高速CMOS DAC的电流源匹配误差分析及补偿策略

摘要

数模转换器(Digital-to-Analog Converter，简称DAC)是现代数字和模拟电路中用途广泛的重要接口部件。计算机技术、信息处理技术、微电子技术的快速发展推动了数模转换技术的不断进步，而与此同时DAC成为了制约计算机、数字信号处理、通信等发展的主要因素，成为了提高信号处理速度和精度的关键，这些对DAC的精度和速度提出了更高的要求。
　　 论文利用积分非线性良率模型得出DAC分辨率与随机误差的关系，根据允许的随机误差来确定电流源的最小尺寸，实现电流源随机误差的补偿。另外，论文系统分析了几种常用的梯度误差补偿方案，提出了近似完全随机的开关次序——Q2-RW开关方案，它充分考虑了电流源开关的随机性和环境因素导致的匹配误差，对于任何误差分布，都能有效地降低其线性或非线性误差。
　　 基于对电流源匹配误差的分析和Q2-RW开关方案，在SMIC0.18μm1P6MCMOS工艺下，论文提出了一种12位1GSPS的分段电流舵型DAC，分段形式为5+3+4。仿真结果显示，DAC的积分非线性误差和微分非线性误差均在±0.5LSB以内；当输入信号频率为480MHz，采样频率为1GHz时，无杂波动态范围为76.2dB，有效位数为11.5。这些结果表明了该DAC具有很好的动态范围和精度，也证明了本文的匹配误差补偿策略的有效性。

目录

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声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.2.1 DAC的研究现状

1.2.2 DAC的发展趋势

1.3论文实现的目标

1.4论文结构

第二章DAC概述

2.1 DAC的原理

2.1.1 DAC功能定义

2.1.2 DAC功能实现

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的几种常用结构

2.3.1电压定标型DAC

2.3.2电流定标型DAC

2.3.3电荷定标型DAC

2.4本论文中DAC的结构选择

2.5 DAC的总体结构

2.6小结

第三章电流舵DAC的电流源匹配误差分析

3.1 DAC的误差产生机理

3.1.1电流源的匹配误差

3.1.2有限的电流源输出阻抗

3.1.3地线压降

3.1.4开关的影响

3.1.5时钟抖动

3.2电流源的匹配误差分析

3.2.1单个MOS管的匹配误差分析

3.2.2电流源匹配误差对非线性误差的影响

3.2.3电流源匹配误差对信号噪声失调比的影响

3.2.4电流源匹配误差对无杂波动态范围的影响

3.3小结

第四章电流源匹配误差的补偿策略

4.1电流源随机匹配误差的补偿方案

4.1.1积分非线性良率模型

4.1.2电流源随机匹配误差的补偿

4.2电流源梯度误差的补偿方案

4.2.1传统对称开关方案

4.2.2层次式对称开关方案

4.2.3二维二阶中心对称方案

4.2.4 Q2-RW开关序列方案

4.2.5本论文中所采用的方案

4.3小结

第五章12位DAC的测试

5.1 DAC的静态性能仿真

5.2 DAC的动态性能仿真

5.2.1 SFDR等参数的仿真

5.2.2建立时间的仿真

5.3功耗的仿真

5.4小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

附录

研究成果