0.18μm CMOS高速高精度电流舵DAC的研究与设计

【摘要】：数模转换器（DAC）是连接数字系统与模拟系统的重要接口器件，在数字计算机、航天、现代通信系统、信号处理等领域有着广泛的应用，且已成为制约整个电子系统品质与性能的瓶颈。 论文首先论述了3种常见的DAC结构，通过对各种结构优缺点的对比分析，确定本文所设计的10位DAC采用混合译码型电流舵结构，以此满足高速的要求。论文分析了不同译码方式及不同分段比与芯片面积和精度的关系，优化系统结构，选取“6+4”的分段模式，即高6位采用温度计译码，低4位采用二进制译码。建立DAC的高层次模型，详细分析电流源匹配误差及电流源有限输出阻抗等非理想因素对DAC性能的影响，并根据得出的结论指导和优化DAC相关模块的设计。同时深入讨论了时钟馈通效应以及电流源开关单元的设计要点。 在DAC系统设计中，带隙基准电压源采用电流模结构以工作于低电源电压，且具有较好的温度特性和较高的电源抑制比；共源共栅电流源偏置模块中加入阻抗提升电路，在实现宽摆幅的同时达到极高的输出阻抗；锁存器单元后加入限幅电路来减小毛刺，改善动态性能。论文最后给出了关键模块的版图设计和可用于带隙基准电压源测试的电路板。 本文设计的DAC是基于SMIC0.18μm CMOS工艺进行电路仿真和版图设计。DAC整体电路仿真结果表明：在1.8V电源电压，100MHz采样频率，50Ω负载电阻条件下，满量程输出电流约为8mA，微分非线性误差（DNL）为±0.1LSB，积分非线性误差（INL）为±0.4LSB，无动态杂散范围（SFDR）为52dB。