12bit 100MHz电流型数模转换器的设计

摘要

随着计算机技术、信号处理技术、微电子技术的快速发展,先进的电子视频系统不断涌现,进而推动了数模转换器的不断发展。
　　 论文设计了一种面向视频处理领域应用的带有自校准结构的12bit100MHz电流型DAC。论文旨先阐述了DAC的各种常用结构以及主要技术,分析比较了各种结构的优缺点,确定选择带有数字后台校准的分段电流型DAC实现本文中的DAC。综合分析面积、非线性误差、电流源失配误差以及分辨率之间的关系,利用Matlab程序模拟仿真,确定采用高7位采用温度编码,低5位采用二进制编码的分段方式。接着根据DAC的设计性能指标,设计了译码电路、锁存器电路、开关电路、电流源电路以及校准电路等单元电路,并对各单元电路进行了仿真。本文的校准电路只针对高7位电流源进行校准,并且是采用电流比较器和数字逻辑辨别高位电流源的误差电流的结构,这种结构比一般校准中采用校准ADC识别误差电流的结构较为简单,相对而言,功耗和面积也都比较小。然后对DAC整体电路进行了仿真,尤其对采用校准电路前后的DAC的静态、动态性能做了分析比较,比较结果肯定了校准电路对于DAC性能的改善作用。最后介绍了数字模拟混合电路的版图设计方法,给出了DAC整体电路的版图并进行了后仿真。
　　 本文设计的数模转换器基于SMIC0.18μm CMOS工艺进行仿真和版图设计,版图面积为0.2mm2。经过仿真验证,本文设计的DAC在电源电压1.8V、转换速率为100MHz、负载50Ω的条件下,微分非线性误差(DNL)为±0.23LSB,积分非线性误差(INL)为±0.32LSB。输入信号频率为1.66MHz时,无杂散动态范围(SFDR)为72dB,功耗为8mW。该DAC的各项性能指标均能满足设计要求。