当前位置： 首页 > news >正文

权电阻网络DAC实现电压输出型数模转换Multisim电路仿真——硬件工程师笔记

news 2025/6/29 12:15:23

目录

1 基础知识

1.1 运算放大器在DAC中的作用

1.2 常见的基于运算放大器的DAC电路

1.2.1 倒T形电阻网络DAC

1.2.2 权电阻网络DAC

1.2.3 开关电容DAC

1.3 运算放大器的选择

1.4 设计注意事项

2 仿真实验

2.1 权电阻网络DAC实现数字0对应电压输出

2.2 权电阻网络DAC实现数字1对应电压输出

2.3 权电阻网络DAC实现数字2对应电压输出

2.4 权电阻网络DAC实现数字3对应电压输出

2.5 权电阻网络DAC实现数字12对应电压输出

2.6 权电阻网络DAC实现数字13对应电压输出

2.7 权电阻网络DAC实现数字14对应电压输出

2.8 权电阻网络DAC实现数字15对应电压输出

3 总结

硬件工程师笔试面试相关文章链接

1 基础知识

运算放大器（OpAmp）在实现电压输出型数模转换（DAC）中扮演着非常重要的角色。通过合理设计电路，可以利用运算放大器的高增益、低输出阻抗等特性，提高DAC的性能和稳定性。

