频谱分析仿真实验 一、实验目的：
1．了解离散傅立叶变换理论；
2．熟悉典型信号的波形和频谱特征。
3．编程实现DFT 变换，对信号进行频谱分析。 4．学会使用LabVIEW 提供的频谱分析函数。
二、实验内容：
1．设计DFT 变换程序，求取仿真信号的幅值频谱和相位谱。 2．使用LabVIEW 提供的频谱分析函数，分析仿真信号的频谱。
3．分析正弦、方波、三角波、锯齿波信号的频谱，并与理论计算值比较。 4．被测信号叠加噪声后，再进行测量和分析误差。
三、实验器材：
安装有LabVIEW 软件的计算机1台
四、实验原理：
1．非正弦周期函数的傅立叶分解
(1)．定义
如果给定的周期函数)(t f 满足狄里赫利条件（函数在任意有限区间内，具有有限个极值点与不连续点），则该周期函数定可展开为一个收敛的正弦函数级数，如下式：
∑∑∞
=∞
=ψ+ω+
=ω+ω+
=1
010)
cos()
sin cos ()(k k km
k k k
t k A
A t k b t k a
a t f
其中，上式中的各个系数的计算公式为：
?
?-=
=
22
0)(1
)(1T T T
dt t f T
dt t f T
a T 为信号的周期。
????π
π
-π-ωωπ=ωωπ=
ω=
ω=
)()cos()(1)()cos()(1)cos()(2
)cos()(22022
0t d t k t f t d t k t f dt t k t f T dt t k t f T a T T T
k ???
?π
π
-π-ωωπ=ωωπ=
ω=
ω=
)()sin()(1)()sin()(1)sin()(2
)sin()(22022
t d t k t f t d t k t f dt t k t f T
dt t k t f T
b T
T T
k
在该展开式中，0A 称为周期函数)(t f 的恒定分量，也称为直流分量；与原周期函数的周期相同的正弦分量)cos(11ψ+ωt A m 称为一次谐波，也称为基波分量。其他各项称为高次谐波（如2次谐波、3次谐波等等）
(2)．几种常用周期信号的傅立叶展开
1）方波
)7sin 715sin 513sin 31(sin 4)( +ω+ω+ω+ωπ=
t t t t A t f ，其中的T
π
=
ω2 2）三角波
)7cos 4915sin
2513sin 91(sin 8)(2 +ω-ω+ω-ωπ=
t t t t A t f ，其中的T
π
=
ω2 3）锯齿波
)4sin 413sin 312sin 21(sin 2)( +ω+ω+ω+ωπ+=
t t t t A A t f ，其中T
π
=
ω2
2．频谱
(1).非正弦周期函数的频谱 对某函数以频率为横轴，各个频率对应的正弦函数的幅值为纵轴所绘出的线段系称为该函数的频谱。
对于周期函数而言，其频谱为一系列谱线。如 ◆ 方波
图4 矩形波的傅立叶频谱
◆ 三角波
图5 三角波的傅立叶频谱
◆ 锯齿波
图6 锯齿波的傅立叶频谱
(3). 傅立叶变换与频谱函数
1)．周期函数的傅立叶级数的指数形式
0011
01
1
()(cos sin )[()()]
22()()22jk t jk t jk t jk t
k k k k k k jk t
jk t
k k k k k k e e e e f t a a k t b k t a a b j a jb e
a j
b e
a ωωωωωωωω--∞
∞
==∞
-∞
==-+-=++=++--=++∑∑∑
∑
令2k
k k jb a c -=，且对所有0≠k ，均有00a c =，则()j k t k k f t c e ω∞
???=-∞
=∑
，其中
dt e t f T
c t jk T
k ω-?
=
)(1，00a c =
2)．幅度频谱与相位频谱
◆ 体现|k c |与频率之间的关系的谱线，称为幅度频谱。
由于指数级数中的k 可以分别取相应的正负值，因此幅度频谱关于Y 轴对称；而其谱线的高度仅为付氏频谱谱线高度的一半。例如方波
图7 方波及其傅立叶频谱、幅度谱
3．信号的离散傅立叶变换（DFT ）
模拟信号x(t)经采样后变为离散时间序列x(n)，T S 为采样周期，采样频率fs=1/T S 。计算机中的处理的信号是有限长度的离散信号x(n)，对应的离散频谱为X(k)。时域与频域转换使用的算法是离散傅里叶变换（DFT ）和反变换（IDFT ），计算公式如下：
DFT 和IDFT ： 210210()()1()()N j n k N
n N j n k
N
n X k x n e x n x k e N ππ--=-=?=????=??
∑∑ 1...,2,1,01...,2,1,0-=-=N n N k
为了方便显示，做归一化处理，用N k X )(来表示频谱。此外，由上式计算出的频谱为峰值频谱，对周期信号而言，谱线的高度仅为付氏频谱谱线高度的一半。
快速傅里叶变换FFT 的原理与DFT 相同，只是DFT 在计算机中实现的快速方法。FFT 运算要求点数N 为2的整数次幂(如N=210=1024)时，计算速度最快。
t
FFT的基本特性
1)输出频谱的复数值X(k)，同时包含幅度、相位信息。若()Re()Im()
X k k j k
=+，则幅
度谱为()
X k
Im()
()arctan
Re()
k
k
k
?=。计算出的频谱为峰值
频谱，对周期信号而言，谱线的高度仅为付氏频谱谱线高度的一半。当用有效值
（RMS
）表示幅值频谱时，()
RMS
X k
2)各节点之间的频率间隔由时间长度N和采样频率fs决定：
s
f
f
N
?=
。
3)第k个节点对应的频率值为
()s
k f
f k
N
?
