一种BCD码数/模转换器的设计

华猛 黄伟军 刘传洋 吴晨辉

摘 要： 提出一种8421BCD码输入的CMOS数/模转换器。数/模转换器输入采用8421BCD码并行数字码输入方式，输出采用模拟电压输出的方式，内部电阻网络根据8421BCD码特点进行特殊设计；锁存电路采用时钟控制，极大地抑制毛刺干扰。电路设计是基于0.35 μm CMOS工艺，经HSpice软件和Cadence软件仿真表明，电路工作在3.3 V电压下，8421BCD码数/模转换器的积分非线性误差（INL）最大为-0.48 LSB和微分非线性误差（DNL）最大为-0.39 LSB，优值（FOM）最大为3.96，电路功耗为0.97 mW。

关键词： 8421BCD码； 数/模转换器； CMOS； 内部电阻网络； 时钟控制； HSpice

中图分类号： TN366?34； TP432 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）16?0026?05

Abstract： A digital?to?analog converter of 8421BCD code input is proposed. For the digital?to?analog converter，the parallel digital code 8421BCD code is used as the input mode，analog voltage output is used as the output mode，and the internal resistance network is specially designed according to the characteristics of the 8421BCD code. Clock control is adopted for the latch circuit to greatly restrain glitch impulses. The circuit design is based on the 0.35 μm CMOS process. The results of the HSpice and Cadence software simulation show that the circuit works at 3.3 V voltage，the maximum integral non?linear （INL） error and differential non?linear （DNL） error of the 8421BCD digital?to?analog converter are –0.48 LSB and –0.39 LSB，the maximum figure of merit （FOM） is 3.96，and the power consumption of the circuit is 0.97 mW.

Keywords： 8421BCD code； digital?to?analog converter； CMOS； internal resistance network； clock control； HSpice

随着电子技术的飞速发展，数字信号的使用越来越广泛[1?2]。然而，自然界信号都是模拟信号，机器却只能识别和发出数字信号，所以数/模转换器在混合电路系统中起到关键作用，是连接数字信号与模拟信号的桥梁。当今电子时代有多种多样的数/模转换器[3]，根据内部结构可分为加权电阻网络DAC（Digital?to?Analog Converter）、R?2R倒T型电阻网络DAC[4?5]、双极性采样电容DAC[6?7]和单值电流型网络DAC等。比较经典的R?2R结构DAC，具有使用电阻种类少且数量少、结构简单、工作速度快等特点[8]。但是现有的这些数/模转换器结构都是采用二进制输入的方式，然而在人们已经习惯了十进制数的使用，二进制位权由低到高依次为1，2，4，8，16，32，64，128 ……，这不便开发者解读。8421BCD（Binary Coded Decimal）码是人与机器的一个纽带。8421BCD码是将每一位的十进制数都用4位二进制数表示，且这4位二进制的位权依次是8，4，2，1。BCD码已经广泛用于各个领域，在计算机领域的应用中，既可保存数值的精确度，又可减少电脑做浮点运算时所耗费的时间。