带数字信号处理仿真系统设计摘要本文主要是实现在TC2.0的环境下利用C语言实现多频窄带数字信号处理仿真系统。

系统功能包括信号采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波,在本文中主要设计四种滤波系统:低通滤波系统、高通滤波系统、带通滤波系统、带阻滤波系统。

在FIR滤波器设计时使用的是窗函数设计的方法,涉及四种窗函数,分别是矩形窗、哈明窗、汉宁窗、布莱克曼窗。

最后本文对设计的系统程序进一步改进,使之可以完成信号模拟到数字的转换功能、根据数字滤波器指标自动完成滤波器设计的功能、四种滤波功能以及个步骤的时域频域图形绘制。

关键词:多频窄带数字信号处理仿真系统、FIR滤波器、C语言、TC2.0前言:本次数字信号处理小项目主要是利用数字信号的理论结合编程实现一个多频窄带数字信号处理仿真系统设计。

MATLAB强大的数字图像处理能力为我们提供了很好的处理环境,但是由于其处理都是集成的,给我们的使用带来一定的不便性,对于我们理解信号处理过程和定制我们需要的信号处理软件没有参考价值。

故我们选择利用tc2.0环境下的C语言进行系统设计与编写,预期实现信号的采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波等功能的多频窄带数字信号处理软件仿真系统。

项目组分工:杨俊:程序的编写和最终的调试;杨洋:整理资料和负责编写报告;羊大宝:收集资料和部分程序的编写;韩乐梅:整理资料和编写报告;朱煜奎:收集资料和部分程序的编写;正文1系统整体设计思想本报告主要是用C语言在tc2.0环境下实现信号采集、信号时域及频域分析、FIR滤波器设计、数字信号滤波等功能的多频窄带数字信号处理软件仿真系统。

由此可知,该报告设计需包括以下系统:A模拟信号采集模块:完成对模拟信号的采样、量化,使信号变成数字信号。

B 显示模块:完成对信号的时域和频域显示,以便于对信号的频谱和时域分布进行分析。

C 滤波器模块:根据模拟信号生成的数字信号的频域特点确定要完成的滤波指标,进而按照一定的原则选择合适的滤波器进行最后要完成的滤波过程。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

