超高频射频识别读写器中数模转换器研究与设计

摘要

针对便携式应用的单片集成超高频射频识别读写器，在最近几年引起广泛的关注。数模转换器是读写器芯片中最重要的电路模块之一，对整个读写器的性能有较大影响。在读写器应用中，频谱规范的限制需要数模转换器达到较好动态性能指标，例如高无杂散动态范围。另外，针对便携式设备对成本及电池寿命的要求，电路设计中对功耗与面积的优化也很有必要。
　　本论文专注于读写器芯片中数模转换器的研究与设计，完成了从系统分析和指标定义到电路设计与改进以及测试验证整个设计流程。本文主要工作如下:
　　1)分析读写器系统需求，确立数模转换器设计指标，通过比较不同结构的特点，选择电流舵结构作为最终实现方案;
　　2)分析电流舵数模转换器实际电路中的非理想因素，并根据应用特点，着重研究了电流源失配对数模转换器动态特性的影响;
　　3)采用动态器件匹配，降低了对电流源匹配精度的需求，改进传统随机温度计码，提出分段编码方式优化了数字电路的面积和延时;
　　4)综合考虑各个子模块的面积贡献，对整个数模转换器面积进行了优化。
　　基于分段随机温度计码，本文完成了10位电流舵数模转换器的设计，并在SMIC0.13μm CMOS工艺下流片验证。测试结果显示，数模转换器的微分非线性和积分非线性均小于0.6 LSB，在信号频率较低时，无杂散动态范围达到了80 dBc。单通道数模转换器面积仅为0.05 mm2，总功耗小于3 mW。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 本文工作

1．3 论文组织

第2章 DAC原理概述

2．1 理想DAC特性

2．2 DAC性能参数

2．2．1 静态特性

2．2．2 动态特性

2．2．3 量化噪声

2．3 DAC结构

2．3．1 电阻串分压DAC

2．3．2 开关电容DAC

2．3．3 Delta-Sigma DAC

2．3．4 电流舵DAC

2．4 系统需求分析

2．4．1 DAC对系统的影响

2．4．2 DAC性能参数计算

2．4．3 重构滤波器设计考虑

2．4．4 DAC设计指标及结构选择

第3章 电流舵DAC系统分析

3．1 电流舵DAC实现方式

3．2 电流舵DAC非理想因素

3．2．1 电流源有限输出阻抗

3．2．2 电流源失配

3．2．3 非理想开关响应

3．2．4 非理想因素总结

3．3 动态特性良率分析

3．4 失配消除技术

3．4．1 失配来源分析

3．4．2 本征匹配

3．4．3 校准方法

第4章 分段随机温度计码原理及实现

4．1 动态匹配原理

4．2 动态匹配位数的影响

4．2．1 静态特性

4．2．2 动态特性

4．3 随机温度计码

4．3．1 随机温度计码原理

4．3．2 随机温度计码电路实现

4．4 分段随机温度计码

第5章 电路实现与仿真

5．1 低压带隙电压基准设计

5．1．1 工作原理

5．1．2 基准电压误差分析

5．1．3 电路实现与仿真结果

5．2 DAC电路设计

5．2．1 电流偏置电路

5．2．2 电流源开关单元

5．2．3 锁存器

5．3 DAC面积优化

5．4 版图布局

5．5 仿真结果

第6章 测试

6．1 测试方案

6．2 测试结果

6．3 问题分析

第7章 总结

7．1 本文总结

7．2 未来工作

参考文献

致谢

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