CN101482890B - 电路仿真装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电路仿真装置和方法，所述装置包括：噪声信号模块，用于产生噪声信号；仿真信号模块，用于产生第一仿真信号；信号合成模块，用于将所述噪声信号与所述第一仿真信号合成，得到第二仿真信号；模数转换模块，用于对所述第二仿真信号进行模数转换仿真处理。本发明通过将测试仪器噪声的仿真信号与∑-Δ模数转换器电路的仿真输入信号合成，得到更真实可靠的仿真信号，全面考虑了行为级电路仿真的各个影响因素，提高了电路仿真的精确度。

Description

电路仿真装置和方法

技术领域

本发明涉及电路设计仿真领域，尤其涉及一种电路仿真装置和方法。

背景技术

∑-Δ(Sigma-Delta)模数转换器(ADC，Analog-to-Digital Converter)用于将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。由于∑-Δ模数转换器具有较高的分辨率，因此广泛应用于音频、图像处理以及通信等领域。

在∑-Δ模数转换器电路的设计过程中，对∑-Δ模数转换器电路进行行为级电路仿真是不可缺少的环节。目前在∑-Δ模数转换器行为级电路仿真中，普遍采用的是一种基于MATLAB和Simulink软件实现的仿真模型，参见图1所示，图1为现有技术中∑-Δ模数转换器电路仿真模型示意图。图1中，∑-Δ模数转换器电路仿真模型包括仿真信号模块101和模数转换模块102。仿真信号模块101，用于产生∑-Δ模数转换器电路的仿真输入信号，该仿真输入信号为正弦信号，仿真信号模块101将仿真输入信号发送给模数转换模块102；模数转换模块102通过采样单元1021、增益单元1022、积分单元1023和比较单元1024对仿真输入信号进行采样、积分增益、积分、和比较处理后，得到数字信号。

在上述∑-Δ模数转换器电路仿真的过程中，仿真模型考虑了∑-Δ模数转换器电路内部各个模块的非理想特性，例如采样电容上产生的噪声等，以得到与真实测试结果更加接近的仿真数据。

但是，由于在对∑-Δ模数转换器电路仿真过程中，仿真结果不仅仅与其本身内部模块的非理想特性的影响有关，还与外界条件的影响密不可分，例如，由测试仪器引入的噪声的影响等。因此，利用上述仿真模型对∑-Δ模数转换器电路进行行为级电路仿真依然存在缺陷，即未能考虑到外部测试仪器本身所引入的噪声，从而可能导致最终的仿真结果和真实测试结果相去甚远。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例的目的在于提供一种电路仿真装置和方法，通过该电路仿真装置和方法，为用户提供一套结构简单、易于实现、仿真精确度高的电路仿真解决方案。

一方面，本发明的实施例提供了一种电路仿真装置，包括：

噪声信号模块，用于产生噪声信号；

仿真信号模块，用于产生第一仿真信号；

信号合成模块，用于将所述噪声信号与所述第一仿真信号合成，得到第二仿真信号；

模数转换模块，用于对所述第二仿真信号进行模数转换仿真处理。

该装置所述噪声信号为测试仪器产生的噪声信号。

该装置所述第一仿真信号为正弦信号。

该装置所述模数转换模块包括：

开关、第一采样电容、第一积分增益器、第二采样电容、第二积分增益器第一加减单元、第三积分增益器、第一积分器、第二加减单元、第二积分器、比较器和输出单元；其中，

开关，用于控制第二仿真信号的传输；当需要进行电路仿真时，打开开关，将第二仿真信号传输给第一采样电容，当需要停止电路仿真时，则关闭开关；

第一采样电容，用于对开关传输的第二仿真信号进行采样处理，得到第一采样信号；

第一积分增益器，用于对第一采样信号进行积分增益处理，得到第一积分增益信号；

第二采样电容，用于对比较器输出的数字信号进行采样处理，得到第二采样信号；

第二积分增益器，用于对第二采样信号进行积分增益处理，得到第二积分增益信号；

第一加减单元，用于对输入的第一积分增益信号和第二积分增益信号进行相减，得到第一输出信号；

第三积分增益器，用于对第一输出信号进行积分增益处理，得到第三积分增益信号；

第一积分器，用于对第三积分增益信号进行积分处理，得到第一积分信号；

第二加减单元，用于对第一积分信号和比较器输出的数字信号进行相减，得到第二输出信号；

第二积分器，用于对第二输出信号进行积分处理，得到第二积分信号；

比较器，用于将第二积分信号与低电平比较，如果第二积分信号大于低电平则输出1，如果第二积分信号小于低电平则输出0，并将得到的数字信号发送给输出单元；比较器在输出数字信号给输出单元的同时，还将该数字信号反馈输入给第二采样电容和第二加减单元；