=
。
4)FFT形成的频谱相对于折叠频率f S/2对称，FFT的输出频率范围为0～f S/2。实际
只有一半数据有意义。
用DFT进行测试信号频域特性分析存在主要误差有量化误差、混叠误差、频谱泄漏和栅栏效应等，减少计算误差的办法有，增加A/D的有效位数，提高采样频率，增加采样时间和采样点数，整周期采样或加窗处理等。
在LabVIEW中的频谱分析VI
在LabVIEW中实现频谱分析计算的3个层次的VI分别为Express Ⅵ中的Spectral
Measurements.vi ，波形VI中的FFT Spectrum (Mag-Phase).vi和FFT Spectrum
(Real-Im).vi ，基本函数VI的Amplitude and Phase Spectrum.vi。
（1）Express Ⅵ中的Spectral Measurements.vi到达途径为Functions→Signal Analysis，主要参数有：①选择不同的谱分析种类(Spectral Measurement)：峰值频谱，均方值(RMS)频谱，功率谱和功率谱密度。②幅度单位：线性还是分贝dB。③窗函数Window 的类型。④平均Averaging参数：有平均模式Mode、平均权重 Weighting、平均次数Numbers of averages和平均输出类型Produce spectrum。⑤相位谱输出的变换：反卷及将弧度转换为度。
（2）波形VI中的FFT Spectrum(Mag-Phase).vi的参数设置及定义与Spectral Measurements．vi的相似，其输入输出端口如下所示。
五、实验步骤：
1．设计DFT变换程序，求取仿真信号的幅值频谱和相位谱。（要求仅采用基本数学函数实现）。
分析：DFT计算公式为：
2
1
()()
N j nk
N
n
X k x n e
π
--
=
=∑
其中1
...,
2,1,0
1
...,
2,1,0
-
=
-
=
N
n
N
k
，采用双循环，先
固定k ，内循环累加求和，计算21
()N j
nk N
n x n e
π--=∑，再改变k ，外循环。最后将X(k)转换为幅度
谱和相位谱。设计中要用到数值运算子模板中的Complex Functions 复数处理函数。
（1）产生仿真信号。打开3.5节第2个实验内容的程序，它能够产生频率、幅值和直流偏值可调的正弦、方波、三角波、锯齿波信号，还可叠加高斯噪声信号，并且采样率和采样点可选。
（2）计算
2j
n N
π-0,1,2...,1n N =-，结果为1个数组，见图 的右下部分。采样点数N
从仿真波形产生函数的采样信息簇得到，使用簇cluster 子模板中的Unbundle 函数实现。采
用一个循环次数为N 的For 循环产生元素为0，1，…，N-1的1维数组，乘以
2N
π-
。再用复
数处理函数中的Re/Im To Complex ，组合为复数
2j
n N
π-（其实部为零）。
(3)采用双循环，计算X(k)，见图。。。的左上部分。内外循环的循环次数都为N 。内循
环改变n ，累加求和，计算21
()N j
nk N
n x n e
π
--=∑，累加求和需要使用移位寄存器。先使用Index Array
函数从数组中得到第n 个元素，再相乘。外循环中再改变k 。
（4）将X(k)转换为幅度谱和相位谱。计算公式为：有效值幅度谱
为
()RMS X k =
Im()
()arctan
Re()k k k ?=, 函数Complex To Polar 可直接得
到复数的模和相位角。再把用弧度表示的相位转换为角度。使用两个图形控件显示幅度谱和相位谱。
DFT计算频谱的程序
2．使用LabVIEW提供的频谱分析函数：波形VI中的FFT Spectrum(Mag-Phase).vi，分析仿真信号的频谱。
提示：仍然使用 3.5节第2个实验内容的程序产生仿真信号。频谱计算采用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi。把鼠标放在FFT函数的输入端口右击，在弹出窗口中选择“Create->Control”即产生窗函数类型选择和平均参数选择控件，在用控件选择幅度显示单位和相位的显示。
3．使用上面设计的程序，分别选择波形为正弦、方波、三角波、锯齿波，改变信号频率和幅度，选择适当的采样率和采样点，分析正弦、方波、三角波、锯齿波信号的频谱，并与理论计算值比较。
正弦信号：
三角波信号：
4．被测信号叠加噪声后，再进行测量和分析误差。正弦信号（加噪声）：
三角波信号（加噪声）：
实验 应用FFT 对信号进行频谱分析 一、实验目的 1、在理论学习的基础上，通过本次实验，加深对快速傅里叶变换的理解，熟悉FFT 算法及其程序的编写。 2、熟悉应用FFT 对典型信号进行频谱分析的方法。 3、了解应用FFT 进行新红啊频谱分析过程中可呢个出现的问题，以便在实际中正确应用FFT 。 二、实验原理 一个连续信号()a x t 的频谱可以用它的傅里叶变换表示为： ()()j t a a X j x t e dt +∞ -Ω-∞Ω=? （2-1） 如果对信号进行理想采样，可以得到离散傅里叶变换： ()()j n X e x n z ω +∞ --∞=∑ （2-2） 在各种信号序列中，有限长序列在数字信号处理中占有很重要的。无限长的序列往往可以用有限长序列来逼近。对于有限长的序列我们可以使用离散傅里叶变换（DFT ），这一序列可以很好的反应序列的频域特性，并且容易利用快速算法在计算机上实现当序列的长度是N 时，我们定义离散傅里叶变换为： 1 0()[()]()N kn N n X k DFT x n x n W -===∑ （2-3） DFT 是对序列傅里叶变换的灯具采样，因此可以用于序列的频谱分析。在利用DFT 进行频谱分析的时候可能有三种误差： （1）混叠现象 序列的频谱是采样信号频谱的周期延拓，周期是2/T π，因此当采样频率不满足奈奎斯特定理，即采样频率1/s f T =小于两倍的信号频率时，经过采样就会发生频谱混叠。这导致采样后的信号序列不能真实的反映原信号的频谱。 （2）泄漏现象 泄漏是不能和混叠完全分开的，因为泄漏导致频谱的扩展，从而造成混淆。为了减小混淆的影响，可以选择适当的窗函数使频谱的扩散减到最小。 （3）栅栏效应 因为DFT 是对单位圆上Z 变换的均匀采样，所以它不可能将频谱视为一个连续的函数。这样就产生了栅栏效应。减小栅栏效应的一个方法是在源序列的末端补一些零值，从而变动DFT 的点数。 三、实验内容和结果 1、观察高斯序列的时域和频域特性 （1）固定高斯序列()a x n 中的参数p=8，当q 为2，4，8时其时域和幅频特性分别如图 2.1，图2.2所示：
