Multisim中放大调理电路的设计与仿真*
2020-08-20于新颖
于新颖
(山西大学商务学院 信息学院，山西 太原 030031)
0 引言
伴随着信号处理技术的不断发展，人们接触到的各种声音和图像的采集、传输、处理、存储及输出显示等都越来越趋向于成熟，从而出现了各种高性能、低功耗、小体积和高集成的现代电子产品和设备。但是当人们在使用这些产品或者生活在这些设备的运转环境中时，仍然不可避免地遇到信噪比不够高、噪声干扰过于强等可改善的现实问题。
考虑到噪声传输的路径和参数是多变的，单纯使用固定参数的滤波器并不能起到很好的降噪甚至消噪效果，所以自适应噪声抵消系统逐渐成为了信号处理领域的研究热点。它可以根据周边环境的变化，按照某一种或几种自适应噪声抵消的算法，根据噪声处理效果不断对自适应噪声抵消器的参数进行更新，从而达到自调节的智能效果。但是自适应噪声抵消系统的原始输入信号应该是和参考输入信号尽量不相关的，而且原始输入信号幅度应该是尽量大的，这样才不会被噪声干扰信号湮没1，才会使得最终处理结果的信噪比达到预期要求。所以，对自适应噪声抵消系统加以前端放大滤波电路，对于提高自适应噪声抵消系统的信噪比增益是至关重要的。
1 Multisim软件介绍
传统的电路设计流程需要根据设计要求将系统进行模块划分或者直接整体设计，然后根据设计方案采买元器件，完成模块搭建和系统搭建，最后直接对硬件电路进行调试；当出现问题时需要根据经验进行分析、重新设计、采购和焊接。整个过程都是手工进行的，不依赖于任何的计算机和电路设计仿真软件。这种设计方式的显著弊端在于设计周期长、研发成本高、设计流程不完善。在当前电子产品不断更新换代的背景下，上述流程显然不能满足设计需求，所以各种电路设计仿真软件应运而生。
Multisim是美国国家仪器NI公司设计推广的一款基础仿真软件，非常适用于中小规模及中规模的数字电路，尤其是模拟电路的设计和仿真工作，完善了分析设计要求、提出设计方案、仿真验证、构建硬件电路这一完整设计流程。设计者可以从Multisim软件库中找到常用的各种型号和功能的元器件，设置各种供电电压的电源接地信号，改变端口信号数据位数及调用各种常用的仪器仪表等。所以对于模拟电路的设计显得尤其的方便，克服了其它数字电路设计软件存在的短板；而且在电路仿真分析中，使用其自带的示波器等仪器仪表观察所设计电路的仿真结果更加形象、直观，更加接近真实的观感体验。
所以，对于本文所要设计的适用于自适应噪声抵消系统的前置放大调理这一模拟电路[2]，采用Multisim软件进行系统设计和仿真是非常适合的。
2 放大调理电路工作原理
本文中，放大调理电路主要采用NE5532芯片搭配电阻和电容构成。其中，NE5532是一种内含两个运算放大器的集成芯片。相较于大多数的标准放大芯片，NE5532具有性能好、噪声低的优势[3]，更适合应用于各种电子产品设计、控制电路和放大电路中。
在自适应噪声抵消系统中，由话筒进行语音信号的收集之后，有用信号幅值经常在mV级，若直接接通到AD转换模块中进而进入到自适应噪声抵消系统中，那么由于有用信号幅值太小，会被周围的噪声干扰信号埋没，从而处理效果不好。若是将话筒采集的语音信号进行放大滤波处理[4]，那信号的幅度和纯度将有明显改善。
本文采用NE5532构成两级放大，保障放大倍数能满足信号放大需求，从而使得输出的信号幅值明显高于周边噪声。而且在构成的放大调理电路中[5]，放大后的信号又经由了电阻和电容构成的滤波电路，对信号进行了进一步的处理。在Multisim中搭建起的放大调理电路如图1所示。
图1 放大调理电路在Multisim中的电路图
具体的放大倍数可通过调整滑动变阻器R1和R7进行改变。
3 放大调理电路的Multisim仿真
将图1在Multisim中搭建的放大调理电路进行仿真，仿真结果通过示波器的两个通道进行观察对比。仿真结果如图2所示，其中蓝色的曲线表示A通道放大调理电路的输入信号，红色的曲线表示B通道放大调理电路的输出信号。
图2 放大调理电路输入输出对比曲线图
为了进一步观察放大调理电路输入信号和输出信号的幅值和形状，本文将输入信号曲线和输出信号曲线分别单独显示如图3，图4。
图3 放大调理电路输入信号曲线图
图4 放大调理电路输出信号曲线图
4 结果分析
由图2可知，放大调理电路的输出信号较输入信号有了明显的幅值放大效果，放大倍数在200倍左右。而且经由图4和图3对比可知，放大输出后信号的波形形状没有发生明显的畸变。这说明此放大调理电路对于小幅值信号具有较好的放大和滤波作用，可为后续噪声处理电路提供有力保障。
5 结论
本文在Multisim中完成了以NE5532芯片为主的放大调理电路的设计及仿真。仿真结果表明，此放大调理电路可有效实现信号的放大和滤波，从而为后续自适应噪声抵消系统的噪声处理提供了前端电路的设计方案。
