Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία μελετάται η δομή και τα χαρακτηριστικά ενός νέου μετατροπέα ψηφιακού σήματος σε αναλογικό (Digital to Analog Converter DAC). Η δομή του DAC βασίζεται στη γνωστή δομή του συμβατικού R2R Ladder και θα μπορούσε να θεωρηθεί σαν μία δισδιάστατη ανάπτυξη του Ladder. Αυτό σημαίνει ότι η νέα μορφή του DAC χρησιμοποιεί σαφώς περισσότερες αντιστάσεις από τον συμβατικό Ladder, όμως δίνεται η δυνατότητα της ρύθμισης του ρεύματος εξόδου του κάθε κλάδου. Αυτό έχει ως συνέπεια τη δραματική βελτίωση της γραμμικότητας του DAC. Επιπλέον στην Εργασία αυτή μελετήθηκαν με χρήση της θεωρίας των πιθανοτήτων τα χαρακτηριστικά του απλού Ladder και χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή συμπερασμάτων που αφορούν στη γραμμικότητα της νέας δομής Ladder. Τα θεωρητικά αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν με εξομοιώσεις. Τέλος, μία σχεδίαση σε φυσικό επίπεδο με την χρήση μόνο MOSFETS και CMOS τεχνολογίας (χωρίς την χρήση αντιστάσεων) σχεδιάσθηκε και εξομοιώθηκε στο Cadence ένας Ladder της νέας δομής. / This Diploma Thesis studies on a new Digital to Analog Converter (DAC) structure developed in the Applied Electronics Laboratory of the University of Patras. The new DAC structure is based on the simple R2R ladder combining several of them in a 2-dimentional grid. As result a high linearity DAC is derived after a simple calibration procedure. The Diploma Thesis presents results on probability of the simple R2R Ladder, employs these results so as to forecast the linearity of the 2-dimentional Ladder, whereas confirms theoretical results with simulations. Finally, a DAC based on the 2-dimentional topology has been designed and simulated using Cadence, in the framework of this Diploma Thesis.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός καινοτόμου μετατροπέα σήματος (D/A converter ή DAC) με τη δυνατότητα εξωτερικής ρύθμισης (offline calibration) για μετατροπή υψηλής ακρίβειας, η οποία εξασφαλίζει υψηλή γραμμικότητα ανεξαρτήτως της ανοχής των στοιχείων που τον απαρτίζουν. Μόλις ο μετατροπέας ρυθμιστεί κατάλληλα, λειτουργεί αντίστοιχα με ένα DAC, όπου όλα τα στοιχεία του έχουν υποστεί επεξεργασία με λέιζερ (laser trimmed DAC), αλλά χωρίς το υψηλό κόστος κατασκευής που συνεπάγεται η παραπάνω διαδικασία, με αποτέλεσμα να αποτελεί μία ιδανική οικονομική λύση για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια μετατροπής. / This diploma thesis presents the design and implementation of an innovative Digital to Analog Converter (DAC) with the capability of offline external calibration for accurate measurements, which guarantees high linearity regardless of the mismatch of its components. Once the converter has been configured, it can attain the same linearity performance as a laser trimmed DAC, but without the high manufacturing costs involved in the laser etching process, making it an ideal low-cost solution for high accuracy applications.