电子科技大学二零零九至二零一零学年第 二 学期期 末 考试 数字逻辑设计及应用 课程考试题 A 卷（120分钟）考试形式：闭卷 考试日期2010年7月12日 课程成绩构成：平时 20 分， 期中 20 分， 实验 0 分， 期末 60 分 一、To fill your answers in the blanks （1’×25） 1. If [X]10= - 110, then [X]two's-complement =[ 10010010 ]2, [X]one's-complement =[ 10010001 ]2. (Assumed the number system is 8-bit long) 2. Performing the following number system conversions: A. [10101100]2=[ 000111010010 ]2421 B. [1625]10=[ 0100100101011000 ]excess-3 C. [ 1010011 ]GRAY =[ 10011000 ]8421BCD 3. If ∑=C B A F ,,)6,3,2,1(, then F D ∑=C B A ,,( 1，4，5，6 )=C B A ,,∏(0，2，3，7 ). 4. If the parameters of 74LS-series are defined as follows: V OL max = 0.5 V , V OH min = 2.7 V , V IL max = 0.8 V , V IH min = 2.0 V , then the low-state DC noise margin is 0.3V ,the high-state DC noise margin is 0.7V . 5. Assigning 0 to Low and 1 to High is called positive logic. A CMOS XOR gate in positive logic is called XNOR gate in negative logic. 6. A sequential circuit whose output depends on the state alone is called a Moore machine. 7. To design a "001010" serial sequence generator by shift registers, the shift register should need 4 bit as least. 8. If we use the simplest state assignment method for 130 sates, then we need at least
模拟电路实验报告 实验一常用电子测量仪器的使用 1.实验目的 (1)了解双踪示波器、函数信号发生器、晶体管毫伏表、直流稳压电源的工作原 理和主要技术指标。 (2)掌握双踪示波器、晶体管毫伏表、直流稳压电源的正确使用方法。 2.实验原理 示波器是电子测量中最常用的一种电子仪器,可以用它来测试和分析时域信号。示波器通常由信号波形显示部分、垂直信道（Y通道）、水平信道（X通道）三部分组成。YB4320G是具有双路的通用示波器，其频率响应为0～20MHz。 为了保证示波器测量的准确性，示波器内部均带有校准信号，其频率一般为1KHz，即周期为1ms，其幅度是恒定的或可以步级调整，其波形一般为矩形波。在使用示波器测量波形参数之前，应把校准信号接入Y轴，以校正示波器的Y轴偏转灵敏度刻度以及扫描速度刻度是否正确，然后再来测量被测信号。 函数信号发生器能产生正弦波、三角波、方波、斜波、脉冲波以及扫描波等信号。由于用数字LED显示输出频率，读数方便且精确。 晶体管毫伏表是测量正弦信号有效值比较理想的仪器，其表盘用正弦有效值刻度，因此只有当测量正弦电压有效值时读数才是正确的。晶体管毫伏表在小量程档位（小于1V）时，打开电源开关后，输入端不允许开路，以免外界干扰电压从输入端进入造成打表针的现象，且易损坏仪表。在使用完毕将仪表复位时，应将量程开关放在300V挡，当电缆的两个测试端接地，将表垂直放置。 直流稳压电源是给电路提供能源的设备，通常直流电源是把市电220V的交流电转换成各种电路所需要的直流电压或直流电流。一般一个直流稳压电源可输出两组直流电压，电压是可调的，通常为0～30V，最大输出直流电流通常为2A。 输出电压或电流值的大小，可通过电源表面旋钮进行调整，并由表面上的表头或LED显示。每组电源有3个端子，即正极、负极和机壳接地。正极和负极就像我们平时使用的干电池一样，机壳接地是为了防止外部干扰而设置的。 如果某一电路使用的是正、负电源，即双电源，此时要注意的是双电源共地的接法，以免造成短路现象。 数字万用表可用于交、直流电压测量、交、直流电流测量，电阻测量，一般晶体管的测量等。一般的数字万用表交流电压挡的频率相应范围为45Hz～500Hz，用
实验报告 实验三：用FFT 对信号作频谱分析 一、 实验目的与要求 学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便正确应用FFT 。 二、 实验原理 用FFT 对信号作频分析是学习数字信号处理的重要内容，经常需要进行分析的信号是模拟信号的时域离散信号。对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D 和分析误差。频谱分辨率直接和FFT 的变换区间N 有关，因为FFT 能够实现的频率分辨率是2π/N ，因此要求2π/N 小于等于D 。可以根据此式选择FFT 的变换区间N 。误差主要来自于用FFT 作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N 较大时，离散谱的包络才能逼近连续谱，因此N 要适当选择大一些。 三、 实验步骤及内容（含结果分析） （1）对以下序列进行FFT 分析： x 1(n)=R 4(n) x 2(n)= x 3(n)= 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】： n+1 0≤n ≤3 8-n 4≤n ≤7 0 其它n 4-n 0≤n ≤3 n-3 4≤n ≤7 0 其它 n
实验结果图形与理论分析相符。（2）对以下周期序列进行谱分析： x4(n)=cos[(π/4)*n]
x5(n)= cos[(π/4)*n]+ cos[(π/8)*n] 选择FFT的变换区间N为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】： （3）对模拟周期信号进行频谱分析： x6(n)= cos(8πt)+ cos(16πt)+ cos(20πt) 选择采样频率Fs=64Hz，FFT的变换区间N为16、32、64三种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】：
