16位高速数模转换器DAC—16的基本性能及其应用

dac类型及原理
DAC（Digital to Analog Converter，数模转换器）是一种将数字信号转换为模拟信号的电子设备。

根据不同的分类标准，DAC可以有多种类型，同时其工作原理也各具特点。

按输出信号的类型分类：
电压输出型DAC：输出电压与输入数字量成正比。

电流输出型DAC：输出电流与输入数字量成正比。

按转换方式分类：
间接DAC：先将输入的数字量转换为中间变量（如时间、频率等），然后再把这些中间变量转换为模拟量。

直接DAC：直接将数字量转换为模拟量，一般通过并联电阻网络实现。

按开关电路分类：
权电阻网络DAC：通过不同权值的电阻网络将数字量转换为模拟量。

T型电阻网络DAC：利用T型电阻网络实现数字到模拟的转换。

电流导向型DAC：通过电流源和开关网络实现数字到模拟的转换。

权电流型DAC：利用不同权值的电流源实现数字到模拟的转换。

DAC的工作原理主要基于权电阻网络或电流源网络。

以权电阻网络为例，假设有一个N位的数字输入，那么可以将这个输入分为N个二进制位，每一位都对应一个权值电阻。

当某一位为1时，对应的权值电阻就接入电路，否则就断开。

这样，通过控制每一位的接入状态，就可以得到不同的电阻组合，从而得到不同的输出电压。

电流源网络的工作原理类似，只是将电阻替换为电流源。

DAC和ADC助力射频通信随着精密的光刻技术不断在一定芯片面积上实现更多的晶体管，数字技术水平也在不断提升。

这些进步将对射频和微波设计带来巨大影响。

例如，高速模数转换器(ADC)就为软件定义无线电(SDR)架构的实现铺平了道路，SDR被广泛运用于从蜂窝基站到军用无线电等众多应用中。

由于有了高性能数模转换器(DAC)，高精度、宽动态范围的复杂波形才得以生成。

从性能方面看，ADC和DAC是最多样化的电子元件产品之一。

可从时钟速率、频率范围、位分辨率、噪音水平，功耗和动态范围等各项性能指标来甄选一款转换器。

转换器产品包括面向音频应用的低频24位分辨率转换器、面向控制应用的较低分辨率、较低频率转换器，以及面向医疗、军事、无线通信应用的高分辨率、高性能转换器。

对于这类产品，一个基本的取舍是精度与频率：期望的频率范围越宽，可用的位分辨率就越低。

例如，24位ADC和DAC 的频率都在100kHz左右，而工作在1GHz的转换器其最高分辨率约为16位。

理想情况下，模拟信号进入ADC，再传送至具有相同带宽和精度的DAC后，从该DAC输出的模拟信号应等同于原始信号。

但是，与模拟器件一样，数字器件也同样受到物理和制造方面的限制，这些限制包括：基底和导体信号损耗、制造公差，以及作为转换过程一部分的由阻抗不匹配造成的信号衰减。

此外，转换器的位分辨率决定着用于描述模拟信号的数字状态的数量。

对于DAC来说，由256个数字状态重构的波形比由1*位)个数字状态重构的波形更接近于原初信号波形。

但某些应用可能只需要几个数字位的分辨率，成本是选择ADC和DAC 时的另一个权衡因素，位分辨率越高、成本也越高。

转换器的最低有效位(LSB)决定着进入该转换器的峰值或满量程电压范围可被分割的最小步长。

它也可用来作为转换器位精度的一种度量，通过微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)这两个参数表示。

理想ADC的两个连续输出码之间仅相差1个LSB，而DNL值为零。

ad9142原理
AD9142是一款双通道、16位、高动态范围数模转换器（DAC），具有以下特点：
1. 提供1600 MSPS（兆采样每秒）的采样速率，这意味着每秒可以处理1600百万个样本的数据。

这种高速的采样能力使得AD9142能够产生高达奈奎斯特频率的多载波。

2. 针对直接变频传输应用进行了优化，包括复数数字调制、输入信号功率检测以及增益、相位与失调补偿。

这些优化特性使得AD9142能够更好地适应某些特定应用场景。

3. DAC输出经过优化，可以与模拟正交调制器无缝接口。

例如，它可以与ADI公司的ADL537xF-MOD系列和ADRF670x系列调制器进行配合使用，这进一步扩展了AD9142的应用范围。

4. 采用3线式串行端口接口，使得用户可以对许多内部参数进行编程和回读。

这种灵活性使得用户可以根据具体需求对AD9142进行配置。

5. 满量程输出电流可以在9 mA至33 mA范围内进行编程，这意味着用户可以根据需要调整输出的电流大小。

6. 提供72引脚LFCSP封装，这种封装形式使得AD9142易于集成到各种系统中。

总的来说，AD9142是一款高性能的数模转换器，其高速采样、优化
特性和可编程性使得它在许多高要求的应用中表现出色。

MCS-51单片机的系统扩展技术（五）5 数——模转换接口在工作控制和智能化仪表中，通常由微型计算机进行实时控制及实时数据处理。

计算机所加工的信息总是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温度、速度、压力等等，与此对应的电信号是模拟电信号。

