模拟与数字电路

模拟与数字电路（精选6篇）

模拟与数字电路 篇1

1 引言

我们已经知道了世界上各种物体发出的信号, 都是模拟的信号。人们一般对模拟信号不易控制变量, 使得人们对模拟信号不好应用。为了能够对模拟信号进行实际的应用, 就得把模拟信号进行转化, 后来科学家们找到了一种比较好的方法, 那就是把模拟信号转化为数字信号。数字信号为人们处理信号带来了方便, 在实际生活中也应用较为广泛, 是处理模拟信号的一种目前最好的办法。

数字信号在人们实际生活中, 运用方便快捷, 而且信号非常的稳定, 非常的好用。譬如数字电视, 数字电视就是采用数字转化的, 把模拟信号转化为数字信号。那到底是怎样把模拟信号转化为数字信号的呢, 那就是把模拟信号通过数字电路, 数字电路对模拟信号进行转化, 从数字电路中输出的就是数字信号, 这样就达到了模拟信号数字化。

信号一般都是连续不断的, 我们看一下用不连续的物理量来处理连续的物理量时看会发生什么现象。就空气中的声音而言, 声音中声压是连续不断变化的信号, 我们取某一瞬间的声音信号, 将其表示成为一个电压。以此时的电压值为基础, 使用逻辑电路改变信号。如果将连续变化的声压每隔一定的时间间隔进行采样并将其连接。我们可以发现原来光滑的曲线, 现在变成了有小锯齿的波了。通过这样的取样模拟信号, 可在数字电路中处理模拟信号 (严格地说是不能完全再现原始的波形, 但是由于人所具有的感觉是有限度的, 所以在考虑其限度后, 以微小间隔取样其电压, 则在数字电路中也能够处理模拟信号) 。

在上述中, 数字电路对模拟信号的处理, 最后把模拟信号转化为数字信号, 在取样时如果取样的数据少或者是取样时, 模拟波的采样电压小于2倍电压时, 可以发现, 用数字电路处理的模拟信号是不光滑的, 也就是数字波形图有一定的锯齿阴影。简单的说“以所处理频率的2倍以上频率采样其电压, 可以再现原频率”, 这就是基本的采样定理。

2 模拟放大器

我们都知道, 人耳所能听见声音的频率是有限的, 在初中物理教材中就有具体的人耳听力范围, 一般以20k Hz为上限, 如果频率超过20k Hz人的耳朵就不可能听到了, 当然如果频率过低, 同样的人耳也不可能听到。频率高于20k Hz的声音叫超声波, 如果频率太低就叫次声波。

在实际生活中, 人们常常都能见到CD音乐, 然而CD音乐唱片基本是使用40k Hz以上的频率进行采样的, 作为数字数据来处理音乐, 就可以再现几乎接近于原始声音的音乐。如果反复进行时, 用模拟电路来放大模拟信号, 就必须使用专用的电路, 电路如图1所示。

图1中, 显示的是模拟放大器把电压变化为直接设定的2倍率的电压值。可以从图1中明显的看到电压变为原来的2倍, 图形中波形的振幅描述的物理量就是电压。

使用被人们常称为OP放大器的IC, 这样就可以简单的实现电压放大电路。使用模拟电路实现模拟信号固然效率达到很高, 但是这需要相当的技术经验, 成本也比较高, 所以我们认识到设计模拟电路是非常困难的。哪有没有一种简单的电路, 就能对模拟电路中的电压实现放大呢?答案是肯定的, 是有办法的, 那就是数字电路的设计。用数字电路就可以放大模拟信号, 数字电路放大模拟信号的具体过程如下文所述。

3 数字电路放大模拟信号

上文中已经提到用数字电路来放大模拟信号, 那么数字电路是怎样放大模拟信号的呢?当人们认识到处理的信号频率与采样频率之间存在一定的关系时, 我们就采用数字电路把模拟信号数字化, 下面将从数字电路处理的根源进行说明。

数字电路就是人们常说的逻辑电路, 就是“0”和“1”的数字组合领域。在这里没有电压的说法, 只有“0”和“1”的组合, 怎样找到“0”和“1”与电压的联系是逻辑电路的精髓所在, 这也是设计数字电路最重要的一点。利用数字电路来处理“0”和“1”的值, 来表达出数字电路的动作, 从而得出人们想要的东西。

