全NMOS高速高精度数模转换器关键技术研究

论文摘要

数模转换器（DAC）是数字系统与模拟系统接口的关键部件,也是信号处理系统的重要组成部分,长期以来在通信、视频和音频等领域被广泛应用。不断发展的半导体制造技术和器件为设计采用全NMOS器件的DAC提供了条件。本论文基于对各种DAC系统结构、工作原理与方式的研究、比较、分析,成功地设计出基于TSMC 0.25μm工艺的全NMOS 10位1GSample/S DAC的架构和模拟核心电路。该DAC采用分段式电流舵形式,包括数字部分（寄存器、译码电路、控制电路、时钟）和模拟部分（基准电压源、基准准电流源、电流源阵列、开关阵列）,并在此基础上,指定了各模块的功能和工作方式。研究分析了电流源的匹配和有限输出阻抗、开关的导通电阻、注入效应、互补开关同时关断对电流源阵列、开关阵列等重要模块性能的影响,设计出了基于TSMC 0.25μm工艺、全NMOS器件的电流源和开关模块的电路结构,该电路结构具有高匹配性、高输出阻抗的电流源和低导通电阻、非重叠时钟信号控制的互补开关。通过数值计算和仿真,对器件参数和模块电路结构进行了优化,获得了满足性能指标的电流源和开关模块电路结构,确定了分段式编码采用2+8的结构,并基于此结构,得到了全NMOS 10位1GSample/S DAC模拟核心电路结构,应用Cadence、Hspice软件对其进行了模拟仿真,仿真结果为:周期为1ns、输出的满量程电流为29.975mA、DNL小于±0.5LSB、INL小于±1LSB,达到了设计指标,为全NMOS高速高精度数模转换器的进一步研究奠定了理论与技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 数模转换器的发展概况
• 1.2 论文的主要工作和章节安排
• 第二章 DAC 的基本原理与转换方式
• 2.1 DAC 的基本原理
• 2.2 DAC 的主要性能参数
• 2.2.1 静态性能参数
• 2.2.2 动态性能参数
• 2.3 DAC 的转换方式
• 2.3.1 电压按比例缩放型DAC
• 2.3.2 电荷按比例缩放型DAC
• 2.3.3 电流按比例缩放型DAC
• 第三章 全NMOS 10 位1GSample/S DAC 电路设计
• 3.1 全NMOS 10 位1GSample/S DAC 的系统架构设计
• 3.1.1 全NMOS 10 位1GSample/S DAC 的转换方式
• 3.1.2 全NMOS 10 位1GSample/S DAC 权重方式的选取
• 3.1.3 全NMOS 10 位1GSample/S 分段式电流舵型DAC 的架构
• 3.2 全NMOS 10 位1GSample/S 分段式电流舵型DAC 电流源阵列设计
• 3.2.1 电流源设计要求
• 3.2.2 电流源的匹配设计
• 3.2.3 电流源的电路结构
• 3.3 全NMOS 10 位1GSample/S 分段式电流舵型DAC 开关阵列设计
• 3.3.1 开关设计要求
• 3.3.2 开关的电路实现
• 第四章 分段式电流舵型DAC 模拟核心电路的仿真及优化
• 4.1 分段式电流舵型DAC 模拟核心电路的综合设计
• 4.2 电流镜电路结构的设计
• 4.2.1 电流镜电路结构的参数设计
• 4.2.2 电流镜电路结构的仿真及优化
• GS 摆幅减小和非重叠时钟信号电路结构的设计'>4.3 V_GS摆幅减小和非重叠时钟信号电路结构的设计
• GS 摆幅减小和非重叠时钟信号电路的参数设计'>4.3.1 V_GS摆幅减小和非重叠时钟信号电路的参数设计
• GS 摆幅减小和非重叠时钟信号电路的仿真及优化'>4.3.2 V_GS摆幅减小和非重叠时钟信号电路的仿真及优化
• 4.4 分段式电流舵型DAC 模拟基本单元的仿真
• 4.5 8 位温度计编码的仿真与优化
• 4.6 分段式电流舵型DAC 模拟核心电路的仿真
• 结论
• 致谢
• 参考文献