八位電阻式數(shù)模轉(zhuǎn)換器

八位電阻式數(shù)模轉(zhuǎn)換器摘要：伴隨著新型半導體技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，眾多先進電子產(chǎn)品在各行各業(yè)中層出不窮。在這些新的技術(shù)和產(chǎn)品中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（dataconverter）是不可或缺的一個重要模塊，他負擔著在用數(shù)字碼來反映編碼信息的信號（數(shù)字信號）和用幅度來表示編碼信息的信號（模擬信號）之間的相互轉(zhuǎn)換的作用。本文所要討論的便是數(shù)模轉(zhuǎn)換器。數(shù)模轉(zhuǎn)換器在數(shù)字處理系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，集成電路的大規(guī)?；?shù)?；旌舷到y(tǒng)及片上系統(tǒng)（SOC）的趨勢需要高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，例如更高的速度、更高的分辨率、更低的功耗和低電壓工作等。本文設(shè)計了一個8位電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。關(guān)鍵詞：數(shù)模轉(zhuǎn)換器；電阻式；二進制；信號TOC\o"1-5"\h\z1緒論 11.1研究背景及意義 11.1.1研究背景 1\o"CurrentDocument"1.1.2研究意義 1\o"CurrentDocument"1.2數(shù)模轉(zhuǎn)換器的發(fā)展概況 1DAC概述 22.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本概念 2D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標 2\o"CurrentDocument"D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度 2D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度 3\o"CurrentDocument"2.2.3輸出毛刺 32.2.4誤差分析 42.3數(shù)模轉(zhuǎn)換器的常見結(jié)構(gòu) 5\o"CurrentDocument"2.3.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 5\o"CurrentDocument"R-2R梯形倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 6\o"CurrentDocument"2.3.3倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 6\o"CurrentDocument"2.3.4權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器 8\o"CurrentDocument"2.3.5電壓型D/A轉(zhuǎn)換器 82.3.5權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 9DAC的電路設(shè)計及其仿真 103.1本論文電阻網(wǎng)絡(luò)的選擇 10\o"CurrentDocument"3.2電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 11\o"CurrentDocument"3.3開關(guān)電路的設(shè)計 12\o"CurrentDocument"3.4電路的仿真結(jié)果 14\o"CurrentDocument"參考文獻 171緒論1.1研究背景及意義1.1.1研究背景自然界中的物理量，就其表現(xiàn)形式來看，可以分為數(shù)字量和模擬量兩種。將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的裝置稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱為ADC，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱為DAC。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器作為數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換工具，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。目前在數(shù)模轉(zhuǎn)換器器的研究與制造方面，我們國家的技術(shù)水平與國外的先進水平有較大的差距，這在很大程度上抑制了我們國家的發(fā)展與進步，這迫使我們必須加強學習與研究，努力研發(fā)高性能的的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。