数字模拟转换器(DAC)原理研究

电路分析课题研究之

数字—模拟转换器（DAC）原理研究一．数字模拟转换器的简介

简称“模数转换器”。把模拟量转换为数字量的装置。在计算机控制系统中，须经各种检测装置，以连续变化的电压或电流作为

模拟量，随时提供被控制对象的有关参数(如速度、压力、温度等)而进行控制。计算机的输入必须是数字量，故需用模数转换器达

到控制目的。

二．数字模拟转换器的原理简单描述

（1）.数字模拟转换器的原理

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。（2）.数字模拟转换器的一般组成

n位二进制DAC组成一般包括：数字寄存器、模拟开关、基准电压源、电阻网络和放大器几个组成部分

（3）.数字模拟转换器的技术指标 a.分辨率

分辨率说明D/A 转换器分辨最小输出电压的能力，通常用最小输出电压与最大输出电压之比表示。所谓最小输出电压ULSB 指当输入的数字量仅最低位为1时的输出电压，而最大输出电压UOMAX 是指当输入数字量各有效位全为1时的输出电压。

对于一个n 位的D/A 转换器，分辨率可表示为

b.转换误差

转换误差是指D/A 转换器输入端加最大数字量时，实际输出的模拟电压与理论输出模拟电压的最大误差。

通常要求D/A 转换器的误差小于

c.转换速度

转换速度是指D/A 转换器从数码输入开始，到输出的模拟电压达到稳定值所需的时间，也称为转换时间。

1

21 n

OMAX

LSB U U ＝

＝

分辨率2LSB U

一般取输入由全0变成全1或反之，其输出达到稳定值所需要的时间。

转换时间越小，工作速度就越高。

三．实验方案

下图可作为研究数字模拟转换器转换电路的模型，其中开关20，21，22分别与三位二进制数相对应。当二进制数为“1”时开关接入相应电压V s，为“0”时开关接地。设V s=12V。

（1）设三位数字信号为D2 D1 D0, 用叠加定理和戴维南定理推导V0与Vs 、D2 D1 D0的关系式(有推导过程)。

（2）列出从000到111所有数字信号对应的模拟电压。

（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EWB软件仿真你的设

计方案。

四．实验方案

（1）由于此实验是电阻性DAC,根据计算可以得出相应的数字信号所对应的模拟电压，其值如下表所示

其仿真电路图及测得的部分电压则如图所示

数字信号为000时的仿真值

数字信号为011时的仿真值

数字信号为000—111时的所有仿真值（模拟电压）如下表：

（2）由第一题的分析可知电压值的变化是由于开关的动作引起的，若要产生数字信号则需要不停的有序控制开关动作从而实现电压由0V变化到7V。那么下面我们就从元件的特性来分析从而设计出符合题目要求的电路。

数字信号发生器可以产生一系列电压，当我们输入需要的电压值时按以下形式输入0000,0001,0002……0007（单位：V）。实际上本题中数字信号与模拟信号是按二进制进行转化，由第一题中的对应方式我们不难看出输出一个电压值开关就需要有开有闭，因而我们设计出了如下的电路图：

a.每隔1us给出一个数字信号，周期为16us，幅度为7V的锯齿波其波形如下图：

b. 每隔1us给出一个数字信号，周期为16us，幅度为7V的方波波其波形如下图：

c. 每隔1us给出一个数字信号，周期为16us，幅度为7V的三角波其波形如下图：

五．理论分析、仿真与计算

由若干个相同的R、2R网络节组成，每节对应于一个输入位，节与节之间串接成倒T形网络。

工作原理：

根据电路结构及运算放大器的特性有：

特点：

由于2R电阻两端的电压和流过的电流都不随开关的掷向而改变，不存在对网络中寄生电容的充、放电现象，因而工作速度和转换精度都有所提高。

由于只使用两种阻值的电阻，因此电阻的精度容易保证

六.心得与体会

通过这次的电路分析课题研究，使得我们对电路分析这门课有了更加清晰的认识，不像以前认为学习电路分析仅仅就是为了对某个电路图列一下方程，算算各个节点的电压、电流以及功率，现在我们认识到电路分析不仅仅是这些，它可以让我们学会设计电路，仿真电路，这次的课题研究从一开始的我们装multisim这款软件到后面的理论分析、电路仿真，我的搭档和我都是收获颇丰，不仅学会了multisim 的简单实用，还为以后的电路仿真奠定了良好的基础，使得我们以后在其它学科中也是受益颇大的。而且这次专题研讨使我们学会的不只

是数字-模拟转换器原理方面的知识，更让我们认识到在学习上必须要肯钻研。有些知识并不是我们想象中的那么难理解，我们要有勇气去学习新的知识，不能因为难而有所畏惧。现在我们虽然已经到了大二了，可对专业知识的了解和掌握还是少之又少的，因此我们要抓紧现在的时间努力学习，不让自己在大学四年的学习生活上留有遗憾。参考文献：

[1]高岩,闻跃,杜普选.基础电路分析.北京：北方交通大学出版社.2003.