混合信號設計：模擬信號鏈的數(shù)式控制的優(yōu)點

　　比較器是“數(shù)字信號分析儀”的最簡單例子，它以1.5伏參考電壓來比較輸出信號。信號將會被調(diào)幅，以便其最低值剛好可以開始解扣比較器。標記為IEC_Controller的塊包含數(shù)字控制算法。該控制器背后的基本思路是簡單的：

　　1. 測量時鐘周期中比較器輸出為低的部分。

　　2. 周期性地將該部分與理想目標值進行比較。

　　3. 如果總數(shù)過高，則下調(diào)直流增益。如果過低，則上調(diào)直流增益。

　　該電路的其余部分是一個“顫振檢波器”，具體化于IEC_DitherDetector 塊中，它能夠確定直流增益值實現(xiàn)穩(wěn)定的時間。穩(wěn)定化過后，控制回路的輸出被鎖定。這可以防止電路在代碼間隨機漫游。

　　數(shù)字回路考慮

　　任何控制回路都必須有一個目標(值或試圖達到的條件)，該AGC電路是按照每256個時鐘周期11個高比較器總數(shù)，或者約0.4%的占空比的明確目標來設計的。

　　只所以選擇該值是因為由此產(chǎn)生的誤差(0.4%)被認為是可以接受的。但由于應用情況各不相同，所以必須慎重選擇誤差信號的動態(tài)范圍。

　　使用稱為ComparatorCounter的計數(shù)器來進行比較器為高時的時鐘周期計數(shù)?？刂苹芈吠ㄟ^用實際計數(shù)總數(shù)減去目標值來創(chuàng)建稱為Error的誤差信號。

　　回路輸出限制于不溢流或下溢。此外，每個更新事件都會清空ComparatorCounter，從而開始另一個256時鐘周期測量。

　　多反饋回路考慮

　　當控制回路是系統(tǒng)中的唯一控制回路時，其轉(zhuǎn)換行為在某種程度上是無關緊要的，但當其可能干擾多個其他回路時就會變得非常重要而必須加以考慮。

　　控制理論的一個眾所周知的結(jié)論是，當同時使用多個控制回路時，它們應當有不同數(shù)量級的時間常數(shù)，以便最小化它們之間的相互作用。

　　數(shù)字控制回路的時間常數(shù)非常容易改變。例如，如果回路輸出是N位寬，則誤差積分器可設計為若干位寬，比如N+2位。然后，最低有效位被視為小數(shù)且留下不用，從而有效地使回路慢下來。再使用一點額外邏輯還可以使時間常數(shù)動態(tài)化，亦即隨著其他回路的狀態(tài)而變化。

　　顫振和恢復

　　“顫振”一詞描述了控制回路在兩個(或更多)離散輸出碼之間來回振蕩的情形。這對這些類型的控制回路是正常行為，在一些應用中沒有什么重要意義。

　　在不容忍顫振的應用中，可以使用一點額外邏輯予以消除。檢測顫振最容易的方法是看回路的誤差信號。當誤差信號小時，回路接近其目標。當誤差信號在適合的時間長度內(nèi)一直保持小，則可禁用回路的誤差積分器，以防止進一步更新。

　　確定誤差信號何時在“合適的時間”內(nèi)一直保持小意味著某種低通濾波。最簡單的低通濾波器是單極IIR(無限脈沖響應)濾波器。這些濾波器易于以數(shù)字邏輯實現(xiàn)。

　　可使用另一個(可選)計數(shù)器來給予回路更多時間以便充分恢復，即使在其經(jīng)濾波的誤差信號變小程度已經(jīng)可接受之后。在本例中，該計數(shù)器稱為SettleCounter，無論何時，只要經(jīng)濾波的誤差信號過大，其就會被清空。當經(jīng)濾波的誤差信號小得可接受時，計數(shù)器向上計數(shù)，每個更新事件計一次。當計數(shù)器達到最大值時，控制回路的誤差積分器停止，回路的輸出不再變化。

　　回路本身繼續(xù)全時間運行(其誤差信號必須繼續(xù)跟蹤輸入信號中的變化)，但輸出值被鎖定，因此其無法顫振。當輸入信號大幅變化時，經(jīng)濾波的誤差信號將會增大，導致回路被解鎖并開始重新采集信號。