1 画出BJT管输出特性曲线，简述各个区域的特点及偏置条件 截止区：ic几乎为0，电路不工作。发射结电压小于开启电压；集电结反偏； 放大区：ic=βib，ic几乎只与ib有关，与uCE无关，表现出ib对ic的控制作用。 发射结电压大于开启电压；集电结反偏。 饱和区：ic不仅与ib有关，还随uCE增大而明显增大，ic＜βib。 发射结和集电结正偏。 BJT输出特性曲线表现的是IB为常数时ic与管压降UCE的关系。 2为什么BJT称为双极性晶体管，而FET称为单极晶体管，他们各自是哪种控制型器件。BJT管工作时两种载流子都参与导电；FET管仅有多数载流子参与导电；BJT管是电流控制器件；FET管是电压控制器件。 3 BJT管输出电压产生截止失真（饱和失真）的原因是什么，如何减小。 产生失真的原因是静态工作点Q设置不合理或者外加信号过大。 输出电压产生截止失真的原因是Q点过低，负半周期时IB过小导致BJT管进入截止区；适当减小RB以增大IB即可； 输出电压产生饱和失真的原因是Q点过高，正半周期时IC饱和导致BJT管进入饱和区；适当增大RB以减小IB即可 Q点位置适中的时候如果外加输入信号过大，产生双向失真。通过输入端接分压电路或者适当增大直流偏置电压。 4 直流电源在放大电路的作用是什么 ①为晶体管正常工作提供偏置电压； ②为电路提供能源 5 为什么要稳定静态工作点，有哪些方法 静态工作点不但决定电路是否会产生失真，还会影响到电压放大倍数、输入电阻等动态参数。
引入直流负反馈或者使用温度补偿（靠温度敏感器件直接对IB产生影响）。 6 BJT管稳定静态工作点电路引入了哪种反馈，简述稳Q过程。 见6 7 有哪些耦合方式，各有什么特点？ 直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。 直接耦合：可放大直流信号、低频特性好、利于集成；静态工作点相互影响，存在零点漂移现象。 阻容耦合：各级静态工作点相互独立；只能放大交流信号、低频特性差、耦合过程有损耗，不利于集成。 变压器耦合：同阻容耦合，可实现阻抗变换。 光电耦合：实现电气隔离，抑制电干扰。 8 什么是零点漂移，为什么差分放大电路可以抑制零点漂移。 零点漂移：输入信号为零时，由于温度变化、电源电压不稳、元件参数变值等因素（其中最重要的是温度因素）造成静态工作点产生微小变化，经逐级放大和传输后使得输出端电压偏离原固定值上下漂移的现象。 （直接耦合时第一级的微小变化会导致输出级的较大变化） 差分放大电路主要是抑制温度变化造成的零点漂移现象。 差分放大电路左右结构对称，有温度变化引起的参数变化是共模信号，对左右电路的影响是相同的，可互相抵消；输入的有效信号是差模信号，通过该电路可得到有效放大。 9 分析长尾式差分放大电路发射极电阻对差模和共模信号的不同作用 输入共模信号时，△IC↑→iB1↑→iC1(IE1)→uE1↑→uE↑→uBE↓→iB1↓（2同1） 通过负反馈作用使得Re上的电压产生和输入信号电压相同方向上的变化从而促使基极电流下降，抑制共模信号的放大； 输入差模信号时，差模信号变化时，左右电路对uE的影响刚好相反，故uE不发生变化，
………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 电子科技大学二零零七至二零零八学年第二学期期中考试 “数字逻辑设计及应用”课程考试题 期中卷（120分钟）考试形式：闭卷 考试日期 2008年4月26日 课程成绩构成：平时 20 分， 期中 20 分， 实验 0 分， 期末60 分 1-1．与十进制数 (0. 4375 )10 等值的二进制数表达是 ( A ) A. ( 0.0111 ) 2 B. ( 0.1001 ) 2 C. ( 0.0101 ) 2 D. ( 0.01101 ) 2 1-2． 与十六进制数（FD ．A ）16等值的八进制数是( A )8 A. ( 375.5 )8 B. ( 375.6 )8 C. ( 275.5 )8 D. ( 365.5)8 1-3．与二进制数(11010011) 2 对应的格雷码表达是 ( C ) Gray A. ( 11111010 ) Gray B. (00111010 ) Gray C. ( 10111010 )Gray D. (11111011 ) Gray 1-4．下列数字中与(34.42)8 相同 的是（ B ） A.（011010.100101）2 B.（1 C.88）16 C.（27.56）10 D.（54.28）5 1-5．已知[A]补=（10010011），下列表达式中正确的是（ C ） A. [–A]反=（01101100） B. [A]反=（10010100） C. [-A]原=（01101101） D. [A]原=（00010011） 1-6．一个十六路数据选择器，其选择控制输入端的数量为（ A ） A ．4个 B. 6个 C. 8个 D. 3个 1-7．四个逻辑相邻的最小项合并，可以消去（ B ）个因子。 A. （ 1 ） B. （ 2 ） C. （ 3 ） D.（ 4 ） 1-8．设A 补=（1001），B 补=（1110），C 补=（0010），在下列4种补码符号数的运算中，最不可能产生溢出的是 （ D ） A. [A-C]补 B. [B-C]补 C. [A+B]补 D. [B+C]补 1-9．能够实现“线与”的CMOS 门电路叫（ D ） A. （ 与门 ） B. （ 或门 ） C. （集电极开路门） D. （漏极开路门） 1-10．CMOS 三输入或非门的实现需要（ C ）个晶体管。 A. （ 2 ） B. （ 4 ） C. （ 6 ） D. （ 8 ） 1-11．三态门的三个输出状态分别为：逻辑“1”、逻辑“0”和（ C ） A. （短路） B. （ 5V ） C. （高阻） D. （ 0.3V ） 1-12．与()x y xz ''+等价的逻辑关系为（ D ） A. XYZ B. XY ’+XZ ’ C. XY ’+X ’Z ’ D. XY ’Z
实验报告 课程名称：集成电路原理 实验名称： CMOS模拟集成电路设计与仿真 小组成员： 实验地点：科技实验大楼606 实验时间： 2017年6月12日 2017年6月12日 微电子与固体电子学院
