八位电阻式数模转换器

八位电阻式数模转换器

摘要：伴随着新型半导体技术和通信技术的发展，众多先进电子产品在各行各业中层出不穷。在这些新的技术和产品中，数据转换器（data converter）是不可或缺的一个重要模块，他负担着在用数字码来反映编码信息的信号（数字信号）和用幅度来表示编码信息的信号（模拟信号）之间的相互转换的作用。本文所要讨论的便是数模转换器。

数模转换器在数字处理系统中有着广泛的应用，集成电路的大规模化、数模混合系统及片上系统（SOC）的趋势需要高性能的数模转换器，例如更高的速度、更高的分辨率、更低的功耗和低电压工作等。本文设计了一个8位电容式数模转换器。

关键词：数模转换器；电阻式；二进制；信号

目录

1 绪论 (1)

1.1 研究背景及意义 (1)

1.1.1 研究背景 (1)

1.1.2 研究意义 (1)

1.2 数模转换器的发展概况 (1)

2 DAC概述 (2)

2.1 数模转换器的基本概念 (2)

2.2 D/A转换器的性能指标 (2)

2.2.1 D/A转换器的转换精度 (2)

2.2.2 D/A转换器的转换速度 (3)

2.2.3 输出毛刺 (3)

2.2.4 误差分析 (4)

2.3 数模转换器的常见结构 (5)

2.3.1 权电阻网络D/A转换器 (5)

2.3.2 R-2R梯形倒T形电阻网络DAC (6)

2.3.3 倒T形电阻网络D/A转换器 (6)

2.3.4 权电流型D/A转换器 (8)

2.3.5 电压型D/A转换器 (8)

2.3.5 权电容网络D/A转换器 (9)

3 DAC的电路设计及其仿真 (10)

3.1本论文电阻网络的选择 (10)

3.2 电阻网络设计 (11)

3.3 开关电路的设计 (12)

3.4 电路的仿真结果 (14)

参考文献 (17)

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

自然界中的物理量，就其表现形式来看，可以分为数字量和模拟量两种。将模拟量转换成数字量的装置称为模数转换器，简称为ADC，将数字量转换成模拟量的装置称为数模转换器，简称为DAC。数据转换器作为数字量和模拟量之间的转换工具，现已被广泛应用。目前在数模转换器器的研究与制造方面，我们国家的技术水平与国外的先进水平有较大的差距，这在很大程度上抑制了我们国家的发展与进步，这迫使我们必须加强学习与研究，努力研发高性能的的数据转换器。

1.1.2 研究意义

随着数字技术，尤其是计算机技术的快速发展与普及，在通信、现代控制、检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。因此，就需要一种媒介使得模拟信号与数字信号能相互转换——模数和数模转换器。

1.2 数模转换器的发展概况

随着人们对生产技术的要求的不断提高，数模转换器的发展经历了电子管、晶体管、集成电路三个阶段。

四十年代后期，人们开始了对数字通信的研究和实践，例如研究脉冲编码调制式通信。它要求发送部分能将要传送的温度、声音等连续变化的模拟量转换成数字量发送出去，而接收部分能把收到的数字信号还原成温度、声音等模拟量。于是研制出了由电子管组装的A\D转换器和D\A转换器，使这种可靠的、经济的数字通信得以实现。

随着晶体管工艺的发展和成熟，到五十年代后期，转换器中的电子管逐步由晶体管代替，使转换器的体积和重量大大减小，成本降低。

随着数字计算机的兴起、发展和应用领域的不断扩大，集成电路和转换技术迅速发展。到六十年代中期，结构数模转换器的主要功能单元电路——如运算放大器、基

准电压源、电阻网络、模拟电子开关和逻辑控制电路等已陆续实现了集成化。这种结构形式的数模转换器，与完全用分立元器件组装的转换器相比，简化了组装结构降低了生产成本。

2 DAC 概述

2.1 数模转换器的基本概念

数模转换器，又称D\A 转换器，简称DAC ，它是把数字量转变成模拟量的器件。D\A 转换器基本上由四个部分组成，及权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。下图2.1为数模转换器实物图：

2.1

2.2 D/A 转换器的性能指标

2.2.1 D/A 转换器的转换精度

D/A 转换器的转换精度一般用分辨率和转换误差来描述。D/A 转换器分辨率为模拟输出电压可能被分离的等级数。n 位DAC 最多有2n 个模拟输出电压。位数越多D/A 转换器的分辨率越高。分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给

出。n 位D/A 转换器的分辨率可表示为121

n 。

转换精度是指对给定的数字量，D/A 转换器实际值与理论值之间的最大偏差，如图2.2.1所示。图中的虚线表示理想的D/A 转换特性，它是连接坐标原点和满量程输出（输入全为1）理论值的一条直线。实线表示实际可能的D/A 转换特性。产生误差是因为D/A 转换器中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定、运算放大器的零点漂移、模拟开关的导通内阻和导通压将等等因素。

图2.2.1 D/A转换器的转换特性曲线

2.2.2 D/A转换器的转换速度

来定量描述D/A转换器的转换速度。建立时间是从输入的数通常用建立时间t

set

字量发生突变开始，直到输出电压进入与稳态值相差±

1LSB范围以内的这段时间。

2

图2.2.2为建立时间的参考图

图2.2.2 建立时间

2.2.3 输出毛刺

毛刺是当输入码字发生半量程转换时在DAC模拟输出端产生的尖峰脉冲，如图

2.2.3所示。

图2.2.3 输出毛刺