串行模数转换器PSpice仿真分析

MrL1 · 发表于 2021-5-28 11:02

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在Pspice的仿真中，经常需要使用模数转换，往常，一般忽略模数转换部分，只对其它部分进行仿真。其实，在pspice中，也提供了模数转换模型库，可以在电路中对AD/DA转换进行仿真。

在PSpice提供的仿真库中，有一个dataconv库，里面就包含了AD/DA模型。其位置位于“安装路径”\SPB_17.4\tools\capture\library\pspice下。

这里，我们重点介绍其中的ADCSER器件。ADCSER是指串行输出的模数转换器，紧接着ADCSER后面的数字，是串行数据的位数，如ADCSER2是指2位的串行输出模数转换器，ADCSER24是指24位的串行输出模数转换器。位数越多，转换的精度就越高。

首先，我们对4位串行输出模数转换器进行仿真。

在Capture中创建pspice仿真项目——ADC_DEMO.opj，原理图如下：

选中模数转换器，点击鼠标右键，选择Desend Hierarchy，可以进入查看AD转换器的内部模型。

从内部原理图中，不难看出，PSpice中提供的ADCSER，是把模拟数据先转换成并行的数字数据，再用D寄存器串行输出。

其中：
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AIN – Analog Input, 0 to 5V unipolar（0-5V的模拟输入信号）

VREF - Reference voltage output, -5.25V（参考电压，输出）

DATA - Serial Data Output（串行数据输出）

CLOCK - Clock input（时钟信号输入，要求小于5Meg，大于178.571K）

CONVST/EOC* - Conversion Start Input; End-of-Conversion output（使能信号——开始转换，转换结束）

在这个实验中，我们把CLK信号定义为1Meg，Ain采用直流信号输入，CONVST/EOC——使用脉冲信号，周期为50us。

创建仿真分析文件，进行时域仿真：

仿真时间定为0.3ms，启动仿真。此时capture弹出一个错误窗口，根据提示，查看session log。

错误提示窗口

Session Log窗口

其中有个error：ERROR(ORNET-1019): Pin PWR in template not found on U1.U11，意思是U1.U11的template中管脚PWR错误。进入U1 的Desend Hierarchy，找到U11，如图所示，没有看到名为PWR的Pin，猜测PWR应该是电源管脚，进一步双击U11，进入原件属性，把Power Pins Visible选中，使得元器件的电源管脚显示出来，发现U11的电源pin是VCC和GND。

再次进入U11的属性，找到PspiceTemplate，其内容如下：

X^@REFDES %MODE %CLK1 %CLK2 %SER %A %B %C %D %QA %QB %QC %QD %PWR %GND @MODEL PARAMS:\n+ IO_LEVEL=@IO_LEVEL MNTYMXDLY=@MNTYMXDLY \n+ CLKHI=@CKHI CLKLO=@CKLO CLKMAX=@CKMAX CLKMIN=@CKMIN CKDPDMIN=@CKDMIN CKDPDMAX=@CKDMAX

其中，“%”开头的是管脚的名称，其中有%PWR，而原理图中的U11没有PWR管脚，而是VCC管脚。（猜测：这是cadence直接从早期pspice导入的模型，导致出现偏差）。

修正方法：直接把“%PWR”修改为“%VCC”，然后保存。再次启动仿真。

查看U1.U12的DB0~DB3的并行转换结果，与DATA的输出，图形如下：