一种带校准的16位1gsps电流舵da转换器设计

西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切法律责任。 本人签名：醢照日期：丝! ! 。( 西安电子科技大学 关于使用授权的声明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保 证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大 学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： E t 期：兰垡：皇，【 日期：趔互：! ： 一 摘要 摘要 现代信息产品的控制及信号处理系统多为数字电路，其核心为数字信号处理 器( D S P ) 、微控制器( M C U ) 及微处理器( M P U ) 等，实现方式为软件固化的 方式，但是实际生活中的信号为模拟信号，而电子产品之间的通信信号也为模拟 信号，所以研究数字与模拟转换器电路是非常有意义的。 本论文采用中芯国际0 1 8 9 m1 P 6 M 标准C M O S 工艺，实现了一种带校准的 1 6 位1 G S P S 电流舵数模转换器。采用6 5 5 的分段方式，高六位和中间五位采用 温度计编码，低五位采用二进制权重编码。电流源采用共源共栅结构以提高输出 阻抗，运用中心对称的版图布局，同时采用熔丝校准方案对电流源进行了校准， 有效的保证了单位电流源的匹配性，提高了芯片的精度。同时为了提高模拟开关 的性能，设计了低交叉点开关驱动电路。整个芯片采用双电源供电，数字电源 1 8 V ，模拟电源3 3 V ，采用差分输出结构，满量程输出电流为1 0 m A ，并通过外 接5 0 Q 的电阻转换成差分电压。 基于C a d e n c e 环境下的S p e c t r e 仿真器以及L a y o u t 工具，完成了电路的设计 仿真和版图布局。1 6 位1 G S P SD A 转换器的I N L 为0 9 4 L S B 、D N L 为0 7 5 L S B ， 其建立时间为1 4 n s ；当输入正弦信号3 4 M H z 时，1 G H z 采样时钟下的无杂波动 态范围( S F D R ) 为8 7 3 9 d B ；当输入正弦信号6 7 8 M H z 时，1 G H z 采样时钟下S F D R 为6 9 4 3 d B ；芯片的总体面积约为1 7 m m x l 4 m m 。 关键字：共源共栅电流舵C M O S高速高精度校准 一种带校准的1 6 位1 G S P S 电流舵D A 转换器设计 l ( i I l do fl6 - b i tlG S P Sc u r r e n t - s t e e r i n gD A C 丽t hc a l i b r a t i o n ，u s i n g6 - 5 - 5s e g m e n t a t i o n w i t ht h eh i g h s i xa n dt h em i d d l e f i v eb i t st h e r m o m e t e rc o d i n g ，w h i l et h el o w - f i v eb i t s a l eb i n a r ye n c o d e d T oi n c r e a s et h eo u t p u ti m p e d a n c e ，t h ec a s c o d es t r u c t u r ei su s e di n c u r r e n ts o u r c e I t sl a y o u ti sak i n do fc e n t r a ls y m m e t r ym a p 1 n h ec u r r e n ts o u r c em a t r i x i sc a l i b r a t e db yf u s ec a l i b r a t i o np r o g r a mt oe n s u r et h em a t c h i n go ft h ec u r r e n ts o u r c e I no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fa n a l o gs w i t c h e s ，w ed e s i g nt h el o wc r o s s p o i n t s w i t c hd r i v e rc i r c u i t 删sc h i pu s e sd u a lp o w e rs u p p l y 诵t l ld i g i t a lp o w e r1 8 Va n a l o g p o w e rs u p p l y3 3 V D i f f e r e n t i a lo u t p u ts t r u c t u r ei su s e d ，a n dt h ef u l l s c a l eo u t p u t c u r r e n ti s10 m A T h e5 0 Qr e s i s t o ra tt h ee x t e r n a lc o n v e r t st h ec u r r e n tt od i f f e r e n t i a l v o l t a g e B a s eo nt h eC a d e n c eS p e c t r es i m u l a t o re n v i r o n m e n ta n dV i r t u o s ol a y o u te d i t o r , d e s i g n i n ga n ds i m u l a t i n gt h ec i r c u i ta n dl a y o u t n l e 烈La n dD N Lo ft h i s 16 b i t s 1G S P SD Ac o n v e r t e ra l es e p a r a t e0 9 4 L S Ba n dO 7 5 L S B ，w h i l et h es e t i n gt i m ei s 1 4 n s ；w h e nt h ei n p u ts i g n a li sas i n u s o i d 、历t l l3 4 M H z , a n dt h es a m p l i n gc l o c k f r e q u e n c yi s 1G H z , t h eS F D Ri s8 7 3 9 d B ；w h e nt h ei n p u ts i n u s o i ds i g n a li s6 7 8 M H z w i t h1G H z s a m p l i n gc l o c kf r e q u e n c y , t h eS F D R b e c o m e s6 9 4 3 d B ；t h ec o r ec h i pa r e a i sa b o u t1 7 m m ×】4 m m K e y w o r d s ：H i g h ·- S p e e dH i g h ·- r e s o l u t i o n C a s c o d eC u r r e n tS o u r c eC a l i b r a t i o n 一种带校准的1 6 位1 G S P S 电流舵D A 转换器设计 1 1 2 3 3 4 2 2 1 静态特性参数【1 2 1 4 2 2 2 动态特性参数f l ，2 】7 2 3 影响D A 转换器性能参数的因素9 2 3 1 电流源失配9 2 3 2 有限输出阻抗1 0 2 3 3 模拟开关1 2 2 4D A 转换器的几种常见结构1 2 2 4 1 电压定标型D A C 1 3 2 4 2 电流定标型D A C 1 3 2 4 3 电荷定标型D A C 2 0 2 5 本章小结2 1 第三章1 6 位1 G S P S 电流舵D A 转换器设计2 3 3 1D A 转换器的系统结构2 3 3 2 数字部分电路设计2 4 3 2 1 温度计与二进制编码分段比例的确定2 4 3 2 2 温度计译码电路设计2 5 3 3 模拟部分电路设计与仿真。2 6 3 3 1 电流源开关驱动电路的设计与仿真2 6 3 3 2 电流源和电流源校准电路设计3 0 3 3 3 带隙基准电路的设计与仿真4 5 3 4 本章小结5 0 第四章整体电路仿真与版图布局5 1 4 1D A 转换器整体电路仿真5l 4 1 1D A 转换器实现功能仿真5 1 4 1 2D A 转换器斜坡电压仿真5 2 4 1 3D A 转换器建立时间仿真5 3 一种带校准的1 6 位1 G S P S 电流舵D A 转换器设计 4 1 4D A 转换器无杂波动态范围( S F D R ) 仿真5 4 4 2D A 转换器的版图布局5 5 4 3 本章小结。5 8 第五章总结与展望5 9 致 射6 1 参考文献6 3 研究成果6 7 附录A 参数C 与I N L 良率函数关系