1.1.2研究意義隨著數(shù)字技術(shù)，尤其是計算機技術(shù)的快速發(fā)展與普及，在通信、現(xiàn)代控制、檢測等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。因此，就需要一種媒介使得模擬信號與數(shù)字信號能相互轉(zhuǎn)換——模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。1.2數(shù)模轉(zhuǎn)換器的發(fā)展概況隨著人們對生產(chǎn)技術(shù)的要求的不斷提高，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、品體管、集成電路三個階段。四十年代后期，人們開始了對數(shù)字通信的研究和實踐，例如研究脈沖編碼調(diào)制式通信。它要求發(fā)送部分能將要傳送的溫度、聲音等連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量發(fā)送出去，而接收部分能把收到的數(shù)字信號還原成溫度、聲音等模擬量。于是研制出了由電子管組裝的A\D轉(zhuǎn)換器和D\A轉(zhuǎn)換器，使這種可靠的、經(jīng)濟的數(shù)字通信得以實現(xiàn)。隨著晶體管工藝的發(fā)展和成熟，到五十年代后期，轉(zhuǎn)換器中的電子管逐步由晶體管代替，使轉(zhuǎn)換器的體積和重量大大減小，成本降低。隨著數(shù)字計算機的興起、發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，集成電路和轉(zhuǎn)換技術(shù)迅速發(fā)展。到六十年代中期，結(jié)構(gòu)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的主要功能單元電路一一如運算放大器、基準電壓源、電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬電子開關(guān)和邏輯控制電路等已陸續(xù)實現(xiàn)了集成化。這種結(jié)構(gòu)形式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與完全用分立元器件組裝的轉(zhuǎn)換器相比，簡化了組裝結(jié)構(gòu)降低了生產(chǎn)成本。2DAC概述2.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本概念數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D\A轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬量的器件。D\A轉(zhuǎn)換器基本上由四個部分組成，及權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運算放大器、基準電源和模擬開關(guān)。下圖2.1為數(shù)模轉(zhuǎn)換器實物圖:2.1D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標2.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度一般用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。D/A轉(zhuǎn)換器分辨率為模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。n位DAC最多有2n個模擬輸出電壓。位數(shù)越多D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高。分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比給1出。n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為2^1。轉(zhuǎn)換精度是指對給定的數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換器實際值與理論值之間的最大偏差，如圖2.2.1所示。圖中的虛線表示理想的D/A轉(zhuǎn)換特性，它是連接坐標原點和滿量程輸出（輸入全為1）理論值的一條直線。實線表示實際可能的D/A轉(zhuǎn)換特性。產(chǎn)生誤差是因為D/A轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值存在誤差，如基準電壓不夠穩(wěn)定、運算放大器的零點漂移、模擬開關(guān)的導通內(nèi)阻和導通壓將等等因素。

