10位電流舵型CMOS工藝的DAC.pdf

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital to Analog Converter，DAC)作為溝通數(shù)字世界和模擬世界的工具，是現(xiàn)代數(shù)字圖像處理接口的關(guān)鍵部件，也是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要模塊。當(dāng)今，通信領(lǐng)域的飛速發(fā)展對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的高速度和高精度提出了要求，同時(shí)DAC的速度和精度也就面臨更高的挑戰(zhàn)。近年來(lái)手持式便攜設(shè)備的迅速崛起，DAC的功耗要求越來(lái)越苛刻。數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的高速高精度低功耗研究已然成為了模擬集成電路設(shè)計(jì)的主要方向之一。
　　 文中首先

2、介紹了不同方式實(shí)現(xiàn)的DAC，通過(guò)這些結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的比較，選定了電流舵結(jié)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足高速要求。接著通過(guò)分析限制DAC性能的線(xiàn)性度、輸出毛刺、隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，設(shè)計(jì)了一種10位電流舵型DAC。該DAC針對(duì)譯碼方式和芯片面積進(jìn)行折中，采用了5＋5分段譯碼結(jié)構(gòu)。DAC還增加了限幅作用的鎖存器，改善了動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)加入輸出級(jí)電路，實(shí)現(xiàn)了nA級(jí)電流輸出。本文主要完成了帶隙基準(zhǔn)電壓源、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、帶反饋級(jí)的電流鏡偏置電路、共源共柵電流源矩陣、輸入寄

3、存器、譯碼單元、鎖存器、開(kāi)關(guān)陣列和輸出級(jí)等模塊的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)具體模塊的改進(jìn)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的性能要求。
　　 本設(shè)計(jì)基于Chartered 0.35μm CMOS工藝，實(shí)現(xiàn)了10位分段電流舵DAC的芯片設(shè)計(jì)，芯片面積為1.2mm×1.4mm。仿真結(jié)果表明，DAC的積分非線(xiàn)性(Integral Nonlinearity，INL)小于0.2LSB，在25MHz時(shí)鐘速率下，輸入信號(hào)為2.5MHz時(shí)，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(Spurious

4、Free Dynamic Range，SFDR)大于65dB，工作在3.3V下靜態(tài)功耗為20mW。同時(shí)，芯片的測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)輸入鋸齒波和正弦波的數(shù)字信號(hào)時(shí)，輸出端可以得到波形對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)。
　　 從仿真及測(cè)試結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的DAC芯片基本達(dá)到了性能要求，輸入端加入數(shù)字信號(hào)后在輸出端可以得到對(duì)應(yīng)的模擬波形。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，此芯片最高可以工作在時(shí)鐘采樣頻率100MHz下，同時(shí)滿(mǎn)足nA級(jí)低電流輸出的系統(tǒng)需求，驗(yàn)證了高速低電流輸出DA