高精度R-2R型数模转换器的研究与设计
发布时间：2021-01-20 12:26
随着信息时代的到来,越来越多的电子产品和工业设备趋向于数字化,模拟设备被抗干扰能力更强、可靠性更高的数字设备所代替。数模转换器（DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号的设备,是众多电子设备中不可或缺的组成部分。在当今数字化高速发展的情况下,数模转换器的研究方向趋于高精度、高速度和低成本,数模转换器的研究与设计是当下模拟集成电路设计中的热门课题。本文设计了一款应用于MEMS陀螺仪中的高精度R-2R型数模转换器。MEMS即微机电系统,是一种可以将微小的物理变化量转化为可供检测的电压量的装置。在MEMS陀螺仪中,数模转换器用于提供一个微小频率变化范围内的正弦波信号,使硅片一直保持在谐振状态。当陀螺仪震动或受到干扰时,陀螺仪振动轴上的变化会耦合到检测轴,将角速率的变化转化为位移的变化,检测可变电容两端的电压就可以得到陀螺仪的角速率,这就是MEMS陀螺仪的工作原理。在此应用背景下,数模转换器提供的正弦波信号频率变化范围很小,接近于固定频率,因此,更强调数模转换器的窄带应用。文中首先介绍了数模转换器的工作原理,总结了数模转换器的分类,将数模转换器按照每位的权重分为一元DAC、二进制DAC以及多种结...
【文章来源】： 王士鑫 山东师范大学
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AD5790的R-2R梯形结构
山东师范大学硕士学位论文13NtortionDoiseSignalPPaxPSFDRis10,mlog10（2-2）式2-2中，PSignal是信号的功率，PNosie是噪声功率，PDistortion是谐波的功率，SFDR是信号功率与最大无用信号功率之比，因此可以从信号的频谱中直观地看出SFDR的大校图2-11是数模转换器在典型频率范围内输出单频信号的频谱图，从图中可以看出，噪声和各次谐波中功率最大的为二次谐波，因此SFDR的大小为基波功率与二次谐波的比值，大约为90dB，表示在这个范围内，信号是无杂散的。图2-11数模转换器输出单频信号的频谱图（2）信噪失真比（SignaltoNoiseDistortionRatio,SNDR）信噪失真比是数模转换器输出有用信号的功率与噪声功率和谐波功率之比，它的计算公式如下：NrtionDoiseSignalPPPSNDRisto10log10（2-3）其中，PSignal代表信号的功率，PNosie代表噪声功率，PDistortion是输出信号各次谐波的功率之和，从式2-3中可以看出，SNDR实际上是数模转换器输出信号中有用信号的功率与所有无用信号的功率之比，因此SNDR最能反映出数模转换器的真实性能。在数模转换器的性能评价中，还有一个常用的指标参数，即有效位数（EffectiveNumberofBits,ENOB），它的实际意义与SNDR相同，ENOB的表达式如下：02.676.1SNDRENOB（2-4）
图3-36位温度计DAC输出阶梯波形及6位二进制DAC输出阶梯波形
【参考文献】：
期刊论文
[1]谈集成电路版图设计中的失配问题[J]. 毕克娜,曲伟. 黑龙江生态工程职业学院学报. 2019(02)
[2]数模转换器结构设计综述[J]. 佟晓娜,陈祥发,权海洋. 西安邮电大学学报. 2018(06)
[3]高精度、快速瞬态响应LDO电路设计[J]. 刘智,姜洪雨,梁希,葛梅. 空间电子技术. 2018(05)
[4]一种新颖的R-2R电阻网络[J]. 李娅,万辉. 微电子学. 2014(06)
[5]集成电路中的天线效应[J]. 刘义凯,刘丽娜. 微处理机. 2011(06)
[6]CMOS集成电路闩锁效应抑制技术[J]. 董丽凤,李艳丽,王吉源. 电子与封装. 2010(09)
[7]用模拟开关实现信号复用[J]. Paul Rako. 电子设计技术. 2008(09)
[8]一种低静态电流、高稳定性的LDO线性稳压器[J]. 陈东坡,何乐年,严晓浪. 电子与信息学报. 2006(08)
[9]模拟集成电路设计自动化技术[J]. 杨华中,刘润生,汪蕙,范崇治. 电子科学学刊. 1996(02)
硕士论文
[1]DAC芯片抗辐照多电压模式放大器设计[D]. 朱心越.西安电子科技大学 2018
[2]4通道12位高压抗辐照数模转换器芯片设计[D]. 蒋婷.西安电子科技大学 2017