输出单元，用于输出比较器发送的数字信号。

该装置所述电路仿真装置为对模数转换芯片进行行为级验证的电路仿真装置。

另一方面，本发明实施例还提供一种电路仿真方法，包括以下步骤：

产生噪声信号；

产生第一仿真信号；

将所述噪声信号与所述第一仿真信号合成，得到第二仿真信号；

对所述第二仿真信号进行模数转换仿真处理。

该方法所述噪声信号为测试仪器产生的噪声信号。

该方法所述第一仿真信号为正弦信号。

该方法对所述第二仿真信号进行模数转换仿真处理的过程包括：

当需要进行模数转换电路仿真时，将第二仿真信号输入，对所述第二仿真信号进行采样处理，得到第一采样信号；

对所述第一采样信号进行积分增益处理，得到第一积分增益信号；

对反馈的数字信号进行采样处理，得到第二采样信号；

对所述第二采样信号进行积分增益处理，得到第二积分增益信号；

对所述第一积分增益信号和第二积分增益信号进行相减，得到第一输出信号；

对所述第一输出信号进行积分增益处理，得到第三积分增益信号；

对所述第三积分增益信号进行积分处理，得到第一积分信号；

对所述第一积分信号和反馈的数字信号进行相减，得到第二输出信号；

对所述第二输出信号进行积分处理，得到第二积分信号；

将所述第二积分信号与低电平比较，如果所述第二积分信号大于低电平则输出1，如果所述第二积分信号小于低电平则输出0，并将得到的数字信号输出，同时，还将所述数字信号作为反馈信号输出。

该方法所述电路仿真方法为对模数转换芯片进行行为级验证的电路仿真方法。

本发明的实施例所述的电路仿真装置和方法，通过将测试仪器噪声的仿真信号与∑-Δ模数转换器电路的仿真输入信号合成，得到更真实可靠的仿真信号，全面考虑了行为级电路仿真的各个影响因素，提高了电路仿真的精确度，对电路仿真具有更佳的指导作用。

附图说明

图1为现有技术中∑-Δ模数转换器电路仿真模型示意图；

图2为本发明实施例的电路仿真装置示意图；

图3为本发明实施例的电路仿真中产生的噪声信号波形图；

图4为本发明实施例的电路仿真中产生的正弦信号波形图；

图5为本发明实施例的电路仿真中合成后的第二仿真信号波形图；

图6为本发明实施例的∑-Δ模数转换器电路仿真模型示意图；

图7为本发明实施例的电路仿真方法流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种电路仿真的装置和方法，在∑-Δ模数转换器电路仿真中，将测试仪器的噪声仿真信号与∑-Δ模数转换器电路的仿真输入信号合成，对合成的仿真信号进行模数转换仿真处理，得到真实可靠的仿真数据。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图2为本发明实施例的电路仿真装置示意图，图中包括：

噪声信号模块2，用于产生噪声信号，该噪声信号为测试仪器在工作时所产生的噪声信号，通常为频域内均匀分布的白噪声，如图3所示，图3为本发明实施例的电路仿真中产生的噪声信号波形图。

仿真信号模块101，用于产生第一仿真信号，该第一仿真信号为输入给∑-Δ模数转换器电路的不包含噪声的正弦信号，如图4所示，图4为本发明实施例的电路仿真中产生的正弦信号波形图。

信号合成模块3，用于将噪声信号模块2产生的噪声信号与仿真信号模块101产生的第一仿真信号合成，得到合成后的第二仿真信号，并发送给模数转换模块4。第二仿真信号为模数转换模块4运行时的实际输入信号，如图5所示，图5为本发明实施例的电路仿真中合成后的第二仿真信号波形图。

