数字转换器

数字—模拟转换器（DAC ）原理研究

一．内容描述：

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。

二，原理描述

本次实验主要以三位转换器为主要的研究对象。先对其原理进行分析，如下

图所示为建立的电路图：

建立的仿真电路图：

假设输入的数字为D 2D 1D 0=001，即D 0=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：

2

2122

V 0

k Ω1k Ω

1k Ω

2k Ω

2k Ω2k Ω

2k Ω

2V s V s V s

根据戴维南等效电路，每等效一次电压源的值都缩小为原来的一半。下图为其等效电路图的演化过程：

=》

=》

由于输出端开路则V0=

32 3

2s

V ，同理当输入数字分别为010，100时即D 1， D 2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

V 0=

32⨯22s V , V 0=32⨯2

Vs

,对于任意输入的数字信号D 2D 1D 0，

根据叠加定理，可求得D/A 转换器的输出电压为：V 0= D 0⨯32⨯32s V + D 1⨯32⨯2

2s V ,+ D 2⨯32⨯2

Vs

=

32⨯32

1

⨯V D D D )222(001122++s 三 进行仿真实验：

1. 下图为建立的仿真电路图。

首先手动观察V0的值的变化：Di=1:开关接Vs Di=0:开关接地 进行仿真实验得到的结果建立表格得： 二进制数

000

100 101 010 011 001 110 111 电压值（v ） 0

1.0

5.0

2.0

6.0

4.0

3.0

7.0

输出矩形波时的仿真电路图：

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：

得到其二进制数与电压的转化波形图，得到其关系为： V0 =32⨯32

1

⨯V D D D )222(001122++s

四 DAC0832芯片的研究

如下图所示，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。

电阻网络最终的戴维南等效电路为：

所以电流I=

8

Re 2f V ⨯

R 1

,根据KVL 可知，输出电压V0= — R Rf V f ⨯8

Re 2 根据电路的叠加原理可知V0=—

R

Rf V f ⨯

8

Re 2（27

D 7+266D +…….+ 002D ）.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。

五 设计一个数字控制增益的电压放大器，V0=knVi ，其中n=0-15，k=2/16, Vi 变化范围是+/-5V 。 所设计的电路图：

此时：V 0=k

82

1（28D 8+27

D 7+266D +…….+ 002D ） 与对应的二进制数进行转化，在将二进制数与十进制数转化，就可以实现数字控制电压了。利用戴维南等效电路的方法可以求出K 的值，在前面实验原理里有计算法的方法。

六 实验总结

本次研究性课题主要熟悉了基本电路的设计，其 间用到戴维南

等效电路等基本的方法，另外应用仿真软件进行仿真。使得所学的电路得到实际的应用，此次主要研究数字—模拟转换器（DAC ）原理并设计了简单的电路实现数字与电压之间的转化，可以用数字进行电压或电流的控制。