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高精度数字采集控制平台的设计与实现

高精度数字采集控制平台的设计与实现

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作者：苏涛东南大学

学位级别：硕士

旋转加速度计重力梯度仪是目前最为可行的重力梯度测量方案之一。近年来随着器件性能的不断提升，采用数字式电路设计方案测量微弱重力梯度信号成为可能。与传统的纯模拟电路设计方案相比，这种方案在测量精度、稳定性和灵活性等方面具... 详细信息

旋转加速度计重力梯度仪是目前最为可行的重力梯度测量方案之一。近年来随着器件性能的不断提升，采用数字式电路设计方案测量微弱重力梯度信号成为可能。与传统的纯模拟电路设计方案相比，这种方案在测量精度、稳定性和灵活性等方面具有明显优势。从结构上看，数字式电路设计方案可分为模拟前端和数字平台两部分，本文重点介绍了后者。论文的主要研究工作和成果如下:\n 简要回顾了旋转加速度计重力梯度仪的测量原理和研究进展;\n 给出了数字式重力梯度测量的技术方案，对关键器件提出了具体需求，以数字信号处理器(DSP)为核心，完成了硬件电路的设计工作;\n 详细介绍了DSP与模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)等外围器件之间的接口及驱动方式，给出了主程序及其各个子模块的软件流程图;\n 对各个模块分别进行了测试，并对测试结果进行了分析。通过测试证明，各个功能模块能够满足系统设计要求。

关键词：旋转加速度计重力梯度仪数字采集控制平台数字信号处理器模数转换器数模转换器

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12位高速DAC关键电路的研究与设计

12位高速DAC关键电路的研究与设计

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作者：杨鑫波合肥工业大学

学位级别：硕士

数模转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）作为现代无线通信系统通道上的关键器件之一，其性能对系统的整体性能有着重要影响。近年来，无线通信技术的迅猛发展对DAC的性能要求也越来越高，尤其体现在宽带、高速等方面。本文针... 详细信息

数模转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）作为现代无线通信系统通道上的关键器件之一，其性能对系统的整体性能有着重要影响。近年来，无线通信技术的迅猛发展对DAC的性能要求也越来越高，尤其体现在宽带、高速等方面。本文针对这一需求基于SMIC0.13μm3.3V CMOS工艺设计了一款高速、高精度DAC，具有理论和现实意义。本文DAC采用当前主流的分段式电流舵结构。在详细分析了分段点对DAC面积、性能等方面的影响后，最终采用5+4+3分段式架构，高9位为5+4分段的单位电流源结构，低3位为二进制加权电流源结构，从而在性能和面积之间取得较好平衡。基于SMIC0.13μm3.3V CMOS工艺对DAC的关键电路，包括电流源阵列及其偏置电路、温度计译码电路、电流源开关驱动电路以及带隙基准电路等进行设计与仿真。采用PMOS共源共栅结构电流源获得高频时的高输出阻抗以达到DAC良好动态性能。另外，在设计中引入同步锁存器、降低开关管控制信号的电压幅度和交叉点来抑制开关控制信号不同步、时钟馈通和开关管同时关闭等非理想因素的影响。此外，本文还对低压电流舵DAC设计进行了一些探讨，得出低压设计的难点主要来源于电流源阵列的实现，其输出阻抗的降低会对SFDR性能造成较大影响的结论。本文采用Cadence spectre软件对设计的电路进行仿真，仿真结果表明：静态性能方面，DAC输出电压曲线平滑，毛刺较小，DNL≈±0.7LSB，INL≈±1.7LSB；动态性能方面，在最高采样频率fsample=400MHz下，输入信号频率fvin=41.796875MHz时，SFDR达到86.1dB，ENOB为11.93bit，输入信号频率fvin=159.765625MHz时，SFDR依然有72.5dB，ENOB为11.32bit。DAC的性能指标达到了设计要求。

关键词：数模转换器分段式电流舵温度计码电流源

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一种10位逐次逼近型ADC的研究与设计

一种10位逐次逼近型ADC的研究与设计

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作者：余立宁西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着数字电子技术的飞速发展,单片机(MCU)的应用已经渗透到我们生活的各个领域,从工业控制、航空航天、移动通讯到便携消费电子、办公自动化和汽车电子等几乎是无所不在。同时,SoC (System on Chip)技术的不断发展和成熟,设法将更多的... 详细信息