获取更多权威电子书
请登录
大,信号开关速度更快,因而 SSN 会更严重,对模拟信号的干扰也就越大。
di V L dt
同步开关噪声在时域上表现为幅度较小的随机脉冲,频谱为连续频谱,频谱的幅度不 随频率改变而变化,只与噪声大小有关。 可见,要精确分析电压型的干扰源的影响,必须精确描述出来他们的时域和频域的特 性,才能准确分析。 电源 (VRM) 作为电流型的干扰源, 从直流来讲, 由于滤波电路和铜箔的电阻率,在 PCB 上存在电流分布密度和直流压降,整个压降会影响模拟信号参考电位进而影响模拟电路性 能。从交流来讲,整个电路上有源和无源器件作为电源负载,工作频率不一样,电流大小会 随频率而变化,而即使负载不随频率变化,电源电流输出也是随频率变化而变化的参数。对 这样一种激励和负载都变化且难以描述的传输系统,我们转入考察电源通道的频域 SYZ 参 数,特别是电源阻抗 Z 参数。我们估算出电源系统在工作频率范围内的最大电流,只要确保 电源阻抗足够小,就能保证电源电压波动满足指标要求。例如下图,系统最大负荷电流 2A, 电压 3.3V ,要求电压噪声控制在 5 %即 0.165V ,那么从电源到负载处的阻抗只要低于 82.5ohm,就能满足系统要求。
硬件工程师必读攻略----如何通过仿真有效提高数模混合设计性能(上) 5 / 20
获取更多权威电子书
请登录
Spice V
IBIS I
二、提高数模混合电路性能的关键
在解释了数模混合电路仿真存在的主要困难后,下来我们来讨论如何解决这些困难, 从而仿真预测数模干扰进而解决数模干扰的问题。 首先是干扰源的创建和设置。干扰源分为电压型和电流型的干扰源,电压型干扰源通 常是数字信号本身以及数字电源管脚;电流型干扰源通常是 DC 电源。数字信号通常表现为 周期性的方波脉冲信号, 在信号与系统教程中我们知道, 这类周期信号经傅立叶变换后的频 谱,表现为高幅度的离散谱,这些频谱会随着频率的提高而幅度降低,频谱幅度与信号变化 沿 Tr, Tf 以及占空比都有关系。
[年]
硬件工程师必读攻略
如何通过仿真有效提高数模混合 设计性(上)
获取更多权威电子书
请登录
目录:
前言 一 、数模混合设计的难点 二、提高数模混合电路性能的关键 三、仿真工具在数模混合设计中的应用 四、小结 五、混合信号 PCB 设计基础问答
硬件工程师必读攻略----如何通过仿真有效提高数模混合设计性能(上) 2 / 20
三、仿真工具在数模混合设计中的应用
Ansoft 公司的“AD-Mix Signal Noise Design Suites”数模混合噪声仿真设计软件包
硬件工程师必读攻略----如何通过仿真有效提高数模混合设计性能(上) 8 / 20
获取更多权威电子书
请登录
括: PCB 全波整版级信号完整性/电源完整性及电磁兼容/电磁干扰仿真设计和参数抽取工具 SIwave; Ansoft 工具和其他 CAD、EDA 设计工具的接口 AnsoftLinks;电路、系统和多层平 面电磁场设计仿真工具 Ansoft DesignerSI/Nexxim;此外,还可以选配三维结构电磁场仿 真和 EMC 分析工具 Eminence。 Ansft 所有的工具都基于 Windows 设计风格, 菜单和快捷键方 式操作方便,可以直接从现有的电路设计 软 件 中 导 入 Ansoft 的 仿 真 软 件 , 如 Protel , PowerPCB , CR5000 , Allegro , Boardstation 和 Expedition。 而且各个模 块数据通用,可以相互间直接调用。
本文通过 Ansoft 公司的“AD-Mix Signal Noise Design Suites” 数模混 合噪声仿真设计软件的对数模混合设计 PCB 的仿真, 探索分析数模混合电路的噪 声干扰和优化设计的途径,以达到改善系统性能目的。
硬件工程师必读攻略----如何通过仿真有效提高数模混合设计性能(上) 3 / 20
获取更多权威电子书
请登录
前言:
数模混合电路的设计, 一直是困扰硬件电路设计师提高性能的瓶颈。众所周 知,现实的世界都是模拟的,只有将模拟的信号转变成数字信号,才方便做进一 步的处理。 模拟信号和数字信号的转变是否实时、 精确, 是电路设计的重要指标。 除了器件工艺, 算法的进步会影响系统数模变换的精度外, 现实世界中众多干扰, 噪声也是困扰数模电路性能的主要因素。
数字电源管脚上的噪声,通常由于同步开关噪声(Simultaneous Switch Noise)引起, 而同步开关噪声又是由于晶元上 IO 到的电源和地管脚之间的引线电感造成的,这个电压波 动会与电感大小和信号开关速度成正比,如下图。现在的大规模 IC 中,管脚更多,封装更
硬件工程师必读攻略----如何通过仿真有效提高数模混合设计性能(上) 6 / 20
