数模转换器(DAC)原理研究.doc

数字-模拟转换器
(DAC)原理研究

电子0801班
08214014
08214013

一题目简述
随着科学技术的发展,我们常常要用模拟系统来处理数字信号.这就需要数字-模拟的转换.DAC的作用是将计算机或控制器产生的二进制数字转换成与之成比例的模拟电压.其意义相当于一种译码电路.本次的数模原理研究主要介绍全电阻网络D/A转换器和倒T型电阻网络D/A转换器,利用等效方法和叠加原理推导输出电压,比较两种转换器的特点.并用EWB软件来验证电路的工作原理.

二DAC原理
1.D/A数模转换器的设计思想
D/A数模转换器在某种意义上说相当于一种译码电路，将给定的二进制码的量译成相应的模拟量的数值。
数字量是由二进制数位组合起来，而每位数字符号都有一定的权。例如，四位二进制数1101每位的权对应十进制数值从高位到底为排列依次为8，4，2，1（必须位置上是一才有效）。所以二进制数1101代表十三。为了将数字量转换成模拟的量，可以将每一位数字量按权的大小装换成模拟量。然后将这些模拟量相加，所得到的总的模拟量就是数字量所必须转换成的模拟量。

2.权电阻网络D/A转换器
(1)数模转换的一种方法是使用电阻网络，网络中阻值表示数字码输入位的二进制权值。输入的电平决定电流的有无，开关接入相应电压Vs时，输入电压为Vs，二进制数位“1”。开关接地时输入电压为0V，二进制数为“0”.如下图给出了一个三位的DAC。
上面已经提及开关,，……,，分别受输入代码，，……，，的状态控制，由于虚地点的存在，其中某个开关接到“1”或“0”在电阻支路产生的电流为

即

支路电流总和I==++
=++
=[]
=
所以输出模拟电压

推广

上式表明，输出的模拟电压正比于输入的数字量，从而实现了从数字量到模拟量的转换。当=0时，=0，而=11…11时，=，故的最大变化范围是0~。

从000到111所有数字信号对应的模拟电压
二进制数U0/VD00000D10011.5D20103D30114.5D41006D51017.5D61109D711110.5
EWB仿真结果
输入信号000

输入信号001

输入信号100

输入信号011

输入信号010

输入信号110

输入信号101

输入信号111

此类型DAC特点：
结构简单，所用电阻由于元件数减少，该转换器的转换精度取决于基准电源，电子模拟开关，运算放大器及各权电阻的精度。因为各个阻值相差较大，电阻精度很难提高。例如,一个8位转换器需要8个电阻,并且电阻值的范围以二进制权的步长从R变化到128R.电阻的范围需要255分之一(小于0.5%)的允许误差才能精确的转换输入.因此这种类型的DAC很难大量生产.

每隔1us可以以给出一个数字信号，试给出一种产生周期为16us，幅度为7V的锯齿波和三角波和方波的数字信号方案（仅给出一个波形周期的数字信号即可）。用EWB软件仿真你的设计方案。

3倒T型R-2R电阻网络DAC原理
数字量某位输入“0”，相应电子开关动作，电阻支路接地；反之，输入“1”，相应电子开关也动作，但将电阻支路接到运算放大器负输入端，因此，不管输入是“0”、“1”，流过每个支路的电流始终不变，基准电压源提供的总电流也固定不变。

电路中R1=R2=R3=R4=2R=1K,R5=R6=R7=R8=R=0.5K,电源电压U=12V.
分析计算
假设，开始时输入D3为高电平U=12V，其他的都为低电平（接地0V），这种情况表示二进制数D3=1000，此时，电路分析化简电路为如图所示等价电路。本质上只有Rf经过R2等价电阻，因为反向输入虚地。因此，通过R4的电流I4也通过Rf，即I4=If，I4=U/2R.输出电压U0=-U=-12V.

当D2输入为12V，其他输入接地时，等效电路如图，此情况相当于二进制数D2=0100.由戴维南定理，从R4左边看去，得到U/2及与之串联的电阻R,如图。If=0.5U/(2R).U0=-1/2U=-6V.
当D1输入为U=12V，其他输入接地时，等效电路如图，此情况相当于二进制数D1=0010.由戴维南定理，从R4左边看去，得到U/4及与之串联的电阻R,如图。If=0.25U/(2R),U0=-1/4U=-3V.
当D0输入等于U=12V，其他输入接地时等效电路如图，此时二进制数D1=00……01.由戴维南定理，从R4左边看去，得到U/8及与之串联的电阻R,如图。If=0.125U/(2R),U0=-1/8U=-1.5V.

由叠加定理可知
=(+++)
=(+++)
=(+++)
列表从0000到1111所有可能电压值
二进制数U0/VD000000D10001-1.5D20010-3D30011-4.5D