D／A轉(zhuǎn)換在System View環(huán)境下的仿真及硬件實(shí)現(xiàn)

摘要 針對(duì)模擬信號(hào)在傳輸介質(zhì)中優(yōu)于數(shù)字信號(hào)，而設(shè)計(jì)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。首先用System View對(duì)DAC模塊進(jìn)了仿真。然后設(shè)計(jì)的D/A轉(zhuǎn)換的硬件電路。通過(guò)設(shè)計(jì)了一個(gè)前置的串并轉(zhuǎn)換電路，不僅可以實(shí)現(xiàn)8位并行數(shù)字信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換，還可實(shí)現(xiàn)8位串口輸入數(shù)字信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換。在輸出端，接入一個(gè)有源二階低通濾波電路，使模擬輸出更為平滑。達(dá)到了在實(shí)際范圍內(nèi)較低波形衰減的目的。

關(guān)鍵詞 D/A轉(zhuǎn)換;權(quán)電流;串并轉(zhuǎn)換;低通濾波

通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信直觀且容易實(shí)現(xiàn)，但保密性差，尤其是微波通信和有線明線通信，易被竊聽(tīng)。只要收到模擬信號(hào)，就容易得到通信內(nèi)容，抗干擾能力弱，電信號(hào)在沿線路的傳輸過(guò)程中會(huì)受到外界和通信系統(tǒng)內(nèi)部的各種噪聲干擾，噪聲和信號(hào)混合后難以分開(kāi)，從而使通信質(zhì)量下降。線路越長(zhǎng)，噪聲積累也就越多。但數(shù)字通信系統(tǒng)彌補(bǔ)了模擬通信的缺陷，加強(qiáng)了通信的保密性，提高了抗干擾能力。數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)混入雜音，可以利用電子電路構(gòu)成的門(mén)限電壓來(lái)衡量輸入的信號(hào)電壓，只有達(dá)到某一電壓幅度，電路才會(huì)有輸出值，并自動(dòng)生成一個(gè)整齊的脈沖。較小的雜音電壓到達(dá)時(shí)，由于它低于閾值而被過(guò)濾掉，不會(huì)引起電路動(dòng)作。因此再生信號(hào)與原信號(hào)完全相同，除非干擾信號(hào)大于原信號(hào)才會(huì)產(chǎn)生誤碼。為防止誤碼，在電路中設(shè)置了檢驗(yàn)錯(cuò)誤和糾正錯(cuò)誤的方法，即在出現(xiàn)誤碼時(shí)，可以利用后向信號(hào)使對(duì)方重發(fā)。因而數(shù)字傳輸適用于遠(yuǎn)距離傳輸，也能適用于性能較差的線路;數(shù)字化通信還可構(gòu)建綜合數(shù)字通信網(wǎng)。采用時(shí)分交換后，傳輸和交換統(tǒng)一，可以形成一個(gè)綜合數(shù)字通信網(wǎng)。

D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)是將二進(jìn)制碼或BCD碼表示的數(shù)字量通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量，轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量與輸入二進(jìn)制碼或BCD碼成正比，這種轉(zhuǎn)換器的核心是一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。

1 基于System View的DAC電路仿真

System View基本屬于一個(gè)系統(tǒng)級(jí)工具平臺(tái)，可進(jìn)行包括數(shù)字信號(hào)處理(DSP)系統(tǒng)、模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的仿真分析，并配置了大量圖符塊(Toke n)庫(kù)，用戶容易構(gòu)造出所需的仿真系統(tǒng)，只要調(diào)出有關(guān)圖符塊并設(shè)置好參數(shù)，完成圖符塊間的連線后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜、星座圖和各類(lèi)曲線形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。

目前常用的D/A轉(zhuǎn)換器有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電容型D/A轉(zhuǎn)換器以及開(kāi)關(guān)樹(shù)型D/A轉(zhuǎn)換器等類(lèi)型。

2 有源RC低通濾波器

在電路中RC網(wǎng)絡(luò)起著濾波的作用，濾掉不需要的信號(hào)，這樣在對(duì)波形的選取上起著重要作用，通常主要由電阻和電容組成。電路中運(yùn)用了同相輸入運(yùn)放，其閉環(huán)增益

同相放大器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。將輸出信號(hào)的一部分或全部引入輸入端稱(chēng)為反饋，其中的電路稱(chēng)為反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋網(wǎng)絡(luò)分為正、負(fù)反饋。

3 方案的選擇

(1)關(guān)于濾波器類(lèi)型的選擇。當(dāng)要求帶通濾波器的通帶較寬時(shí)，可用低通濾波器和高通濾波器合成。

(2)級(jí)數(shù)選擇。多級(jí)濾波器串接時(shí)傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級(jí)階數(shù)之和。當(dāng)要求的帶外衰減特性為-mdB每倍頻程(或mdB每10倍頻程)時(shí)，則取級(jí)數(shù)n應(yīng)滿足n≥m/6(或n≥m/20)。

(3)元器件的選擇。一般設(shè)計(jì)濾波器時(shí)都要給定截止頻率F(ωc)帶內(nèi)增益Av，以及品質(zhì)因數(shù)Q(二階低通或高通一般為0.707)。設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)待確定其值的元件數(shù)目多于限制元件取值的參數(shù)之?dāng)?shù)目，因此有許多個(gè)元件均可滿足給定的要求，這就需要設(shè)計(jì)者自行選定某些元件值。

因?yàn)橥◣г鲆鍭v=2;截止頻率Fh=2 000 Hz;Ui=100 mV。所以可得Fc=2 000 Hz時(shí)，取C=0.01μF，由式(2)計(jì)算對(duì)應(yīng)的參數(shù)K=5，可得Av=5時(shí)，取C=C1=0.01μF;K=5時(shí)，R1=5.63 kΩ，R2=11.8 kΩ，R3=R4=33.75 kΩ。

4 仿真實(shí)驗(yàn)與分析

仿真實(shí)驗(yàn)如圖2～圖5所示。

由于階濾波器電路相對(duì)簡(jiǎn)單，但帶外傳輸系數(shù)衰減慢，一般在對(duì)帶外衰減性要求不高的場(chǎng)合下選用，無(wú)限增益多環(huán)反饋型濾波器的特性對(duì)參數(shù)變化比較敏感。當(dāng)要求帶通濾波器的通帶較寬時(shí)，可用低通濾波器和高通濾波器合成，優(yōu)于單純用帶通濾波器。濾波器的級(jí)數(shù)主要根據(jù)對(duì)帶外衰減特殊性的要求來(lái)確定。每一階低通或高通電路可獲得-6 dB每倍頻程的衰減，每二階低通或高通電路可獲得-12 dB每倍頻程的衰減。多級(jí)濾波器串接時(shí)傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級(jí)階數(shù)之和。