數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)原理研究

1、 組員： 杜楊 10221034 自動(dòng)化1001 DACDAC的基本原理DACDAC基本工作模式就是數(shù)模轉(zhuǎn)換基本工作模式就是數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換就是將離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連接變化的模擬量，實(shí)現(xiàn)該功能的電路或器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，通常稱為D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對(duì)于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的位權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其位權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換。這就是組成DAC轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想。 如圖可作為研究DA 轉(zhuǎn)換電路的模型，其中開關(guān)20，21，22 分別與三位二進(jìn)制

2、數(shù)相 對(duì)應(yīng)。當(dāng)某位二進(jìn)制數(shù)為“1”時(shí)開關(guān)接入相應(yīng)電壓Vs，為“0”時(shí)開關(guān)接地。（1）列出從000 到111 所有數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的模擬電壓。理論值：二進(jìn)二進(jìn)制數(shù)制數(shù)000000001001010010011011100100101101110110111111電壓值（V）01234567實(shí)際仿真結(jié)果：輸入電壓001，V0=1V 輸入電壓010，V0=2V輸入電壓011，V0=3V輸入電壓100，V0=4V輸入電壓101，V0=5V輸入電壓110，V0=6V 理論值與實(shí)際值相吻合輸入電壓111，V0=7V（2） 利用疊加定理和等效分析證明運(yùn)放輸出電壓與3 位二進(jìn)制數(shù)字成比例。即 a)當(dāng)當(dāng)J1J1接左

3、端，接左端，J2J2、J3J3接右端時(shí)，即接右端時(shí)，即D0=1，D1 =D2 =0；分析等效電路分析等效電路等效電路如下：逐步簡(jiǎn)化電路如下：=b）當(dāng)當(dāng)J2J2接左端，接左端，J1J1、J3J3接右端時(shí)，分析等效接右端時(shí)，分析等效電路電路C)當(dāng)當(dāng)J3J3接左端，接左端，J1J1、J2J2接右端時(shí)，即接右端時(shí)，即D2=1，D0=D1=0 分析等效電路分析等效電路 d) Vs=12Dx U1=1/12 Vs V U2=1/6Vs U3=1/3Vs =D0 =2D1 =22D2 由線性電路的疊加原理 因此 （3） 若每隔1us 可以給出一個(gè)數(shù)字信號(hào)，試給出一種產(chǎn)生周期為16us，幅度為7V 的 鋸齒波

4、和三角波和方波的數(shù)字信號(hào)方案（僅給出一個(gè)波形周期的數(shù)字信號(hào)即可）。 用軟件仿真你的設(shè)計(jì)方案。 輸出鋸齒波、三角波、方波時(shí)的仿真電路圖：輸出鋸齒波、三角波、方波時(shí)的仿真電路圖：鋸齒波參數(shù)設(shè)置如下：鋸齒波模擬仿真結(jié)果三角波參數(shù)設(shè)置三角波模擬仿真結(jié)果方波參數(shù)設(shè)置如下：方波模擬仿真結(jié)果：（4）查閱DAC0832 芯片手冊(cè)，分析其倒置R-2R 電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行DAC 轉(zhuǎn)換原理。當(dāng)其輸出接電流電壓轉(zhuǎn)換運(yùn)放如圖 時(shí)，推導(dǎo)其輸出電壓VOUT 與參考電壓VREF和8 位二進(jìn)制數(shù)字量的關(guān)系。三DAC0832芯片 T型電阻網(wǎng)絡(luò)由于只用了R和2R兩種阻值的電阻，其精度易于提高，也便于制造集成電路。但也存在以下缺點(diǎn)：在工作

5、過程中，從電阻開始到運(yùn)放的輸入端建立起穩(wěn)定的電流，電壓為止，需要一定時(shí)間，因而當(dāng)輸入數(shù)字信號(hào)位數(shù)較多時(shí)，將會(huì)影響D/A轉(zhuǎn)換器的工作速度。另外，電阻網(wǎng)絡(luò)作為轉(zhuǎn)換器參考電壓Vs的負(fù)載電阻將會(huì)隨二進(jìn)制的不同有所波動(dòng)，參考電壓的穩(wěn)定性可能因此受影響。 此外在動(dòng)態(tài)過程中，由于開關(guān)上的階躍脈沖信號(hào)到達(dá)運(yùn)算放大器輸入端的時(shí)間不同，會(huì)在輸出端產(chǎn)生相當(dāng)大的尖峰脈沖，因此將會(huì)影響D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，所以實(shí)際中常用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)化器。 DAC0832是利用CMOS工藝制成的雙列直插式單片8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片。它由一個(gè)8位輸入寄存器，一個(gè)8位DAC寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器3大部分組成。采用單電源供電，

6、低功耗20mW,內(nèi)部無基準(zhǔn)電壓源，需外接基準(zhǔn)電壓源，片中無運(yùn)算放大器，輸出為電流形式，要獲得模擬電壓輸出，需外接運(yùn)算放大器。 倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理： 由前述可知當(dāng)?shù)谝粋€(gè)開關(guān)閉合時(shí)，電路等效為 1)先求第一個(gè)電壓源單獨(dú)作用對(duì)電壓的貢獻(xiàn)： 假設(shè)有N個(gè)12V電壓源； 則含電壓源的支路的電流為(從最右邊看進(jìn)去的電阻為3R=3Kohm) I0=12D X/3R; 則對(duì)最后電壓貢獻(xiàn)V1=I0/2N-1 *R=4D0/2N-1 2)以此類推：第n個(gè)電壓源單獨(dú)作用時(shí)：Vn=I0/2N-n *R=4Dn/2N-n 由疊加定理：N個(gè)電壓源共同作用時(shí)：V=V1+V2 +VN=4(D0/2N-1 +D1 /

7、2N-2 +.+DN ) =4/2N-1(D0+2D1+2N DN) 當(dāng)N=3時(shí)，即為第一個(gè)電路的結(jié)論。如下： 當(dāng)N=8時(shí)，如下： V0 = 4/28-1(D0+2D1+28 DN)擴(kuò)展問題：設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字控制增益的電壓放大器，V0=knVi，其中n=0-15，k=2, Vi=+/-5V。 仿真電路圖如下： 三種運(yùn)放：反向增益放大器 正向增益放大器 跟隨器V2 V1=IR1 (0-V- )/R4=(V- - V6)/R3 V1=V4V1 - V3 =IR2 V+=V-V1=0 - -V6=2V+-V3 =-V2 圖中有三種放大器： 第一種是反向增益放大器，放大倍數(shù)為一倍，第二種是正向增益放大器，放大倍數(shù)為兩倍，第三種是跟隨器，由電路原圖可以看到，第一次電路接的是跟隨器，它的作用是得到左邊的輸出電壓同時(shí)右邊所接的負(fù)載對(duì)電壓沒有影響，第二個(gè)放大器可以看到作用是正向放大二倍，為了得到正向電壓，又接了跟隨器和反相器，故得到的電壓相對(duì)于原輸出電壓為正。模擬仿真結(jié)果：實(shí)驗(yàn)總結(jié) 本次研討我們對(duì)第一個(gè)題目進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)過程中用到不少書上的理論知識(shí)，比如直流電路