基于EWB的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的仿真設(shè)計(jì)方案
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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
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)用理想開關(guān)元件建立的單個(gè)模擬開關(guān)仿真,如圖2所示。數(shù)字位模擬開關(guān)每一位數(shù)碼對(duì)應(yīng)一個(gè)電子開關(guān),若ai=1,則對(duì)應(yīng)的開關(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開始計(jì)數(shù),模擬開關(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
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。