高速高精度CMOS D/A转换器的输入解码及电流开关驱动器研究

论文摘要

随着现代无线通信技术的不断发展,通信系统及集成化芯片对高速数据转换器芯片及IP核具有广泛的强烈需求。基于CMOS工艺的电流舵D/A转换器,作为速度最快的D/A转换器结构,并能有效利用硅片面积和控制功耗,成为高速D/A转换器IP核的必然选择结构。本文首先介绍了电流舵结构数模转换器的基本原理以及评价D/A转换器性能的各种参数,然后对影响电流舵结构D/A转换器性能的因素进行了分析。在此基础上,提出了输入解码电路的算法以及实现电路,并分别针对NMOS和PMOS电流源矩阵设计了电流源开关驱动器。其中,输入解码电路主要是受解码延迟的约束,因此降低延迟成为了主要目标,其次要尽量保证各位之间的延迟尽量相同。在采用最简化的算法之后,可以采用电流模逻辑或者传输门逻辑来减小延迟,或者采用流水线解码的方式将延迟要求降低。而电流源开关驱动器主要是调整信号的波形,使输入到电流源开关的信号能够满足不使两个开关同时关断的条件,另外,还要能够有同步信号、限制信号摆幅等作用,来尽量的减小输出波形中的毛刺,以提高动态性能。论文基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种10位1GHz分段电流舵结构D/A转换器,成功应用了本文提出的解码电路以及电流源开关驱动器。论文采用SPECTRE结合Verilog-A语言对10位1GS/s D/A转换器进行了系统仿真,其中积分非线性误差小于±0.18LSB,微分非线性误差小于±0.15LSB。在时钟采样频率为1GHz,输出频率为482MHz时的无杂波动态范围为85dB。整个D/A转换器的有效芯片面积为0.43×0.52mm2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 D/A转换器的应用
• 1.2 高速电流舵D/A转换器的设计现状
• 1.3 高速D/A转换其中解码电路和电流源开关驱动器国内外最新进展
• 1.4 论文实现目标
• 1.5 论文的结构
• 第二章 D/A转换器简介
• 2.1 数模转换器基本原理
• 2.2 数据转换器的性能参数
• 2.2.1 数据转换器的静态特性参数
• 2.2.2 数据转换器的动态特性参数
• 2.2.3 数据转换器的频域特性参数
• 2.3 D/A转换器的分类以及基本结构
• 2.3.1 电压定标型D/A转换器
• 2.3.2 电荷定标型D/A转换器
• 2.3.3 电流定标型D/A转换器
• 2.4 本章小结
• 第三章 电流舵结构D/A转换器简介
• 3.1 二进制权重D/A转换器
• 3.2 温度计码D/A转换器
• 3.3 分段电流舵D/A转换器
• 3.4 本章小结
• 第四章 电流舵结D/A转换器的输入解码电路和电流源开关驱动器研究
• 4.1 输入解码电路
• 4.2 电流源开关驱动器的设计研究
• 4.2.1 电流开关驱动器对高速电流舵D/A转换器动态性能的影响
• 4.2.2 驱动信号交叉点设计方法及电流开关驱动器电路设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 一种10 位1GHz CMOS电流舵D/A转换器
• 5.1 10 位1GHZ CMOS电流舵D/A转换器结构
• 5.2 各模块电路
• 5.3 电流舵D/A转换器的仿真结果
• 5.3.1 D/A转换器的斜波以及正弦波仿真
• 5.3.2 相关参数仿真计算
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果