随着数字电子技术的飞速发展,单片机(MCU)的应用已经渗透到我们生活的各个领域,从工业控制、航空航天、移动通讯到便携消费电子、办公自动化和汽车电子等几乎是无所不在。同时,SoC (System on Chip)技术的不断发展和成熟,设法将更多的功能模块集成在一块芯片上也成为集成电路设计的必然趋势。然而自然界的信号都是以模拟信号的形式存在,于是,模数转换器(ADC)作为连接模拟系统与数字信号处理系统的“桥梁”就成为目前的一个研究热点。论文在对比分析各种ADC结构的基础上,基于无锡华润上华(CSMC)0.35um CMOS工艺,完成设计了一种嵌入于16位MCU,工作电压为5V、系统时钟为1MHz、采样速率为90KS/s的10位差分逐次逼近型ADC。该系统采用了一种新型R-C混合结构DAC,其通过一对比例电容实现了电阻梯的复用,有效减小了芯片面积。同时使用了一种与SAR ADC工作方式完全兼容并且不增加任何额外时序逻辑的失调消除技术,有效减小了差分比较器的失调电压。完成了SAR ADC系统的电路和物理版图设计,在Cadence环境下使用Spectre仿真工具对整个系统进行验证,经Matlab工具得出系统的动态性能参数,结果满足设计要求。

关键词：模数转换器数模转换器差分比较器

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12位超低功耗电流与电阻分压组合结构CMOS DAC的设计

12位超低功耗电流与电阻分压组合结构CMOS DAC的设计

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作者：马彪中国科学院深圳先进技术研究院

学位级别：硕士

移动终端对数模转换器（DAC）的功耗提出了苛刻的要求。CMOS工艺在动态功耗和成本方面有着得天独厚的优势，加之片上网络、片上系统的不断发展，CMOS工艺已成为实现该类低功耗DAC的不二选择。因此，研究超低功耗CMOS DAC具有重要意义。... 详细信息

移动终端对数模转换器（DAC）的功耗提出了苛刻的要求。CMOS工艺在动态功耗和成本方面有着得天独厚的优势，加之片上网络、片上系统的不断发展，CMOS工艺已成为实现该类低功耗DAC的不二选择。因此，研究超低功耗CMOS DAC具有重要意义。本文完成了一款12位超低功耗CMOS DAC的设计。通过对现有低功耗DAC的研究，提出了电流与电阻分压组合型DAC结构，有效的降低了DAC的功耗。该DAC的MSB段采用单位电流型DAC，LSB段采用电阻分压型DAC。该DAC集成了一个高精度低压带隙基准，利用本文提出的基于工作在亚阈值区的MOS实现高次曲率补偿，降低了低压带隙基准的温度系数。为了提高DAC的速率，用于DAC输出级的运算放大器采用了双向摆率增强技术。本文从理论、系统结构、电路、版图等多个方面分章节分析讨论以上各技术。最终采用1.8V2P6M CMOS工艺完成了流片。测试结果表明，12位DAC在20MSPS的转换速率下仅消耗1mA的电流；输出单音信号频率为1MHz时，SFDR>60dBFS；在1.2V电源电压下，在-40°C～120°C的温度范围内，本文所提出的高次曲率补偿低压带隙基准的温度系数降低至3.4ppm/℃，电源调整率达0.10%/V。

关键词：数模转换器低功耗电流型电阻分压型曲率补偿低压带隙基准摆率增强运算放大器

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复杂波形产生基带硬件设计

复杂波形产生基带硬件设计

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作者：黄进东南大学

学位级别：硕士

随着卫星导航应用的范围越来越广泛，建设北斗卫星导航系统及发展北斗卫星导航终端，对于提高我国的国际地位、促进经济社会的发展、保障国家安全等许多方面都具有重大特殊的影响。其中，设计一款高带宽与高分辨率的复杂波形产生器是提... 详细信息

