高可靠高精度r-2R型数模转换器的研究

摘要

数模转换器(DAC)在复杂的数字世界中，扮演着重要的角色。数模转换器能够将数字输入信号转换成模拟输出信号，常用于转换数字音频或视频等信号。随着无线通信、数字音频的爆发增长，DAC适应市场的需求向更高速度、更高分辨率、更低成本等方向发展。目前，DAC已经有许多不同的结构，各有特点和局限性。
　　本文首先分析了电荷比例型DAC、电流比例型DAC、电压比例型DAC这三种DAC的结构，比较他们各自结构的优缺点，并采用R-2R电阻结构设计了一款应用于工业自动控制的DAC芯片。通过分析R-2R型DAC线性误差，得出R-2R电阻转换网络中各位模拟开关尺寸的比例关系，改进传统结构提出“5+7”分段电阻网络结构。本人主要负责降压电路、控制时钟信号产生电路、输入数字信号处理电路、存储器电路设计及R-2R电阻网络的设计。设计采用了Candence公司的一系列软件，设计流程如下:首先进行原理图输入、再做全定制版图设计、然后进行版图规则检查(DRC)、版图与电路一致性检查(LVS)、寄生参数提取(PEX)、电路后端仿真。在设计电路版图过程中注意了器件的匹配与干扰的隔离。经Spectre后仿表明:常温环境下DAC的积分非线性误差(INL)和微分非线性误差(DNL)分别小于0.46LSB、0.26LSB，在-55～125℃范围内INL和DNL分别为0.54LSB、0.3LSB，建立时间为1μs，转换速度为1M。满足设计要求INL为1LSB、DNL为0.5LSB的设计要求，实现了芯片的高精度和高稳定性。设计基于CSMC0.25μm30V BCD1P6M工艺对所设计的DAC芯片进行流片验证。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 DAC发展历程和研究现状

1．3 论文主要工作和组织结构

第二章 数模转换器(DAC)概述和常用结构

2．1 DAC的基本原理

2．2 DAC的性能参数

2．2．1 DAC输出特性曲线

2．2．2 分辨率

2．2．3 精度

2．2．4 四种基本误差

2．2．5 建立时间

2．2．6 信噪比

2．3 数模转换器基本结构

2．3．1 电压比例型DAC

2．3．2 电荷比例型DAC

2．3．3 电流按比例型DAC

2．4 总结

第三章 芯片和各模块电路设计

3．1 芯片结构和工作原理

3．2 各模块电路设计

3．2．1 降压模块电路设计

3．2．2 时钟产生模块电路设计

3．2．3 数字信号处理模块电路设计

3．2．4 存储单元电路设计

3．2．5 R-2R电阻网络设计

3．2．6 开关设计

3．3 本章总结

第四章 电路仿真与版图设计

4．1 各模块电路仿真

4．1．1 降压电路仿真

4．1．2 时钟产生电路仿真

4．1．3 输入信号处理电路仿真

4．1．4 存储器电路仿真

4．1．5 R-2R电阻开关网络

4．2 系统整体仿真

4．2．1 静态特性仿真

4．3．2 动态特性仿真

4．4 芯片版图设计

4．4．1 抗干扰设计

4．4．2 R-2R电阻网络版图设计

4．4．3 版图物理验证和寄生参数提取

4．5 本章总结

第五章 总结和展望

参考文献

致谢