基于matlab的分段式电流舵dac建模与仿真毕业论文

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1、基于MATLAB的分段式电流舵DAC建模与仿真毕业论文目录目录I第一章绪论11.1课题的研究背景及意义11.2国内外研究现状及发展趋势21.3本文的内容及结构4第二章分段式电流舵DAC的基本原理52.1电流舵型D/A转换器结构52.2电流舵D/A转换器的非理想因素82.3电流舵D/A转换器的性能参数13第三章SIMULINK仿真分段式电流舵DAC223.1SIMULINK简介223.2用SIMULINK仿真分段式电流舵DAC理想模型233.3用SIMULINK仿真分段式电流舵DAC非理想模型39第四章结论53致谢54参考文献555

2、5553第一章绪论第一章绪论1.1课题的研究背景及意义现代通信技术、网络技术及电子技术的发展给人们的生活带来了日新月异的变化,使我们的生活和生产快步走进信息时代。当前信息产品的控制和信号处理系统多为数字电路,其核心为数字信号处理器(DSP)、微控制器(MCU)及微处理器(MPU)等CPU,实现方式为软件固化的方式,但是实际生活中的信号多为模拟信号,而电子设备之间的通信也为模拟信号,因此研究模拟信号和数字信号之间的转换具有重要意义。图1.1为当前典型的电子系统示意图。对于实际的电子系统,传感器提供和接收器接收的信号的幅度往往很小,噪

3、声很大,且容易受干扰,甚至无法分辨出有用信号。因此,在信号加工之前,需要对信号进行预处理,。在对信号进行预处理时,要根据实际情况对信号进行隔离,滤波,阻抗变换,放大等操作。当信号足够大时,再进行信号的运算、转换、比较等不同的加工。最后再对信号进行功率放大以驱动负载。然而在对信号进行运算、转换和比较时往往是先经过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后进行的,转换出的数字信号再由计算机或其他数字处理系统进行处理,经处理后,再经过D/A转换电路将信号转换成模拟信号以驱动负载。图1.1模拟电子系统的示意图对模拟信号进行处理的电路称为模拟电

4、路,对数字信号进行处理的电路称为数字电路,因此图1.1所示的系统为模拟-数字混合系统,其中A/D(Analog-to-Digital)和D/A(Digital-to-Analog)模块为模拟和数字电路的接口电路,其中分段式电流舵D/A(Digital-to-Analog)转换器的建模为本文的研究主题。现代的数字信号处理系统需要高速高分辨率的DAC模块。分段式电流舵结构是最佳选择之一,因为和功能相同的其他结构相比它表现出更好的性能[1]553第一章绪论。因为这种转换器复杂的混合信号特性,我们需要大量的模块来充分描述这一系统的运行。出

5、于这一原因,我们需要创造一个精确的能对系统性能有一个完整的展现的模型。在近来的论文中DAC的MATLAB/SIMULINK模型已经有讨论[2].在一些已经开发出来的的模型中行为模型和部分的性能也已有一些研究[3]。对于DAC的优化设计过程,对非理想的行为模型的研究和行为级的静态和动态性能的仿真都对系统级到电路级设计具有很好的指导意义。1.2国内外研究现状及发展趋势在过去几十年里,随着通信技术、多媒体技术和数字化设备的日新月异的发展,数字技术的广泛应用促使了数模转换器DAC的快速发展,推动DAC的设计和制造的长足发展,出许多新结构、

6、新工艺以及各种特殊用途的高速低功耗的DAC不断问世。首先是DAC的制造工艺技术的发展。它几乎涉及双极、CMOS,BiCMOS,SOI,Site,GaAs等所有半导体技术。其中双极、CMOS,BiCMOS这三种工艺是主流工艺技术。CMOSD/A转换器在面积,低压低功耗和高集成度方面占据优势,而BiCMOSD/A转换器具有较高的速度和优良的AC和DC性能。高速高位的D/A产品通常采用特殊工艺,近几年由于CMOS工艺和D/A设计技术的发展以及系统集成技术的需求,D/A转换器的CMOS化,IP化成为主流趋势。不过有时为了某些特殊的性能,也

7、选择BiCMOS或Bipolar工艺。当前在美国和欧洲的一些大学和实验室里有大量的工作人员从事于各种DAC结构的基础研发工作,其中很多工作颇具代表性。美国伊利诺斯大学的Alex.R.Bugej等人研制出14Bit,100MSPS的自修正(Self-Trimming)CMOSDAC,虽然其静态特性受到电流源中元件参数匹配的限制。但所采用的FloatingMSB电流源和跟踪/衰减输出级电路,在确保良好静态线性度的同时得到高的动态线性度,并提高了输出驱动电流。在这个设计中,采用的是电流定标DAC结构。对于电流定标的DAC,由于输出电流可

8、以直接驱动一个电阻负载,而不需要电压缓冲器,因此,这种定标方式DAC的高速线性度很好。这样,对工艺提出更高的要求。为获得更好的静态线性度,诸如修调、校准、动态单元匹配DEM(DynamicElementMatching)553第一章绪论等技术,都应