模数转换模块4，用于对信号合成模块3发送的第二仿真信号进行模数转换仿真处理，并输出离散的数字信号。

图6为本发明实施例的∑-Δ模数转换器电路仿真模型示意图，图6中，模数转换模块4包括：

开关401，用于控制第二仿真信号的传输。当需要进行电路仿真时，打开开关，将第二仿真信号传输给第一采样电容402，当需要停止电路仿真时，则关闭开关。

第一采样电容402，用于对开关401传输的第二仿真信号进行采样处理，得到第一采样信号。对第二仿真信号的采样处理过程中还需要考虑采样电容产生的热噪声，即KT/C噪声。

第一积分增益器403，用于对第一采样信号进行积分增益处理，得到第一积分增益信号，第一积分增益器403的积分增益系数为b2。

第二采样电容404，用于对比较器411输出的数字信号进行采样处理，得到第二采样信号。同样，对数字信号的采样处理过程中也需要考虑采样电容产生的KT/C噪声。

第二积分增益器405，用于对第二采样信号进行积分增益处理，得到第二积分增益信号，第二积分增益器405的积分增益系数为b1。

第一加减单元406，用于对输入的第一积分增益信号和第二积分增益信号进行相减，得到第一输出信号。

第三积分增益器407，用于对第一输出信号进行积分增益处理，得到第三积分增益信号，第三积分增益器407的积分增益系数为b3。

第一积分器408，用于对第三积分增益信号进行积分处理，得到第一积分信号，第一积分器408的积分因子为

第二加减单元409，用于对第一积分信号和比较器411输出的数字信号进行相减，得到第二输出信号。

第二积分器410，用于对第二输出信号进行积分处理，得到第二积分信号，第二积分器410的积分因子为

比较器411，用于将第二积分信号与低电平比较，如果第二积分信号大于低电平则输出1，如果第二积分信号小于低电平则输出0，并将得到的数字信号发送给输出单元412。比较器411在输出数字信号给输出单元412的同时，还将该数字信号反馈输入给第二采样电容404和第二加减单元409。

输出单元412，用于输出比较器411发送的数字信号。

上述电路仿真装置为对模数转换芯片进行行为级验证的电路仿真装置。

上述实施例提供的装置，通过噪声信号模块产生测试仪器在仿真时引入的噪声信号，将该噪声信号与∑-Δ模数转换器电路的仿真信号合成，以得到模数转换器运行时的实际输入信号，全面考虑了行为级电路仿真的各个影响因素，提高了电路仿真的精确度。

本发明实施例的电路仿真方法流程示意图如图7所示，具体步骤如下：

步骤701，产生噪声信号。

该噪声信号为测试仪器产生的噪声信号，通常为频域内均匀分布的白噪声。

步骤702，产生第一仿真信号。

该第一仿真信号为∑-Δ模数转换器电路的输入信号，该第一仿真信号为不包含噪声的正弦信号。

步骤703，对噪声信号和第一仿真信号进行合成，得到第二仿真信号。

该第二仿真信号为对模数转换模块进行仿真时的实际输入信号。

步骤704，将第二仿真信号进行模数转换仿真处理。

具体的，当需要进行模数转换电路仿真时，将第二仿真信号输入，对第二仿真信号进行采样处理，得到第一采样信号。对第二仿真信号的采样处理过程中还需要考虑采样电容产生的热噪声，即KT/C噪声。

对第一采样信号进行积分增益处理，得到第一积分增益信号，其中积分增益系数为b2。

对输入的反馈信号进行采样处理，得到第二采样信号。同样，对反馈信号的采样处理过程中也需要考虑采样电容产生的KT/C噪声。

对第二采样信号进行积分增益处理，得到第二积分增益信号，其中积分增益系数为b1。

对输入的第一积分增益信号和第二积分增益信号进行相减，得到第一输出信号。

对第一输出信号进行积分增益处理，得到第三积分增益信号，其中积分增益系数为b3。

对第三积分增益信号进行积分处理，得到第一积分信号，其中积分因子为

对第一积分信号和输入的反馈信号进行相减，得到第二输出信号。

对第二输出信号进行积分处理，得到第二积分信号，其中积分因子为

将第二积分信号与低电平比较，如果第二积分信号大于低电平则输出1，如果第二积分信号小于低电平则输出0，并将得到的数字信号输出，同时，还将该数字信号作为反馈信号输出。