1.1 运算放大器在DAC中的作用

运算放大器在DAC电路中主要有以下作用：

信号放大：将输入信号放大到所需的电压范围。

阻抗匹配：降低输出阻抗，提高驱动能力。

信号缓冲：隔离输入信号和负载，避免负载对信号源的影响。

提高精度：通过反馈机制，减少误差，提高输出电压的精度。

1.2 常见的基于运算放大器的DAC电路

1.2.1 倒T形电阻网络DAC

倒T形电阻网络DAC是一种常用的电压输出型DAC，结合运算放大器可以实现高精度的模拟电压输出。

电路结构：

倒T形电阻网络：由多个电阻组成，每个电阻的阻值相同。

运算放大器：用于信号放大和阻抗匹配。

数字输入信号：通过开关连接到参考电压或地。

工作原理：

数字信号的每一位通过开关连接到参考电压VREF或地。

通过倒T形电阻网络，将每一位的电压贡献加权后输入到运算放大器的反相输入端。

运放的输出端通过反馈电阻与反相输入端相连，形成一个负反馈回路，确保输出电压稳定。

输出电压计算：

假设数字输入为D（二进制），参考电压为VREF，电阻值为R，则输出电压VOUT可以表示为：

其中，n是DAC的位数。

优点：

电阻值统一，易于实现高精度。

结合运放，输出阻抗低，驱动能力强。

缺点：

电路结构相对复杂。

需要精确的参考电压源。

1.2.2 权电阻网络DAC

权电阻网络DAC是一种简单的电压输出型DAC，通过不同阻值的电阻实现数字信号到模拟信号的转换。

电路结构：

权电阻网络：每个电阻的阻值按照2的幂次递减。

运算放大器：用于信号放大和阻抗匹配。

数字输入信号：通过开关连接到参考电压或地。

工作原理：

数字信号的每一位通过开关连接到参考电压VREF或地。

每一位的电压贡献通过权电阻加权后输入到运算放大器的反相输入端。

运放的输出端通过反馈电阻与反相输入端相连，形成一个负反馈回路，确保输出电压稳定。

输出电压计算：

假设数字输入为D（二进制），参考电压为VREF，电阻值分别为(R,2R, 4R、、、 2^(n-1)R)，则输出电压VOUT可以表示为：

优点：

电路结构简单，易于理解。

结合运放，输出阻抗低，驱动能力强。

缺点：

电阻值范围宽，精度要求高。

受到电阻误差的影响较大。

1.2.3 开关电容DAC

开关电容DAC是一种基于电容充放电原理的DAC，结合运算放大器可以实现高精度的模拟电压输出。

电路结构：

开关电容网络：由多个电容和开关组成。

运算放大器：用于信号放大和阻抗匹配。

数字输入信号：通过开关控制电容的充放电。

工作原理：

数字信号的每一位通过开关控制电容的充放电过程。

每一位的电荷贡献通过电容网络加权后输入到运算放大器的反相输入端。

运放的输出端通过反馈电容与反相输入端相连，形成一个负反馈回路，确保输出电压稳定。

输出电压计算：

假设数字输入D（二进制），参考电压为VREF，电容值为，则输出电压VOUT可以表示为：

优点：

精度高，适合高分辨率和高精度的应用。

结合运放，输出阻抗低，驱动能力强。

缺点：

电路结构复杂。

需要精确的时钟信号控制。

1.3 运算放大器的选择

选择合适的运算放大器对于实现高性能的DAC至关重要。

增益带宽积（GBW）：确保运放的增益带宽足够高，以满足DAC的转换速度要求。

输入偏置电流：选择低输入偏置电流的运放，以减少误差。

输入失调电压：选择低输入失调电压的运放，以提高精度。

输出阻抗：选择低输出阻抗的运放，以提高驱动能力。

噪声特性：选择低噪声的运放，以减少噪声对输出信号的影响。

1.4 设计注意事项

在设计基于运算放大器的DAC时，需要注意以下几点：

参考电压源：选择稳定、低噪声的参考电压源，以确保DAC的精度。

开关设计：确保开关的导通电阻低，以减少误差。

反馈网络：设计合理的反馈网络，确保运放的稳定性和精度。

电源去耦：在运放的电源引脚处添加去耦电容，以减少电源噪声对输出信号的影响。

温度补偿：考虑温度对元件参数的影响，必要时进行温度补偿。

2 仿真实验

2.1 权电阻网络DAC实现数字0对应电压输出

如上图所示，左侧为全电阻网络，R1-R4阻值依次以2^(n-1)KΩ增加，构成数显的16进制显示，V1=5V作为参考输入电压，运放U6和U7均为反向放大器，得到最终正向的输出电压，有仿真实验知，输入为0时输出0V。

