12位高速电流舵数模转换器的研究与设计

摘要

随着通信和多媒体技术的发展，对数模转换器（Digital-to-analog Converter, DAC）的转换速度和分辨率提出了越来越高的要求，高速高精度数模转换器迎来了越来越大的市场需求，静态和动态性能指标是数模转换器设计中需要考虑的主要问题。
　　 本次毕业设计提出的12位、1Gsample/s数模转换器采用电流舵结构，输出差分电流的摆幅为-20.48mA～+20.48mA，其中高6位采用温度计编码，低6位采用二进制编码。通过系统建模，分析了电流舵数模转换器的各种结构和影响性能的误差来源，为系统和电路设计提供了理论基础。在电路设计中采用双开关技术、差分开关信号交叉点调节电路等方法提高了数模转换器的动态性能，针对电流元间的失配，采用了动态元件匹配技术，获得了满意的结果。芯片采用TSMC公司的0.18μm CMOS混合信号工艺设计和仿真，芯片面积为3.0×2.4mm2，在不同温度和工艺误差模型下的仿真结果表明，数模转换器的静态性能指标（Integral Nonlinearity, INL）和微分非线性（Differential Nonlinearity，DNL）一般为±0.29和±0.51LSB，在最坏的工作条件分别恶化为±0.63和±1.26LSB，同时数模转换器的动态性能指标如无杂波动态范围（Spurious Free Dynamic Range，SFDR）在100MHz以下的低频时可以达到80dBc以上，在100MHz以上高频时也可以维持70dBc左右，初步实现了预期的性能指标。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 1 绪论

1.1 立题意义和发展现状

1.1.1 立题意义

1.1.2 发展现状

1.2 DAC转换方式和原理

1.2.1 电阻分压结构

1.2.2 电荷按比例缩放结构

1.2.3 电流舵结构

1.3 性能指标

1.3.1 静态性能指标

1.3.2 动态性能指标

1.4 论文结构

第二章 2 电流舵DAC的结构选择和建模优化

2.1 结构比较

2.1.1 二进制编码结构

2.1.2 温度计编码结构

2.1.3 混合编码结构

2.2 结构选择

2.3 误差来源分析

2.3.1 电流元失配

2.3.2 电流元输出电阻

2.3.3 寄生电容

2.3.4 时钟馈通和电荷注入

2.3.5 非对称开关过程

2.3.6 时钟抖动

2.3.7 开关信号非同步

2.3.8 电源和衬底噪声

2.4 校正技术

2.4.1 电流元校正技术

2.4.2 开关信号同步校正技术

第三章 3 系统设计和模块电路实现

3.1 系统设计

3.2 高速接口

3.2.1 LVDS接收器

3.2.2 LVDS驱动器

3.3 输入锁存和先进先出寄存器

3.3.1 输入锁存

3.3.2 先进先出寄存器

3.4 12位电流舵结构

3.4.1 温度计译码器

3.4.2 电流元电路结构

3.4.3 开关优化技术

3.4.4 差分时钟交叉点调节电路

3.5 基准电流源

3.5.1 基准电流源产生电路

3.5.2 带隙电压基准

3.6 锁相环电路

3.6.1 鉴相器，电荷泵与低通滤波器

3.6.2 环路设计

3.6.3 压控振荡器

第四章 4 仿真与性能优化

4.1 静态性能指标

4.2 动态性能指标

4.2.1 建立时间

4.2.2 过冲

4.2.3 无杂波动态范围

4.2.4 信号噪声失真比

4.2.5 交调失真

4.3 动态元件匹配

4.4 版图规划

第五章 5 总结与展望

参考文献

在研期间科研成果