分段8位电压模式R-2R梯形DAC的研究

在本文中，我们研究了分段8位电压模式R-2R梯形数字模拟转换器（DAC）的性能。R-2R梯形DAC是一种结构简单且使用广泛的高精度数字模拟转换技术，尤其适合于MHz频率范围内的高精度应用。本文的主要内容包括对电阻梯形网络中电阻不匹配的建模、差分非线性（DNL）和积分非线性（INL）的计算表达式推导，以及通过分段方法改善DAC精度的研究。 我们通过分析梯形中电阻的不匹配来建立模型，并推导出与每个电阻相关的DNL和INL表达式。不匹配误差是R-2R DAC精度敏感的主要非理想因素，因此，准确地建模和计算这些不匹配对于设计高精度DAC至关重要。 接着，为了提高DAC的精度，文章提出了将R-2R梯形划分为二进制部分和单元部分的分段方法。与传统的二进制加权转换器相比，基于热敏电阻的转换器具有DNL误差低、单调性和静态线性度好的优点。因此，将R-2R梯形分为二进制和单元两部分可以有效提高转换器的整体性能。 在此基础上，本文比较了五种不同的分段方法，并最终选择3+5的分段结构，以实现最佳的DNL和INL性能。3+5的分段结构意味着数字输入的最高位（MSBs）被转换为单元编码，而其余位则被转换为二进制编码。 此外，为了实现后期校准，文章还推导出了与R-2R梯形输入阻抗相关的码依赖电流消耗表达式。基于这一模型，作者在标准的0.18微米CMOS工艺中实现了3+5分段结构的DAC，并通过后期仿真展示了DNL和INL分别被限制在0.30和0.32 LSB以内。 通过本文的研究，我们可以看出在设计高性能DAC时对电阻梯形中不匹配误差进行建模和分析的重要性。分段技术的引入显著改善了R-2R DAC的线性度和整体精度，特别是通过3+5分段结构的采用，有效地平衡了性能与成本之间的关系。本文的研究也为CMOS工艺下的DAC设计提供了有力的理论依据和实践经验，为后续的高精度模拟电路设计工作奠定了坚实的基础。