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        基于EWB的D/A數模轉換器的仿真研究

        作者: 時間:2007-07-24 來源:網絡 收藏
        隨著計算機技術的發展,電子設計自動化(EDA)技術得到了廣泛的應用。EWB電子工作臺作為一種功能強大的EDA計算機輔助設計和仿真軟件[1],與其他電路仿真軟件相比較,具有功能全面、界面直觀、操作方便等優點。

        DAC作為溝通模擬量和數字量的橋梁,在各種和信號處理等技術領域得到日益廣泛的應用。本文采用Electronics Workbench(EWB)構造了DAC的仿真模型,并給出了仿真結果。

        1 仿真原理

        DAC主要由模擬電子開關、解碼網絡、求和運算放大器和基準源(或恒流源)組成,如圖1所示。位權網絡目前用得較多的是T形網絡,一個D/A轉換器要使輸出的模擬與輸入的數字量成正比。圖中,D是n位二進制數,2個相鄰數所對應的輸出之差稱為最小可分辨電壓Δ。即Δ是二進制數D的最低有效位發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時所對應的輸出電壓。YOM稱為滿度輸出電壓,他是二進制數D的所有代碼為1時所對應的輸出電壓。

        設D為n位二進制數,則

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

        2 仿真分析

        首先建立D/A轉換器的仿真模型,根據D/A轉換器的組成結構以及EWB的特點,采用模塊化設計方法。

        (1)用理想開關元件建立的單個模擬開關仿真,如圖2所示。數字位模擬開關每一位數碼對應一個電子開關,若ai=1,則對應的開關Si接基準電壓源VREF;若ai=0,則Si接地。

        (2)采用74LS162作為加法計數產生器,用來產生D/A轉換所需的信號。

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

        利用二進制計數器74LS162構成累加計數器,由真值表可知:他產生0000~1111循環計數,分別接入4個模擬電子開關,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,模擬開關根據74LS162輸出的0或1信號決定此路是否接入,由于采用的是累加計數,因此求和放大器的輸出波形,如圖4所示。

        為了研究數字位數與性能指標的關系,選擇了4位、8位D/A轉換器進行仿真,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,與理論計算結果相當一致。同時可以看出,D/A轉換器的位數越多,分辨率越高,且與基準電壓有關。

        3 結 語

        本文從D/A轉換器的仿真原理出發,給出了T形電阻網絡D/A轉換器仿真模型的構造方法,這種仿真模型的優點是非常接近實際電路的工作過程,采用EWB對D/A轉換器做了進一步的仿真模擬。

        從仿真結果可以看出,EWB軟件能較好地對D/A的性能進行系統仿真,與理論計算進行對照,得出比較一致的結果,此仿真方法給出了清晰直觀的D/A轉換器的內部結構和工作過程,加深對基本概念的理解。對于數字邏輯電路的教學具有重要的意義,同時可望在系統優化設計中得到廣泛應用。

        參考文獻

        [1]路而紅.虛擬電子實驗室Electronics Workbench[M].北京:人民郵電出版社,2001.
        [2]趙世強.電子電路EDA技術[M].西安:西安電子科技大學出版社,2000.
        [3]康華光.電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,1999.

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        關鍵詞: 檢測 控制 電壓 電阻

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