全NMOS高速高精度数模转换器关键技术研究

摘要

数模转换器(DAC)是数字系统与模拟系统接口的关键部件，也是信号处理系统的重要组成部分，长期以来在通信、视频和音频等领域被广泛应用。不断发展的半导体制造技术和器件为设计采用全NMOS器件的DAC提供了条件。
　　 本文基于对各种DAC系统结构、工作原理与方式的研究、比较、分析，成功地设计出基于TSMC0.25μm工艺的全NMOS10位1GSample/S DAC的架构和模拟核心电路。该DAC采用分段式电流舵形式，包括数字部分(寄存器、译码电路、控制电路、时钟)和模拟部分(基准电压源、基准准电流源、电流源阵列、开关阵列)，并在此基础上，指定了各模块的功能和工作方式。研究分析了电流源的匹配和有限输出阻抗、开关的导通电阻、注入效应、互补开关同时关断对电流源阵列、开关阵列等重要模块性能的影响，设计出了基于TSMC0.25μm工艺、全NMOS器件的电流源和开关模块的电路结构，该电路结构具有高匹配性、高输出阻抗的电流源和低导通电阻、非重叠时钟信号控制的互补开关。通过数值计算和仿真，对器件参数和模块电路结构进行了优化，获得了满足性能指标的电流源和开关模块电路结构，确定了分段式编码采用2+8的结构，并基于此结构，得到了全NMOS10位lGSample/S DAC模拟核心电路结构，应用Cadence、Hspice软件对其进行了模拟仿真，仿真结果为：周期为lns、输出的满量程电流为29.975mA、DNL小于±0.5LSB、INL小于±1LSB，达到了设计指标，为全NMOS高速高精度数模转换器的进一步研究奠定了理论与技术基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1数模转换器的发展概况

1.2论文的主要工作和章节安排

第二章DAC的基本原理与转换方式

2.1 DAC的基本原理

2.2 DAC的主要性能参数

2.2.1静态性能参数

2.2.2动态性能参数

2.3 DAC的转换方式

2.3.1电压按比例缩放型DAC

2.3.2电荷按比例缩放型DAC

2.3.3电流按比例缩放型DAC

第三章全NMOS 10位1GSample/S DAC电路设计

3.1全NMOS 10位1GSample/S DAC的系统架构设计

3.1.1全NMOS 10位1GSample/S DAC的转换方式

3.1.2全NMOS 10位1GSample/S DAC权重方式的选取

3.1.3全NMOS 10位1GSample/S分段式电流舵型DAC的架构

3.2全NMOS 10位1GSample/S分段式电流舵型DAC电流源阵列设计

3.2.1电流源设计要求

3.2.2电流源的匹配设计

3.2.3电流源的电路结构

3.3全NMOS 10位1GSample/S分段式电流舵型DAC开关阵列设计

3.3.1开关设计要求

3.3.2开关的电路实现

第四章分段式电流舵型DAC模拟核心电路的仿真及优化

4.1分段式电流舵型DAC模拟核心电路的综合设计

4.2电流镜电路结构的设计

4.2.1电流镜电路结构的参数设计

4.2.2电流镜电路结构的仿真及优化

4.3 VGS摆幅减小和非重叠时钟信号电路结构的设计

4.3.1 VGS摆幅减小和非重叠时钟信号电路的参数设计

4.3.2 VGS摆幅减小和非重叠时钟信号电路的仿真及优化

4.4分段式电流舵型DAC模拟基本单元的仿真

4.5 8位温度计编码的仿真与优化

4.6分段式电流舵型DAC模拟核心电路的仿真

结论

致谢

参考文献