目錄

1 基礎知識

1.1 運算放大器在DAC中的作用

1.2 常見的基于運算放大器的DAC電路

1.2.1 倒T形電阻網絡DAC

1.2.2 權電阻網絡DAC

1.2.3 開關電容DAC

1.3 運算放大器的選擇

1.4 設計注意事項

2 仿真實驗

2.1 權電阻網絡DAC實現數字0對應電壓輸出

2.2 權電阻網絡DAC實現數字1對應電壓輸出

2.3 權電阻網絡DAC實現數字2對應電壓輸出

2.4 權電阻網絡DAC實現數字3對應電壓輸出

2.5 權電阻網絡DAC實現數字12對應電壓輸出

2.6 權電阻網絡DAC實現數字13對應電壓輸出

2.7 權電阻網絡DAC實現數字14對應電壓輸出

2.8 權電阻網絡DAC實現數字15對應電壓輸出

3 總結

硬件工程師筆試面試相關文章鏈接

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1 基礎知識

運算放大器（OpAmp）在實現電壓輸出型數模轉換（DAC）中扮演著非常重要的角色。通過合理設計電路，可以利用運算放大器的高增益、低輸出阻抗等特性，提高DAC的性能和穩定性。

1.1 運算放大器在DAC中的作用

運算放大器在DAC電路中主要有以下作用：

信號放大：將輸入信號放大到所需的電壓范圍。

阻抗匹配：降低輸出阻抗，提高驅動能力。

信號緩沖：隔離輸入信號和負載，避免負載對信號源的影響。

提高精度：通過反饋機制，減少誤差，提高輸出電壓的精度。

1.2 常見的基于運算放大器的DAC電路

1.2.1 倒T形電阻網絡DAC

倒T形電阻網絡DAC是一種常用的電壓輸出型DAC，結合運算放大器可以實現高精度的模擬電壓輸出。

電路結構：

倒T形電阻網絡：由多個電阻組成，每個電阻的阻值相同。

運算放大器：用于信號放大和阻抗匹配。

數字輸入信號：通過開關連接到參考電壓或地。

工作原理：

數字信號的每一位通過開關連接到參考電壓VREF或地。

通過倒T形電阻網絡，將每一位的電壓貢獻加權后輸入到運算放大器的反相輸入端。

運放的輸出端通過反饋電阻與反相輸入端相連，形成一個負反饋回路，確保輸出電壓穩定。

輸出電壓計算：

假設數字輸入為D（二進制），參考電壓為VREF，電阻值為R，則輸出電壓VOUT可以表示為：

其中，n是DAC的位數。

優點：

電阻值統一，易于實現高精度。

結合運放，輸出阻抗低，驅動能力強。

缺點：

電路結構相對復雜。

需要精確的參考電壓源。

1.2.2 權電阻網絡DAC

權電阻網絡DAC是一種簡單的電壓輸出型DAC，通過不同阻值的電阻實現數字信號到模擬信號的轉換。

電路結構：

權電阻網絡：每個電阻的阻值按照2的冪次遞減。

運算放大器：用于信號放大和阻抗匹配。

數字輸入信號：通過開關連接到參考電壓或地。

工作原理：

數字信號的每一位通過開關連接到參考電壓VREF或地。

每一位的電壓貢獻通過權電阻加權后輸入到運算放大器的反相輸入端。

運放的輸出端通過反饋電阻與反相輸入端相連，形成一個負反饋回路，確保輸出電壓穩定。

輸出電壓計算：

假設數字輸入為D（二進制），參考電壓為VREF，電阻值分別為(R,2R, 4R、、、 2^(n-1)R)，則輸出電壓VOUT可以表示為：

優點：

電路結構簡單，易于理解。

結合運放，輸出阻抗低，驅動能力強。

缺點：

電阻值范圍寬，精度要求高。

受到電阻誤差的影響較大。

1.2.3 開關電容DAC

開關電容DAC是一種基于電容充放電原理的DAC，結合運算放大器可以實現高精度的模擬電壓輸出。

電路結構：

開關電容網絡：由多個電容和開關組成。

運算放大器：用于信號放大和阻抗匹配。

數字輸入信號：通過開關控制電容的充放電。

工作原理：

數字信號的每一位通過開關控制電容的充放電過程。

每一位的電荷貢獻通過電容網絡加權后輸入到運算放大器的反相輸入端。

運放的輸出端通過反饋電容與反相輸入端相連，形成一個負反饋回路，確保輸出電壓穩定。

輸出電壓計算：

假設數字輸入D（二進制），參考電壓為VREF，電容值為，則輸出電壓VOUT可以表示為：

優點：

精度高，適合高分辨率和高精度的應用。

結合運放，輸出阻抗低，驅動能力強。

缺點：

電路結構復雜。

需要精確的時鐘信號控制。

1.3 運算放大器的選擇

選擇合適的運算放大器對于實現高性能的DAC至關重要。

增益帶寬積（GBW）：確保運放的增益帶寬足夠高，以滿足DAC的轉換速度要求。

輸入偏置電流：選擇低輸入偏置電流的運放，以減少誤差。

輸入失調電壓：選擇低輸入失調電壓的運放，以提高精度。

輸出阻抗：選擇低輸出阻抗的運放，以提高驅動能力。

噪聲特性：選擇低噪聲的運放，以減少噪聲對輸出信號的影響。

1.4 設計注意事項

在設計基于運算放大器的DAC時，需要注意以下幾點：

參考電壓源：選擇穩定、低噪聲的參考電壓源，以確保DAC的精度。

開關設計：確保開關的導通電阻低，以減少誤差。

