无线通讯技术给现代生活带来了诸多便利,该技术中无线收发系统是核心模块,而数/模转换器(Digital-to-Analog Converter,DAC)是无线收发系统性能的瓶颈。目前主流的DAC是分段电流舵DAC,传统分段电流舵DAC中的主要译码类型为温度码和二进制码,受温度码控制的电流源开关实现的电路虽然具有很高的精度,但是译码电路的传输速度慢、功耗大、复杂度高,使得DAC的性能受到影响,二进制码控制的电流源开关实现的电路虽然在速度上有很大优势,但是其线性度较差。根据以上背景,本文重点研究了译码电路并设计了一种12位500MS/s分段电流舵DAC。针对传统温度计译码电路的缺点,通过对真值表的规律总结,提出了一种新的温度计译码电路,其面积、速度和功耗均优于传统结构。针对二进制码电流舵DAC的线性度差,以及温度码电流舵DAC译码电路复杂度高的缺点,引入了一种新型的译码方式-分裂译码,相比于二进制码、温度码控制的电流源开关电路,分裂码电路控制的电流源开关电路具有良好的线性度,又相对较简单,使得整个结构有了更好的调整与改善。为了克服传统分段电流舵的缺点,本文将新提出的译码方式加入到电流舵DAC的设计中,分段方式为3+5+4,即高3位用温度码译码,中间5位使用分裂译码,剩下低4位采用数字二进制码,充分发挥各自译码的优势。为了改善电路的非线性,电流源开关采用差分输出模式,相比于单端输出,能够抑制共模干扰;为了减少电流源输出节点的寄生电容,提高电路的动态性能,本文的电流源阵列版图采用了顺序布局方式。本文设计的分段电流舵DAC采用0.18μm CMOS工艺设计实现。在模拟电源电压为1.8V,数字电源电压为1.2V下,当采样速率为500MS/s时,仿真结果显示,DNL为0.30LSB,INL为0.26LSB,输入信号为6.35MHz时,DAC的有效位数(Effective Number of Bits,ENOB)为11.7bit,无杂散动态范围(Spurious-Free Dynamic Range,SFDR)为90.94dB,输入信号为239.74MHz时,ENOB为11.30bit,SFDR为77.46dB;流片测试结果显示,DNL为0.28LSB,INL为1.16LSB,输入信号为6.35MHz时,ENOB为9.70bit,SFDR为68.83dB,输入信号为239.74MHz时,ENOB为9.50bit,SFDR为62.06dB。整个DAC的功耗为17.20mW,品质因数(Figure of Merit,FOM)为119GHz/mW,非常适合在无线收发系统中应用。
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