一种12-bit高速数模转换器的设计与实现

摘要

数模转换器(Digital-to-Analog Converter,DAC)将数字信号转换成模拟信号,是连接数字世界与模拟世界的桥梁。在无线通信系统中,提高数据传输速率、增大信号带宽已成为目前发展的趋势,作为其重要组成部分,数模转换器也朝着高速、高精度的方向发展。
　　本文基于Global Foundry(GF)0.18μm,1P6M标准CMOS工艺设计了一款12位200MSPS分段电流舵型数模转换器。通过对比不同结构数模转换器各方面的优缺点,综合考虑性能、面积、电路复杂程度以及功耗等因素的折衷,选择采用分段模式为5+4+3的电流舵结构设计实现。同时,本文提出的数模转换器通过一系列二进制的子DAC将对匹配性要求最高的5位最高有效位进行校准,可以在提高精度的同时避免占用芯片正常工作的时钟周期以及引入过多的额外电路模块。本文详细分析并设计了数模转换器中的关键电路单元,如带隙基准电压源、电压-电流转换电路、电流源阵列、开关阵列、校准单元电路等。此外,本文还介绍了在版图设计中需要考虑的因素,包括采用分层对称开关结构以及H型电源线与数字信号线布局,这些方法均能在一定程度上保证并优化数模转换器的性能。
　　芯片模拟部分采用3.3V电源电压供电,数字部分采用1.8V电源电压供电,芯片核心面积小于1.44mm2。初步测试结果显示,本文提出的数模转换器微分非线性(DNL)小于±0.5LSB,积分非线性(INL)小于±0.7LSB,无杂散动态范围(SFDR)在输入信号为1MHz、采样率为200MHz的条件下为75dB。数模转换器的性能基本满足设计指标要求。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2数模转换器国内外发展现状

1.3论文的主要工作与组织结构

第二章 数模转换器的基本原理与常见结构

2.1理想数模转换器原理分析

2.2数模转换器的性能参数

2.3数模转换器的基本结构

第三章 高速高精度电流舵型数模转换器的设计与实现

3.1高速高精度电流舵型数模转换器的设计考虑

3.2高速高精度电流舵型数模转换器的实现

3.3高速高精度数模转换器的版图设计

3.4本章小结

第四章 高速高精度电流舵型数模转换器测试及结果

4.1测试PCB版的设计

4.2数模转换器静态特性的测试

4.3数模转换器动态特性的测试

4.4高速高精度数模转换器测试总结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2前景展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