数字-模拟转换器(DAC)原理研究

数字-模拟转换器(DAC)工作原理研究组员：

杜杨10221034自动化1001DAC的基本原理

DAC基本工作模式就是数模转换

数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器或DAC。数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的位权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字—模拟转换。这就是组成DAC转换器的基本指导思想。如图可作为研究DA转换电路的模型，其中开关20，21，22分别与三位二进制数相对应。当某位二进制数为“1”时开关接入相应电压Vs，为“0”时开关接地。（1）列出从000到111所有数字信号对应的模拟电压。理论值：二进制数000001010011100101110111电压值（V）01234567实际仿真结果：输入电压001，V0=1V输入电压010，V0=2V输入电压011，V0=3V输入电压100，V0=4V输入电压101，V0=5V输入电压110，V0=6V理论值与实际值相吻合输入电压111，V0=7V（2）利用叠加定理和等效分析证明运放输出电压与3位二进制数字成比例。即a)当J1接左端，J2、J3接右端时，即D0=1，D1=D2=0；分析等效电路等效电路如下：逐步简化电路如下：==>b）当J2接左端，J1、J3接右端时，分析等效电路C)当J3接左端，J1、J2接右端时，即D2=1，D0=D1=0

分析等效电路d)Vs=12DxU1=1/12Vs

VU2=1/6VsU3=1/3Vs=D0=2D1

=22D2

由线性电路的叠加原理因此

（3）若每隔1us可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）。用软件仿真你的设计方案。输出锯齿波、三角波、方波时的仿真电路图：锯齿波参数设置如下：锯齿波模拟仿真结果三角波参数设置三角波模拟仿真结果方波参数设置如下：方波模拟仿真结果：（4）查阅DAC0832芯片手册，分析其倒置R-2R电阻网络进行DAC转换原理。当其输出接电流电压转换运放如图

时，推导其输出电压VOUT与参考电压VREF和8位二进制数字量的关系。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，电路等效为1)先求第一个电压源单独作用对电压的贡献：假设有N个12V电压源；则含电压源的支路的电流为(从最右边看进去的电阻为3R=3Kohm)I0=12DX/3R;则对最后电压贡献V1=I0/2N-1*R=4D0/2N-1

2)以此类推：第n个电压源单独作用时：Vn=I0/2N-n*R=4Dn/2N-n

由叠加定理：N个电压源共同作用时：V=V1+V2+………+VN=4(D0/2N-1

+D1/2N-2+….+DN)

=4/2N-1(D0+2D1+…+2NDN)当N=3时，即为第一个电路的结论。如下：当N=8时，如下：V0=4/28-1(D0+2D1+…+28

DN)扩展问题：

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：

三种运放：反向增益放大器正向增益放大器跟随器V2–V1=IR1(0-V-)/R4=(V--V6)/R3V1=V4V1-V3=IR2V+=V-V1=0-->>V6=2V+----->>V3=-V2图中有三种放大器：

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。模拟仿真结果：实验总结本次研讨我们对第一个