利用数字电路来处理模拟信号的基本原理, 其实理解起来并不难, 就是把模拟信号进行A/D变换, 即是模拟信号转化为数字信号, 输入到数字电路中。当模拟信号转化为数值时, 之后输出的就是数字电路了。

在人们获取频率的时候, 有时会遇到抽样频率的变换问题。当电路系统工作在一个“多抽样率”的情况下, 就会遇到抽样频率的变换, 不进行频率的变换是达不到人们希望的效果, 只有对抽样频率进行变换, 才能完成人们的意愿。譬如多媒体, 在使用多媒体时既有语音、视频、图像、数据等的传输, 这些语音、视频、图像、数据都有各自对应的频率, 当它们组合在一起时就完成了人们想要完成的工作。显然对不同频率的抽样, 是不同的必须实行抽样率的变换, 使得达到人们的意愿。又如, 为了减小对抽样频率过高而导致数据过多使用不匹配, 这时人们希望降低抽样频率。再如两个系统的时间频率不同, 信号要在这两个系统中传输时, 为了方便信号的处理、编码、传输和储存, 这时就要根据时钟的频率对信号的抽样频率进行转换, 经过人们不断的研究, 抽样频率的变换已经越来越被电子电路注重。

实现抽样频率转化的一种方法, 那就是先把离散的时间信号x (n) 经过D/A变换器进行操作处理, 最终变换为模拟信号xα (t) , 再经过A/D变换器对xα (t) 以另一个抽样频率抽样。在这个过程当中经过D/A变换器和A/D变换器后, 会引入信号失真和量入误差, 导致结果的精确度不高。然而另一种方法, 则是人们最喜爱的方法, 也是逻辑电路设计常用的方法, 那就是直接在数字领域对已抽样信号频率x (n) 做抽样变换[2]。

我们用数字电路处理模拟信号时, 虽然运算的精度受到限制, 但利用“0”和“1”的数字组合能实现各种各样的操作。基本上是通过将模拟电压变换成数字数据, 接着在数字电路中运算数字数据, 最后将其变换结果变换为模拟数据这样的操作步骤, 来实现各种各样的操作。

4 数字信号在生活中的应用

用数字信号处理模拟信号, 是用数字方法对信号进行分析、变换、滤波、检测、调制、解调, 是一种快速算法的技术学科。在生活中, 有很多人都认为, 用数字信号处理模拟信号, 主要是对数字滤波技术、离散变换快速算法和谱分析方法等进行研究。随着数字电路和电路系统的发展以及计算机技术的迅速的发展, 最终使得数字信号处理技术得到了空前的发展, 人们生活在数字信号的海洋世界里, 显然对这门技术的应用领域也是十分的广泛。

数字信号处理技术可以制成数字滤波器, 数字滤波器在生活中运用方式有很多, 大致可分为有限冲激响应和无限冲激响应两大类型, 这两种类型可用硬件和软件两种方式分别来实现。在用硬件方式来实现中, 它是由加法器、乘法器等单元所组成的, 这与电阻器、电感器和电容器所构成的模拟滤波器是大不相同的。数字信号处理系统, 用数字集成电路设计很容易制成, 而且制作出的数字处理系统体积小、稳定性高、可程控等许多的优点。另外, 数字滤波器也可以用软件来实现。用软件来实现就是借助数字计算机, 按滤波器的设计算法, 对其编程进行数字滤波计算。

数字信号处理技术在谱分析中也有较大的应用, 就是指在一定频率范围中对变换信号特性的一种分析方法。一方面可用来确定信号, 另一方面也可用来确定随机信号。这里的确定信号, 是指与一定的时间函数有关的数学式子, 这样它在任何时刻的数值都是一个确定的值。随机信号是指, 不具有上述的特性它在具体某一时刻的值, 是随机的是不确定的。在对随机信号进行处理时, 是采用随机过程理论、利用统计方法综合进行分析处理, 譬如经常利用到均值、均方值、相关函数、功率谱密度函数等来统计, 描述随机过程的特征或随机信号的特性。在生活中人们经常遇到的随机过程, 大多数是指比较平稳随机过程, 由它的样本函数来决定, 可以根据某一个样本函数的时间来确定。平稳随机信号本身就具有不确定性, 但它的相关函数却是确定的。特别是在均值为零时, 它的相关函数的傅里叶变换或Z变换恰恰可以表示为随机信号的功率谱密度函数, 一般简称为功率谱。这一特性十分重要, 这样就可以利用快速变换算法, 进行计算和处理。在实际中观测到的数据是有限的, 这就需要利用一些估计的方法, 根据有限的实验数据, 估算出整个信号的功率谱。