随着卫星导航应用的范围越来越广泛，建设北斗卫星导航系统及发展北斗卫星导航终端，对于提高我国的国际地位、促进经济社会的发展、保障国家安全等许多方面都具有重大特殊的影响。其中，设计一款高带宽与高分辨率的复杂波形产生器是提高北斗卫星导航终端抗干扰性能及研发新一代导航终端的关键一步。论文研究了一种基于动态可重构波形产生技术的复杂波形产生基带硬件系统。论文完成的主要工作如下:\n 首先，给出了基于动态可重构波形产生技术的系统整体设计架构，分析了实现各个模块的多种方案，并从中选择了合适的方案。同时，介绍了应用最为广泛的复杂波形产生技术——直接数字合成(DDS)技术的原理及基本结构。\n 其次，分模块对复杂波形发生器基带硬件电路设计及FPGA逻辑设计进行了介绍。其中，电路设计包括PXI总线接口电路设计、FPGA电路设计、数模转换器(DAC)电路设计、DDR2 SDRAM电路设计;FPGA逻辑设计包括时钟产生模块、DDR2 SDRAM嵌入式控制器、数据缓存FIFO、上位机命令及数据接收模块、规则信号产生模块、DDR2及FIFO读写逻辑控制模块设计。\n 最后，完成了复杂波形产生基带硬件系统的测试以及测试结果的分析。主要包括FPGA配置模块测试、PXI总线模块测试、DAC模块测试、DDR2 SDRAM模块测试和产生复杂波形测试。测试表明基带硬件模块工作正常，产生的波形性能良好，达到设计要求。

关键词：可重构波形数模转换器电路设计直接数字合成卫星导航

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高精度流水线ADC的1.5Bit/级电路研究与设计

高精度流水线ADC的1.5Bit/级电路研究与设计

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作者：吴金荣厦门大学

学位级别：硕士

流水线型ADC因为高速高精度特点，被广泛应用于便携式通讯产品、高清视频图像产品等领域，成为国内外研究的热点。比较器和MDAC构成了流水线ADC单级模块，它们的性能好坏直接影响整个流水线ADC的速度、精度、功耗等性能。本论文的主要... 详细信息

流水线型ADC因为高速高精度特点，被广泛应用于便携式通讯产品、高清视频图像产品等领域，成为国内外研究的热点。比较器和MDAC构成了流水线ADC单级模块，它们的性能好坏直接影响整个流水线ADC的速度、精度、功耗等性能。本论文的主要工作是基于0.35 CMOS工艺，设计和兑现12bit50Msps3.3V流水线ADC的1.5bit/级电路。\n 首先基于流水线ADC的理论模型，分析误差及位数与速度、精度、功耗的关系，根据11级流水线ADC的架构，确定单级的性能指标，并细化比较器和MDAC的各自性能指标。设计上采用开关电容电路结构的预放大锁存器和电荷转移MDAC及其运放单元，并进行了版图设计和后仿真验证，MPW工程流片，电路达到设计指标要求，满足12bit50Msps流水线ADC的应用要求。\n 本文的创新点在于:(1)在比较器电路设计中，采用交叉耦合负载、级联架构和电容中和技术降低回馈噪声和输入等效失调电压，并对锁存器P/N对管比例进行理论分析和优化，以降低比较器延迟时间。仿真结果为:比较器延迟时间377ps，回馈噪声403uV(-25 luV～152uV)，失调电压均值6.06mV，标准差4.56mV;(2)在MDAC电路设计中，对运放信号的建立过程进行理论分析，并基于matlab的数学模型分析单位增益带宽对建立时间的影响，同时采用新型的套筒式运放，加速MDAC电路的建立过程，在此基础上对整个MDAC电路进行优化设计。仿真结果为:增益自举型运放直流增益106.6dB，单位增益带宽604.3MHz，相位裕度77.57°，建立时间6.97ns;零极点分布在左边，整个系统是稳定的。

关键词：数模转换器流水线比较器电路设计

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一种昼夜观瞄稳定转台装置

一种昼夜观瞄稳定转台装置

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作者：张伟范玲韩建军魏前岗靳文忠 454001 河南省焦作市工业路1号