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1、基于MATLAB的分段式电流舵DAC建模与仿真毕业论文目录目录I第一章绪论11.1课题的研究背景及意义11.2国内外研究现状及发展趋势21.3本文的内容及结构4第二章分段式电流舵DAC的基本原理52.1电流舵型D/A转换器结构52.2电流舵D/A转换器的非理想因素82.3电流舵D/A转换器的性能参数13第三章SIMULINK仿真分段式电流舵DAC223.1SIMULINK简介223.2用SIMULINK仿真分段式电流舵DAC理想模型233.3用SIMULINK仿真分段式电流舵DAC非理想模型39第四章结论53致谢54参考文献555

2、5553第一章绪论第一章绪论1.1课题的研究背景及意义现代通信技术、网络技术及电子技术的发展给人们的生活带来了日新月异的变化,使我们的生活和生产快步走进信息时代。当前信息产品的控制和信号处理系统多为数字电路,其核心为数字信号处理器(DSP)、微控制器(MCU)及微处理器(MPU)等CPU,实现方式为软件固化的方式,但是实际生活中的信号多为模拟信号,而电子设备之间的通信也为模拟信号,因此研究模拟信号和数字信号之间的转换具有重要意义。图1.1为当前典型的电子系统示意图。对于实际的电子系统,传感器提供和接收器接收的信号的幅度往往很小,噪

3、声很大,且容易受干扰,甚至无法分辨出有用信号。因此,在信号加工之前,需要对信号进行预处理,。在对信号进行预处理时,要根据实际情况对信号进行隔离,滤波,阻抗变换,放大等操作。当信号足够大时,再进行信号的运算、转换、比较等不同的加工。最后再对信号进行功率放大以驱动负载。然而在对信号进行运算、转换和比较时往往是先经过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后进行的,转换出的数字信号再由计算机或其他数字处理系统进行处理,经处理后,再经过D/A转换电路将信号转换成模拟信号以驱动负载。图1.1模拟电子系统的示意图对模拟信号进行处理的电路称为模拟电

4、路,对数字信号进行处理的电路称为数字电路,因此图1.1所示的系统为模拟-数字混合系统,其中A/D(Analog-to-Digital)和D/A(Digital-to-Analog)模块为模拟和数字电路的接口电路,其中分段式电流舵D/A(Digital-to-Analog)转换器的建模为本文的研究主题。现代的数字信号处理系统需要高速高分辨率的DAC模块。分段式电流舵结构是最佳选择之一,因为和功能相同的其他结构相比它表现出更好的性能[1]553第一章绪论。因为这种转换器复杂的混合信号特性,我们需要大量的模块来充分描述这一系统的运行。出

5、于这一原因,我们需要创造一个精确的能对系统性能有一个完整的展现的模型。在近来的论文中DAC的MATLAB/SIMULINK模型已经有讨论[2].在一些已经开发出来的的模型中行为模型和部分的性能也已有一些研究[3]。对于DAC的优化设计过程,对非理想的行为模型的研究和行为级的静态和动态性能的仿真都对系统级到电路级设计具有很好的指导意义。1.2国内外研究现状及发展趋势在过去几十年里,随着通信技术、多媒体技术和数字化设备的日新月异的发展,数字技术的广泛应用促使了数模转换器DAC的快速发展,推动DAC的设计和制造的长足发展,出许多新结构、

6、新工艺以及各种特殊用途的高速低功耗的DAC不断问世。首先是DAC的制造工艺技术的发展。它几乎涉及双极、CMOS,BiCMOS,SOI,Site,GaAs等所有半导体技术。其中双极、CMOS,BiCMOS这三种工艺是主流工艺技术。CMOSD/A转换器在面积,低压低功耗和高集成度方面占据优势,而BiCMOSD/A转换器具有较高的速度和优良的AC和DC性能。高速高位的D/A产品通常采用特殊工艺,近几年由于CMOS工艺和D/A设计技术的发展以及系统集成技术的需求,D/A转换器的CMOS化,IP化成为主流趋势。不过有时为了某些特殊的性能,也

7、选择BiCMOS或Bipolar工艺。当前在美国和欧洲的一些大学和实验室里有大量的工作人员从事于各种DAC结构的基础研发工作,其中很多工作颇具代表性。美国伊利诺斯大学的Alex.R.Bugej等人研制出14Bit,100MSPS的自修正(Self-Trimming)CMOSDAC,虽然其静态特性受到电流源中元件参数匹配的限制。但所采用的FloatingMSB电流源和跟踪/衰减输出级电路,在确保良好静态线性度的同时得到高的动态线性度,并提高了输出驱动电流。在这个设计中,采用的是电流定标DAC结构。对于电流定标的DAC,由于输出电流可

8、以直接驱动一个电阻负载,而不需要电压缓冲器,因此,这种定标方式DAC的高速线性度很好。这样,对工艺提出更高的要求。为获得更好的静态线性度,诸如修调、校准、动态单元匹配DEM(DynamicElementMatching)553第一章绪论等技术,都应

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