计算机要处理这种信号，首先必须将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是“模——数转换（A/D）”。

由计算机运算处理的结果（数字量）往往也需要转换为模拟量，以便控制对象，这一过程即为“数模转换”（D/A）。

A/D、D/A转换技术发展极为迅速，目前常用的A/D或D/A芯片种类也非常多，本教程介绍的是比较经典的一些芯片的用法，目的在于帮助读教掌握这类芯片接口的一般方法，以及进一步理解数字系统和模拟系统的区别。

当然，这些芯片本身也有一定的实用价值。

一、DAC电路原理D/A转换是将数字量信号转换成模拟量信号的过程。

D/A转换的方法比较多，这里仅举一种权电阻D/A转换法的方法，说明D/A转换的过程。

权电阻D/A转换电路实质上是一只反相求和放大器，图22是4位二进制D/A转换的示意图。

电路由权电阻、位切换开关、反馈电阻和运算放大器组成。

图22 D/A转换的原理权电阻的阻值按8：4：2：1的比例配置，按照运放的“虚地”原理，当开关D3-D0合上时，流经各权电阻的电流分别是V R/8R、V R/4R、V R/2R和V R/R。

其中V R为基准电压。

而这些电流是否存在则取决于开关的闭合状态。

输出电压则是：VO=-（D3/R+D2/2R+D1/4R+D0/8R）×V R×R F基中D3-D0是输入二进制的相应位，其取值根据通断分别为0或1。

显然，当D3-D0在0000-1111范围内变化时，输出电压也随这发生变化，这样，数字量的变化就转化成了电压（模拟量）的变化了。

这里，由于仅有4位开关，所以这种变化是很粗糙的，从输出电压为0到输出电压为最高值仅有16档。

D/A转换器的原理与构成
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
拟的器件。

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。

D/A 转换器的转换原理
数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一
定的位权。

为了将数字量转换成模拟量，必须将每1 位的代码按其位权的大小
转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总
模拟量，从而实现了数字—模拟转换。

这就是组成D/A 转换器的基本指导思想。

D/A 转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及
基准电压几部分组成。

数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，
数字寄存器输出的各位数码，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权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。

