12位80MHz电流舵数模转换器设计

摘要

数模转换器是数字世界和模拟世界的桥梁,是许多数字信号处理系统的关键模块。处理器的飞速发展极大的提高了数字信号处理的速度和精度,同时也给数模转换器的速度和精度提出了更高的要求。近年来便携式设备快速发展,数模转换器的功耗要求越来越苛刻。高速高精度低功耗数模转换器的研究已经成为集成电路设计的重要方向之一。
　　 本文设计了一个基于TSMC0.13μ m Mixed-Siganl SALICIDE1P8M(1.2V／2.5V)CMOS工艺的12位80MHz电流舵数模转换器。首先通过比较DAC的不同结构,对DAC的线性度和芯片面积进行折中,选择采用7+5分段式电流舵结构实现,然后分析和设计了带隙基准、电压电流转换器、电流源阵列、锁存器、温度计码译码电路和电流源驱动电路等内部关键单元。为了验证设计的DAC各个模块的功能,对DAC的各个模块进行了仿真验证,仿真结果表明设计的各个模块满足设计要求。
　　 最后介绍了DAC的版图设计,包括DAC的整体版图布局和电流源阵列的版图设计。电流源阵列版图设计是DAC版图设计的重点也是难点,本文详细介绍了采用的H型电源线布局和阶梯状电流源阵列布局。
　　 系统仿真结果表明,本文设计的数模转换器DNL和INL远远小于0.5LSB(不考虑电流源工艺失配的影响),建立时间为7.452ns。当输入信号频率为10MHz采样频率为80MHz时,DAC的信噪比为73.3407dB,无杂散动态范围为89.9658dB,有效位数为11.8768。DAC的整体仿真性能满足设计规范。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外的发展现状

1.3 论文的主要工作和组织结构

第二章 数模转换器简介

2.1 数模转换器的基本结构

2.1.1 电压定标型DAC

2.1.2 串联电荷重分配DAC

2.1.3 并联电荷缩放DAC

2.1.4 R-2R梯形DAC

2.1.5 二进制码电流舵型DAC

2.1.6 温度计码电流舵DAC

2.2 数模转换器的性能参数

2.2.1 DAC的静态性能参数

2.2.2 DAC的动态性能参数

2.3 小结

第三章 电流舵数模转换器设计

3.1 DAC系统设计

3.2 带隙基准源设计

3.2.1 带隙基准源的基本原理

3.2.2 带隙基准源的电路实现

3.2.3 带隙基准源的仿真结果

3.3 电压电流转换器设计

3.3.1 电压电流转换器基本原理

3.3.2 电压电流转换器具体实现

3.3.3 电压电流转换器中运算放大器设计

3.3.4 电压电流转换器的仿真结果

3.4 电流源设计

3.4.1 电流源面积的计算

3.4.2 电流源输出阻抗的计算

3.4.3 高输出阻抗电流源的设计

3.4.4 开关管的设计

3.4.5 电流源偏置电路的设计

3.5 电流源开关驱动电路设计

3.5.1 低交叉点设置电路设计

3.5.2 限幅电路设计

3.6 温度计码译码器设计

3.7 小结

第四章 DAC系统仿真

4.1 系统仿真平台设计

4.2 静态特性参数仿真

4.2.1 DNL和INL仿真

4.2.2 建立时间仿真

4.2.3 失调误差和增益误差仿真

4.2.4 DAC转换延迟仿真

4.2.5 DAC输出毛刺仿真

4.3 DAC动态特性参数仿真

4.4 小结

第五章 DAC版图设计

5.1 DAC版图总体布局

5.2 DAC电流源阵列版图设计

5.2.1 电源线布局

5.2.2 电流源阵列版图设计

5.3 小结

第六章 总结和展望

致谢

参考文献