内容发布更新时间 : 2024/7/3 2:39:57星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
MATLABSimulink仿真在模数转换器教学中的应用
Application of MATLAB/Simulink simulation in the teaching of ADC Chen Nan， Long Fei
（Guizhou university for nationalities information engineering institute， Guiyang， Guizhou 550025， China） ： In the teaching of analog-to-digital converter （ADC）， the students rely only on theoretical study， it is difficult to link with the actual ADC structure and the application. Taking the widely used pipelined ADC as an example， this paper discusses the application of MATLAB/Simulink in the teaching of ADC. In the Simulink environment， the behavior model of pipelined ADC is built， and the simulation results are presented， which makes the students understand the structure and working principle of this type of ADC， and the teaching effect is improved. 0 引言
模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）是将模拟信号转换成数字信号的电子系统。在现代生活中，从普通的数据采集到复杂的数字信息处理，从智能手机到互联网，ADC在各式各样的电子设备中成为连接周围物理世界到数字信号处理设
备的重要桥梁。在电子信息类的本科教学中，让学生认识并掌握好ADC的工作原理，对于后续复杂电子电路系统中模拟与数字信号转换的分析与设计会有很大帮助。但由于目前ADC的种类繁多，工作原理和结构各异，学生在学习时，往往仅掌握了A/D转换的基本原理，即采样、量化、编码，而无法将其和实际的模数转换器的结构联系起来，对书本上繁琐的结构原理图，感到很抽象乏味。学生在这部分的学习中常无法达到预期的效果。为应对实验课时较少及实验室硬件设备的不足，我们采用
MATLAB/Simulink软件中丰富的电路元件库，来搭建和模拟目前常用的ADC行为模型及其电路结构，通过修改各种相关参数，可以模拟电路的真实工作情况，实时的显示实验结果。 1 MATLAB/Simulink仿真软件简介
Matlab是一个通用的科学计算平台，适用于工程各领域的分析设计与复杂计算。Simulink是其提供的一个图形化仿真环境，同时也是一个集建模、仿真和分析于一体的工具箱。采用直观的图形化形式进行电路图输入，软件界面友好、操作方便、简单易学。该软件在Windows平台上运行。Simulink提供了大量的功能块，建模时用鼠标点击与拖拽库中的功能块，并将它们连接起来即可。用户可以将功能块组成子系统来建立多级模型。功能块和连接的数目没有限制。Simulink框图还提供了交互性很强的非线性仿真环境。用户可以通过菜单执行仿真，或使用命令进行批处理。仿真结果可以在运行的同时通过示波器或图形窗口
显示[1]。
2 MATLAB/Simulink在模数转换器原理教学中的应用 根据各种不同的应用场合，对模数转换器性能的不同需求ADC同时发展出各种各样的结构。其主要结构有：全并行ADC、折叠内插ADC、逐次逼近ADC、流水线型ADC和Σ-ΔADC等[2]。在模数转换器原理教学中，由于受学时等因素限制，无法将这几类ADC的结构和工作原理都依依详述，因此选择转换速度和精度都比较高、应用广泛的流水线结构的ADC为主要讲授内容。本文以1.5位/级10位流水线型ADC为例，说明Simulink在其系统建模及仿真中的应用。
2.1 1.5位/级10位流水线ADC结构分析
一个标准的流水线型模数转换器结构如图1所示，主要由前端采样保持电路、子级流水线单元、数字校正电路组成[3]。每级流水线（通常最后一级除外）单元包括一个MDAC和一个子ADC，在数据转换过程中，每级流水线由子模数转换器（子ADC）产生一组数字码输出，然后将这个数字码通过子DAC重新转换为模拟信号，并与输入到该级的模拟信号相减得到一个模拟余量电压值，该余差电压被放大输出到下级流水线单元。
每级中的子模数转换器由低分辨率的FLASH ADC构成，例如1.5bit/级的结构每级需要两个比较器，比较器电压分别为Vref/4和-Vref/4。由于比较器的失调电压容易导致误差，因此通过添加冗余位到各级的数字输出，并将所得的数字码送入数字