构成和特点
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。

dac驱动电路设计一、引言DAC，即数模转换器，是数字电路与模拟电路之间的桥梁。

它将数字信号转换为模拟信号，广泛应用于音频、视频、通信、控制等领域。

而DAC驱动电路则是DAC正常工作的关键，它负责为DAC提供稳定的电源、时钟、数据和控制信号，确保DAC能够准确、快速地完成数模转换。

本文将详细阐述DAC驱动电路的设计要点、电路组成、工作原理以及实际应用中的注意事项。

二、DAC驱动电路设计要点1．电源设计：DAC驱动电路需要为DAC提供稳定的电源电压。

设计时需考虑电源噪声、纹波、电压稳定性等因素，以确保DAC工作稳定。

通常采用滤波电容、稳压电路等措施来优化电源性能。

2．时钟电路设计：DAC需要外部提供时钟信号，以控制数据转换的速率。

时钟电路的设计需考虑时钟频率、稳定性、抖动等因素。

一般采用晶体振荡器、PLL等器件生成高质量的时钟信号。

3．数据接口设计：DAC驱动电路需要将数字信号传输给DAC进行数据转换。

数据接口的设计需考虑数据传输速率、稳定性、抗干扰能力等因素。

通常采用差分信号、LVDS等高速接口技术。

4．控制信号设计：DAC驱动电路还需要为DAC提供控制信号，如片选信号、转换开始信号等。

控制信号的设计需考虑信号电平、时序等因素，以确保DAC能够正确响应控制指令。

三、DAC驱动电路组成1．电源模块：为DAC提供稳定的电源电压，包括正电源和负电源（如有需要）。

电源模块通常采用滤波电容、稳压电路等器件。

2．时钟模块：生成并提供稳定的时钟信号给DAC。

时钟模块可采用晶体振荡器、PLL等器件。

3．数据接口模块：将数字信号传输给DAC。

数据接口模块可采用差分信号、LVDS等高速接口技术，以提高数据传输的稳定性和抗干扰能力。

4．控制信号模块：生成并提供控制信号给DAC，以控制其工作状态。

控制信号模块需根据DAC的具体型号和要求进行设计。

四、DAC驱动电路工作原理DAC驱动电路的工作原理主要基于数字电路和模拟电路的基本原理。

ADC的分类比较及性能指标1 A/D转换器的分类与比较 (1)1.1 逐次比较式ADC (1)1.2 快闪式（Flash）ADC (2)1.3 折叠插值式（Folding&Interpolation）ADC (3)1.4 流水线式ADC (4)1.5 ∑-Δ型ADC (6)1.6 不同ADC结构性能比较 (6)2 ADC的性能指标 (7)2.1 静态特性指标 (7)2.2 动态特性指标 (11)1 A/D转换器的分类与比较A/D转换器（ADC）是模拟系统与数字系统接口的关键部件，长期以来一直被广泛应用于雷达、通信、电子对抗、声纳、卫星、导弹、测控系统、地震、医疗、仪器仪表、图像和音频等领域。

随着计算机和通信产业的迅猛发展，进一步推动了ADC在便携式设备上的应用并使其有了长足进步，ADC正逐步向高速、高精度和低功耗的方向发展。

通常，A/D转换器具有三个基本功能：采样、量化和编码。

如何实现这三个功能，决定了A/D转换器的电路结构和工作性能。

A/D转换器的分类很多，按采样频率可划分为奈奎斯特采样ADC和过采样ADC，奈奎斯特采样ADC又可划分为高速ADC、中速ADC和低速ADC；按性能划分为高速ADC和高精度ADC；按结构划分为串行ADC、并行ADC和串并行ADC。

在频率范围内还可以按电路结构细分为更多种类。

中低速ADC可分为积分型ADC、过采样Sigma-Delta型ADC、逐次逼近型ADC、Algonithmic ADC；高速ADC可以分为闪电式ADC、两步型ADC、流水线ADC、内插性ADC、折叠型ADC和时间交织型ADC。

下面主要介绍几种常用的、应用最广泛的ADC结构，它们是：逐次比较式（S A R）ADC、快闪式（F l a s h）ADC、折叠插入式（F o ld i n g&Interpolation）ADC、流水线式（Pipelined）ADC和∑-Δ型A/D转换器。

1.1 逐次比较式ADC图1 SAR ADC原理图图1是SAR ADC的原理框图。

76电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering数模转换器（Digital-to-Analog Converter ，简称DAC ），顾名思义，是集成电路领域中连接数字电路和模拟电路的桥梁，亦是数字电路系统与外部模拟信号世界间交换信息的主要渠道。

利用DAC ，可以将离散的数字信号转化为连续的模拟信号，其在现代5G 通信、高速雷达探测、医疗通信系统及物联网等信号处理过程中扮演着不可或缺的角色，重要性不言而喻。

目前，随着集成电路技术的飞速发展，各电子技术应用领域对DAC 的指标性能也提出了更加苛刻的要求，研究和设计低功耗、宽范围、高精度、高速率的数模转换器具有十分重要的实践意义。

传统的DAC 结构有权电阻结构、R-2R 结构、电荷分布结构等；一般地，电压型DAC 多用于低速转换器内，且电阻结构中电阻的数量会随着转换位数的增加而带来版图面积的消耗。

因此，在高速、高精度的应用需求下，设计一款性能优越的电流舵型DAC 将对通信领域起到推动型的作用。

1 电流舵DAC整体架构高分辨率的DAC 通常采用多变量、多段位、多模式的组合结构。

本文所设计的13-bits 电流舵DAC 采用改良后的电流模分段式控制方法，选择四个子模块互联构成，子模块间的电流满足权重关系，段内各支路电流源大小相等。

分配四段位的段内位数分别为5bit ，1bit ，3bit ，4bit ，最低位单位电流源在输出电阻上产生的调节电压为0.15mV ，满量程电压调节范围为0~1.2V 。