一、实验名称：CMOS模拟集成电路设计与仿真 二、实验学时：4 三、实验原理 1、转换速率（SR）：也称压摆率，单位是V/μs。运放接成闭环条件下，将一个阶跃信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。 2、开环增益：当放大器中没有加入负反馈电路时的放大增益称为开环增益。 3、增益带宽积：放大器带宽和带宽增益的乘积，即运放增益下降为1时所对应的频率。 4、相位裕度：使得增益降为1时对应的频率点的相位与-180相位的差值。 5、输入共模范围：在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范围。 6、输出电压摆幅：一般指输出电压最大值和最小值的差。 图 1两级共源CMOS运放电路图 实验所用原理图如图1所示。图中有多个电流镜结构，M1、M2构成源耦合对，做差分输入；M3、M4构成电流镜做M1、M2的有源负载；M5、M8构成电流镜提供恒流源；M8、M9为偏置电路提供偏置。M6、M7为二级放大电路，Cc为引入的米勒补偿电容。 其中主要技术指标与电路的电气参数及几何尺寸的关系：
转换速率：SR=I5 I I 第一级增益：I I1=?I I2 I II2+I II4=?2I I1 I5(I2+I3) 第二级增益：I I2=?I I6 I II6+I II7=?2I I6 I6(I6+I7) 单位增益带宽：GB=I I2 I I 输出级极点：I2=?I I6 I I 零点：I1=I I6 I I 正CMR：I II,III=I II?√5 I3 ?|I II3|(III)+I II1,III 负CMR：I II,III=√I5 I1+I II5,饱和 +I II1,III+I II 饱和电压：I II,饱和=√2I II I 功耗：I IIII=(I8+I5+I7)(I II+I II) 四、实验目的 本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理与设计》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。其目的在于： 根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路设计，掌握基本的IC设计技巧。 学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行电路的模拟仿真。 五、实验内容 1、根据设计指标要求，针对CMOS两级共源运放结构，分析计算各器件尺寸。 2、电路的仿真与分析，重点进行直流工作点、交流AC和瞬态Trans分析，能熟练掌握各种分析的参数设置方法与仿真结果的查看方法。 3、电路性能的优化与器件参数调试，要求达到预定的技术指标。
频域分析实验报告 班级： 学号： 姓名：
一、实验内容： 1利用计算机作出开环系统的波特图； 2、观察记录控制系统的开环频率特性； 3、控制系统的开环频率特性分析。 二、仿真原理： 对数频率特性图（波特图）： 对数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特性图。横坐标为频率w，采用对数分度，单位为弧度/秒；纵坐标均匀分度，分别为幅值函数20lgA(w)，以dB表示；相角，以度表示。MATLAB提供了函数bode()来绘制系统的波特图，其用法如下： （1）bode(num，den)：可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的波特图。 （2）当带输出变量[mag，pha，w]或[mag，pha]引用函数时，可得到系统波特图相应的幅值mag、相角pha及角频率点w矢量或只是返回幅值与相角。相角以度为单位，幅值可转换为分贝单位：magdb=20×log10(mag) 二、实验验证 1、用Matlab作Bode图。要求:画出对应Bode图。 （1）G(S)=25/S2+4s+25 （7）G(S)=9(s2+0.2s+1)/s(s2+1.2s+9)；
图 1 图 2 (1)G(S)=25/S2+4s+25 可以看成是一个比例环节和一个振荡环节组成，所以k=1，T1=0.04,因为v=0，所以在转折频率之前都为20lgk，因为k=1所以斜率为0，经过转折频率，分段直线斜率的变化量为-40db/dec。
（7）G(S)=9(s2+0.2s+1)/s(s2+1.2s+9)； 可以看成是一个二阶微分环节和一个积分环节和一个振荡环节组成，化常数为1后，v=1，t1=1，t2=1/3，所以我们可以看到，在起始阶段是-20*vdb/dec，所以一开始斜率为-20db/dec。当经过1/3的转折频率之后分段直线的改变量为40db/dec，当经过1的转折频率之后分段直线的改变量为-40db/dec。故图像如图所示。 第二题： 典型二阶系统Gs=Wn2/s2+2ζWns+Wn2，试绘制取不同值时的Bode图。取Wn=8，ζ=0.1，0.2，0.3，,0.5，0.6； 图 3 如图所示。
实验名称： 控制系统的频域分析 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求 用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，即Bode 图、Nyquist 曲线、Nichols 图。 二、实验内容和原理 （一）实验原理 1．Bode(波特)图 设已知系统的传递函数模型： 1 1211121)(+-+-+???+++???++=n n n m m m a s a s a b s b s b s H 则系统的频率响应可直接求出： 1 1211121)()()()()(+-+-+???+++???++=n n n m m m a j a j a b j b j b j H ωωωωω MATLAB 中，可利用bode 和dbode 绘制连续和离散系统的Bode 图。 2．Nyquist(奈奎斯特)曲线 Nyquist 曲线是根据开环频率特性在复平面上绘制幅相轨迹，根据开环的Nyquist 线，可判断闭环系统的稳定性。 反馈控制系统稳定的充要条件是，Nyquist 曲线按逆时针包围临界点(-1，j0)p 圈，为开环传递函数位于右半s 一平面的极点数。在MATLAB 中，可利用函数nyquist 和dnyquist 绘出连续和离散系统的乃氏曲线。 3．Nicho1s(尼柯尔斯)图 根据闭环频率特性的幅值和相位可作出Nichols 图，从而可直接得到闭环系统的频率特性。在 MATLAB 中，可利用函数nichols 和dnichols 绘出连续和离散系统的Nichols 图。 （二）实验内容 1．一系统开环传递函数为 ) 2)(5)(1(50)(-++=s s s s H 绘制系统的bode 图，判断闭环系统的稳定性，并画出闭环系统的单位冲击响应。 2．一多环系统 ) 10625.0)(125.0)(185.0(7.16)(+++=s s s s s G 其结构如图所示 试绘制Nyquist 频率曲线和Nichols 图，并判断稳定性。 （三）实验要求