2.2 权电阻网络DAC实现数字1对应电压输出

原理同上，输入1时，输出0.57V

2.3 权电阻网络DAC实现数字2对应电压输出

原理同上，输入2时，输出1.13V，相对输入1，输出增加0.56V

2.4 权电阻网络DAC实现数字3对应电压输出

原理同上，输入3时，输出1.70V，相对输入2，输出增加0.57V

2.5 权电阻网络DAC实现数字12对应电压输出

原理同上，输入12时，输出6.69V

2.6 权电阻网络DAC实现数字13对应电压输出

原理同上，输入13时，输出7.27V，相对输入12，输出增加0.58V

2.7 权电阻网络DAC实现数字14对应电压输出

原理同上，输入14时，输出7.83V，相对输入13，输出增加0.56V

2.8 权电阻网络DAC实现数字15对应电压输出

原理同上，输入15时，输出8.4V，相对输入14，输出增加0.57V

3 总结

综上所述，输入有0-15，输出有0V-8.4V，输入增长1，对应输出增长0.56V，有实验结果分析可知，全电阻网络DAC可以很好的实现电压输出型数模转换电路。

硬件工程师笔试面试相关文章链接

1、硬件工程师笔面试真题汇总（2025版本）_硬件工程师面试题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/140742900?spm=1011.2415.3001.53312、硬件工程师笔试面试汇总_硬件工程师面试题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141904858?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试学习汇总——器件篇目录_硬件工程师笔试基础知识-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142316204?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试知识器件篇——电阻_硬件工程师笔试基础知识-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141874163?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试知识器件篇——电容-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141899789?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试知识器件篇——电感_硬件工程师电感-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141902660?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试知识器件篇——三极管_三极管面试-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141903838?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试知识器件篇——二极管_二极管面试问题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141903198?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——上拉电阻、下拉电阻_硬件面试一般问哪些 上拉电阻-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141904259?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——继电器_固态继电器考试题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141942261?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——IGBT_igbt面试题目-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142070424?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——MOS管_mos管面试问题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142073376?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——变压器_变压器电子工程师面试题目以及答案-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142313787?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——保险丝_硬件设计保险丝-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142314695?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——开关_开关电源面试笔试题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142314758?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——滤波器_滤波器面试-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142314811?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——晶振_有源晶振笔试题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142314968?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——显示器件_显示器件设计工程师笔试-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142315003?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——无线通讯模块_关于wifi 的硬件工程师面试题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142315034?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——存储器件-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142315081?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——集成电路_集成电路理论题库-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142315158?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程师笔试面试——电机_电机控制器硬件工程师面试-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142315183?spm=1011.2415.3001.5331电器元件符号及封装大全_海尔电视逻辑板上的22oj3是什么元件-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/144897502?spm=1011.2415.3001.5331运算放大电路汇总及电路仿真_用qucs仿真运算放大器-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/144974369?spm=1011.2415.3001.5331半波整流和全波整流电路汇总及电路仿真_半波整流电路和滤波电路仿真与调试的区别-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145379301?spm=1011.2415.3001.5331滤波电路汇总_视频滤波电路-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145382488?spm=1011.2415.3001.5331开关电路汇总-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145388966?spm=1011.2415.3001.5331AD电路仿真_ad仿真图什么意思-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145391047?spm=1011.2415.3001.533120个整流电路及仿真实验汇总-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145401280?spm=1011.2415.3001.5331万用表使用-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145402665?spm=1011.2415.3001.53312024美团秋招硬件开发笔试真题及答案解析_美团硬件开发笔试-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145430040?spm=1011.2415.3001.53312024美团春招硬件开发笔试真题及答案解析_美团2025年春招第一场笔试【硬件开发方向】-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145430447?spm=1011.2415.3001.53312024联想春招硬件嵌入式开发真题及答案解析_联想硬件笔试题-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145430556?spm=1011.2415.3001.53312023联想电子电路真题及答案解析_电子电路模拟卷及答案-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145432109?spm=1011.2415.3001.53312022联想硬件真题及答案解析-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145435275?spm=1011.2415.3001.5331网易校招硬件研发工程师提前批真题及答案解析-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145435462?spm=1011.2415.3001.5331网易校招硬件工程师正式批-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145464105?spm=1011.2415.3001.53312019京东校招电气工程师真题及答案解析-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145540559?spm=1011.2415.3001.53312018京东秋招电气工程师真题及答案解析_如图所示复合管,已知v1的放大倍数为10-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145560334?spm=1011.2415.3001.5331Altium Designer(AD)仿真实验操作指南_altiumdesigner仿真教程-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145694520?spm=1011.2415.3001.5331AD(Altium Designer)中英文界面切换操作指南_altium designer怎么改中文-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145694259?spm=1011.2415.3001.5331AD(Altium Designer)创建及完成项目操作指南_altium designer新建项目-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145716291?spm=1011.2415.3001.5331AD(Altium Designer)器件封装——立创商城导出原理图和PCB完成器件封装操作指南_复制立创商城模型-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145741894?spm=1011.2415.3001.5331AD(Altium Designer)三种方法导入图片_ad导入图片-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/145766000?spm=1011.2415.3001.5331AD(Altium Designer)已有封装库的基础上添加器件封装_altium designer pcb库封装-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/146427258?spm=1011.2415.3001.5331AD(Altium Designer)更换PCB文件的器件封装_altium designer设计里已经生成pcb怎么更改-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/146448192?spm=1011.2415.3001.5331

http://www.lqws.cn/news/559423.html

相关文章：

  • Http请求参数的区别
  • 户外人像要怎么拍 ？
  • 行为型 - 责任链模式详解
  • gantt-task-react的改造使用
  • MCP基础知识一
  • 【原理图设计】5Vto3.7Vto1.5V电源板一
  • 基于Uniapp+SpringBoot+Vue 的在线商城小程序
  • 前端react面试题之实现网页多选搜索框
  • 变长字节的数字表示法vb224
  • 抽屉打印公共组件想要实现的打印预览样式效果
  • 个人日记本小程序开发方案（使用IntelliJ IDEA）
  • C语言---常见的字符函数和字符串函数介绍
  • 【EDA软件】【联合Modelsim 同步FIFO仿真】
  • FPGA原理结构
  • 用AI给AR加“智慧”：揭秘增强现实智能互动的优化秘密
  • FPGA设计的用户约束
  • 领域驱动设计(DDD)【23】之泛化：从概念到实践
  • Spring Cloud Gateway 实战：网关配置与 Sentinel 限流详解
  • win10部署本地LLM和AI Agent
  • NLP——RNN传统模型
  • Linux系统环境编程之进程1
  • Jina-Embeddings-V4：多模态向量模型的革命性突破与实战指南
  • 华为云Flexus+DeepSeek征文｜基于Dify构建AI资讯语音播报工作流
  • 鸿蒙5：组件监听和部分状态管理V2
  • Conformal LEC：官方学习教程
  • 【软考高项论文】论信息系统项目的沟通管理
  • [Andrej Karpathy_2] vibe coding | 大型语言模型的1960年代 | 自主性滑块
  • 某省赛题-windows内存取证
  • 【Linux】mmap分析
  • Excel限制编辑：保护表格的实用功能