6位高速CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換器集成電路的研究和設(shè)計.pdf

1、ResearchandDesignof6BitHighSpeedCMOSDigitaltoAnalogConverterIntegratedCircuitAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeoforMasterofEngineeringBy‘昕JXiong—SupervisedbyLiWenyuanSchoolofInformationScienceandEn

2、gineeringSoutheastUniversityMarch2015摘要墑覃●11_，、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)作為數(shù)字系統(tǒng)到模擬系統(tǒng)的一個重要接口，越來越受到人們的重視。近年來通信技術(shù)尤其是無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，對DAC轉(zhuǎn)化速率的要求也越來越高。高速DAC的性能在某種程度上成為了高速通信系統(tǒng)性能的瓶頸之一。因此研究和設(shè)計高速DAC芯片具有重要的現(xiàn)實意義。論文首先介紹了DAC的工作原理和重要指標。接著分析了電阻型、電容型和電流舵三種

3、類型DAC的各自特點和實現(xiàn)方式。電流舵架構(gòu)由于其將電流源的電流直接輸出到負載不需要任何緩沖這一固有特性使得其在高速DAC中得到廣泛應(yīng)用?；诖耍疚脑敿毞治龊陀懻摿擞绊戨娏鞫鍰AC靜態(tài)特性和動態(tài)特性的關(guān)鍵因素。分析了電流源陣列的隨機失配項并定量給出了電流源尺寸的選取方案，介紹了減小系統(tǒng)失配的布局方案。推導了電流源阻抗與靜態(tài)特性和無雜散動態(tài)范圍(SFDR)的定量關(guān)系并分析了共源共柵電流源的輸出阻抗隨頻率的變化趨勢。所設(shè)計的6位高速DAC基

4、于65nmCMOS工藝，采用高四位溫度計譯碼和低兩位二進制加權(quán)的42電流舵結(jié)構(gòu)。整個電路包括模擬和數(shù)字兩大部分。模擬部分主要提供所需要的電流源。通過采用內(nèi)置的帶隙電壓基準源產(chǎn)生穩(wěn)定電壓，進而通過電壓轉(zhuǎn)電流電路和電流鏡來獲得穩(wěn)定的電流源。內(nèi)置的電流源較好地保證了精度和集成度。數(shù)字部分主要為譯碼器和為了保證各路信號同步性的譯碼前后的寄存器和鎖存器。對譯碼器的設(shè)計做了精細的考慮，通過優(yōu)化邏輯結(jié)構(gòu)以及門單元電路并在其中插入緩沖器來使得譯碼器能正

5、確處理高速信號并將各路信號之間的延時控制在一定范圍內(nèi)。為了在轉(zhuǎn)換過程中電流源陣列始終提供穩(wěn)定的電流，譯碼后的控制信號通過調(diào)制器產(chǎn)生一個高交叉點的差分控制信號來控制差分開關(guān)的斷開與閉合。這樣使得在切換過程中差分開關(guān)不存在同時關(guān)斷的現(xiàn)象。本設(shè)計完成了原理圖設(shè)計，版圖設(shè)計和后仿真。其總面積為0675mmX0485mm。芯片采用12V單電源供電，整個功耗小于20mW。后仿真結(jié)果表明具有良好的靜態(tài)和動態(tài)特性，其DNL，INL均小于005LSB。在