数字信号处理技术可以制成数字信号处理系统, 经过信息的获取或数据的采集过程, 得到原始信号, 如果原始信号是连续信号还须通过抽样过程, 使之成为离散信号, 再经过模数转换得到能为数字计算机或处理器所接受的二进制数字信号。如果所收集到的数据已是离散数据, 则只须经过模数转换即可得到二进制数码[3]。数字信号处理器的功能是将从原始信号抽样转换得来的数字信号, 按照一定的要求进行转换, 例如滤波的要求, 加以适当的处理, 即得到所需的数字输出信号。经过数模转换先将数字输出信号转换为离散信号, 再经过保持电路将离散信号连接起来成为模拟输出信号, 这样的处理系统适用于各种数字信号处理的应用, 只不过专用处理器或所用软件有所不同而已。

5 结语

在人们生活中实际的电路是多种多样的, 如果放大倍数被固定为2倍, 则只需要通过移位寄存器对数据进行移位就可以简单的实现了, 就不需要数字电路的处理也能实现。但是当在倍数可以自由改变的情况下, 就不得不使用数字数据的乘法电路了, 也就是逻辑电路。

声音、图像等各种各样的信号被数字化, 这是因为数据的存储、传送等与以往的模拟数据相比具有更容易处理的优点。用“0”和“1”的组合, 可同时处理声音数据和图像数据, 作为混合数据进行处理在这点上, 是划时代的。

我们正在向数字化时代迈进, 复杂的系统可容纳在小型的硅芯片上, 使得我们更多的梦想得以实现, 其根本原因都在于数字IC。数字化时代是大数据时代, 各种各样复杂的信号, 都可以转化为“0”和“1”的世界, 是古代人们难以完成的信息处理。现在越来越多的使用云数据处理, 也就是人们常说的云计算, 云计算是对大数据进行分块处理, 不是一两个人能完成的, 是许多的人对其数据进行操作处理, 最后共同完成一项任务。

参考文献

[1]汤山俊夫.数字电路设计[M].北京:科学出版社, 2006.

[2]程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社, 2007.

[3]乔石琼.电子测量与计量[M].北京:中国大百科全书出版社, 1991.

模拟与数字电路 篇2

2009级《模拟与数字电子技术》期末考试B卷

任课教师：王逍，张艳，刘春花

学号姓名班级

一、填空（4%×7=28%）

1.(1101.01)210

2.(587)10=()16

3.将330位二进制数。

4.输出端可以输出“高阻”状态的门电路为门。

5.设计一个模19计数器至少需要

6.可以大批量生产、性能可靠但无法改变的ROM为ROM，可以用紫外线擦除、电信号编程的ROM为ROM。

二、将逻辑函数F(A,B,C)B(AC)化为与非式。（10%）

三、将逻辑函数F(A,B,C,D)m(0,1,5,6,9,11,13)d(3,4,10,15)化成最简与或式（卡诺图法）。（10%）

四、（1）已知逻辑电路的输入变量为A,B,C，输出F为它们的偶校验码（即：输入A,B,C加F应保证1的个数为偶数）。画出F的卡诺图；（4%）

（2）芯片CT54LS138的真值表如下，试用该芯片

产生逻辑函数F（配合与

非门实现）。（6%）

五、试用

F(A,B,C,D)8选一数据选择器实现逻辑函数m(4,6,8,9,10,11,13,15)

