集成电路实验报告(信号的放大-滤波-AD采样电路).pdf

Multisim实验报告内容
姓名：胡俊超学号：200805010615
一、题目：基于Multisim信号采集处理系统
在multisim软件基础上，主要是实现信号的放大，滤波，AD采样电路。
二、设计要求：
1．系统的电源输入为正负15V，系统各个电源都由集成电路产生的稳压电压供给。
2.输入信号的为100Hz或者500Hz或者1kHz，幅度为10mv。
3.放大电路要求：考虑提高输入阻抗；考虑放大后的信号是否超过的AD的输入范围；放
大倍数由信号与AD的输入决定。可以考虑集成仪表运放。
4.滤波电路：四阶巴特沃思低通滤波器，截止频率为500Hz。计算各个电阻和电容的取值。
5．AD采样；可以使用8位和16位AD，并设定AD的电压范围为0-5v。考虑采样定理的
约束。
6．DA输出；AD的数字信号直接输出给DA模块
7．对比原始信号和DA输出信号。
三,各个部分详细的设计方法和思路。
电源部分：
原理分析：
由于题目给出了直流15V的条件，考虑到整个系统中所采用的741运放以及AD，DA的采
样参考电压，所以选取5V和-5V供电电压。
集成电路中78系列的线性稳压器件7812以及7805可以构成两级稳压达到要求的5V电源，
78系列压差在3V以上的范围，也满足我们的设计要求，同理，采用7912和7905即可以得
到-5的电压。
电路原理图：

构成5V电源电压电路图

构成-5V电源电压原理图

信号输入和放大部分
原理分析：信号的幅度为10mV，频率可以选择，此时选择500Hz，放大倍数放大30倍。
为了提高输入阻抗，考虑采用集成运放741作为输入，用反向放大，便于计算放大倍数，再
用741做一次同比列的方向放大，这样信号的相位和输入信号无相移，构成了线性无相移的
放大环节。
原理电路图（放大部分）

放大部分仿真结果

图中可以看到输入信号为红色10mＶ的VPP幅值，输出为蓝色300mV的VPP，所以放大了
30倍，输入输出周期相同，相位一致。

放大信号的滤波部分
原理分析;
四阶巴特沃斯低通滤波器，技术指标要求Wn=500Hz，由于考虑到输入信号角频率是
500Hz，所以将Wn提高到550Hz,在设计滤波器是取滤波电容C3和C4的值相等，R6和R7
相等，R12和R10相等，C8和C7的值相等。
由公式f=1/（2πRC）
计算出当：f=550Hz时R=3.2K
时的电容值为180pF,查表得到四阶巴特沃斯的发大倍数为2.235×1.152=2.5742。
经过实际电路的调试得到，，R6=R7=R12=R10=3.2k
C8和C7=120nFC3和C4=100nF

电路原理图：

如上图图所示，输入和输出信号有2.5倍左右的放大，且有相位的移动，下面的BODE图放
映了相位的移动和幅度变化。

在-3db左右时频率为526Hz，既是达到了Wn的要求值

从图中可以看到在526db，或者是500Hz时有相位的移动，接近-90度，这也是造成了输入
输出相位移动的原因。

A/D，D/A部分

设计原理；
由于要将实际现实生活中的声光电等信号用于计算机处理和信息的传输，就需要采样器件
A/D将模拟的信号转换成数字的信号，采样完成后经A/D的采样保持电路，然后量化成数
字信号，完成对信号的数字计算或者数字处理及滤波后用D/A将其转换成模拟信号，以便
于人们感受和观察。
但是，要完成以上过程是在采样时单位采样序列信号的频率要至少2倍于输入信号的截
至频率Wn，我们已知Wn为800Hz，为了保证不引起频谱混叠，以致不能将数字信号恢复
成模拟信号，取采样信号的频率为10KHz。

电路原理图：

图中采用的是8位的A/D和D/A采样频率10KHz，采样方波信号的幅度为10vVPP,
如图所示：

滤波信号经AD，DA变换后的输入输出结果：
如下图所示

图中蓝色曲线为输入AD的曲线，红色的阶梯上升曲线为输出的DA曲线，
其中DA的输出曲线之所以为阶梯上升的，是因为AD采样输入信号完后进行数字的量
化，产生了量化误差，导致的结果就是DA转化不能连续的变化，在频域进行分析时，采样
完成后信号的频谱是输入信号频谱的周期性延拓，且周期是采样单位序列信号的周期，所以
要由离散的序列恢复成连续的信号，只要对输出的信号进行低通滤波即可，得到离散序列的
基带频谱。所以改进方式如下：
对输出的阶梯形信号低通滤波：

示波器中红色为输入的阶梯信号，深绿色的为低通滤波的输出信号。从图中可以看出，
输出放大了2.5倍左右，也有相位移动，这跟采用的滤波器有关。

将AD采样前的输入信号和经AD，DA变化后再次滤波后的信号进行比较得到如下图所
示