改善开关瞬态非理想行为的A-D转换电路的设计.docx

改善开关瞬态非理想行为的A/D转换电路的设计 朱叶【摘 要】随着计算机技术和数字信号处理技术的飞速发展，在自动控制，测量和通信等领域中越来越普遍的情况就是把系统中输入进去的模拟信号转化成数字信号再进行相关的处理。但是，有的时候又有相关的操作要求系统在输出的时候要把已经处理过的数字信号转换成对应的模拟信号。这样，在模拟信号与数字信号之间，或在模拟信号与数字信号之间，需要有一个接口电路A/D转换器或D/A转换器。在现今多媒体和通信技术的发展之中，得到大量应用的就是高精度A/D转换器。比如直接数字频率合成、高清晰度电视、无线通信系统信号发射等技术中都有高精度A/D转换器的应用实例。在转换的过程中要具有很好的动态性能指标这是高精度实用A/D转换所必须要求的，对电路设计的要求也偏高。由于要求增加转换精度和转换速率，误差也随之增大，这就给转换器的动态性能带来了巨大的影响。在这一系列的误差当中，影响最大的就是在开关的时候产生的瞬态非理想行为。本篇论文通过分析可能会影响到A/D转换器动态性能的此项误差和另外两项误差，根据分析提出了一种能够有效地改善开关瞬态非理想行为的新型电流源开关。在新型电流源开关电路的前提之下，我们提出了实用A/D转换电路的概念。【关键词】A/D转换器；瞬态非理想行为；电流源开关；bit 数模转换；CMOS；互补开关The Design of the A/D Converter Circuit for Improving the Transient non Ideal Behavior of the SwitchZHU Ye（Xian Railway Vocational and Technical Institute， Xian Shaanxi 710014， China）【Abstract】Along with the rapid development of computer technology and digital signal processing technology， the communication， measurement， automatic control and many other fields， to convert the input to the system of the analog signal to digital signal processing has been more and more prevalent. At the same time， and often require that the processing of digital signal is then converted to the corresponding analog signal， as the output of the system. Such， between analog signals and digital signals， or between analog signals and digital signals， need to have an interface circuit， d/a or a/d converter. The development of communication and multimedia technology high precision analog-to-digital converters to get a number of applications. Such as high definition television， direct digital frequency synthesis， wireless communication system signal emission and so on. High accuracy and practical analog-to-digital conversion requirement converter has good dynamic performance， also to the requirement of circuit design is on the high side. However， with the increase of conversion rate and conversion accuracy， dynamic performance is affected by the error more converter. One of the most important error is in the process of switch transient non-ideal behavior. In this paper， detailed analysis of the three kinds of error the effects on the dynamic performance da converter， and puts forward a new type of current source switch， effectively improve the switching transient non-ideal behavior. A new type of current source based on the proposed switching circuit， we put forward the concept of practical analog-to-digital conversion circuit.【Key words】A/D converter； Transient non-ideal behavior； Current source switch； Bit d/a conversion； CMOS； Complementary switch 0 引言在半导体技术的飞速发展的过程中，在音频信号的处理中已经广泛应用的一项技术就是A/D转换器。