基于EWB的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的仿真研究

DAC作為溝通模擬量和數(shù)字量的橋梁，在各種檢測、控制和信號處理等技術(shù)領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。本文采用Electronics Workbench（EWB）構(gòu)造了DAC的仿真模型，并給出了仿真結(jié)果。

1　仿真原理

DAC主要由模擬電子開關(guān)、電阻解碼網(wǎng)絡(luò)、求和運算放大器和基準電壓源（或恒流源）組成，如圖1所示。位權(quán)網(wǎng)絡(luò)目前用得較多的是T形電阻網(wǎng)絡(luò)，一個D／A轉(zhuǎn)換器要使輸出的模擬電壓與輸入的數(shù)字量成正比。圖中，D是n位二進制數(shù)，2個相鄰數(shù)所對應(yīng)的輸出電壓之差稱為最小可分辨電壓Δ。即Δ是二進制數(shù)D的最低有效位發(fā)生變化時所引起的輸出電壓的變化量，也是D的最低位代碼為1，其他位代碼為0時所對應(yīng)的輸出電壓。YOM稱為滿度輸出電壓，他是二進制數(shù)D的所有代碼為1時所對應(yīng)的輸出電壓。

設(shè)D為n位二進制數(shù)，則

D／A轉(zhuǎn)換原則是將輸入數(shù)字0的每一位代碼按其權(quán)值的大小轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的電壓（等于最小可分辨電壓Δ乘以權(quán)值），然后進行疊加，得到與D對應(yīng)的輸出電壓VO：

2　仿真分析

首先建立D／A轉(zhuǎn)換器的仿真模型，根據(jù)D／A轉(zhuǎn)換器的組成結(jié)構(gòu)以及EWB的特點，采用模塊化設(shè)計方法。

（1）用理想開關(guān)元件建立的單個模擬開關(guān)仿真，如圖2所示。數(shù)字位模擬開關(guān)每一位數(shù)碼對應(yīng)一個電子開關(guān)，若ai＝1，則對應(yīng)的開關(guān)Si接基準電壓源VREF；若ai＝0，則Si接地。

（2）采用74LS162作為加法計數(shù)產(chǎn)生器，用來產(chǎn)生D／A轉(zhuǎn)換所需的信號。

（3）求和電路由具有負反饋的運算放大器構(gòu)成的。UF411具有高精度低功耗的特點。

利用二進制計數(shù)器74LS162構(gòu)成累加計數(shù)器，由真值表可知：他產(chǎn)生0000～1111循環(huán)計數(shù)，分別接入4個模擬電子開關(guān)，并按圖3所示連接組成DAC的仿真模型。

將時鐘信號提供給74LS162開始計數(shù)，模擬開關(guān)根據(jù)74LS162輸出的0或1信號決定此路電阻是否接入，由于采用的是累加計數(shù)，因此求和放大器的輸出波形，如圖4所示。

為了研究數(shù)字位數(shù)與性能指標的關(guān)系，選擇了4位、8位D／A轉(zhuǎn)換器進行仿真，取基準電壓VREF為4 V，其最小可分辨電壓Δ分別為0．8 V和0．016 V，與理論計算結(jié)果相當一致。同時可以看出，D／A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，分辨率越高，且與基準電壓有關(guān)。

3　結(jié)　語

本文從D／A轉(zhuǎn)換器的仿真原理出發(fā)，給出了T形電阻網(wǎng)絡(luò)D／A轉(zhuǎn)換器仿真模型的構(gòu)造方法，這種仿真模型的優(yōu)點是非常接近實際電路的工作過程，采用EWB對D／A轉(zhuǎn)換器做了進一步的仿真模擬。

從仿真結(jié)果可以看出，EWB軟件能較好地對D／A的性能進行系統(tǒng)仿真，與理論計算進行對照，得出比較一致的結(jié)果，此仿真方法給出了清晰直觀的D／A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程，加深對基本概念的理解。對于數(shù)字邏輯電路的教學具有重要的意義，同時可望在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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