一、 填空题 1、图1-1所示电路，ab 两端戴维南等效电路的内阻R ab 为_______ 2、图1-2所示电路，ab 端等效电容C ab =__ ___ 3、如图1-3所示电路，电流i = 4、如图1-4所示电路，电容两端电压的零状态响应为___ __阻尼情况？ 5、如图1-5所示不含源的线性二端网络N 0，已知其端口电压u (t )和电流i (t )分别为 求N 0网络的等效阻抗Z =_____ 6、如图1-6所示电路，当2/rad s ω=时正弦稳态单口的功率因数提高到1，其电容 C =_____ 7、如图1-7所示正弦稳态双口，具有_____通滤波特性？ 2Ω 图 1-3 图 1-6 图 1-7 图 1-1 ab + ()u t - 图 1-5 图 1-2 C ab 1F + – 2Ω 1H 图 1-4 u S (t)
8、如图1-8所示电路，求4Ω电阻上平均功率_______ 9、如图1-9所示电路，谐振角频率_______ 10、如图1-10所示电路a 、b 端的等效电感L ab =_______ 二、 列写图示电路的结点方程，并求结点电压u 1、u 2、u 3 ？ 三、 如图3所示电路，t <0处于稳定状态，在t = 0时刻开关闭合，求t ≥0时电容两端电压() c u t 及()i t ？ V t 4V 图 1-8 100mH 10Ω u S (t ) + _ 0.1uF 图 1-9 图 3 1A 1A 2A 图 2 b 图 1-10 ab
四、 如图4示电路，试求R L 为何值，负载R L 获得最大功率？且最大功率P Lmax 是多少？ 五、 如图5所示正弦稳态电路，求（1）图示电流i (t )? （2） 电压源发出平均功率？ 六、 如图6 所示正弦稳态电路，已知()V S u t t t =+， 1、试求ab 端口的最大传输功率？ 2、为使得1Ω的负载电阻R L 上获得最大传输功率，可在 ab 端口和负载之间加如图（b ）所示匹配网络，试求匹配网络中L 和C 的大小？ 图 4 L + _ 1:2 18V 图 6 含源端口 R L =1Ω 匹配网络 2t 图 5
作业 1：FM 对讲机中接收机的设计 系统参数：射频频率： 433MHz
信号带宽：15KHz （频偏 7.5KHz ，音频带宽 3.4KHz ） 调制方式：FM 要求：1. 给出一个可实现的系统结构 2. 设计系统各级的主要参数（如滤波器、振荡器等） 3. 画出各级的频谱结构
答案： 1. 二次变频超外差式接收机系统：
f0 433MHz B 20MHz
f IF1
49.5MHz
f0 49.5MHz B 100KHz
fIF2 450KHz
f0 450KHz B 15KHz
fLO1 383.5MHz 或 482.5MHz
fLO2 48.05MHz 或 49.95MHz
2.
15KHz
433
f (MHz)
334 383.5 433 482.5 532 f (MHz)
47.5 48.05 49.5 49.95 50.4 f (MHz)
450
f (KHz)
1．根据下图所示的数字基带接收机电路和 A 点给定的信号频谱， 画出图中 B、C、D、E、F 点的信号频谱。
cos0t
e j0t
e 2
j0t
A
sin 0t
e
j0t
e 2j
j0t
cosot
LPF
LPF
-sinot
zBI(t)
zBI(n)
B
C zBQ(t)
A/D
D
DSP
E
A/D
zBQ(n)
fs=2.5Bs
zB(n)= zBI(n) +j zBQ(n)
F
A点信号频谱：
X(f)
1
Bs
0.5
f0 Bs f0
0
f0 f0 Bs f (Hz)
答案：
B点信号频谱： 经LPF滤除
2 f0
ZBI ( f ) 1 0.5
Bs 0 Bs
经LPF滤除
2 f0 f (Hz)
C点信号频谱：
j ZBQ ( f ) 1
0.5
Bs
0 Bs
f (Hz)
{ 电子科技大学 二零零七至二零零八学年第一学期期末考试 模拟电路基础课程考试题 A 卷（ 120 分钟）考试形式：开卷课程成绩构成：平时 10 分，期中 30 分，实验 0 分，期末 60 分 一（20分）、问答题 1．（4分）一般地，基本的BJT共射放大器、共基放大器和共集放大器的带宽哪个最大哪个最小 ） 2．（4分）在集成运算放大器中，为什么输出级常用射极跟随器为什么常用射极跟随器做缓冲级 3．（4分）电流源的最重要的两个参数是什么其中哪个参数决定了电流源在集成电路中常用做有源负载在集成电路中采用有源负载有什么好处 ] 4．（4分）集成运算放大器为什么常采用差动放大器作为输入级 ( 5．（4分）在线性运算电路中，集成运算放大器为什么常连接成负反馈的形式
【 二（10分）、电路如图1所示。已知电阻R S=0，r be=1kΩ，R1∥R2>>r be。 1．若要使下转折频率为10Hz，求电容C的值。 2．若R S≠0，仍保持下转折频率不变，电容C的值应该增加还是减小 图1 ^ 三（10分）、电路如图2所示。已知差模电压增益为10。A点电压V A=-4V，硅三极管Q1和Q2的集电极电压V C1=V C2=6V，R C=10 kΩ。求电阻R E和R G。 图2
（ 四（10分）、电路如图3所示。已知三极管的β=50，r be=Ω，R1=150kΩ，R2=47kΩ，R3=10kΩ，R4=47k Ω，R5=33kΩ，R6=Ω，R7=Ω，R8=100Ω。 1．判断反馈类型； 2．画出A电路和B电路； 3．求反馈系数B； 4．若A电路的电压增益A v=835，计算A vf，R of和R if。 [ 图3 $
实验三 连续时间LTI 系统的频域分析 一、实验目的 1、掌握系统频率响应特性的概念及其物理意义； 2、掌握系统频率响应特性的计算方法和特性曲线的绘制方法，理解具有不同频率响应特性的滤波器对信号的滤波作用； 3、学习和掌握幅度特性、相位特性以及群延时的物理意义； 4、掌握用MA TLAB 语言进行系统频响特性分析的方法。 基本要求：掌握LTI 连续和离散时间系统的频域数学模型和频域数学模型的MATLAB 描述方法，深刻理解LTI 系统的频率响应特性的物理意义，理解滤波和滤波器的概念，掌握利用MATLAB 计算和绘制LTI 系统频率响应特性曲线中的编程。 二、实验原理及方法 1 连续时间LTI 系统的频率响应 所谓频率特性，也称为频率响应特性，简称频率响应（Frequency response ），是指系统在正弦信号激励下的稳态响应随频率变化的情况，包括响应的幅度随频率的变化情况和响应的相位随频率的变化情况两个方面。 上图中x(t)、y(t)分别为系统的时域激励信号和响应信号，h(t)是系统的单位冲激响应，它们三者之间的关系为：)(*)()(t h t x t y =，由傅里叶变换的时域卷积定理可得到： )()()(ωωωj H j X j Y = 3.1 或者： ) () ()(ωωωj X j Y j H = 3.2 )(ωj H 为系统的频域数学模型，它实际上就是系统的单位冲激响应h(t)的傅里叶变换。即 ? ∞ ∞ --= dt e t h j H t j ωω)()( 3.3