（1）选取A,B,C为地址变量，在F的卡诺图上画出ABC的最小项的圈；（5%）

（2）作出电路图。（5%）

六、试分析如图电路的功能，设初始状态为0000。

（1）列出各个触发器的次态方程；（3%）

（2）作出状态转移图；（3%）

（3）画出波形图；（3%）

（4）描述该电路的功能。（3%）

七、试用JK触发器设计一个模7、8421 BCD码、递减计数器，初始状态为111，（1）用JK触发器组成3位二进制递减计数器（5%）

（2）在此计数器的基础上，使用触发器的Sd端或Rd端设计出题目所要

求的计数器。（5%）

八、2-5-10进制异步计数器74LS90的结构如图，（1）试将两片74LS90扩展成5421 BCD 式模100计数器；（5%）．．．．．．．码．

（2）利用74LS90的直接清0端将扩展后的模100计数器设计成为模79

论数字电路系统的测试与实验分析 篇3

掌握数字系统的分析和设计方法。

能够熟练地、合理地选用集成电路器件。

提高电路布局、布线及检查和排除故障的能力。

培养书写综合实验报告的能力。

（二）实验要求

1.根据设计任务要求，掌握数字系统的分析和设计方法。首先按单元电路进行设计，然后选择合适的元器件，最后画出总原理图。

2.安装调试电路直至实现任务要求的全部功能。对电路要求布局合理、走线清楚、工作可靠。

3.写出完整的实验报告，包括调试中出现异常现象的分析和讨论。

（三）实验说明

1.数字系统的设计方法。数字电路通常是由组合逻辑和时序逻辑功能部件组成的，这些功能部件可以由各种各样的SSI（小规模）、MSI（中规模）、LSI（大规模）器件组成。数字电路系统的设计方法有试凑法和自上而下法。下面对这两种方法进行简要介绍。

试凑法的基本思想是把系统的总体方案分成若干个相对独立的功能部件，然后用组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计方法，分别设计并构成这些功能部件；或者直接选择合适的SSI、MSI、LSI器件实现上述功能，最后把已经确定的部件按要求拼接组合起来，构成完整的数字系统。

近年来，随着中、大规模集成电路的迅猛发展，许多功能部件的读数据选择器、译码器、计数器和移位寄存器已经大量生产和广泛使用，不需按照组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法来设计，可直接用这些部件来构成完整的数字系统。对于一些规模不大，功能不太复杂的数字系统，选用中、大规模器件，采用试凑法设计，具有设计过程简单，电路调试方便，性能稳定可靠等优点，因此，仍被广泛使用。

自上而下（或自顶向下）的设计方法适合于规模较大的数字系统。由于系统的输入变量、状态变量和输出变量的数目较多，很难用真值表、卡诺图、状态表和状态转换图来完整、清晰地描述系统的逻辑功能，需要借助某些工具对所设计的系统功能进行描述。通常采用的工具有：逻辑流程图、算法状态机流程图、助记文件状态图等。

这种方法的基本思想是，把规模较大的数字系统从逻辑上划分为控制器和受控制器电路（受控电路）两大部分，采用逻辑流程图或ASM图或MDS图来描述控制器的控制过程，并根据控制器及受控制器电路的逻辑功能，选择适当的SSI、MSI功能器件来实现。控制器或受控器可分别看成一个子系统，所以，逻辑划分的工作还可以在控制器或受控器内部多重进行。按照这种设计思想，一个大的数字系统，首先被分割成不同层次的许多子系统，再用具体的硬件实现这些子系统，最后把它们连接起来得到完整的数字系统。自上而下设计方法的步骤如下：

（1）明确设计系统的逻辑功能。

（2）拟定数字系统的总体方案。

（3）逻辑划分，即把系统划分成控制器和受控电路两大部分，规定具体的逻辑要求，不涉及具体的硬件电路，如下图所示。

（4）设计受控电路及控制器。受控电路可以根据其逻辑功能选择SSI、MSI、LSI功能部件来实现，由于控制器是个复杂的时序逻辑系统，很难用传统的状态图来描述其逻辑功能，如果采用ASM图或MDS图来描述控制器的逻辑功能，再通过程序设计反复比较判断各种方案，则可不受条件限制地导出控制器的最佳方案。

现代数字系统的设计，可以用EDA工具，选择PLD器件来实现电路设计，可以将上面的描述直接转换成EDA工具使用的硬件描述语言送入计算机，由EDA完成逻辑描述、逻辑综合及仿真等工作，完成电路设计。

自上而下的设计过程，并非是一个线性过程，在下一级定义和描述中往往会发现上一级定义和描述中的缺陷或错漏。因此，必须对上一级的定义和描述加以修正，使其更真实地反映系统的要求和客观可能性。整个设计过程是一个反复修改和补充的过程，是设计者追求自己的设计目标日臻完善的积极努力的过程。

