數(shù)字低通：名稱雖然不同 卻仍是一種濾波器

　　[Dave坐在實(shí)驗(yàn)室中，凝視著充滿Verilog代碼的屏幕……]

　　T：你好Dave，現(xiàn)在你在做什么?!

　　D：噢，你好T博士，這是一個(gè)新的芯片的印刷電路板(PCB)原型，它是一個(gè)混合信號(hào)芯片。我們正在構(gòu)建一個(gè)FPGA的數(shù)字部分。FPGA的Verilog代碼看起來(lái)是這樣的。(Dave手指著屏幕。)

　　圖1：一個(gè)8位計(jì)數(shù)器的Verilog代碼片段

　　T：它看起來(lái)很像一個(gè)程序，像C代碼。是誰(shuí)寫的所有這些代碼?

　　D：我們的一位首席工程師Warren Craddock，把這個(gè)放在一起，你是對(duì)的——雖然我不是專家，但我可以利用我以往在C語(yǔ)言方面經(jīng)驗(yàn)修改別人的代碼。一個(gè)很大的不同在于，軟件C代碼是由一個(gè)處理器執(zhí)行的，而Verilog語(yǔ)言被編譯成了硬件邏輯。他們說(shuō)，Verilog是“并發(fā)的”(每個(gè)語(yǔ)句都是同時(shí)執(zhí)行，因?yàn)槊總€(gè)語(yǔ)句都有其自己的專用邏輯)，而C代碼是“順序的”(語(yǔ)句是順序執(zhí)行的，這是因?yàn)橹挥幸粋€(gè)處理器)。

　　T：很有意思，但你仍然只是工作在這些位(bit)上。你不可能真正地處理這些信號(hào)，對(duì)吧?

　　D：這是模擬設(shè)計(jì)師一種常見(jiàn)的誤解。的確，在大多數(shù)情況下，一個(gè)位并不能很好地代表一個(gè)模擬信號(hào)，即使你收集了進(jìn)入一條總線一大堆位，它只代表一個(gè)數(shù)字。數(shù)字的數(shù)量隨著位的數(shù)量急劇增加，這樣8位就給了我256個(gè)選擇，而12位可以給我4000個(gè)選擇。

　　T：所以一條總線可以代表一個(gè)模擬信號(hào)，同樣，A-D轉(zhuǎn)換器代表了其輸出端的模擬輸入。時(shí)間和幅度都被量化了。

　　D：沒(méi)錯(cuò)。一個(gè)8位轉(zhuǎn)換器可將0至2V輸入分成256個(gè)數(shù)字，并在每個(gè)時(shí)鐘周期生成一個(gè)數(shù)字。現(xiàn)在信號(hào)是一個(gè)數(shù)字流。

　　T：聽(tīng)起來(lái)非常昂貴。你總得需要A-D和D-A轉(zhuǎn)換器。

　　D：不一定。我們可以從模擬信號(hào)開(kāi)始——但我們不是必須那樣。我們可以在邏輯中內(nèi)部生成信號(hào)，代表斜率、三角波、正弦波信號(hào)，等等。這些信號(hào)不一定能到達(dá)模擬世界，但我們可以用濾波器、調(diào)制器和峰值檢測(cè)器將這些信號(hào)處理得像模擬信號(hào)一樣。

　　T：時(shí)間就是一個(gè)例子。我能想到的最簡(jiǎn)單的濾波器是一個(gè)RC低通濾波器(LPF)。讓我來(lái)畫出電路和它的波特圖。

　　圖2：模擬RC的波特圖和脈沖響應(yīng)

　　(圖字：連續(xù)時(shí)間(模擬)單極RC低通濾波器;原理圖;脈沖響應(yīng)(時(shí)域);波特圖振幅響應(yīng)(頻域))