基于EWB的D／A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的仿真設(shè)計(jì)方案

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。EWB電子工作臺(tái)作為一種功能強(qiáng)大的EDA計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真軟件［1］，與其他電路仿真軟件相比較，具有功能全面、界面直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

DAC作為溝通模擬量和數(shù)字量的橋梁，在各種檢測(cè)、控制和信號(hào)處理等技術(shù)領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。本文采用Electronics Workbench（EWB）構(gòu)造了DAC的仿真模型，并給出了仿真結(jié)果。

1 仿真原理

DAC主要由模擬電子開(kāi)關(guān)、電阻解碼網(wǎng)絡(luò)、求和運(yùn)算放大器和基準(zhǔn)電壓源（或恒流源）組成，如圖1所示。位權(quán)網(wǎng)絡(luò)目前用得較多的是T形電阻網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器要使輸出的模擬電壓與輸入的數(shù)字量成正比。圖中，D是n位二進(jìn)制數(shù)，2個(gè)相鄰數(shù)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓之差稱為最小可分辨電壓Δ。即Δ是二進(jìn)制數(shù)D的最低有效位發(fā)生變化時(shí)所引起的輸出電壓的變化量，也是D的最低位代碼為1，其他位代碼為0時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓。YOM稱為滿度輸出電壓，他是二進(jìn)制數(shù)D的所有代碼為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓。 設(shè)D為n位二進(jìn)制數(shù)，則

D／A轉(zhuǎn)換原則是將輸入數(shù)字0的每一位代碼按其權(quán)值的大小轉(zhuǎn)換成所對(duì)應(yīng)的電壓（等于最小可分辨電壓Δ乘以權(quán)值），然后進(jìn)行疊加，得到與D對(duì)應(yīng)的輸出電壓VO：

2 仿真分析

首先建立D／A轉(zhuǎn)換器的仿真模型，根據(jù)D／A轉(zhuǎn)換器的組成結(jié)構(gòu)以及EWB的特點(diǎn)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法。

（1）用理想開(kāi)關(guān)元件建立的單個(gè)模擬開(kāi)關(guān)仿真，如圖2所示。數(shù)字位模擬開(kāi)關(guān)每一位數(shù)碼對(duì)應(yīng)一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，若ai＝1，則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)Si接基準(zhǔn)電壓源VREF；若ai＝0，則Si接地。

（2）采用74LS162作為加法計(jì)數(shù)產(chǎn)生器，用來(lái)產(chǎn)生D／A轉(zhuǎn)換所需的信號(hào)。

（3）求和電路由具有負(fù)反饋的運(yùn)算放大器構(gòu)成的。UF411具有高精度低功耗的特點(diǎn)。
利用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS162構(gòu)成累加計(jì)數(shù)器，由真值表可知：他產(chǎn)生0000～1111循環(huán)計(jì)數(shù)，分別接入4個(gè)模擬電子開(kāi)關(guān)，并按圖3所示連接組成DAC的仿真模型。

將時(shí)鐘信號(hào)提供給74LS162開(kāi)始計(jì)數(shù)，模擬開(kāi)關(guān)根據(jù)74LS162輸出的0或1信號(hào)決定此路電阻是否接入，由于采用的是累加計(jì)數(shù)，因此求和放大器的輸出波形，如圖4所示。

為了研究數(shù)字位數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系，選擇了4位、8位D／A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行仿真，取基準(zhǔn)電壓VREF為4 V，其最小可分辨電壓Δ分別為0．8 V和0．016 V，與理論計(jì)算結(jié)果相當(dāng)一致。同時(shí)可以看出，D／A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，分辨率越高，且與基準(zhǔn)電壓有關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從D／A轉(zhuǎn)換器的仿真原理出發(fā)，給出了T形電阻網(wǎng)絡(luò)D／A轉(zhuǎn)換器仿真模型的構(gòu)造方法，這種仿真模型的優(yōu)點(diǎn)是非常接近實(shí)際電路的工作過(guò)程，采用EWB對(duì)D／A轉(zhuǎn)換器做了進(jìn)一步的仿真模擬。

從仿真結(jié)果可以看出，EWB軟件能較好地對(duì)D／A的性能進(jìn)行系統(tǒng)仿真，與理論計(jì)算進(jìn)行對(duì)照，得出比較一致的結(jié)果，此仿真方法給出了清晰直觀的D／A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，加深對(duì)基本概念的理解。對(duì)于數(shù)字邏輯電路的教學(xué)具有重要的意義，同時(shí)可望在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。