由于H(j ω)实际上是系统单位冲激响应h(t)的傅里叶变换，如果h(t)是收敛的，或者说是绝对可积（Absolutly integrabel ）的话，那么H(j ω)一定存在，而且H(j ω)通常是复数，因此，也可以表示成复数的不同表达形式。在研究系统的频率响应时，更多的是把它表示成极坐标形式： ) ()()(ω?ωωj e j H j H = 3.4 上式中，)j (ωH 称为幅度频率相应（Magnitude response ），反映信号经过系统之后，信号各频率分量的幅度发生变化的情况，)(ω?称为相位特性（Phase response ），反映信号经过系统后，信号各频率分量在相位上发生变换的情况。)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数。 对于一个系统，其频率响应为H(j ω)，其幅度响应和相位响应分别为)(ωj H 和)(ω?，如果作用于系统的信号为t j e t x 0)(ω=，则其响应信号为 t j e j H t y 0)()(0ωω= t j j e e j H 00)(0)(ωω?ω=))((000)(ω?ωω+=t j e j H 3.5 若输入信号为正弦信号，即x(t) = sin(ω0t )，则系统响应为 ))(sin(|)(|)sin()()(00000ω?ωωωω+==t j H t j H t y 3.6 可见，系统对某一频率分量的影响表现为两个方面，一是信号的幅度要被)(ωj H 加权，二是信号的相位要被)(ω?移相。 由于)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数，所以，系统对不同频率的频率分量造成的幅度和相位上的影响是不同的。 2 LTI 系统的群延时 从信号频谱的观点看，信号是由无穷多个不同频率的正弦信号的加权和（Weighted sum ）所组成。正如刚才所述，信号经过LTI 系统传输与处理时，系统将会对信号中的所有频率分量造成幅度和相位上的不同影响。从相位上来看，系统对各个频率分量造成一定的相位移（Phase shifting ），相位移实际上就是延时（Time delay ）。群延时（Group delay ）的概念能够较好地反
实验一报告、用FFT 对信号作频谱分析 一、实验目的 学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行频谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便正确应用FFT 。 二、实验内容 1．对以下序列进行频谱分析： ()() ()()4231038470n 4033 470n x n R n n n x n n n n n x n n n =+≤≤?? =-≤≤???-≤≤?? =-≤≤??? 其它其它 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线，并进行对比，分析和讨论。 2．对以下周期序列进行频谱分析： ()()45cos 4 cos cos 4 8 x n n x n n n π π π ==+ 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况分别对以上序列进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线，并进行对比、分析和讨论。 3.对模拟信号进行频谱分析： ()8cos8cos16cos20x t t t t πππ=++ 选择采样频率64s F Hz =，对变换区间N=16，32，64 三种情况进行频谱分析。分别 打印其幅频特性，并进行分析和讨论。
三、实验程序 1.对非周期序列进行频谱分析代码： close all;clear all; x1n=[ones(1,4)]; M=8;xa=1:(M/2);xb=(M/2):-1:1;x2n=[xa,xb]; x3n=[xb,xa]; X1k8=fft(x1n,8);X1k16=fft(x1n,16); X2k8=fft(x2n,8);X2k16=fft(x2n,16); X3k8=fft(x3n,8);X3k16=fft(x3n,16); subplot(3,2,1);mstem=(X1k8);title('(1a)8点DFT[x_1(n)]'); subplot(3,2,2);mstem=(X1k16);title('(1b)16点DFT[x_1(n)]'); subplot(3,2,3);mstem=(X2k8);title('(2a)8点DFT[x_2(n)]'); subplot(3,2,4);mstem=(X2k16);title('(2b)16点DFT[x_2(n)]'); subplot(3,2,5);mstem=(X3k8);title('(3a)8点DFT[x_3(n)]'); subplot(3,2,6);mstem=(X3k16);title('(3b)16点DFT[x_3(n)]'); 2.对周期序列进行频谱分析代码： N=8;n=0:N-1; x4n=cos(pi*n/4); x5n=cos(pi*n/4)+cos(pi*n/8); X4k8=fft(x4n); X5k8=fft(x5n); N=16;n=0:N-1; x4n=cos(pi*n/4); x5n=cos(pi*n/4)+cos(pi*n/8); X4k16=fft(x4n); X5k16=fft(x5n); figure(2) subplot(2,2,1);mstem(X4k8);title('(4a)8点 DFT[x_4(n)]'); subplot(2,2,2);mstem(X4k16);title('(4b)16点DFT[x_4(n)]'); subplot(2,2,3);mstem(X5k8);title('(5a)8点DFT[x_5(n)]'); subplot(2,2,4);mstem(X5k16);title('(5a)16点DFT[x_5(n)]') 3.模拟周期信号谱分析 figure(3) Fs=64;T=1/Fs; N=16;n=0:N-1; x6nT=cos(8*pi*n*T)+cos(16*pi*n*T)+cos(20*pi*n*T); X6k16=fft(x6nT); X6k16=fftshift(X6k16);