本发明提供一种昼夜观瞄稳定转台装置，包括操纵台、陀螺稳定转台、控制箱，所述的控制箱方位向控制电路增加了自动搜索控制电路，所述的自动搜索控制电路由单片机、数模转换器、电位器、加法器的串联电路组成；所述的电位器是可变电位... 详细信息

标准号: CN110637514B

本发明提供一种昼夜观瞄稳定转台装置，包括操纵台、陀螺稳定转台、控制箱，所述的控制箱方位向控制电路增加了自动搜索控制电路，所述的自动搜索控制电路由单片机、数模转换器、电位器、加法器的串联电路组成；所述的电位器是可变电位器。所述的自动搜索控制电路还并联电压操纵控制电路和并联漂移控制电路，本发明实现了在舰艇动态情况下对方位向固定海域自动搜索或对方位向全范围自动搜索功能，充分满足了舰艇近区防卫昼夜观瞄需求，确保舰艇能够可靠执行护航任务充分满足了舰艇近区防卫作战需求，拓宽了舰艇观瞄视野，消除近区防卫死角，其自动搜索功能有效减轻了舰艇作战时的操作负荷，提高了舰艇近区作战和护航执勤能力。

关键词：近区自动搜索控制电路自动搜索功能控制电路防卫电位器控制箱漂移操纵控制电路可变电位器数模转换器并联电压串联电路可靠执行陀螺稳定转台装置自动搜索作战需求操纵台单片机加法器转台作战并联死角执勤海域视野

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高速高精度DAC设计研究

高速高精度DAC设计研究

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作者：付志博北方工业大学

学位级别：硕士

随着计算机领域、信号处理领域、集成电路领域等的迅速发展,通信系统的性能也随着越来越高。而数模转换器是通信系统中数字和模拟信号转换的重要部件。它的精度和速度直接影响了通信系统的精度和速度,其对计算机、信号处理等领域的发展... 详细信息

随着计算机领域、信号处理领域、集成电路领域等的迅速发展,通信系统的性能也随着越来越高。而数模转换器是通信系统中数字和模拟信号转换的重要部件。它的精度和速度直接影响了通信系统的精度和速度,其对计算机、信号处理等领域的发展有重要的影响。近几年,国内向数模转换器领域投入很大,本文基于此环境下完成下述数模转换器设计。本文设计了一款14bit200M高速高精度DAC,工作电源电压3.3V,满量程电流20mA,应用SMIC0.18um工艺。本文首先分析了DAC的基本结构：DAC的转换方式根据缩放方式进行分类,可分为：电荷按比例缩放、电压按比例缩放和电流按比例缩放,分析三种结构的优缺点,选择电流按比例缩放方式。本文选择分段式电流舵型结构,这种结构综合了较好线性度和较小面积的优点。本文分析比较了电流舵结构分段方式对芯片面积、电路设计的复杂程度、性能指标的优劣等各方面的影响,选择了5+4+5的分段方式,达到了温度计码和二进制码电流源的最优组合。论文还基于verilog-A语言完成了DAC的非理想模型,简单的分析了电流源的失配、有限输出阻抗和电路噪声等非理想因素对DAC性能的影响,指导DAC电路的设计。本文通过对DAC误差模型的分析,选择优化电路结构和电路尺寸的方法来减小各种非理想因素对DAC的影响。本文完成了一款高性能带隙基准源电路,为DAC提供一个稳定的电压源,确保单位电流源的输出电流产对工艺、温度不敏感。本设计基于SMIC的0.18umCMOS工艺,利用CADENCE, Verilog, Matlab等EDA软件进行仿真,完成电路前仿真。设计的DAC分辨率达到了14Bit,转换速度达到200MHz,SFDR可达到90dB@1MHz, INL/DNI在1.5LSB范围内。

关键词：数模转换器电流舵分段方式 verilog-A 带隙基准源

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高精度高速电流舵D/A转换器的数字校准技术及其高层次模型

高精度高速电流舵D/A转换器的数字校准技术及其高层次模型

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作者：任大志西安电子科技大学

学位级别：硕士

电流源阵列是电流舵D/A转换器的重要组成部分，但是由于随机误差和梯度误差的影响电流源阵列之间会存在匹配性问题，而电流源阵列匹配性问题对电流舵D/A转换器的静态特性和动态特性有严重的影响。采用优化晶体管阵列布局方案可以有效的... 详细信息

