【摘要】：數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)是連接數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的重要接口器件,隨著無線通信領(lǐng)域的快速發(fā)展,對DAC的轉(zhuǎn)化速率要求越來越高,高速DAC的性能制約著整個通信收發(fā)系統(tǒng)信號處理的速度。因此研究和設(shè)計高速高精度DAC芯片具有重要的實用價值和現(xiàn)實意義。本文基于110nmCMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝設(shè)計了一款電流舵的雙路12位高速數(shù)模轉(zhuǎn)器(DAC),主要完成了以下工作和創(chuàng)新:(1)研究了數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作原理,在分析各種結(jié)構(gòu)DAC電路性能優(yōu)缺點及設(shè)計指標的基礎(chǔ)上,確定了“6+6”分段電流舵結(jié)構(gòu)作為本次設(shè)計的DAC電路結(jié)構(gòu),其中,低六位數(shù)字輸入碼使用二進制譯碼,高六位使用溫度計譯碼。(2)DAC模擬模塊主要用于提供穩(wěn)定精確的電流源,主要包括帶隙基準電壓源、電壓跟隨器、電壓—電流轉(zhuǎn)換電路、電流源和電流源開關(guān)信號電路等電路。帶隙基準電壓源采用PTAT結(jié)構(gòu),并加入啟動電路防止整個電路工作在零點狀態(tài);電壓跟隨器采用二級運算放大器結(jié)構(gòu),并加入米勒補償電路避開工作極點和增加相位裕度;電壓—電流轉(zhuǎn)換電路是由二級運放外接一個負反饋形成閉環(huán)來實現(xiàn)電壓—電流轉(zhuǎn)換;電流源采用共源共柵結(jié)構(gòu)來提高輸出阻抗;電流源開關(guān)信號電路是將帶隙基準電壓源的輸出電壓通過電阻分壓的方式獲得所需的電壓,再經(jīng)過電壓跟隨器為電流源開關(guān)提供柵壓,保證開關(guān)工作時處于飽和狀態(tài)。(3)數(shù)字模塊主要用于控制電流源的開關(guān),主要包括通道選擇電路、緩沖器電路、分段譯碼電路、同步鎖存器和限幅低交叉電路等電路。通道選擇電路采用MOS管作為開關(guān),選擇是否為電流源提供偏置電壓;緩沖器電路利用由非門和傳輸門組成的主從觸發(fā)器來實現(xiàn)輸入數(shù)字信號的時序控制;分段譯碼電路實現(xiàn)高6位二進制輸入到溫度計譯碼,通過邏輯代數(shù)的變換來減少邏輯門種類的使用,實現(xiàn)相同邏輯門共用,使得高6位譯碼計算完成的延遲時間盡量相同,減少毛刺的產(chǎn)生;同步鎖存器是由兩個反相器組成的環(huán)路,輸入的數(shù)據(jù)在環(huán)路中進行鎖存;限幅低交叉電路將低電平拉伸到所需的電壓,保證差分電流源開關(guān)不能同時處于斷開狀態(tài),并且開關(guān)在閉合時工作于飽和區(qū)。(4)將本文設(shè)計的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在Spectre中進行仿真測試工作,并在版圖編輯器中完成電路版圖的繪制,利用Calibre和Assura軟件進行了設(shè)計規(guī)則檢查和一致性驗證。仿真結(jié)果表明該雙路12位分段式電流舵數(shù)模轉(zhuǎn)換器,在160MHz的時鐘頻率下,負載150Ω電阻,各個模塊正常工作下,DNL(微分非線性)為±0.75LSB,INL(積分非線性)為±1.1LSB,在信號頻率為10MHz時SFDR(無雜散動態(tài)范圍)達到-72dB,達到了設(shè)計要求,可以應(yīng)用到車載語音控制系統(tǒng)中。
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN792
【圖文】：

一般情況下數(shù)字輸入分為串行和并行信號，由于并行的輸入信號轉(zhuǎn)換速率較快，成為目前設(shè)計 DAC 的主流輸入方式。圖 2.1 描述了 DAC 在系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要應(yīng)用于無限通信系統(tǒng)中，DAC 的輸出經(jīng)過放大器之后輸入到下一級的模擬電路中。圖 2.1 DAC 在系統(tǒng)中的應(yīng)用圖 2.2 是并行輸入的 DAC 結(jié)構(gòu)圖，由基準電壓源、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和加權(quán)網(wǎng)絡(luò)等模塊組成�；鶞孰妷涸礊殡娐诽峁┮粋�參考電壓，也可以添加電壓—電流轉(zhuǎn)換電路，將參考電壓轉(zhuǎn)換成參考電流，N 位的二進制數(shù)字輸入經(jīng)過譯碼電路來控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，即控制整個加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的輸出值，放大器根據(jù)設(shè)計所需要的輸出來控制放大倍數(shù)。N 位的二進制數(shù)字信號輸入

是并行輸入的 DAC 結(jié)構(gòu)圖，由基準電壓源、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和加權(quán)網(wǎng)絡(luò)等為電路提供一個參考電壓，也可以添加電壓—電流轉(zhuǎn)換電路，將參，N 位的二進制數(shù)字輸入經(jīng)過譯碼電路來控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，即控制整放大器根據(jù)設(shè)計所需要的輸出來控制放大倍數(shù)。N 位的二進制數(shù)字號0b 被稱為最低有效位 LSB，N1b 被稱為最高有效位 MSB。

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