2.试验电路的故障检查和排除。在实验中，当电路不能完成预期的逻辑功能时，就称电路有故障。典型故障有三类：设计错误导致的故障，布线错误导致的故障，器件与底板故障。其中大量的故障是由于接触不良造成的，其次是布线错误（漏线和错线），因集成器件本身问题导致的故障是较少的。

《数字电路与逻辑设计》考试大纲 篇4

（一）基本要求

1.掌握二进制、八进制、十进制、十六进制及其转换方法，掌握常用编码及其表示十进制数的方法，掌握逻辑代数的逻辑运算、公式和规则，掌握逻辑函数及其表示方法，掌握逻辑函数的化简方法；

2.掌握TTL、CMOS逻辑门的逻辑功能、电气特性、应用和使用注意事项；

3.掌握组合逻辑电路的特点，掌握用传统方法分析和设计组合逻辑电路，重点掌握常见中规模组合逻辑器件（MSI）（译码器、数据选择器、运算电路）的逻辑功能和应用，了解组合逻辑电路中的冒险现象；

4.掌握触发器的分类和逻辑功能，重点掌握主从型、边沿型触发器的特点和应用；

5.掌握时序逻辑电路的特点，掌握时序逻辑电路的分析方法和设计方法，重点掌握常见中规模时序逻辑器件（MSI）（CT74160、CT74161、CT74163、CT7490、CT74194）的逻辑功能和用SSI、MSI器件构成任意模值计数分频器的方法；

6.熟悉半导体存储器（SAM、ROM、RAM）的结构特点、工作原理和扩展方法，掌握ROM、PROM阵列在组合逻辑设计中的应用；了解可编程逻辑阵列（PLA）实现组合和时序逻辑的方法；

7.掌握脉冲信号和脉冲电路的特点，掌握施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器等脉冲电路的应用，掌握用555定时器构成的施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器等脉冲电路的工作原理、波形分析及主要参数的估算。

（二）指定参考书：

模拟与数字电路 篇5

关键词：移动学习；教学设计；教学策略

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2015）18-026-02

一、本节（课）教学内容分析

电子技术是电子专业系列课程的入门基础知识，具有自身的体系和很强的实践性。

1、所授內容在整个课程标准或单元（模块）中的地位和作用：本单元教学内容是本课程的一个重点，是对基本逻辑门电路知识的延续和拓展。

2、所授内容中重点和难点的分析：重点是反馈的类型及其判定；负反馈对放大电路性能的影响。难点是负反馈放大电路的测量与调试。

二、本节（课）教学目标设计

1、知识和技能目标：

（1）理解秒电路、分电路、时电路的计数规律。（2）会用74LS161构成任意进制计数器，通过测量与调试验证理论。

2、过程和方法：

（1）初步学会采用移动学习、自主学习、合作学习、探究学习的方法来了解电路的基本构成，会用74LS161构成任意进制计数器。（2）进一步感受移动学习、发现式学习、小组式学习、交往式学习，在学习中能通过测量与调试验证理论。

3、情感态度和价值观：

（1）体验学习的乐趣。（2）体会电子技术与生活的紧密联系。（3）强化安全意识，质量意识，养成规范化操作的职业习惯。

三、学生情况分析

1、学生现有认知水平、学习能力、学习行为：所教的学生是高职应用电子技术专业三年级的学生，初步具备专业课程的学习能力，形象思维能力较强，逻辑思维能力较弱。初步具备一定的专业基础知识，电子绘图能力和一定的电子技能。学生喜爱项目化的教学模式，对未来的工作岗位有一定的了解和向往。学生对自行搜集、分析问题的方法与能力有一定的基础，合作交流的能力还比较强。

2、学习本教学内容的难易度及原因：学生学习本教学内容的难易度为中等偏难，其主要原因是由于学生的入学成绩较低，逻辑思维能力较差，与此同时，电子技术课涉及的知识面广，基本概念、基本原理、分析方法多，因此学生在学习中，总是觉得很吃力，致使学生学习热情不高，教学质量不理想。学生虽已接触了一些电子专业的基础知识，但基础相当薄弱，且学生的学习习惯不佳，传统的教学模式用单一的方法从理论上阐述，学生感到抽象，难以理解和掌握。没有扎实的基础，对学生的学习有着很大的影响。