反饋網絡：設計合理的反饋網絡，確保運放的穩定性和精度。

電源去耦：在運放的電源引腳處添加去耦電容，以減少電源噪聲對輸出信號的影響。

溫度補償：考慮溫度對元件參數的影響，必要時進行溫度補償。

2 仿真實驗

2.1 權電阻網絡DAC實現數字0對應電壓輸出

如上圖所示，左側為全電阻網絡，R1-R4阻值依次以2^(n-1)KΩ增加，構成數顯的16進制顯示，V1=5V作為參考輸入電壓，運放U6和U7均為反向放大器，得到最終正向的輸出電壓，有仿真實驗知，輸入為0時輸出0V。

2.2 權電阻網絡DAC實現數字1對應電壓輸出

原理同上，輸入1時，輸出0.57V

2.3 權電阻網絡DAC實現數字2對應電壓輸出

原理同上，輸入2時，輸出1.13V，相對輸入1，輸出增加0.56V

2.4 權電阻網絡DAC實現數字3對應電壓輸出

原理同上，輸入3時，輸出1.70V，相對輸入2，輸出增加0.57V

2.5 權電阻網絡DAC實現數字12對應電壓輸出

原理同上，輸入12時，輸出6.69V

2.6 權電阻網絡DAC實現數字13對應電壓輸出

原理同上，輸入13時，輸出7.27V，相對輸入12，輸出增加0.58V

2.7 權電阻網絡DAC實現數字14對應電壓輸出

原理同上，輸入14時，輸出7.83V，相對輸入13，輸出增加0.56V

2.8 權電阻網絡DAC實現數字15對應電壓輸出

原理同上，輸入15時，輸出8.4V，相對輸入14，輸出增加0.57V

3 總結

綜上所述，輸入有0-15，輸出有0V-8.4V，輸入增長1，對應輸出增長0.56V，有實驗結果分析可知，全電阻網絡DAC可以很好的實現電壓輸出型數模轉換電路。

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上拉電阻-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141904259?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——繼電器_固態繼電器考試題-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/141942261?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——IGBT_igbt面試題目-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142070424?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——MOS管_mos管面試問題-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142073376?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——變壓器_變壓器電子工程師面試題目以及答案-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142313787?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——保險絲_硬件設計保險絲-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142314695?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——開關_開關電源面試筆試題-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142314758?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——濾波器_濾波器面試-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142314811?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——晶振_有源晶振筆試題-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142314968?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——顯示器件_顯示器件設計工程師筆試-CSDN博客https://blog.csdn.net/XU157303764/article/details/142315003?spm=1011.2415.3001.5331硬件工程師筆試面試——無線通訊模塊_關于wifi 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