圖2.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性曲線數(shù)字量輸入由鐐*圖2.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性曲線數(shù)字量輸入由鐐*希螂D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度通常用建立時間tse來定量描述D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。建立時間是從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，直到輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相差土1LSB范圍以內(nèi)的這段時間。2圖2.2.2為建立時間的參考圖: 建立時間:: 建立時間:圖2.2.2建立時間2.2.3輸出毛刺毛刺是當輸入碼字發(fā)生半量程轉(zhuǎn)換時在DAC模擬輸出端產(chǎn)生的尖峰脈沖，如圖2.2.3所示。r>igiEgl;Inp^t圖2.2.3輸出毛刺Jr>igiEgl;Inp^t圖2.2.3輸出毛刺JA■0■ndwoywKY2.2.4誤差分析造成D/A轉(zhuǎn)換器誤差的原因有，運算放大器的零點漂移、參考電壓Vref的波動、模擬開關(guān)的導通內(nèi)阻和導通壓降、三極管特性的不一致及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值的偏比例系數(shù)誤差由于V的變化△▼而引起的誤差△v二一匕蘋D,可見其與輸入數(shù)字量的大小是REF REF 0 2nn成正比的。所以將由△▼引起的轉(zhuǎn)換誤差成為比例系數(shù)誤差，圖2.2.4中用虛線表REF示當^vref一定時，七值偏離理論值的情況。圖2.2.4比例系數(shù)誤差漂移誤差當輸出電壓的誤差是由于運算放大器的零點漂移而造成的時候，誤差電壓△Vo2的大小和輸入數(shù)字量的大小沒有關(guān)系，輸出電壓的轉(zhuǎn)換特性曲線將發(fā)生平移，如圖2.2.5中的虛線所示，這種誤差叫做漂移誤差或平移誤差。圖2.2.5漂移誤差圖2.2.6圖2.2.5漂移誤差圖2.2.6非線性誤差非線性誤差由于模擬開關(guān)的導通內(nèi)阻和導通壓降不可能真正為零，因此它們的存在也必將在輸出電壓產(chǎn)生誤差AV。3.但是每個開關(guān)的導通壓降不一定相等，而且開關(guān)在接地是和接Vref時的壓降也不一定相同，因此AV?！炔皇且粋€常數(shù)，也不是一個與輸入數(shù)字量成正比的量，這種誤差稱為非線性誤差。由圖2.2.6可以看出這種誤差沒有一定的變化規(guī)律。2.3數(shù)模轉(zhuǎn)換器的常見結(jié)構(gòu)2.3.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器①權(quán)電阻型DAC圖2.3.1為一個四位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的電路圖。它由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，模擬開關(guān)和求和放大器組成。電子開關(guān)的狀態(tài)分別受輸入代碼《d-dn的取值控制，代碼為1時開關(guān)接到參考電壓V上，代碼為0時開關(guān)接地。所以d=1時有支路電流I流向求和REF i i放大器，4=0時支路電流為零。求和放大器是一個接成負反饋的運算放大器。一*-虱d-id碼(LSI3) (MSU)圖2.3.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器把運算放大器輸入電流認為為零，可以得到輸出端電壓Vo=—早(d323+d222+d121+do2o) (2.3.1)如果是n位的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，反饋電阻取R/2,輸出電壓為VV=—rf(d2n-1+d2n-2+?+d21+d2o) (2.3.2)輸出電流為I=EI=DU/R+DU/2R+?DU/2n-1ROI1R2R nR這種電路的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，使用的電阻元件少。缺點是各個電阻的阻值相差較大，特別是在輸入位數(shù)多時，這個問題就更加明顯，并且最高位的電阻精度也很難達到，所以一般不使用這種結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。②雙級權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)為了克服上述缺點，在輸入數(shù)字量的位數(shù)較多時可以采用如圖2.3.2所示的雙級權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。在這個電阻網(wǎng)絡(luò)中，每一級還是只有4個電阻，阻值還是R、2R、4R、8R。能夠證明，只要兩級間的串聯(lián)電阻R=8R，就能得到sV=_Vref(d27+d26+…+d2i+d20)0 28 7 6 1 0可以看到結(jié)果與式(2.3.2)相同，最大值的電阻與最小值的電阻相差任然為8倍，使電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值范圍大大縮小。R-2R梯形倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DACDiDaDaDwDsDigDrDs圖2.3.2分組衰減的權(quán)電阻DAC2.3.3倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器克服了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中電阻阻值相差大的不足，由圖2.3.3可見，電阻網(wǎng)絡(luò)中只有R、2R電阻，這使集成電路的設(shè)計和制作難度降低。