电路整体架构包含基准-偏置电路、电流源阵列、开关驱动电路、温度计译码电路等。

13-bits DAC 电路结构简图如图1所示。

2 电路设计2.1 低段位5-bits DAC本次DAC 设计中单位电流支路采用压控电流源方案，产生的两路偏置电压分别加在MOS 管栅极产生相应的设计电流。

dac 芯片DAC芯片（数字模拟转换器芯片）是一种用于将数字信号转换为模拟信号的集成电路。

它常常用于将数字音频信号转换为模拟音频信号，以便于音频设备进行处理和放大。

DAC芯片在数字音频设备中发挥着重要作用，如CD播放器、数字音频接口和音频处理器等。

一、 DAC芯片的工作原理DAC芯片利用非线性电阻网络的原理，将离散的数字信号转化为连续的模拟信号。

具体工作原理如下：1. 数字输入：DAC芯片接收到来自数字音频设备的数字输入信号，这个信号包含了音频样本的数值信息。

2. 数字到模拟转换：DAC芯片内部有一个数字到模拟转换器，它将数字信号转换成模拟信号。

这个转换过程是通过采样和保持电路、D/A转换电路、滤波电路等组件完成的。

3. 输出模拟信号：DAC芯片的输出是模拟音频信号，它可以通过音频接口输出给音频设备，如扬声器或耳机。

DAC芯片的工作过程是一个连续的过程，通过将数字信号转换为模拟信号，DAC芯片使音频设备能够处理和放大这个模拟信号。

二、 DAC芯片的特点1. 分辨率：DAC芯片的分辨率是指它能够将输入数字信号转换为多少个不同电压级别的模拟信号。

一般来说，分辨率越高，模拟信号的精度越高，音频的细节表现能力越强。

2. 采样率：DAC芯片的采样率是指它能够每秒处理多少个音频样本。

常见的采样率有44.1kHz、48kHz等，高采样率能够更好地保留原始音频信号的信息。

3. 动态范围：DAC芯片的动态范围是指它能够处理的最大和最小的信号水平之间的差异。

动态范围越大，DAC芯片能够提供更广泛的音频动态范围，音频的细节和动态表现能力更好。

三、 DAC芯片的应用1. CD播放器：CD播放器是DAC芯片最常见的应用之一，它将CD上的数字音频信号转换为模拟音频信号，然后通过放大电路输出到扬声器。

2. 数字音频接口：DAC芯片也被广泛应用于数字音频接口中，如USB音频接口、磁带转盘等。

它通过将计算机或其他数字设备输出的数字音频信号转换为模拟音频信号，提供给音频设备处理和放大。

什么是DAC_adc是什么意思adc: Analog-to-Digital Converter的缩写,意思是模/数转换器。

实现把模拟信号转变为数字量的设备称为模—数(A/D)转换器，简称ADC实现把把数字量转变为模拟量的设备称为数—模(D/A)转换器，DAC(Digital to Analog Convertor)简称DACDAC（D/A转换器）DAC可以把二进制码或BCD码表示的数字量转换为与其成正比的模拟量输出。

DAC核心部分是由R-2R电阻网络(也称倒T型电阻网络)、模拟开关和运算放大器所组成的。

通常输入数字量有8位、10位、12位或16位。

例如DAC0800系列包括DAC0800，0801，0802等产品，数字输入量为8位即8位分辨率，16线双列直插式封装。

DAC0830系列包括DAC0830，0831，0832等为20线双列直插封装、8位分辨率D/A。

D7～D0：数据量输入脚；UREF：基准电压接线脚，可为正(如+5 V)也可为负(如-5 V)；UCC：接主电源引脚；IOUT1和IOUT2：电流输出脚；ILE：数据锁存允许信号；CS?：输入寄存器选择信号，低电平有效；WR1：输入寄存器写选通信号；WR2：D/A寄存器写选通信号；XFER：数据传送信号线；Rfb：反馈信号输入线，芯片内已有反馈电阻；AGND：模拟信号地；DGND：数字地。

DAC转换器的主要技术参数(1)分辨率分辨率是说明D/A分辨最小输出电压能力的参数。

它可用输入数字量的位数来表示，如8位D/A的分辨力分别为8位；也可以用最小输出电压(最低有效位1即1LSB对应的输出电压)与最大输出电压(输入数字信号全部对应的输出电压)即满度值之比，如8位D/A的分辨力为1/255≈0.003 9(2)转换精度转换精度是输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。

误差是由参考电压偏离标准值、运算放大器的零漂、模拟开关的压降及电阻阻值的偏差等原因引起。

A/D转换器模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。

通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。

由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。

故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。

而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。

转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。

A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。

在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。

一般来说，AD比DA贵，尤其是高速的AD，因为在某些特殊场合，如导弹的摄像头部分要求有高速的转换能力。

一般那样AD要上千美元。

还有通过AD的并联可以提高AD的转换效率，多个AD同时处理数据，能满足处理器的数字信号需求了。

模数转换过程包括量化和编码。

量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。

编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。

最普通的码制是二进制，它有2n个量级（n为位数）,可依次逐个编号。

模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。

直接法是直接将电压转换成数字量。

它用数模网络输出的一套基准电压，从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡（见图）。

控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。

先使二进位制数的最高位Dn-1＝1，经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS，与输入电压Vin 相比较，若V in>VS,则保留这一位；若V in<V in，则Dn-1＝0。

