[发明专利]一种基于FPGA实现的D/A转换器

说明书

本发明揭示了一种基于FPGA实现的D/A转换器，电阻串联网络中的每一个电阻值均相等，则每一个节点的电压分别对应于每一个数字信号输入值所对应的模拟电压值。当数字信号输入到基于FPGA实现的单刀多掷开关的数字信号输入端口时，单刀多掷开关依据这一输入值将开关拨转到对应的模拟信号输入端口，从而将串联电阻分压得到的对应的电压值输出至模拟信号输出端口，此时D/A转换器的输出电压值就是数字信号转换后的模拟电压值。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA实现的D/A转换器(模/数转换器，Digital to AnalogConverter，以下简称DAC)。

背景技术

FPGA(Field--Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip--flop)或者其他更加完整的记忆块。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输入输出模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。

D/A转换器简称DAC，是将数字量转换为模拟量的电路，主要用于数据传输系统、自动测试设备、医疗信息处理、电视信号的数字化、图像信号的处理和识别、数字通信和语音信息处理等。D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器，模数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与几种经典的D/A转换器技术架构不同的一种基于FPGA实现的D/A转换器。经典的DAC的结构、原理为：

DAC主要由数字寄存器、模拟电子开关、位权网络、求和运算放大器和基准电压源(或恒流源)组成。用存于数字寄存器的数字量的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其位权成正比的电流值，再由运算放大器对各电流值求和，并转换成电压值。

根据位权网络的不同，可以构成不同类型的DAC，如权电阻网络DAC、R-2R倒T形电阻网络DAC和单值电流型网络DAC等。权电阻网络DAC的转换精度取决于基准电压VREF，以及模拟电子开关、运算放大器和各权电阻值的精度。它的缺点是各权电阻的阻值都不相同，位数多时，其阻值相差甚远，这给保证精度带来很大困难，特别是对于集成电路的制作很不利，因此在集成的DAC中很少单独使用该电路。

它由若干个相同的R、2R网络节组成，每节对应于一个输入位。节与节之间串接成倒T形网络。R-2R倒T形电阻网络DAC是工作速度较快、应用较多的一种。和权电阻网络比较，由于它只有R、2R两种阻值，从而克服了权电阻阻值多，且阻值差别大的缺点。

电流型DAC则是将恒流源切换到电阻网络中，恒流源内阻极大，相当于开路，所以连同电子开关在内，对它的转换精度影响都比较小，又因电子开关大多采用非饱和型的ECL开关电路，使这种DAC可以实现高速转换，转换精度较高。

按解码网络结构不同，经典的(传统的)D/A转换器可分为如下几类：T型电阻网络D/A转换器，倒T型电阻网络D/A转换器，权电流D/A转换器，权电阻网络D/A转换器。