一种高速DA转换器的设计研究

摘要

作为数字电路与模拟电路的数据传送纽带，数模转换器(Digital to analogconverter，DAC)在微电子领域和通信领域都占有重要的地位。在视频显示方面，随着人们对显示质量的要求越来越高，高速高精度的DAC设计更符合视频显示需要。本文的目的就是设计一种8位高速高精度的电流舵型DAC。 首先，对DAC的国内外发展现状和背景进行了综述，对DAC的基本原理、性能参数和主要类型划分进行了详细的介绍。在此基础上分析了DAC的主要误差来源并对DAC的三种译码方式，即温度计码、二进制码和分段译码的优缺点进行了总结，通过分析和比较，本论文最终选择采用低四位二进制码、高四位温度计码的分段译码方式来设计高速高精度的电流舵型DAC。 然后，采用SMIC0.18μm CMOS工艺对8位高速高精度电流舵DAC的各模块进行了具体的设计。主要分为数字和模拟两个部分，模拟部分包括带隙基准电路、电压转电流电路、偏置电压产生电路、共源共栅电流源和低摆幅低交叉点电路;数字部分包括温度计码译码电路，锁存器、缓冲器、差分开关阵列。在分析各模块的功能和各种非理想因素影响的基础上，本文在设计时采用了多种减小非理想误差的结构，比如采用了共源共栅电流源结构而不是单一电流源;采用差分对的开关结构而不是单一开关;采用了锁存器和缓冲器来消除时钟延迟造成的不同步;将传统的开关结构优化成cascode式开关结构，来减小开关电压波动对输出端的影响。 最后，对整体电路进行仿真和版图设计，采用Cadence Spectre工具进行电路仿真，ADC的微分非线性(Differential Nonlinearity，DNL)小于0.2LSB，积分非线性(Integral Nonlinearity，INL)小于0.4LSB，无杂散动态范围(Spurious Free DynamicRange，SFDR)小于-60dB。仿真结果表明电路具有较好的静态性能和动态性能。版图设计部分主要采用Cadence Layout及Calibre工具进行版图设计。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2国内外发展现状

1．3课题研究的意义

1．4课题的设计要求

1．5论文的主要内容

第二章DAC的基础理论分析

2．1 DAC的基本原理

2．2 DAC的结构分类

2．2．1电压定标DAC

2．2．2电荷定标DAC

2．2．3电流定标DAC

2．3 DAC的性能参数

2．3．1静态参数

2．3．2动态性能参数

2．4本章小结

第三章高速度电流舵型的性能综合分析

3．1具体误差分析

3．1．1有限输出阻抗

3．1．2匹配误差

3．1．3电路噪声

3．1．4梯度误差与对称误差

3．1．5毛刺

3．2译码方式分析

3．2．1二进制码

3．2．2温度计译码

3．2．3分段译码

3．3电流源晶体管的布局方案

3．4总结

第四章高速电流舵DAC的设计

4．1 8bit高速度高精度电流舵型DAC的整体框架结构

4．2基准电路

4．2．1带隙基准电路原理

4．2．2带隙基准电路结构

4．2．3带隙基准电路整体仿真

4．3偏置电压产生电路

4．3．1基准电流电路

4．3．2偏置电路

4．3．3误差放大器

4．4高四位温度计码译码电路

4．5低交叉点锁存器电路

4．6低摆幅电压输出电路

4．7开关和电流源阵列电路

4．8本章小结

第五章整体电路仿真和版图设计

5．1整体电路仿真

5．2版图设计

5．2．1版图设计步骤

5．2．2版图设计中的物理效应

5．2．3电流源版图设计

5．2．4整体版图

5．3总结

第六章总结和展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

发表论文及科研情况

致谢