然后使下一位Dn-2＝1,与上一次的结果一起经数模转换后与V in相比较,重复这一过程，直到使D0＝1，再与V in相比较,由V in>VS还是V in<V来决定是否保留这一位。

目录 目 录

摘要 前言…………………………………………………………… 2 第一章 数模转换器简介 §1.1 DAC基本原理 ……………………………………… 3 §1.2 几种不同结构DAC的比较………………………… 5 §1.3 研究这种新型结构的理由………………………… 6 第二章 具体实现原理 §2.1 基本结构…………………………………………… 8 §2.2 改进方法…………………………………………… 9 第三章 设计与仿真结果 §3.1 基本单元的设计与结果 ………………………… 12 §3.2 10位DAC的核心设计与结果 ………………… 17 第四章 设计讨论 §4.1 在实现高速过程中的问题 ……………………… 21 §4.2 非理想效应对转换精度的影响 ………………… 24 §4.3 对电容不匹配的改进 …………………………… 24 §4.4 不足与计划 ……………………………………… 26 结束语 ……………………………………………………… 27 参考文献 …………………………………………………… 28 致谢 ………………………………………………………… 29

开关电容型流水线数模转换器的设计 1 前言 前 言

我选择的论文主题是关于数模转换方面的，之所以选择这个方向是由于在数字和模拟领域的接口研究中，数模转换器DAC和模数转换器ADC的应用不仅局限于听觉通路的如麦克风和扩音器，视觉通路的如照相机和其他一些显示设备，而且在有线或无线通道数据传输中也有很重要的用途。典型的如数据信号依据某种机制被调制到载波上，和载波一起在有线或无线的通道中传输，接收器接收到信号再进行解调，可根据应用和可行性的不同在数字或模拟领域中解调，其应用之广泛可见一斑。

随着近年来对高速通信的需求和对英特网、移动终端应用的飞速增长,许多相应的技术，如DSL，GSM，EDGE，UMTS,WCDMA,GPRS等就需要大幅度的改进，线性度和低功耗是限制这些技术发展的的两个大障碍，其中的一个瓶颈问题就是数据转换,以DAC为例，到目前为止，对他有影响的因素还有很多,如噪声、失配、寄生、延迟等等，解决了这些问题也就大大推进了技术和应用领域的发展。 我所研究的新型结构是向传统的电流型DAC在高速数模转换领域中所占的垄断地位发起挑战，抖动是电流型结构在高频下的症结所在.而此结构却能在没有抖动，又无附加电路和特殊工艺的条件下实现高速度、高精度和低功耗,所以今天来研究他也就显得格外有意义。

dac工作原理
DAC（数字到模拟转换器）是一种电子设备，可以将数字信
号转换为模拟信号。

它是将离散的数字信号转化为连续的模拟信号，用于在数字系统和模拟系统之间建立桥梁。

DAC的工作原理是通过将输入的数字信号分解成多个离散的位，在每个位上确定模拟输出的电压或电流。

DAC通常由数
字电路和模拟电路两部分组成。

数字电路部分是负责接收输入的数字信号，并将其转化为二进制代码。

假设输入的数字信号为n位，那么数字电路将把该信号分解成n个离散的位，每个位表示一个二进制数（0或1）。

模拟电路部分则根据每个位上的二进制数，确定模拟输出的电压或电流。

对于典型的DAC来说，它会使用一个参考电压或
电流，并根据二进制数的不同进行加权运算，得出相应的输出信号。

具体来说，模拟电路部分会根据输入的二进制数和相应的权重计算出每个位所代表的电压或电流。

然后，这些电压或电流会被集成在一起，形成最终的模拟输出信号。

需要注意的是，DAC的精度和性能会受到许多因素的影响，
例如参考电压或电流的稳定性、数字电路中的噪声等。

因此，在设计和选择DAC时，需要考虑这些因素，以确保输出信号
的准确性和稳定性。

总结来说，DAC的工作原理是将输入的数字信号转化为二进制代码，并根据每个位上的二进制数和相应的权重计算出模拟输出的电压或电流。

这样，DAC为数字系统和模拟系统之间提供了一种有效的转换方式。