四、教学过程和教学资源设计

1、教学环境设计

智能手机、电子学综合实验装置、导线、集成电路、电子实验室、多媒体等。

2、关于教学策略选择的阐述

在教学中以知识预备——实物演示——相关知识学习——任务实践——点评分析为主线，综合的运用多种教学方式来充分调动学生学习的主动性和积极性，体现其主体地位，通过移动学习，使学生学习更具主动性、开放性。

3、教学过程结构设计

（1）课前准备，引发注意或提醒。

教师登陆移动教学系统，通过手机向学生发送上课要求，包括上课课题、时间、地点、需要准备的知识、学习工具等。

学生进行分组，并选出组长，每4人为1小组，并选取一人作为组长，搜索关于计数器的实际应用例子，并把结构以小组为单位上传到教师机上。同时上网站下载数字钟视频，总结计数规律。

（2）创设情境质疑引新

先通过上节课作业评价以及复习回顾，使学生进一步巩固所学知识，同时也为新课的学习打下伏笔。然后教师将手机与电脑连接，通过投影仪投影展示预习结果来引入新课。

（3）讲授新课提出问题解决问题

以提问、练习贯穿全程，结合讲授法和启发式教学法，让学生通过移动学习、自主学习、合作学习、探究学习的方法在回答问题的过程中掌握新知识。

分析讨论、明确任务：秒电路、分电路、时电路的计数规律分别为60进制、60进制、24进制。本次课任务：秒电路的设计与制作。

提出要求：采用集成计数器74LS161和集成门电路74LS00。

组内分工：组内讨论设计思路：采用74LS161实现秒电路，需要两部分即6进制计数器、10进制计数器，然后实现个位向十位的进位；因此分工为：1人设计6进制，1人设计10进制，2人分析个位向十位的进位。

设计过程：

1）手机下载教师端资料，学习74LS161的功能及使用方法。2）教师结合74LS161，讲解实现7进制计数器的一种方法；并播放仿真视频。3）学生下载或查阅教师的设计方法，自己设计出10进制和6进制的计数器及60进制计数器，并以小组为单位上传设计结果至教师手机。4）师生共同分析学生设计结果。A、组内代表讲解设计思路与结果，分享成功的经验和失败的教训。B、其他小组的分析与评价。C、教师总结。

（4）巩固新知拓展应用

使用数字试验台制作秒电路。采用任务驱动法和项目式教学法，教师指导、学生试做，提高学生实践动手能力，并通过实践分析、验证相关知识，化解难点；最后通过协作分析点评方式，实现知识的汇总提高。

1）手机查阅试验台上脉冲信号的使用说明、电源和接地的使用说明。2） 搭接60进制计数器。3） 手机查阅译码显示器的作用及使用方法。4） 实现秒电路的计数、译码、显示。5） 上传实验视频。6） 学生自评制作过程。7）学生互评。各小组对其他小组产品进行评价，指出其他产品的创新处在哪、自己需要学习的部分、产品需要改进的部分等。8） 教师评价。最后教师根据各组项目完成情况综合教学目标及学生具体表现，给出考核结果。

总之，作为数字化学习与移动通信技术相结合的产物，移动学习从根本上解决了教学活动中时间不同步、空间相分离的问题，真正实现从教师的“教”转变为学生的“学”，做到以学习者为中心，以教育传播理论为基础，以移动终端设备为工具，以数字化信息资源为内容，以任务驱动、社会情境为教学应用模式，全方位激发学生的学习动机，培养学生积极学习的习惯。作为传统教学的有效补充，移动学习创造了一个传统课堂学习、数字化学习与移动终端学习相结合的无障碍教学环境，具有很大的发展前景。

参考文献：

[1] 皮连生.教学设计——心理学的理论与技术[M].北京：高等教育出版社，2000

模拟与数字电路 篇6

关键词：数模转换 叠加噪声 量化噪声

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0008-01

案例涉及的设备采用的是数字显示屏（6bit×3ch），同时支持模拟信号的输入和显示，而其内部视频转换电路中采用8bit的数字转换芯片，这就需要把8bit视频信号的部分数据舍弃才能显示。模拟信号本身的易受影响的问题，模拟数字转换时较容易发生的量化噪声，以及数据舍弃时所发生的数据变化，都有可能作为画面噪声显示出来被人眼所觉察以致产生不适感。

