电流驱动型数模转换器设计以及自适应线缆驱动器的实现

论文摘要

伴随着新型半导体技术和数字通信技术的发展,众多先进的电子产品在各行各业中层出不穷。例如,在无线通信领域,将移动电话和高清晰数字电视(HDTV)结合在一起的手机电视(Mobile TV),是在手机终端上安装微波数字电视接收模块,可以不通过移动通信网络的链路而直接获得数字电视信号,这是未来几年最具创新的技术。其他的诸如网络设备、汽车电子等领域,同样也出现了许多令人关注的新技术和新产品。由于人类感知外界的方式是模拟的,所以几乎所有电子系统最终得到的结果往往需要再转换回到模拟信号的形式,以便控制各种机电设备,或作为各种视频音响设备的输入,来满足人们视听的要求。所以可以说,数模转换器(DAC)在电子处理系统中起到了关键作用,影响到系统的可行性、可靠性及稳定性,并且直接影响到人们对整个系统评价。文章首先介绍了DAC的基本概念和分类,对每种DAC的优缺点进行了简要分析,并选取分段式(Segmented)电流驱动作为DAC设计的主体架构;然后,分析了电流驱动型DAC的随机误差、系统误差,给出Matlab仿真结果,并根据所得数据确定分段比和最小电流单元的面积;最后,讨论了电流驱动型DAC的电路图和版图设计,并给出仿真结果。同时在很多应用中,DAC重建后的模拟信号利用线缆来传输,一般来说需要专门的线缆驱动器(Line Driver)进行驱动。在本论文中,首先介绍了传输线的物理模型,然后阐述了普通的CMOS甲乙类输出级及其一些改进方法,最后在不增加额外电路和额外功耗的情况下实现了输出缓冲和线缆驱动,并且在没有损失信号电压电流的情况下实现自适应匹配。整个设计采用Charter 0.35μm,DAC可以实现10bit,100MHz采样频率,在3.3v电源条件下,100MHz采样频率时SNDR为61.1dB@4.9MHz。而线缆驱动器可以实现45～80Ω自适应阻抗,并其SFDR都小于50dB@5MHz。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 DAC发展概述
• 1.2 论文结构
• 第二章 DAC概述及各种拓扑结构
• 2.1 DAC功能定义
• 2.2 DAC性能指标
• 2.2.1 理想传输曲线
• 2.2.2 积分非线性
• 2.2.3 微分非线性
• 2.2.4 失调和增益误差
• 2.2.5 分辨率和精度
• 2.2.6 输出毛刺
• 2.2.7 建立时间
• 2.3.8 谐波失真
• 2.2.8 无杂散动态范围
• 2.3.9 信噪比
• 2.3.10 静态性能影响因素
• 2.2.11 本论文设计DAC指标
• 2.3 DAC常用结构
• 2.3.1 电阻分压型DAC
• 2.3.2 开关电容型DAC
• 2.3.3 电流驱动型DAC
• 2.3.4 其他拓扑结构
• 第三章 DAC的总体设计方案
• 3.1 单个MOS管匹配特性
• 3.2 二进制编码DAC随机误差
• 3.3 温度编码DAC随机误差
• 3.4 分段编码DAC随机误差
• 3.5 分段比的确定
• 第四章 DAC电路设计
• 4.1 电流源阵列和电流源单元总体设计
• 4.2 电流单元偏置
• 4.3 电流源及电流开关设计
• 4.4 时钟驱动和所存器设计
• 4.5 编码电路设计
• 4.6 电路总体仿真
• 第五章 DAC版图实现
• 5.1 版图总体布局
• 5.1.1 保护环的设置
• 5.1.2 版图设计的模块性与对称性
• 5.1.3 电流源中电源布线的分布
• 5.1.4 边缘效应
• 5.1.5 重要信号的特殊考虑
• 5.1.6 尽量减少金属布线通过晶体管的有源区。
• 5.2 电流单元布局
• 5.3 偏置电路的布局
• 5.4 锁存器和时钟驱动电路的版图实现
• 5.5 编码电路的版图实现
• 第六章 自适应阻抗匹配的线缆驱动器
• 6.1 引言
• 6.2 传输线缆物理模型
• 6.3 三级管甲乙类输出级
• 6.4 CMOS甲乙类输出级
• 6.5 具有误差放大的共源极结构
• 6.6 能实现阻抗匹配的CLASSAB结构
• 6.7 能实现自适应阻抗匹配的电路
• 6.7.1 ClassAB输出级
• 6.7.2 跨导放大器
• 6.7.3 线性可调电阻
• 6.7.4 反馈运放
• 6.8 仿真结果
• 第七章 总结及展望
• 参考文献
• 致谢