电流源阵列是电流舵D/A转换器的重要组成部分，但是由于随机误差和梯度误差的影响电流源阵列之间会存在匹配性问题，而电流源阵列匹配性问题对电流舵D/A转换器的静态特性和动态特性有严重的影响。采用优化晶体管阵列布局方案可以有效的解决匹配性方面的问题，但这种方法对于有效精度的改善作用有限。为了较好的提高电流舵D/A转换器的有效精度，电路中往往还采用电流源校准技术，来弥补版图和工艺技术方面的不足，从而提高电流舵D/A转换器的静态特性和动态特性。本文首先使用MATLAB软件对传统电流舵D/A转换器和基于数字校准技术的电流舵D/A转换器进行了验证。由于MATLAB模型与Spice仿真器不能很好兼容，因此在此基础上，基于Verilog-AMS硬件描述语言建立了数字校准电路的高层次非理想行为模型，并设计了晶体管级的校准电路Spice模型。在校准电路结构中，本论文对基于Verilog-AMS的行为模型和基于晶体管的Spice模型分别进行了仿真验证。仿真结果表明：校准开始时，最高有效位单位电流源的Verilog-AMS模型和Spice模型输出电流相同为299.658μA，基准电流源的Verilog-AMS模型输出电流为305.229μA，而Spice模型输出电流为305.474μA；校准结束后，最高有效位单位电流源的Verilog-AMS非理想模型输出电流为305.229μA，而Spice模型输出电流为305.474μA。仿真结果证明了论文所设计的模型对电流舵D/A转换器的电流源阵列校准是有效的。

关键词：数模转换器匹配性数字校准技术 Verilog-A的行为模型

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12位高速DAC系统级设计与建模

12位高速DAC系统级设计与建模

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作者：权磊合肥工业大学

学位级别：硕士

DAC是数字电路和模拟电路的重要接口部件。近年来，高清数字视频和无线通信等领域的发展，对DAC的速度与精度等性能提出了更高的要求。系统级设计旨在分析设计指标与电路参数之间的关系，并对DAC系统架构以及关键电路参数进行优化设计... 详细信息

DAC是数字电路和模拟电路的重要接口部件。近年来，高清数字视频和无线通信等领域的发展，对DAC的速度与精度等性能提出了更高的要求。系统级设计旨在分析设计指标与电路参数之间的关系，并对DAC系统架构以及关键电路参数进行优化设计，为后续的电路设计提供理论指导，以提高电路设计效率，缩短设计周期。它是高性能DAC设计必不可少的关键环节，具有理论和实际应用价值。本文首先在分析、比较几种DAC架构的基础上，结合高速高精度的设计要求，选择了分段电流舵DAC架构。为了确定分段比，本文对12位不同分段结构的电流舵DAC进行MATLAB建模，仿真与分析，在综合考虑其DNL、INL、THD与面积等关键因素的基础上，得出了“9+3”的分段结构；为进一步减小编码电路面积与设计复杂度，本文对9位温度计码的再分段进行了研究，最终确定了“5+4+3”的分段结构，并搭建了相应的SIMULINK理想模型。在此基础上，本文重点研究了电流源梯度误差，随机匹配误差与有限输出阻抗等非理性因素对DAC主要指标的影响，得出了相应的数学关系式，并对非理性因素进行了SIMULINK建模与仿真，验证了理论分析的正确性。此外，本文还针对每一种非理性因素给出了相应的补偿方法，指导后续电路设计。最后，本文基于SMIC0.13μm3.3V CMOS工艺，采用“5+4+3”架构，设计了一款12位400MSPS电流舵DAC的关键电路，包括电流源电路，开关驱动电路与同步电路的设计，并利用Cadence spectre软件对整体电路进行了仿真。仿真结果表明，DAC的DNL为0.216LSB，INL为0.251LSB，当输入数字正弦信号频率为49.609375MHz，采样率为400MSPS时，输出信号SFDR达83.5dB；此外，DAC建立时间为4.8ns，满足DAC设计指标的要求。

关键词：数模转换器电流舵系统级设计分段建模

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