课题（1）模拟视频信号（CVBS模拟信号比较常见）的叠加噪声和转换过程中产生的量化噪声的减弱。

课题（2）内部视频信号转换时数据变化问题的处理。

1 说明

首先是案例设备的模块图，如图1。

其处理方法。

（1）CVBS数字解码芯片8bit YUV

—— 上述课题1。

（2）8bit YUV计数器6bit数字RGB

—— 上述课题2。

（3）6bit数字RGBLCD显示驱动6bit数字RGBLCD显示屏。

外界输入的CVBS模拟视频信号在PANEL-MAIN上进行传输的时候，很容易被PANEL-MAIN上的其他模块影响。因为PANEL-MAIN上会有各种各样的电源电路尤其是背光电源供给电路等，它们会产生相当的噪声。然后通过电源/地等的传导，使得这些噪声有可能叠加到CVBS视频信号上，致使PANEL-MAIN出来的视频信号本身就已经带有所谓的叠加噪声*1。同时数字解码芯片对输入的模拟视频信号（CVBS信号）进行模拟数字转换时，也会产生量化噪声*2。转换好的8bit数字信号会被输送到计数器中，计数器接收到之后，因为考虑到后续的显示屏只需要6bit信号，所以会把下位的2bit的数据舍弃，这样会使得数据发生一定的变化。

（1）叠加噪声。

来自其他电路模块的影响。通过传导辐射等方式叠加到视频信号上。假设数字解码芯片进行（Full-Scale 1.4Vpp）的A/D转换，大概会有22 mV/bit的变化量。当噪声信号超过22 mV的话，会使得转化后的数字信号有可能在3个区间内变化，此时画面噪声将会更加明显。

（2）量化噪声。

进行模拟数字转化的时候，当模拟信号有22 mV变化的时候，就会发生bit增减的可能。例如，如果阈值附近的辉度电平上存在着这个22 mV左右的细微噪声的话，就会发生bit变化，从而产生量化噪声。

2 设计方法

因为数据的舍弃方法一旦确定，理论上就不可以随便变动，除非采用新的舍弃方法或者采用其他的处理方式。所以同种舍弃方法上的改善效果并不明显，我们先从噪声的处理方法上来着手检讨。

（1）理论设计阶段的考虑：量化噪声发生的时候，最为显眼的是灰色画面，所以，导航画面等的类似静止的视频输入的时候以及需要对这样的信号进行模拟数字转换的时候，需要特别的注意。再就是如果有外部输入，因为外部输入设备是否考虑了以上的问题是我们无法控制的，所以实际评价的时候要用光栅信号来确认。（光栅信号分档越细越好）

（2）基板排板阶段的考虑：使用数字显示屏的场合，要尽量避免不必要的噪声叠加到CVBS之类的模拟信号上，同时也有必要尽量抑制量化噪声。鉴于此，希望在设计上考虑几点。①抑制大电流电源电路过来的传导噪声的影响。避免传导到映像输入电路的GND·電源上。例如；不同模块的GND切分的排板考量；电源上加入滤波器；大电流电源自身的噪声抑制等。②产品内，从模拟视频信号进入到A/D转换完成为止的排板走线的考虑。CVBS信号的频率范围在60 Hz～6 MHz的程度，所以尽可能避免和DC/DC电源·机芯的马达电源等的电源线条并行为好。③模拟数字转换芯片和视频输入模块的电源·GND的考虑。模拟数字转换时的基准GND·电源变动较大的话，即便是输入信号没有窜入噪声也会导致画面噪声的产生。还有，模拟数字转换芯片的使用说明书上应该都记载着使用上的注意事项，需要认真阅读和参考。

（3）评价阶段的考虑：为了掌握所设计产品的弱点在那里，最少也要进行一次彻底的确认，采用尽可能细的光栅信号来确认。评价时候如果不能很好的掌握的话，可能后期会产生大规模的排板变更。所以还是希望最好能够在早期的评价中发现问题和及时整改。

3 今后的发展

量化噪声本身其实是没有办法实现完全消除的。通过以上的设计考虑，尽力的抑制不必要的噪声的影响，同时通过技术改进也可以进行改善，从而使得不容易被觉察。

参考文献

[1]Sun Yunzhu， Wang Zhongju， Niu CW， Li Aijuan automobile engine electronic control technology and Prospect of application of [J].agricultural equipment & Vehicle Engineering，2008（11）：125-129.

[2]朱则刚.现代汽车的电子控制[J].汽车工程师，2009（1）：167-169.