2R 16(MSB)d32R 16(MSB)d32R專2R(LSB)dodi圖2.3.3由圖可知，由于求和放大器反向輸入端V電壓一近似于零，素以無論開關(guān)S、S、- 3 2S1、S0接到哪一邊，都相當于接到地上，流過每個支路的電流始終不變。在計算電阻網(wǎng)絡(luò)支路電流時，可以將電阻網(wǎng)絡(luò)等效為圖2.3.4。從圖中可以看出，從AA、BB、CC、DD每個端口向左看過去的等效電阻都是R，因此從參考電流源流入倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的總電流為I=V^/R,每個支路的電流依次為I/2,I/4,I/6,I/8.求和放大器的反饋電阻等于R時，輸出電壓為一V…………、=—ref(d23+d22+d2i+d2。)0 24 3210圖2.3.5為n位出入的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當求和放大器的反饋電阻等于R時，輸出電壓為= REF(d2n-1+d2n-2+?..+d21+d2。)0 2n n-1 n-2 1 0=—^REFD2n>圖2.3.4支路電流等效電路圖2.3.5n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DACR-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)也有其自身的不足，由模擬開關(guān)動作到梯形電阻網(wǎng)絡(luò)建立穩(wěn)定的輸出要經(jīng)過一段的時間，隨著轉(zhuǎn)換器位數(shù)的增加，所需的建立時間也就越長，因此在為數(shù)較多時將直接影響數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。2.3.4權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器上面介紹的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器和倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中，都把模開關(guān)當作理想開關(guān)處理，忽略了導通電阻和導通壓降。但實際上，這些開關(guān)總有一定的導通電阻和導通壓降，并且一個開關(guān)與另一個開關(guān)的情況都不相同。它們必將引起轉(zhuǎn)化誤差，影響轉(zhuǎn)換精度。圖2.3.6所示的權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器是解決這個問題的一種方法。在權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器中有一組恒流源，沒個橫流電源電流的大小依次為前一個的一半，和輸入二進制數(shù)對應(yīng)的權(quán)成比例。因為采用了恒流源，所以每個支路電流的大小不再受開關(guān)內(nèi)阻和壓降的影響，從而降低了對開關(guān)電路的要求。2.3.5電壓型D/A轉(zhuǎn)換器電壓型的DAC的原理如圖2.3.7所示。電壓型DAC的原理是采用的是用電阻進行分壓。輸入為n位的，基準電壓Ur被2n個阻值相同的電阻分壓，每個分壓點的電壓值分別為：V二U*0/2N,……,V(Z-2)二U*(2n-2),v(2-1)二U*(2n-1)/20R R R當輸入信號D=i時，轉(zhuǎn)換器的輸出為：V(i)二U*i/2nR

Un早&HrUn早&Hrr-—sTOC\o"1-5"\h\z■7 _nVOI_ -p ■*J 1建碼器1]

Ch\)i**Dn2.3.7電壓型DAC電壓分壓式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是只需要用到一種阻值的電阻，這樣可以確保制造精度；缺點是，輸入位數(shù)為n,就需要2n個電阻與個模擬開關(guān)，因此隨著位數(shù)的增加，所需原件的數(shù)量呈幾何級數(shù)增加。2.3.5權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器它的工作原理是利用電容進行分壓。他的結(jié)構(gòu)原理如圖2.3.8所示2.3.8電荷型2.3.8電荷型DAC結(jié)構(gòu)原理Ur上的總電容為：C=DC+DC/2+……+DC/2n-i=(D2-1+D2-2+……+D2-n).2C

R1 2 n 1 2 n連到地上的總電容為：2C-C=[1-(D2-1+D2-2+……+D2-n)].U

