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(多图) 基于EWB的D/A数模转换器的仿真研究

来源:电源技术应用/常昌远?? 赵 宁?? 刘正军(东南大学微电子中心 江苏 南京)?? 2007年07月24日 ?? 收藏0

  随着计算机技术的发展,电子设计自动化(EDA)技术得到了广泛的应用。EWB电子工作台作为一种功能强大的EDA计算机辅助设计和仿真软件[1],与其他电路仿真软件相比较,具有功能全面、界面直观、操作方便等优点。

  DAC作为沟通模拟量和数字量的桥梁,在各种检测、控制和信号处理等技术领域得到日益广泛的应用。本文采用Electronics Workbench(EWB)构造了DAC的仿真模型,并给出了仿真结果。

  1 仿真原理

  DAC主要由模拟电子开关、电阻解码网络、求和运算放大器和基准电压源(或恒流源)组成,如图1所示。位权网络目前用得较多的是T形电阻网络,一个D/A转换器要使输出的模拟电压与输入的数字量成正比。图中,D是n位二进制数,2个相邻数所对应的输出电压之差称为最小可分辨电压Δ。即Δ是二进制数D的最低有效位发生变化时所引起的输出电压的变化量,也是D的最低位代码为1,其他位代码为0时所对应的输出电压。YOM称为满度输出电压,他是二进制数D的所有代码为1时所对应的输出电压。

  设D为n位二进制数,则

公式

  D/A转换原则是将输入数字0的每一位代码按其权值的大小转换成所对应的电压(等于最小可分辨电压Δ乘以权值),然后进行叠加,得到与D对应的输出电压VO:

DAC主要由模拟电子开关

  2 仿真分析

  首先建立D/A转换器的仿真模型,根据D/A转换器的组成结构以及EWB的特点,采用模块化设计方法。

  (1)用理想开关元件建立的单个模拟开关仿真,如图2所示。数字位模拟开关每一位数码对应一个电子开关,若ai=1,则对应的开关Si接基准电压源VREF;若ai=0,则Si接地。

用理想开关元件建立的单个模拟开关仿真

  (2)采用74LS162作为加法计数产生器,用来产生D/A转换所需的信号。

  (3)求和电路由具有负反馈的运算放大器构成的。UF411具有高精度低功耗的特点。

  利用二进制计数器74LS162构成累加计数器,由真值表可知:他产生0000~1111循环计数,分别接入4个模拟电子开关,并按图3所示连接组成DAC的仿真模型。

连接组成DAC的仿真模型

输出波形

  将时钟信号提供给74LS162开始计数,模拟开关根据74LS162输出的0或1信号决定此路电阻是否接入,由于采用的是累加计数,因此求和放大器的输出波形,如图4所示。

  为了研究数字位数与性能指标的关系,选择了4位、8位D/A转换器进行仿真,取基准电压VREF为4 V,其最小可分辨电压Δ分别为0.8 V和0.016 V,与理论计算结果相当一致。同时可以看出,D/A转换器的位数越多,分辨率越高,且与基准电压有关。

  3 结 语

  本文从D/A转换器的仿真原理出发,给出了T形电阻网络D/A转换器仿真模型的构造方法,这种仿真模型的优点是非常接近实际电路的工作过程,采用EWB对D/A转换器做了进一步的仿真模拟。

  从仿真结果可以看出,EWB软件能较好地对D/A的性能进行系统仿真,与理论计算进行对照,得出比较一致的结果,此仿真方法给出了清晰直观的D/A转换器的内部结构和工作过程,加深对基本概念的理解。对于数字逻辑电路的教学具有重要的意义,同时可望在系统优化设计中得到广泛应用。

  参考文献

  [1]路而红.虚拟电子实验室Electronics Workbench[M].北京:人民邮电出版社,2001.

  [2]赵世强.电子电路EDA技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.

  [3]康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1999.


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