2024年3月7日发(作者：)

课程实践

报告书

课程名称

学 院

姓 名

指导教师

电子电路CAD实践

物联网工程

柳沐璇

专 业

学 号

吴 滨

微电子

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

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、NI Multisim 10负责电路图的仿真(由于protel仿真失败，不得不用这个)

NI Multisim 10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NI Multisim

10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

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

(0~1/31)VREF

寄存器状态（代码转换器输入）

数字量输出（代码转换器

输出）

Q15 Q14 Q13 Q12 Q11 Q10 Q9 Q8 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1

D3 D2 D1 D0

(1/31~3/31)VREF

(3/31~5/31)VREF

(5/31~7/31)VREF

(7/31~9/31)VREF

(9/31~11/31)VREF

(11/31~13/31)VREF

(13/31~15/31)VREF

(15/31~17/31)VREF

(17/31~19/31)VREF

(19/31~21/31)VREF

(21/31~23/31)VREF

(23/31~25/31)VREF

(25/31~27/31)VREF

(27/31~29/31)VREF

(29/31~1)VREF

0 0 0 0 0 0 0 0

0

0 0 0 0

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0 0 1

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1 1 1 1

四、实践过程和内容记录

1、NI Multisim 10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

⑷ PCB板图文件

参考材料：

[1] 《数字电路简明教程》电子工业出版社，Robert D. 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OrCAD 9.2》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

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