随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动化领域中的广泛应用,利用数字系统处理信号变得更加普遍,数模转换器（Digital to Analog Converter,DAC）连接着自然界和数字系统,它扮演着不可或缺的角色。为了满足高速高精度DAC的要求,论文对...
详细信息
随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动化领域中的广泛应用,利用数字系统处理信号变得更加普遍,数模转换器（Digital to Analog Converter,DAC）连接着自然界和数字系统,它扮演着不可或缺的角色。为了满足高速高精度DAC的要求,论文对不同电路结构的DAC电路进行了比较分析,确定了采用电流舵的电路结构。对于输入的数字信号,DAC电路将与数字信号大小相对应的电流信号送到输出端,在相应的负载上产生电压,完成数字信号到模拟信号的转换。整个高速高精度DAC电路包括分段译码电路、开关驱动电路、低压带隙基准电压源、电压转电流电路、电流源偏置电路、开关电流源阵列、数字前台自校准等。由于译码方式影响电流舵型DAC的性能,经过分析,采用5+5+6的分段译码方式,其中高五位和中间五位采用温度计译码,低六位采用二进制译码,可以提高电流舵型DAC电路的性能,并对译码电路进行了优化,提高了电路的线性度。开关管的寄生效应和开关控制信号的非对称交叉点会导致DAC的输出端产生毛刺,为了抑制这个现象,设计了虚拟开关管和用于降低开关控制信号的摆幅和交叉点的开关驱动电路,改善了DAC的性能。高速高精度电流舵型DAC对电流源的精度和匹配度要求很高,为此设计了高稳定性、高输出摆幅的电流源偏置电路,可以提升电流复制精度;采用了共源共栅结构提高电流源的输出阻抗;还采用三维中心对称的电流源版图布局方法消除电流源的线性梯度误差;最后提出了一种数字前台自校准技术,可以补偿电流源的误差,提高了DAC的动态性能。本文设计的16位200 MS/s电流舵型DAC基于40 nm CMOS工艺,采用1.1V/1.8V双电源电压供电,版图面积约为1.16 mm2。后仿真结果表明,采样时钟频率是200 MHz时,DNL是0.23 LSB,INL是0.40 LSB,采用校准后的DAC在奈奎斯特频带内能获得80 d B以上的无杂散动态范围,满足设计要求。本文设计的高速高精度DAC具有一定的工程应用价值。它可以被广泛应用在通信领域,在光纤通信中,信号的发送端需要高性能的DAC;在军用领域,超高速DAC是雷达的重要器件;在专用领域,一些精密的医学仪器、测试仪表等都需要高速高精度的DAC。
暂无评论