R 1 2 n R其中，D=D12-1+D22-2+……+Dn2-n為輸入的數(shù)字信號。3DAC的電路設(shè)計及其仿真3.1本論文電阻網(wǎng)絡(luò)的選擇上一章介紹了數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本原理，常見結(jié)構(gòu)，與其各自的優(yōu)缺點。在8位及8以下的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，R-2R倒丁形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，結(jié)構(gòu)較簡單，面積小，功耗低，精度較高，有較好的應(yīng)用價值。本著學習和應(yīng)用研究的目的，所以本論文采用R-2R倒T結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。輸入數(shù)字信號d圖3.1DAC的總結(jié)構(gòu)框圖圖3-1是本DAC設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)圖，T型電阻網(wǎng)絡(luò)是DAC的核心，是實現(xiàn)數(shù)字信號向模擬信號轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)。4、5、6、7、8、9、10、11、是輸入的8位數(shù)字信號，它們控制R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)狀態(tài)。1、2端外接運算放大器，對電流進行求和。13接外接基準電壓源。圖3-1中的T型電阻網(wǎng)絡(luò)的具體結(jié)構(gòu)為：V3 d'lh d'lh li'o[|\.他接基準電壓源Rf輸出1Rf輸出1第i位數(shù)字輸入信號后接運放圖3.2T型電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖由DAC總體結(jié)構(gòu)圖可知，在T型電阻網(wǎng)絡(luò)之后需要外接一個運算放大器，它的作用是將流入放大器的各個支路電流進行求和。3.2電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計電阻網(wǎng)絡(luò)的作用是將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成為模擬的輸出信號，作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的核心工作部分，它的性能高低直接影響數(shù)模轉(zhuǎn)換器的整體性能。R-2R倒T梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻取值為R和2R兩種阻值。當二進制代碼各位取值全為“0”，全部位切換開關(guān)與地相接時，任意一個節(jié)點向右、向左、及向下看的等效電阻均為2R。因此,當某位4的取值為1，它相應(yīng)的位切開關(guān)5叩「與基準電壓Vr相接時，在SWj上方的節(jié)點電壓是Vr/2，此電壓往節(jié)點1傳送的過程中，每當經(jīng)過一個節(jié)點，電壓就要衰減1/2。這種D/A轉(zhuǎn)換器所用的電阻值僅有兩種，因而方便進行集成化，但位切換開關(guān)在Vr與地之間切換，容易產(chǎn)生尖峰電流，所以對開關(guān)的要求很高，而且電阻網(wǎng)絡(luò)中的電流值隨著輸入數(shù)字信號的變化而變化，因此網(wǎng)絡(luò)中的功耗及發(fā)熱都將隨之發(fā)生變化，這將會引起非線性的轉(zhuǎn)換誤差。

_J/2J/4_i/8二/2-i_J/2J/4_i/8二/2-i一I/2圖3.3R-2R倒梯形D/A轉(zhuǎn)換器原理圖R-2R倒梯形電阻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它解決了R-2R梯形電阻數(shù)模轉(zhuǎn)換器電阻網(wǎng)絡(luò)中的電流值隨輸入數(shù)字信號的變化而變化的問題。由圖3-3可知，由于運算放大器A的反相端為“虛地”，所以位切換開關(guān)是在地與虛地之間進行切換的。當輸入數(shù)字信號任一位d=1時。SW與A反相端接通，即與“虛地”相接；當d=0時，SW直接接地。i i i i由此可見，無論di值如何，位切換開關(guān)支路總是接在第i個節(jié)點與地之間，所以總能保持電流值不變。這種數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在輸入數(shù)字信號轉(zhuǎn)換過程中，流過各個支路電流值不變，而且輸入數(shù)字位值為1的各個支路電流直接接到放大器A的反相輸入端，因此既不需要支路電流的建立和消失時間，也不存在各支路電流間的傳輸時間差。所以，該類型的數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，而且還有效地減小了動態(tài)誤差。3.3開關(guān)電路的設(shè)計每個位切換開關(guān)是由9個MOS管構(gòu)成的CMOS開關(guān)，其原理電路如圖3-4所示，M1、M2和M3組成電平位移電路，是它能接受TTL、DTL、HTL、CMOS等不同數(shù)字電路送來的數(shù)字輸入邏輯電平，直接進行D/A轉(zhuǎn)換，從而適用于不同的場合。M4、M^PM6、M組成兩級CMOS反相器，驅(qū)動M、M構(gòu)成的單刀雙擲開關(guān)的通與斷。當數(shù)字輸入為7 8 9邏輯電平“1”時，M1截止，M2導通輸出低電平，經(jīng)倒相器之后，M5輸出高電平、M7輸出低電平，使M截止、M導通。加權(quán)電流經(jīng)M從輸出端1流出；當數(shù)字輸入為邏8 9 9輯電平“0”時，使M截止、M導通，加權(quán)電流經(jīng)M從輸出端2流出。

