基于EWB的D/A數(shù)模轉換器的仿真研究

出處：computer00 發(fā)布于：2007-11-09 11:11:41

隨著計算機技術的發(fā)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(yōu)點。

　　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、電阻解碼網(wǎng)絡、求和運算放大器和基準電壓源（或恒流源）組成，如圖1所示。位權網(wǎng)絡目前用得較多的是T形電阻網(wǎng)絡，一個D／A轉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)所對應的輸出電壓之差稱為可分辨電壓Δ。即Δ是二進制數(shù)D的有效位發(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(shù)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(shù)，則

　　D／A轉換原則是將輸入數(shù)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(jù)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。

　?。?）用理想開關元件建立的單個模擬開關仿真，如圖2所示。數(shù)字位模擬開關每一位數(shù)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(shù)產(chǎn)生器，用來產(chǎn)生D／A轉換所需的信號。

　?。?）求和電路由具有負反饋的運算放大器構成的。UF411具有高低功耗的特點。

　　利用二進制計數(shù)器74LS162構成累加計數(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，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(shù)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(fā)，給出了T形電阻網(wǎng)絡D／A轉換器仿真模型的構造方法，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(tǒng)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(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)化設計中得到廣泛應用。