在同时包含数字部分和模拟部分的系统中,D/A转换器是数字信号转换模拟信号重要的接口电路,它被广泛应用在通信、音频、工业控制、医疗器械等领域,对生活、军事、国防等方面都有很大的贡献。在各种结构D/A转换器中,R-2R电阻梯形结构D/A转换器匹具有配性好、精度高、面积小、单调性好等优势,是D/A转换器设计采用的常用结构。基于TSMC 0.25μm BCD工艺,本文研究与设计了一款分辨率为16位的高精度D/A转换器。其电源电压±15V、外部基准电压±5V,被用于高压设备,且可以实现单极(0～5V)和双极(±10V)输出电压范围的变换,主要包括基准电流源偏置电路、高精度R-2R电阻开关阵列、高增益AB类输出运放及数字校准电路等模块。该16位D/A转换器采用分段电压模式R-2R电阻梯形网络+温度计码主体结构,对传统R-2R电阻开关阵列进行改进后,采用6+6+4的分段,降低开关匹配难度的同时,大大减小了芯片面积。使用电阻构成D/A转换器的数模转换电路,其无法达到16位的转换精度,因此本文完成了一种改进的数字校准技术设计,极大地提高了D/A转换器输出电压线性度。低温漂、高电源抑制性的基准电流源偏置电路,可以对整个系统模拟电路提供稳定、高精度的偏置;高增益、宽输出摆幅的输出运放,放大R-2R电阻开关阵列输出电压的同时,很好地提高了运放输出模拟量的线性度;为避免MOS开关导通电阻失配对R-2R电阻开关阵列输出电压的影响,设计了开关电压控制电路,可以更好地实现R-2R电阻开关阵列的高精度。对D/A转换器关键模块输出运放和电阻开关阵列的版图进行匹配设计,较好地提升了整个系统模拟输出的精度。基于所设计的D/A转换器,使用Cadence公司的virtuoso软件spectre仿真器对D/A转换器的性能指标进行整体仿真验证。在军温-55℃～+125℃范围内,仿真结果显示,该转换器的转换速率为24.5V/μs,建立时间为5.01μs,总功耗为82.6m W,芯片版图总面积为3.2×1.8mm~2,后仿真DNL和INL的范围分别为±0.8LSB、±1.2LSB。性能均优于同类高压应用芯片产品,可以非常好地实现数字信号到模拟信号的高精度转换。