数模混合电路的仿真,还存在模型的问题。业界普遍接受的模拟电路仿真模型还是 SPICE 模型,数字电路信号完整性分析使用 IBIS 模型。多家 EDA 公司的仿真软件已经推出 支持多种模型的混合模型仿真器, 然而摆在设计师案头的主要困难是器件模型, 特别是模拟 器件模型很难得到。在数字设计看来,时域的瞬态分析,即某一时间点上确定的电压值,是 仿真的主要手段,就像调试中的示波器那样直观。没有精确的模型,瞬态分析就无法实现。 然而对模拟设计,特别是噪声分析,激励源在时间轴上难于描述或很难预测,只知道他的频 率带宽范围和大致幅度, 这时候我们通常会引入频域扫频分析, 考察扫频信号在关注点的变 化,如同频谱分析仪的作用。或者干脆如网络分析仪(NA)那样考察信号或噪声通过的通道 的频域 SYZ 参数,进而预测干扰发生的频率和幅度。可见,数模混合噪声分析,既需要支持 混合模型的仿真器,也需要仿真器同时支持时域分析和频域分析。
获取更多权威电子书
请登录
干扰源讨论后,我们再看耦合途径的提取。数模混合噪声,是通过电路传导和电磁场 耦合两种方式工作作用的。众所周知,麦克思维方程和基尔霍夫电压电流(KCL 和 KVL)定 律,构成了解决传统电学问题的基础。20 世纪 60 年代伯克力 SPICE 推出后,解决了利用计 算机工程计算求解电路 KCL 和 KVL 方程问题, 因而如今的电路设计仿真可以利用计算机辅助 做到前所未有的规模,在 SPICE 中,就可以分析噪声通过电路传导的影响。在电磁场计算领 域,20 世纪 80 年代出现的有限元法(FEM) ,特别是 Ansoft 公司推出的三维结构分析工具 HFSS,以其算法的先进和精确,被作为电磁场计算的标准而闻名。然而三维有限元算法,由 于工程计算量巨大,一直作为 RF 微波设计的工具。为了应对 PCB 上成百上千条网络的电磁 场计算, 一些 EDA 公司开始简化 PCB 电磁场求解的难度使用解析法, 而数字电路对于求解精 度要求并不高,这样就出现了专门针对高速数字 PCB 仿真的信号完整性分析(SI)工具。然 而由于解析法固有的局限性,无法考虑诸如跨分割、不完整电源地平面、非理想直流信号的 影响,因此无法分析数模混合干扰这样对精度要求更高的电磁场计算。 近年来,Ansoft 推出了专门针对 PCB 的电磁场分析工具 SIwave,考虑到 PCB 纵向长度 与信号波长之间相差悬殊,它使用 2 维有限元算法,既保证了精度,又大大降低求解难度。 结合了 Ansoft 的 SPICE 仿真器和 2 维有限元电磁场计算的优势,使得对数模混合噪声完整 耦合路径提取和分析成为可能。 分割问题,一直是数模混合电路设计师的一个关注焦点。分割的目的,是为了提高数 模之间的隔离度, 使得数字部分干扰源的能量尽量少的传递到模拟信号端。 然而分割又可能 造成信号完整性,或者电源阻抗变化等问题。关于这一点,单纯的说分割或者不分割,单点 连接还是提供回流路径,都是不全面的。一方面,分割的目的是提高隔离度,只要不出现跨 分割情况, 可以做分割, 然而不合理的层叠或滤波, 反而会降低隔离度, 分割没有达到效果; 另一方面,只要干扰源的噪声幅度控制的足够低,去耦滤波等策略合适,提高数模之间的隔 离度达到一定要求,没有必要做分割;再有,跨分割不是绝对不能出现的,合理的层叠和去 耦策略可以有效避免跨分割的影响。
Z Target
Power _ Supply _ Voltage Allowed _ Ripple
Current
Example :
4A VRM
Z Target(3.3v)
2A
3.3v
3.3v 5%plane 82.5m
2A
硬件工程师必读攻略----如何通过仿真有效提高数模混合设计性能(上) 7 / 20
模拟电路
U U (t ) I I (t )
U U (t )
数字电路
_
作为干扰源的数字电路部分多采用 CMOS 工艺, 从而导致数字信号输入端极高的输入电 阻,通常在几十 k 欧到上兆欧姆。这样高的内阻导致数字信号上的电流非常微弱,因而只有 电压有效信号在起作用,在数模混合干扰分析中,这类信号可以作为电压型干扰源,如 CLK 信号,Reset 等信号。除了快速交变的数字信号,数字信号的电源管脚上,由于引脚电感和 互感引起的同步开关噪声 (SSN) , 也是数模混合电路中存在的重要一类电压型干扰源。 此外, 电路中还存在一些电流信号,特别是直流电源到器件负载之间的电源信号上有较大的电流, 根据右手螺旋定理,电流信号周围会感应出磁场,进而引起变化的电场,在分析时,直流电 源作为电流型干扰源。 无论电压型还是电流型的干扰源,在耦合到被干扰对象时,既可能通过电路传导耦合, 也可能通过空间电磁场耦合, 或者二者兼有。 然而一般的仿真分析工具, 往往由于功能所限, 只能分析其中一种。例如在传统的 SPICE 电路仿真工具中,只考虑电路传导型的干扰,并不 考虑空间电磁场的耦合; 而一般的 PCB 信号完整性 (SI) 分析工具, 只考察空间电磁场耦合, 将所有的电源、地都看作理想 DC 直流,不予分析考虑。耦合路径提取的不完整,也是困扰 数模混合噪声分析的重要原因。 数模混合设计中,电源和地的划分,是业内争论的焦点。传统的设计中,数字模拟部 分被严格分开;然而随着系统越来越复杂,数模电路集成度不断提高,分割又会造成数字信
相关文档
最新文档