Ml輸.人數(shù)字信號prnosM2Y2M6—接T型電阻網(wǎng)路位切換開關(guān)單元原理電路:irnos■.■17M8 M9輸出衛(wèi) 輸出1Ml輸.人數(shù)字信號prnosM2Y2M6—接T型電阻網(wǎng)路位切換開關(guān)單元原理電路:irnos■.■17M8 M9輸出衛(wèi) 輸出1圖3.4位切開關(guān)原理電路本論文的開關(guān)不需要電平位移電路，所以，最終選擇后6個MOS管作為本設(shè)計的開關(guān)，其原理圖如圖3-5所示：圖3.5圖3.5開關(guān)電路圖3-5中的前四個MOS管構(gòu)成兩級CMOS反相器，CMOS反相器是CMOS邏輯門電路的基本邏輯電路，它是由一個增強型PMOS管和一個增強型NMOS管構(gòu)成的，它的基本結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。VTp是增強型PMOS管，VTn是增強型NMOS管，它們的柵極連接在一起作為CMOS反相器的輸入端，它們的漏極連在一起作為輸出端°vtn管子的源極接在正電源VDD上，vtn的源極接地。當輸入為高電平，輸出為低電平，當輸入為低電平，輸出為高電平。在靜態(tài)情況下，無論輸入是高電平還是低電平，總有一管是截止的。

V1,5V占Iv111 2圖3.6CMOS反相器3.4電路的仿真結(jié)果開關(guān)電路:圖3.78位D/A轉(zhuǎn)換器模擬開關(guān)由圖3.7可知，當輸入信號為高電平（3V）時，經(jīng)過一級反相器，輸出低電平，此時，M4截止，經(jīng)過二級反相器，輸出高電平，M5導通,輸出為2V;當輸入信號為低電平（0V）時，經(jīng)過一級反相器，輸出高電平，此時，M4導通，經(jīng)過二級反相器，輸出低電平，M5截止，所以輸出為1.5V。如圖3-8所示。

3.0V'圖3.8開關(guān)電路仿真圖輸出特性:圖3.98位R-2R型D/A轉(zhuǎn)換器連接圖本設(shè)計都采用理想器件對其進行仿真，所以誤差較小，但從模擬輸出曲線仍可以看出，由于位的邏輯狀態(tài)發(fā)生變化，存在有毛刺，從放大了的低位部分模擬輸出圖3.8中尤為明顯，但本DAC具有較好的線性關(guān)系。產(chǎn)生毛刺的主要原因是，由于MOS管開關(guān)動作在時間上無法保證一致。模擬分辨率指的是D/A轉(zhuǎn)換器能分辨出的最小模擬輸出量，即每一個“臺階”的大小，也就是LSB大小的電壓或電流。本8位D/A轉(zhuǎn)換器的模擬分辨率的理論值為：，VEF,^^序的取值為5V,那么LSB^20mv，由于采用理想器件，實際的模擬輸出曲線的每個“臺階”的值與理論值十分接近，如圖3.10。lOOniVovSOliiV-3SmV二圖3-118位D/A轉(zhuǎn)換器部分模擬輸出4.OOus5.OOui6.001Time參考文獻于繼洲.集成a/d和d/a轉(zhuǎn)換應(yīng)用技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1989.徐振英.數(shù)模轉(zhuǎn)換應(yīng)用技術(shù)[M].北京：科學出版社，2000.鄧元慶.數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計[M].西安：西安電子科技大學出版社.PhillipE.Allen,DouglasR.Holberg.COMS集成電路設(shè)計（英文版）[M].電子工業(yè)出版社，2002年6月第二版.JoseBastos,AugstoM.Marques,MichelS.J.Steyaert,andWillySansen.A12-bitinstrinsicaccuracyhigh-speedCOMSDAC,inIEEEJ.Solid-StateCircuitsvol.33,no.12,Dec1998.劉會剛，耿衛(wèi)東.LCoS芯片集成參考電壓源的設(shè)計.液晶與顯示.2007年第4期ADI公司編譯.數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社.徐陽，閔昊.一種高速電流型COMS數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計[J].半導體學報，2000年6月21期趙毅，牟同升.A/D、D/A接口電路系統(tǒng)設(shè)計.儀表技術(shù)與傳感器,2001年第5期M.MorrisMano.DigitalDesign.3rded.Beijing:PearsonEducationNorthAsisLimitedandHigherEducationpress,2002.鐘書鵬，譚年熊.一種12位400MHz電流開關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器的設(shè)計.微電子學[J],2006年4月第36期.李從飛.12位高速D/A轉(zhuǎn)換芯片MX7541原理及應(yīng)用.國外電子元件,2003年.黃全勝.一種有效提高D/A轉(zhuǎn)換器線性指標與分辨率的方法[J].電子世界,2005年第6期.李素芬，李剛.高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器接口技術(shù).電子測量技術(shù)[J],2002年第3期EightoftheResistiveDigital-to-analogConvertersAbstract: