数模转换器的EWB仿真分析与研究

参 考 文 献
[ 1]
周常森. 电子电路计算机仿真技术 [ M ] . 济南: 山东 科学技术出版, 2002. ( 下转第 26 页 )
18
中国科 技核心期刊
研究与开发 3. 2 串行通信程序前面板设计 前面板是图形用户界面, 在这一界面上有用户输入和 显示输出 2 类对象 , 具体表现有开关、 旋钮、 图形以及其他 控制( control) 和显示对象 ( indicator) 。对于本系统而言, 主要把用户关心的钢丝绳内外部短丝 , 磨损, 锈蚀和疲劳 等信息友好的显示出来 , 这样用户只要操纵一下鼠标和键 盘 , 足不出户就可以知道钢丝绳是否能安全运行了 , 操作 面板如图 5 所示。
图 8 当输入 D= 00000110 时的仿真结果
4 结束语
综上所述, D/ A 转换器的主要技术参数是转换精度 和转换速度 , 在与系统连接后, 转换器的这 2 项指标决定 了系统的精度和速度。为获得高精度的 D/ A 转换器, 不 仅应选择位数较多的高分辨率的 D/ A 转换器, 而且还需 要选用高稳定度的 V REF 和低零漂的运算放大器等器件与 之配合才能达到要求。实际应用中, 要实现快速 D/ A 转 换不仅要求 D/ A 转换器有较高的转换速率 , 而且还应选 用转换速率较高的集成运算放大器与之配合使用才行。 同时, 不同情况下还须考虑 D/ A 转换器的其他性能指标。
Analysis of D/ A converter based on EWB
Xi Suxia
( Hunan Institute of Information P ro fessional T echnolo gy, Changsha 410200)
Abstract: T ak ing EWB sim ulate softw are for example, the paper studies in detail th e D/ A figure model conversion circuit and the simulat ion of integrative DAC chips, in order t o solve the pract ical problems in t he process of electronic product design and development. During the t ime w hen the temperature rises from 0 to 100 , the volt age out put goes high quickly, then the fluctuat ion range slow s dow n gradually, and invariableness comes at last. When R 1 increases from 1 k to 10 k , the output rises as linearit y in the beginning, and t hen the non linear dist ortion show s invariableness. As the result, th e precision of resistance m ust be paid attent ion t o, w hen designing t he upend T circu itry net w ork D/ A convert ers. As t he int egrat ive DA C, t he higher t he figure value input, th e low er the conversion precision is. Keywords: D/ Aconverter; sim ulation; EWB 图示仪, 失真度分析仪 , 频谱分析仪, 逻辑分析仪, 网络分 0 引 言 析仪等[ 2] 。本文主要是应用 EWB 来仿真数模转换电路 , 随着电子技术和计算机技术的发展, 电子产品的智能化 日益完善, 电路的集成度越来越高, 而产品的更新周期却越来 越短。近些年来迅速发展并日臻完善的电子设计自动化 ( EDA) 技术, 是将先进的计算机技术应用于电子设计过程的 [ 1] 一门新技术 。已经被广泛应用于电子线路功能设计、 逻辑 设计、 性能分析、 时序测试直至印刷电路板 ( PCB) 的自动设 计。EDA 是在计算机辅助设计( CAD) 技术的基础上发展起 来的计算机设计软件系统。与早期的 CAD 软件相比, EDA 软件的自动化程度更高、 功能更完善、 运行速度更快, 而且操 作界面友善, 有良好的数据开放性和互换性。 电子工作平台 ( electronicsw orkbench) 由加拿大 Inte activeIm ageT echnologies 公司在 20 世纪 90 年代推出, 可 以将不同类型的电路组合成混合电路进行仿真。EWB 所 包含的虚拟仪表有 : 示波器, 万用表, 函数发生器 , 波特图 通过仿真波形研究数模转换器的性能指标。
理论与方法
2008 年 5 月 第 27 卷 第 5 期
数模转换器的 EWB 仿真分析与研究
奚素霞
( 湖南信息职业技术学院 摘 长沙 410200)
要 : 为解决实际电子 产品设计和开发过 程中的问题 , 以 EWB 仿真 软件为例 , 详细讨论了 D/ A 数模 转换电路和集成 DA C
芯片的仿真。根据仿真结果得知 : 温度的影响 : 当温度从 0 升高到 100 的过程中 , 输出电压 快速升高 , 最后波 动幅度逐渐 减小 , 趋于恒定 ; 电路参数的影响 : 当 R 1 从 1 k 线性增大到 10 k , 初始输出线 性升高 , 后由于非 线性失真 趋于恒定 , 因此设 计倒 T 形电路网 络 D/ A 转换器时需注 意电阻的精确度。对于集成 DA C, 当数字输入值较高时转换精度下降。 关键词 : D/ A 数模转换器 ; 仿真 ; EW B 中图分类号 : T N911. 21 文献标识码 : A
256 = 12 V( 仿真为 11. 934 V) 。 256 由原理计算得出的结果与图 8 仿真结果进行比较可 得: 集成 DAC 的性能指标转换精度在此仿真电路中得到 较好的体现。同时须注意 , 参考电压 V REF 的稳定性对输 出电压有重要影响, 使用时可使用恒压源或利用滤波电路 等方法来加大 DAC 的转换精度。
2 仿真分析
将时钟信号提供给 74LS162 开始计数 , 模拟开关根据 74LS162 输出的 0 或 1 信号决定此路电阻是否接入, 由于 采用的是累加计数, 因此求和放大器的输出波形 , 如图 2 所示。图 3 为温度测试; 图 4 和图 5 为噪音分析参数设置 和结果 ; 图 6 和图 7 为 R 1 参数设置和分析结果。
图6
参数分析设置
3 集成 DAC 的仿真
( 1) 集成 DA C
中国科 技核心期刊
17
理论与方法
2008 年 5 月 第 27 卷 第 5 期
图7
R 1 参数分析结果
目前集成 DAC 很多, 采 用 R - 2R 倒 T 型 网络 的 DAC 有 DAC0832( 8 位 ) 、 AD7520( 10 位) 等。 ( 2) D/ A 转换器的主要技术参数 转换特性: 输入的是 n 位二进制数字信息 B , 输出的 是与输入数字量成正比例的电压或电流。 转换时间: 指数字量输入到转换输出稳定为止所需的 时间。 线性度 : 当数字量变化时 , D/ A 输出的电模拟量按比 例关系变的程度。模拟量输出偏离理想输出的最大值称 为线性误差。 分辨率 : 电路所能分辨的最小输出电压增量 UL SB 与 满刻度输出电压 U m 之比。 精度: 实际输出值与理论计算值之差。
作者简介 : 奚素霞 ( 1975 ) , 河 北邢台人 , 讲师 , 主要从事电路和 EDA 的教学与实践工作。
16
中国科 技核心期刊
2008 年 5 月 第 27 卷 第 5 期
理论与方法
入 4 个模拟电子开关, 并按图 1 所示连接组成 DAC 的仿
真模型
[ 5 8]
。
图 1 倒 T 型电阻网络 D/ A 转换器的仿真电路
注意电阻的精确度。
图4
噪音分析参数设置
图2
输出波形
图5噪Biblioteka 分析结果图3温度测试
由图 3 温度测试波形分析, 当温度从 0 升高到 100 的过程中( 正常工作温度 27!) , 输出电压快速升高, 最后波 动幅度逐渐减小 , 趋于恒定。由此可见温度对 D/ A 转换 器的影响。由图 5 噪音分析可知倒 T 形电路网络 D/ A 转 换器的抗噪性。由图 7 参数仿真波形分析 , 当 R1 从1 k 线性增大到 10 k , 初始输出线性升高, 后由于非线性失 真趋于恒定 , 因此设计倒 T 形电路网络 D/ A 转换器时需
如高、 低温环境中须考虑其温度系数, 高速电路中须考虑 其延迟时间 , 高辐射环境下须考虑其抗干扰能力, 以及其 安全性、 使用寿命、 经济性等。总之 , 使用时应综合考虑设 备性能对 D/ A 转换器的特殊、 具体要求。目前, D/ A 转换 器的发展趋势是高速、 高分辨率及易于与微型计算机接 口, 用以满足各个应用领域对信号处理的要求。
1 DAC 的仿真电路
数模转换器有多种电路形式。用得较多的是 T 型电 阻网络数模转换器, 它有 T 型和倒 T 型 2 种形式。T 型 电阻网络 D/ A 转换器在实际应用时 , 运放的输入电压的 稳定建立需要时间, 不同位电子开关的传输大不相等 , 使 得其使用受到一定限制。而倒 T 型电阻网络克服了上述 问题 , 模拟开关不管处于什么位置, 流过各支路的电流总 是接近于恒定值 , 不存在电流建立的消失时间, 所以此类 D/ A 转换器是目前 D/ A 转换器中速度最快的一种, 又由 于它只有 R 和 2R 两种电阻 , 所以在集成芯片中的应用非 常广泛[ 3 4] 。利用二进制计数器 74LS162 构成累加计数 器, 由真值表可知 : 它产生 0000~ 1111 循环计数, 分别接