为实现集成电路产业自主可控,国内开始大力推动半导体行业的发展,掀起了国产替代的热潮。高精度数模转换器(Digital to Analog Converter,DAC)在医疗、仪器、军事、航空航天和其他领域有着重要的应用,因此设计一款高性能的DAC具有重大...
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为实现集成电路产业自主可控,国内开始大力推动半导体行业的发展,掀起了国产替代的热潮。高精度数模转换器(Digital to Analog Converter,DAC)在医疗、仪器、军事、航空航天和其他领域有着重要的应用,因此设计一款高性能的DAC具有重大意义。本文针对高精度电流舵DAC的设计难点进行研究分析,完成对DAC的设计。本文首先对影响电流舵DAC性能的关键非理想因素进行研究分析,借助模型来量化对DAC性能的影响。非理想因素分为静态失配误差和动态误差。静态失配误差包括工艺相关的随机误差和电流源管摆放位置相关的系统误差。为高效,精确评估电流源的匹配特性对DAC静态性能的影响,本文基于MATLAB设计了一种静态误差模型,根据电流源的失配程度给出相应的INL良率。动态误差包括有限输出阻抗、开关瞬态引入的误差、电路噪声等,这些误差让DAC产生谐波失真和噪声,严重限制了动态性能。在非理想因素分析的基础上,本文在电流舵DAC的电路设计中给出了相应的方案。本文提出了一种外部静态校准技术,减小电流源管面积的同时,对输出电流进行校准,保证了DAC的线性度;采用优化温度计码开关顺序的方法,补偿系统误差;分析不同分段结构对DAC性能的影响,选取合适的分段结构。此外还完成了开关驱动电路、电流基准产生电路、译码电路、校准电路的设计。最后对DAC进行版图设计和后仿真验证。本文采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一款14位电流舵DAC。DNL和INL的后仿真结果均小于±0.3 LSB。在100 MSPS的整个奈奎斯特带宽上实现>80 d Bc的SFDR。采用1.8 V和5 V的双电源供电,总功耗为110 m W。由后仿真结果可知,本文设计的DAC具有良好的静态性能和宽频动态性能。
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