8位高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，特別是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和集成電路工藝的發(fā)展，為高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的發(fā)展提供了條件，同時(shí)也凸顯了其必要性與重要性。高速DAC作為模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)的接口，其性能制約著整個(gè)通信收發(fā)系統(tǒng)信號(hào)處理的速度。因此，高速DAC芯片的研究與設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值和意義。
　　本論文首先介紹了DAC系統(tǒng)的基本原理和性能指標(biāo)，并介紹了幾種常見(jiàn)DAC的電路結(jié)構(gòu);隨后分析了電流舵DAC中電流源陣列的隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差，由此得

2、到電流源尺寸的選擇依據(jù)以及如何減小系統(tǒng)失配的方法，并詳細(xì)推導(dǎo)了電流源的失配與電流源的輸出阻抗以及譯碼方式對(duì)整個(gè)電流舵DAC靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的影響。在對(duì)電流舵DAC各個(gè)電路模塊分析的基礎(chǔ)上完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)。最后詳細(xì)分析了高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片的版圖設(shè)計(jì)以及測(cè)試方案。
　　本文設(shè)計(jì)了一款基于TSMC65nm CMOS工藝的8位10GSps電流舵DAC。整個(gè)電路包含模擬和數(shù)字兩部分。模擬部分主要用于提供穩(wěn)定精確的電流源。其中，電壓帶

3、隙基準(zhǔn)源用于產(chǎn)生不隨溫度電壓工藝變化的穩(wěn)定電壓源，通過(guò)電壓轉(zhuǎn)電流電路得到穩(wěn)定的電流源，然后柵壓偏置電路將穩(wěn)定的電流源鏡像到共源共柵電流源陣列。為了減小隨機(jī)誤差的影響，電流源管采用較大的尺寸，同時(shí)在版圖設(shè)計(jì)中采用全局共心對(duì)稱(chēng)加局部開(kāi)關(guān)順序來(lái)減小系統(tǒng)誤差。在數(shù)字部分中，為了在譯碼器電路的復(fù)雜度和電路線(xiàn)性度進(jìn)行折中，采用4+4的分段溫度計(jì)譯碼。經(jīng)過(guò)譯碼的信號(hào)，需要加同步觸發(fā)器確保每條控制信號(hào)延時(shí)一致，并由開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)產(chǎn)生差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制電

4、流源開(kāi)關(guān)的通斷，在負(fù)載電阻上得到差分輸出電壓，從而完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的功能。對(duì)于NMOS管的電流源和開(kāi)關(guān)，通過(guò)采用高交叉點(diǎn)低擺幅的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在切換過(guò)程中也不會(huì)使得兩路開(kāi)關(guān)同時(shí)關(guān)斷，從而提高電路工作速度，同時(shí)可以減小開(kāi)關(guān)管源極電壓的抖動(dòng)，確保電流源的準(zhǔn)確。
　　本次電路設(shè)計(jì)的模擬部分和數(shù)字部分均采用1.2V電源電壓?jiǎn)为?dú)供電，電路總功耗為37.5mW，芯片大小為0.7mm×0.85mm。后仿真結(jié)果表明電路具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，其DN