数模转换器DAC原理研究.docx
《数模转换器DAC原理研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数模转换器DAC原理研究.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
数模转换器DAC原理研究
数字—模拟转换器（DAC原理研究
一内容概述
D/A转换器通常是把加权值与二进制码的各比特相对应的电压或者电流,按二进制码进行相加,从而得到模拟信号的方法。
产生加权电压和电流的方法有使用负载电阻的方法和使用梯形电阻网络的方法。
（1负载电阻型D/A转换器
由电阻和运算放大器组成的负载电阻型D/A转换器,其中（R,2R,……21-nR的加权值与数字信号的各个比特（b0,b1,……bn-1相对应。
当用每个比特的内容使各个比特的开关导通或者截止时,其输出电压V
为
V0=
R
Rf
（b0+
2
1
b1+
4
1
b2+…….+
1
2
1
-
n
bn-1VR
缺点:
当位数较多时,负载电阻型D/A转换器必须使用的电阻值的范围将随之增大,会给制作集成电路带来困难。
（2采用梯形电阻网络的D/A转换
R-2R电阻解码网络如图所示是由R与2R电阻组成的T型电路,故又称为T型电阻解码网络,后边可以接运算放大器组成的跟随器,以提高网络带负载能力。
二D/A转换器的工作原理及波形输出以一个简单的三位转换器为例:
假设输入的数字为D2D1D0=001,即D0=1时,此时只有一个开关接至电压源,其他的均接地,T型电阻网络的等效电路
根据戴维南定理,可以将电路自左向右逐级等效化简,每等效一次,电源电压被等分一次,而等效电阻为R不变
逐次简化:
由图可知D/A转换器的输出电压V0=
3
2
⨯
3
2
s
V
同理当输入数字分别为010,100时即D1,
D2分别单独接至参考电压源V
s
根据上述方法,可求得D/A转换器的输出电压分别为
V0=
3
2
⨯
2
2
s
V
V
=
3
2
⨯
2
Vs
对于任意输入的数字信号D
2
D
1
D
根据叠加定理,可求得
D/A
转换器的输出电压为:
V0=D0⨯3
2⨯
3
2
sV+D1⨯
3
2⨯
2
2
sV,+D2⨯
3
2⨯
2
Vs
=
3
2⨯
3
2
1⨯VDDD222（00
11
22++s
1列出从000到111所有数字信号对应的模拟电压:
由三位数字转化器产生的锯齿波,三角波和方波
实验电路图:
实验电路用到了数字发生器,锯齿波的数字发生器设置和电压波形如下:
三角波的数字发生设置和电压波形如下:
方波的数值发生设置和电压波形如下:
设计一个数字控制增益的电压放大器,V0=knVi,其中n=0-15,k=2,Vi=+/-5V。
仿真电路图如下:
i
VDDDDkV2222（00
1122330+++
=
图中用到了三种运算放大器:
第一种是反向增益放大器,放大倍数为一倍,第二种是正向增益放大器,放大倍数为两倍,第三种是跟随器,由电路原图可以看到,第一次电路接的是跟随器,它的作用是得到左边的输出电压同时右边所接的负载对电压没有影响,第二个放大器可以看到作用是正向放大二倍,为了得到正向电压,又接了跟随器和反相器,故得到的电压相对于原输出电压为正。
于没有接反相的电路
另外电路还用到了一个电路门,它的作用是控制开关,因为当发生器是低电平的时候电阻必须接地,此时另外一个开关就用来控制接地,而电路门在发生器低电平时就给它高电平。
同时我们还考虑了正弦波的输出,我们将正弦波的1/4周期分成八份,算出每一份的增量,将正弦波量化处理,我们简单得用了8位数字转化器。
量化处理的数据:
为了出完整的波型,以51为起点网上增加至112再从112减至
波形:
电路图:
三DAC0832芯片
T型电阻网络由于只用了R和2R两种阻值的电阻,其精度易于提高,也便于制造集成电路。
但也存在以下缺点:
在工作过程中,从电阻开始到运放的输入端建立起稳定的电流,电压为止,需要一定时间,因而当输入数字信号位数较多时,将会影响D/A转换器的工作速度。
另外,电阻网络作为转换器参考电压Vs的负载电阻将会随二进制的不同有所波动,参考电压的稳定性可能因此受影响。
此外在动态过程中,由于开关上的阶跃脉冲信号到达运算放大器输入端的时间不同,会在输出端产生相当大的尖峰脉冲,因此将会影响D/A转换器的转换精度,所以实际中常用倒T型电阻网络D/A转化器。
DAC0832是利用CMOS工艺制成的双列直插式单片8位D/A转换器芯片。
它由一个8位输入寄存器,一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器3大部分组成。
采用单电源供电,低功耗20mW,内部无基准电压源,需外接基准电压源,片中无运算放大器,输出为电流形式,要获得模拟电压输出,需外接运算放大器。
倒T型电阻网络D/A转换器原理:
由前述可知当第一个开关闭合时,电阻网络最终的戴维南等效电路
为
所以电流I=
8Re2
f
V⨯
R
1,根据KVL可知,输出电压V0=—
R
RfVf
⨯
8
Re2
根据电路的叠加原
理可知V0=—
R
RfVf
⨯
8
Re2
（27D7+266D+…….+00
2D.倒T型网络D/A转换器的模拟
开关在地与虚地之间转换,不论开关状态如何变化,各支路的电流始终不变,因此,不需要电流建立的时间,同时各支路电流直接流入运算放大器的输入端,不存在传输时间差,因而提高了转换速度,另外,由于各支路电流也是恒定的,这也就消除了动态过程中电流尖峰脉冲的影响。
四实验总结和体会本次实验用到不少书上的理论知识，比如直流电路的等效变换以及叠加性质。
特别是运算放大器的使用。
实际运算放大器要考虑所给的运算放大器的最大供电电压，还有就是运算放大器的反向，正向，跟随的作用。
课本外的知识有网络电阻的特性，芯片的特性，以及在仿真电路中在老师的指导下，解决了电阻接地，以及数字信号发生器的供电电压无法改变而直接采用电压源的方法。
通过这次专题的研究，对数字转化器的工作原理有了一定的了解发现数字信号转化为模拟信号并不是一件十分复杂的事情，有一定的趣味性。
五参考文献北京清华大学出版社《数字电子技术》徐安静主编北京科技出版社《电工电子技术手册》[日]电气学会编北京交通大学出版社《基础电路分析》
升级会员 