[3]28nm工艺下双核Cortex-A9处理器芯片的物理设计[D]. 高明.东南大学 2016
[4]适用于传感器接口的高精度轨到轨R2R DAC的设计[D]. 胡贝贝.华中科技大学 2016
[5]FFT ASIC的物理设计与物理验证[D]. 谢马迥.华中科技大学 2015
[6]10-bit高精度低功耗SAR ADC设计研究[D]. 梁秋璐.北京交通大学 2014
[7]高速高精度DAC设计研究[D]. 付志博.北方工业大学 2013
[8]高阶过采样delta-sigma DAC设计[D]. 沈其松.电子科技大学 2011
本文编号：2989041
【文章来源】： 王士鑫 山东师范大学
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AD5790的R-2R梯形结构
山东师范大学硕士学位论文13NtortionDoiseSignalPPaxPSFDRis10,mlog10（2-2）式2-2中，PSignal是信号的功率，PNosie是噪声功率，PDistortion是谐波的功率，SFDR是信号功率与最大无用信号功率之比，因此可以从信号的频谱中直观地看出SFDR的大校图2-11是数模转换器在典型频率范围内输出单频信号的频谱图，从图中可以看出，噪声和各次谐波中功率最大的为二次谐波，因此SFDR的大小为基波功率与二次谐波的比值，大约为90dB，表示在这个范围内，信号是无杂散的。图2-11数模转换器输出单频信号的频谱图（2）信噪失真比（SignaltoNoiseDistortionRatio,SNDR）信噪失真比是数模转换器输出有用信号的功率与噪声功率和谐波功率之比，它的计算公式如下：NrtionDoiseSignalPPPSNDRisto10log10（2-3）其中，PSignal代表信号的功率，PNosie代表噪声功率，PDistortion是输出信号各次谐波的功率之和，从式2-3中可以看出，SNDR实际上是数模转换器输出信号中有用信号的功率与所有无用信号的功率之比，因此SNDR最能反映出数模转换器的真实性能。在数模转换器的性能评价中，还有一个常用的指标参数，即有效位数（EffectiveNumberofBits,ENOB），它的实际意义与SNDR相同，ENOB的表达式如下：02.676.1SNDRENOB（2-4）
图3-36位温度计DAC输出阶梯波形及6位二进制DAC输出阶梯波形
【参考文献】：
期刊论文
[1]谈集成电路版图设计中的失配问题[J]. 毕克娜,曲伟. 黑龙江生态工程职业学院学报. 2019(02)
[2]数模转换器结构设计综述[J]. 佟晓娜,陈祥发,权海洋. 西安邮电大学学报. 2018(06)
[3]高精度、快速瞬态响应LDO电路设计[J]. 刘智,姜洪雨,梁希,葛梅. 空间电子技术. 2018(05)
[4]一种新颖的R-2R电阻网络[J]. 李娅,万辉. 微电子学. 2014(06)
[5]集成电路中的天线效应[J]. 刘义凯,刘丽娜. 微处理机. 2011(06)
[6]CMOS集成电路闩锁效应抑制技术[J]. 董丽凤,李艳丽,王吉源. 电子与封装. 2010(09)
[7]用模拟开关实现信号复用[J]. Paul Rako. 电子设计技术. 2008(09)
[8]一种低静态电流、高稳定性的LDO线性稳压器[J]. 陈东坡,何乐年,严晓浪. 电子与信息学报. 2006(08)
[9]模拟集成电路设计自动化技术[J]. 杨华中,刘润生,汪蕙,范崇治. 电子科学学刊. 1996(02)
硕士论文
[1]DAC芯片抗辐照多电压模式放大器设计[D]. 朱心越.西安电子科技大学 2018
[2]4通道12位高压抗辐照数模转换器芯片设计[D]. 蒋婷.西安电子科技大学 2017
[3]28nm工艺下双核Cortex-A9处理器芯片的物理设计[D]. 高明.东南大学 2016
[4]适用于传感器接口的高精度轨到轨R2R DAC的设计[D]. 胡贝贝.华中科技大学 2016
[5]FFT ASIC的物理设计与物理验证[D]. 谢马迥.华中科技大学 2015
[6]10-bit高精度低功耗SAR ADC设计研究[D]. 梁秋璐.北京交通大学 2014
[7]高速高精度DAC设计研究[D]. 付志博.北方工业大学 2013
[8]高阶过采样delta-sigma DAC设计[D]. 沈其松.电子科技大学 2011
本文编号：2989041
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