上述电路仿真方法为对模数转换芯片进行行为级验证的电路仿真方法。

上述实施例提供的方法，通过将测试仪器噪声的仿真信号与∑-Δ模数转换器电路的仿真输入信号合成，得到更真实可靠的仿真信号，全面考虑了行为级电路仿真的各个影响因素，提高了电路仿真的精确度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电路仿真装置，其特征在于，包括：

噪声信号模块，用于产生噪声信号；

仿真信号模块，用于产生第一仿真信号；

信号合成模块，用于将所述噪声信号与所述第一仿真信号合成，得到第二仿真信号；

模数转换模块，用于对所述第二仿真信号进行模数转换仿真处理。

2.根据权利要求1所述电路仿真装置，其特征在于，所述噪声信号为测试仪器产生的噪声信号。

3.根据权利要求1所述电路仿真装置，其特征在于，所述第一仿真信号为正弦信号。

4.根据权利要求1所述电路仿真装置，其特征在于，所述模数转换模块包括：

开关、第一采样电容、第一积分增益器、第二采样电容、第二积分增益器、第一加减单元、第三积分增益器、第一积分器、第二加减单元、第二积分器、比较器和输出单元；其中，

开关，用于控制第二仿真信号的传输；当需要进行电路仿真时，打开开关，将第二仿真信号传输给第一采样电容，当需要停止电路仿真时，则关闭开关；

第一采样电容，用于对开关传输的第二仿真信号进行采样处理，得到第一采样信号；

第一积分增益器，用于对第一采样信号进行积分增益处理，得到第一积分增益信号；

第二采样电容，用于对比较器反馈输出至所述第二采样电容的数字信号进行采样处理，得到第二采样信号；

第二积分增益器，用于对第二采样信号进行积分增益处理，得到第二积分增益信号；

第一加减单元，用于对输入的第一积分增益信号和第二积分增益信号进行相减，得到第一输出信号； 

第三积分增益器，用于对第一输出信号进行积分增益处理，得到第三积分增益信号；

第一积分器，用于对第三积分增益信号进行积分处理，得到第一积分信号；

第二加减单元，用于对第一积分信号和比较器输出的数字信号进行相减，得到第二输出信号；

第二积分器，用于对第二输出信号进行积分处理，得到第二积分信号；

比较器，用于将第二积分信号与低电平比较，如果第二积分信号大于低电平则输出1，如果第二积分信号小于低电平则输出0，并将得到的数字信号发送给输出单元；比较器在将数字信号传送给输出单元的同时，还将该数字信号反馈输入给第二采样电容和第二加减单元；

输出单元，用于输出比较器发送的数字信号。

5.根据权利要求1所述电路仿真装置，其特征在于，所述电路仿真装置为对模数转换芯片进行行为级验证的电路仿真装置。

6.一种电路仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

产生噪声信号；

产生第一仿真信号；

将所述噪声信号与所述第一仿真信号合成，得到第二仿真信号；

对所述第二仿真信号进行模数转换仿真处理。

7.根据权利要求6所述电路仿真方法，其特征在于，所述噪声信号为测试仪器产生的噪声信号。

8.根据权利要求6所述电路仿真方法，其特征在于，所述第一仿真信号为正弦信号。

9.根据权利要求6所述电路仿真方法，其特征在于，对所述第二仿真信号进行模数转换仿真处理的过程包括：

当需要进行模数转换电路仿真时，将第二仿真信号输入，对所述第二仿真信号进行采样处理，得到第一采样信号；

对所述第一采样信号进行积分增益处理，得到第一积分增益信号；

对反馈的数字信号进行采样处理，得到第二采样信号；

对所述第二采样信号进行积分增益处理，得到第二积分增益信号； 

对所述第一积分增益信号和第二积分增益信号进行相减，得到第一输出信号；

对所述第一输出信号进行积分增益处理，得到第三积分增益信号；

对所述第三积分增益信号进行积分处理，得到第一积分信号；

对所述第一积分信号和反馈的数字信号进行相减，得到第二输出信号；

对所述第二输出信号进行积分处理，得到第二积分信号；

将所述第二积分信号与低电平比较，如果所述第二积分信号大于低电平则输出1，如果所述第二积分信号小于低电平则输出0，并将得到的数字信号输出，同时，还将所述数字信号作为反馈信号输出。

10.根据权利要求6所述电路仿真方法，其特征在于，所述电路仿真方法为对模数转换芯片进行行为级验证的电路仿真方法。 

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