数模转换器作为一个接口，在模拟世界和数字世界中已经体现出其越来越不可替代的位置。时域上应用最多的就是A/D转换器，就像在处理音频信号和要求显示器的高分辨率上。这些都推动了高分辨率A/D转换器的发展。再发展中的数字调制技术，此领域也越来越多的应用了A/D转换器。A/D转换器已经成为了这些应用的发送机基带，这就不能使相邻信道的输出信号中产生谐波。要求直流的精度达到要求已经不能满足高速高精度A/D转换器的研究了，更重要的是要在研究中达到动态性能的要求。本论文主要探讨的是研究设计时钟频率、1十四位为100MHz的A/D转换器。为了高位电流源，十四位精度采用后台自校准技术的实现。在正常工作时给电流源就行测量使用的是高位电流源是浮置结构，所以就不用其他的来进行替换，这样一来就能使电路设计的复杂度降低了下来。想要是由制造工艺产生的电流源偏差得到修正和使电流源可以输出恒定的电流，这就要在后台进行矫正。折叠结构是输出级的输出方式，使用折叠结构可以使输出摆幅得到提高，也可以使得输出电流进入负载前通过交叉耦合开关的输出呈现出自归零的形式，这样就使得开关切换在输出波形上的影响减小很多。时钟负载结构是在数字输出部分采用数据无关时使用的方式。这样就能使得开关的数据是否变化，时钟始终输出的都是恒定的负载，进而是动态性能得到提高，使得时钟抖动的发生减小了。1 模数与数模A/D转换器就是能把模拟信号转换成数字信号的电路其简称为A/D转换器，D/A转换器则说的是能把数字信号转换成模拟信号的电路其简称为D/A转换器，这两种转换器是在计算机应用中使用的接口电路中必不可少的两种电路。进而出现的转换数模的概念就是连续变化的模拟量被时间和幅值上的离散数字量转化成。而转换模数的概念就是一个桥梁，是一个把DAC事模拟量和数字量和连续变化的模拟量转化为在时间和幅值上离散的数字量ADC的桥梁。在数字控制系统中占了很重要的地位的是数模转换器和模数转换器这两种转换器。抗干扰性更强的数字信号是经过数模转换器由各种模拟信号转换过来的。产生并且储存的控制数字信号都可以直接被数字计算机处理。而控制被控对象的实现主要是通过模数转换器的功能来使得控制数字信号转换成模拟信号。2 精度的转化数模转换器的所使用的接口电路的配置和数模转换器所使用的集成芯片的结构决定了数模转换器的转换精度。分辨率的大小指的就是数模转换器的精度，当然这是在不考虑其他数模转换器的误差的情况下来规定的，因此只有选择了有足够分辨率的数模转换器才能保证转换器的精度。数模转换器在使用的过程中，主要影响转换精度的几个原因有增益误差、微分非线性误差、失调误差和非线性误差的等几个因素。3 模数转换的概念模数转换也被称为数字模拟转换，它和数模转换恰恰相反，是把像象原的灰阶、电流和电压等的连续模拟量转换成离散数字量。就像是：在对图像机型扫描以后形成的象原列阵，经过一定的转换后用数字来表示每个象原的灰阶亮度，构成的数字图像就是经过模数转换所得到的。平时最常用的有两种转换方式，一种是电子式的模数转换方式，另一种就是机电式的模数转换方式。这两种方式经常被运用于遥感中对图像的传输，经过转换后以数字的形式来对图像进行处理和贮存。例如：图像的数字化等。对原始数字进行数字近似指的就是信号数字化，它的实现是通过一个模数转换器和一个时钟来运行的。表示原始信号的时候采用N-bit的数字信号代码来量化指的就是数字近似的过程，以bit位为单位的量化，可以精细到1/2N。模数转换器的变换速率和信号波形的采样速度是由时钟信号来决定的。不可能同时达到两种要求高达1GHZ的采样频率和24bit的转换精度。一般来说，装置运行速度的快慢是由数字的位数来决定的。4 总结把输入的所有的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号进行输出，这是模数转换器的主要功能。二进制权电阻网络模数转换器和T型电阻网络模数转换器是根据不同的基本工作原理来划分的两大类模数转换器。最合适运用于集成工艺的是T型电阻网络模数转换器，因为这种转换器仅仅要求两种阻值的电阻就可以了，也正是由于这个原因这种电路结构被普遍地运用于集成模数转换器。和模数转换器的功能恰恰相反，把输入的模拟信号转换成与其对应的二进制再进行输出，这是数模转换器的功能。由于数模转换器的功能特点和其种类有关，因此，以下介绍几种不同数模转换器的特点。第一种是并联比较型数模转换器，它的特点是转换速度很快，但是由于其本身的特点会用到很多的比较器和触发器，一旦提高了分辨率，相应的需要的元件的数量就要成倍成倍的增加。第二种是双积分型数模转换器，它的性能会比较稳定，转换的精度也比较高，有着较简单的电路结构，抗干扰的能力也是非常强的。但是这种转换器有较低的工作速度，这就不能应付要求转换速度快而且转换精度高的工作。第三种是逐次逼近型数模转换器，它的设计综合了以上两种的优点，排除了自身的一些缺点，其具有较快的转换速度，较低的误差和较高的分辨率，这些都让其得到了广泛普遍的应用。在这个数字技术飞速发展，计算机技术广泛普及的社会中，数字计算机技术广泛的被应用于现代控制、检测和通信等领域，这样就能大大的使得系统的性能指标得到提高。模数和数模转换器给模拟信号和数字信号之间搭建起了一座桥梁，使得计算机可以先把作为模拟量的一些实际对象通过数模转换器把模拟信号转换成数字信号进行输入，然后经过计算机的处理以后再通过模数转换器，将处理好的数字信号转换成模拟信号进行输出。【参考文献】1李瑜祥.新型集成数模模数转换器J.电子技术，1985，12（04）.2彭灿明，曾德胜，潘日明.模数及数模转换中的精度问题分析J.电脑知识与技术，2010，06（15）.3蒋建飞.集成D/A转换器的误差分析J.电子技术，1983（12）.4康华光.电子技术基础M.北京：高等教育出版社，1999.5廖长英.低频模拟电路M.成都：电子科技大学出版社，1995. -全文完-