Digital IC：数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统 第一章引论 1、数字IC芯片制造步骤 设计：前端设计（行为设计、体系结构设计、结构设计）、后端设计（逻辑设计、电路设计、版图设计） 制版：根据版图制作加工用的光刻版 制造：划片：将圆片切割成一个一个的管芯（划片槽） 封装：用金丝把管芯的压焊块（pad）与管壳的引脚相连 测试：测试芯片的工作情况 2、数字IC的设计方法 分层设计思想：每个层次都由下一个层次的若干个模块组成，自顶向下每个层次、每个模块分别进行建模与验证 SoC设计方法：IP模块（硬核（Hardcore)、软核（Softcore)、固核（Firmcore））与设计复用Foundry（代工）、Fabless（芯片设计）、Chipless（IP设计）“三足鼎立”——SoC发展的模式 3、数字IC的质量评价标准（重点：成本、延时、功耗，还有能量啦可靠性啦驱动能力啦之类的） NRE (Non-Recurrent Engineering) 成本 设计时间和投入，掩膜生产，样品生产 一次性成本 Recurrent 成本 工艺制造（silicon processing），封装（packaging），测试（test） 正比于产量 一阶RC网路传播延时：正比于此电路下拉电阻和负载电容所形成的时间常数 功耗：emmmm自己算 4、EDA设计流程 IP设计系统设计（SystemC）模块设计（verilog） 综合 版图设计(.ICC) 电路级设计（.v 基本不可读）综合过程中用到的文件类型(都是synopsys)： 可以相互转化 .db（不可读）.lib（可读） 加了功耗信息
实验二：用FFT作谱分析 一、实验目的 (1) 进一步加深DFT算法原理和基本性质的理解(因为FFT只是DFT的一种快速算法，所以FFT的运算结果必然满足DFT的基本性质)。 (2) 熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用。 (3) 学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。 二、实验原理
三、实验内容 (1) 对2 中所给出的信号逐个进行谱分析。解：（1） n=0:3; xn1=[1 1 1 1]; XK18=fft(xn1,8); XK116=fft(xn1,16); n1=0:7; n2=0:15; subplot(131); stem(n,xn1); xlabel('n'); ylabel('xn1'); subplot(132); stem(n1,abs(XK18)); xlabel('n1'); ylabel('XK18'); title('xn的8点'); subplot(133); stem(n2,abs(XK116)); xlabel('n2'); ylabel('XK116'); title('xn的16点');
（2） n1=0:7; n2=0:15; xn2=[1 2 3 4 4 3 2 1]; XK28=fft(xn2,8); XK216=fft(xn2,16); subplot(131); stem(n1,xn2); xlabel('n1'); ylabel('xn2'); subplot(132); stem(n1,abs(XK28)); xlabel('n1'); ylabel('XK28'); title('xn2的8点'); subplot(133); stem(n2,abs(XK216)); xlabel('n2'); ylabel('XK216'); title('xn2的16点'); （3） n1=0:7; n2=0:15; xn3=[4 3 2 1 1 2 3 4]; XK38=fft(xn3,8);
电子科技大学二零零九年至二零一零学年第二学期“数字逻辑设计及应用”课程考试题（半期）（120分钟）考试日期2011年4月23日 一二三四五六七八九十总分评卷教师 I. To fill the answers in the “( )” (2’ X 19=38) 1. [1776 ]8 = ( 3FE )16 = ( 1111111110 )2= ( 1000000001 ) Gray . 2. (365)10 = ( 001101100101 )8421BCD＝( 001111001011 ) 2421 BCD. 3.Given an 12-bit binary number N. if the integer’s part is 9 bits and the fraction’s part is 3 bits ( N = a8 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 . a-1 a-2 a-3), then the maximum decimal number it can represent is ( 511.875 ); the smallest non-zero decimal number it can represent is ( 0.125 ). 4. If X’s signed-magnitude representation X SM is（110101）2, then it’s 8-bit two’s complement representation X2’s COMP is( 11101011 ) , and (–X)’s 8-bit complement representation (–X) 2’s COMP is ( 00010101 )2 . 5. If there are 2011 different states, we need at least ( 11 ) bits binary code to represent them. 6.If a positive logic function expression is F=AC’+B’C(D+E)，then the negative logic function expression F = ( (A+C’)(B’+(C+DE)) ). 7. A particular Schmitt-trigger inverter has V ILmax = 0.7 V, V IHmin = 2.1 V, V T+= 1.7 V, and V T-= 1.3 V, V OLmax=0.3V, V OHmin=2.7V. Then the DC noise margin in the HIGH state is ( 0.6V ), the hysteresis is ( 0.4V ). 8.The unused CMOS NAND gate input in Fig. 1 should be tied to logic ( 1 ). Fig.1Circuit of problem I-8 9. If number [ A ] two’s-complement =11011001