基于EWB的D／A数模转换器的仿真设计方案

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基于EWB的D／A数模转换器的仿真设计方案

随着计算机技术的发展，电子设计自动化（EDA）技术得到了广泛的应用。EWB电子工作台作为一种功能强大的EDA计算机辅助设计和仿真软件［1］，与其他电路仿真软件相比较，具有功能全面、界面直观、操作方便等优点。

       DAC作为沟通模拟量和数字量的桥梁，在各种检测、控制和信号处理等技术领域得到日益广泛的应用。本文采用Electronics Workbench（EWB）构造了DAC的仿真模型，并给出了仿真结果。
1  仿真原理
       DAC主要由模拟电子开关、电阻解码网络、求和运算放大器和基准电压源（或恒流源）组成，如图1所示。位权网络目前用得较多的是T形电阻网络，一个D／A转换器要使输出的模拟电压与输入的数字量成正比。图中，D是n位二进制数，2个相邻数所对应的输出电压之差称为最小可分辨电压Δ。即Δ是二进制数D的最低有效位发生变化时所引起的输出电压的变化量，也是D的最低位代码为1，其他位代码为0时所对应的输出电压。YOM称为满度输出电压，他是二进制数D的所有代码为1时所对应的输出电压。    设D为n位二进制数，则
    D／A转换原则是将输入数字0的每一位代码按其权值的大小转换成所对应的电压（等于最小可分辨电压Δ乘以权值），然后进行叠加，得到与D对应的输出电压VO：

2  仿真分析
        首先建立D／A转换器的仿真模型，根据D／A转换器的组成结构以及EWB的特点，采用模块化设计方法。
      （1）用理想开关元件建立的单个模拟开关仿真，如图2所示。数字位模拟开关每一位数码对应一个电子开关，若ai＝1，则对应的开关Si接基准电压源VREF；若ai＝0，则Si接地。

    （2）采用74LS162作为加法计数产生器，用来产生D／A转换所需的信号。   
    （3）求和电路由具有负反馈的运算放大器构成的。UF411具有高精度低功耗的特点。
       利用二进制计数器74LS162构成累加计数器，由真值表可知：他产生0000～1111循环计数，分别接入4个模拟电子开关，并按图3所示连接组成DAC的仿真模型。

       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4所示。
       为了研究数字位数与性能指标的关系，选择了4位、8位D／A转换器进行仿真，取基准电压VREF为4 V，其最小可分辨电压Δ分别为0．8 V和0．016 V，与理论计算结果相当一致。同时可以看出，D／A转换器的位数越多，分辨率越高，且与基准电压有关。
3  结语
       本文从D／A转换器的仿真原理出发，给出了T形电阻网络D／A转换器仿真模型的构造方法，这种仿真模型的优点是非常接近实际电路的工作过程，采用EWB对D／A转换器做了进一步的仿真模拟。
       从仿真结果可以看出，EWB软件能较好地对D／A的性能进行系统仿真，与理论计算进行对照，得出比较一致的结果，此仿真方法给出了清晰直观的D／A转换器的内部结构和工作过程，加深对基本概念的理解。对于数字逻辑电路的教学具有重要的意义，同时可望在系统优化设计中得到广泛应用。
                                                                         ［1］路而红．虚拟电子实验室Electronics Workbench［M］．北京：人民邮电出版社，2001．
［2］赵世强．电子电路EDA技术［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2000．
［3］康华光．电子技术基础［M］．北京：高等教育出版社，1999．［2］赵世强．电子电路EDA技术［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2000．［3］康华光．电子技术基础［M］．北京：高等教育出版社，1999．

李小路

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