【摘要】：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字世界與模擬世界的橋梁,廣泛滲透到通信、傳感、多媒體等生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著筆記本電腦、智能手機(jī)等便攜式設(shè)備的普及,這些系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器芯片的面積、性能、功耗等技術(shù)指標(biāo)提出了更加嚴(yán)苛的要求。作者參與了成都華微電子科技有限公司一款12位高精度串行輸入雙通道DAC產(chǎn)品研發(fā),并基于此項(xiàng)目進(jìn)行了完整的設(shè)計(jì)流程闡述。該DAC工作在-55℃到125℃溫度范圍內(nèi),采用5V單電源供電,采樣率為62.5kHz,功耗為5mW,達(dá)到當(dāng)今國(guó)內(nèi)軍品低功耗DAC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主流水平。本文首先梳理衡量一個(gè)DAC性能好壞的主要指標(biāo),介紹對(duì)比當(dāng)今業(yè)界內(nèi)主流DAC結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與不足;在速度要求不高的應(yīng)用場(chǎng)景下,R-2R電阻結(jié)構(gòu)憑借低元件值分布、面積小等優(yōu)勢(shì),成為本設(shè)計(jì)采用的核心轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。然后介紹了本設(shè)計(jì)中各主要模塊的具體實(shí)現(xiàn),主要集中于模擬電路部分,包含帶隙基準(zhǔn)模塊、帶隙增益模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及輸出運(yùn)放模塊,并給出相應(yīng)的仿真方法和結(jié)果。接下來(lái)針對(duì)集成電路制造過(guò)程中由于工藝漂移等非理想因素可能導(dǎo)致的電路誤差,基于數(shù)字可編程模塊提出封裝后數(shù)字修調(diào)方案。該方案通過(guò)串行接口輸入信號(hào)對(duì)片內(nèi)EEPROM器件進(jìn)行編程操作,針對(duì)降低帶隙溫漂系數(shù)、消除帶隙的輸出誤差、降低轉(zhuǎn)換電路的非線性以及消除輸出運(yùn)放的失調(diào)和增益誤差五個(gè)方面進(jìn)行校準(zhǔn)。該修調(diào)方式替代國(guó)外同類型芯片采用的激光修調(diào)技術(shù)以及國(guó)內(nèi)采用的傳統(tǒng)熔絲修調(diào)結(jié)構(gòu),突破國(guó)外修調(diào)技術(shù)限制、降低產(chǎn)品成本的同時(shí)摒棄了國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)熔絲修調(diào)的高功耗、大面積缺點(diǎn),并且提升了產(chǎn)品修調(diào)的靈活性。最后簡(jiǎn)述了混合信號(hào)電路版圖設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案,著重講述本設(shè)計(jì)核心模塊DAC電阻陣列的設(shè)計(jì)思路。對(duì)比分析幾種主流封裝方式的優(yōu)劣,并給出了本設(shè)計(jì)流片后陶封樣品的最終封裝測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明,本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)12位分辨率,微分非線性(DNL)和積分非線性(INL)均控制在±1LSB以內(nèi),線性度良好,軍溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)小于15ppm/℃,建立精度符合預(yù)期要求,所采用的修調(diào)方式對(duì)于更高位數(shù)DAC電路設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。本產(chǎn)品具有CSOP-14陶封和塑封兩種封裝形式,可對(duì)國(guó)外相似產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)原位替代。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN792
【圖文】：

號(hào)也不負(fù)眾望地向人們展示著自己優(yōu)越的易處理、抗干擾等特點(diǎn)。為了將數(shù)字信化為我們能直觀接收的模擬信號(hào)，或是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行壓縮處理為數(shù)字信號(hào)，我須采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。它們廣泛應(yīng)用于通信、傳感、圖像處理、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，為我們生產(chǎn)生活中不可或缺的一部分。 本文的研究背景及意義數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器分為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Digital-Analog-Converter，DAC）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器nalog-Digital-Converter ，ADC）兩種，分別承擔(dān)著功能上相反的任務(wù)。當(dāng)代社會(huì)手機(jī)、筆記本電腦等便攜式設(shè)備的普及以及人們對(duì)于低成本的不斷追求，特別是來(lái)微處理器（MicrocontrollerUnit ，MCU）的迅猛發(fā)展，工程師們更加傾向于將分立的器件集成到一個(gè)完整的片上系統(tǒng)（System on Chip ，SOC）中，如圖 1.典型通信芯片結(jié)構(gòu)。作為模擬世界和數(shù)字世界溝通的橋梁，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能的好接關(guān)系到整個(gè)芯片系統(tǒng)的表現(xiàn)。

展同其他集成電路一樣，也經(jīng)歷了電子管時(shí)代、晶體管時(shí)代。各種新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的提出極大改善了 DAC 的性能。注的 DAC 的指標(biāo)也有所區(qū)別。例如在高清電視等音視頻應(yīng) 在線性度、建立時(shí)間、輸出毛刺等時(shí)域特性上的表現(xiàn)；而信號(hào)是否會(huì)對(duì)鄰近信道的信號(hào)產(chǎn)生干擾是十分關(guān)鍵的，這就 SFDR 和帶寬等做出較高的要求[1]。集成電路大國(guó)，一直以來(lái)其實(shí)是使用大國(guó)，而并非設(shè)計(jì)大國(guó)口金額高居進(jìn)口商品榜首，而相對(duì)應(yīng)的是國(guó)產(chǎn)芯片自給率不口以外，我國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)還時(shí)常遭遇國(guó)外“卡脖子”。以美家簽署《瓦森納協(xié)議》，禁止荷蘭ASML公司向中國(guó)出口先進(jìn)家的和平崛起；中興事件中我國(guó)堂堂通訊巨頭，卻不得不忍說(shuō)，還按照美國(guó)的要求更換了所有高層領(lǐng)導(dǎo)，這種賣家向顧荒唐可笑。當(dāng)然這些都從側(cè)面反映了我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)在面白無(wú)力。這對(duì)我國(guó)的生活、科研、國(guó)防等帶來(lái)的危害不可估

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本文編號(hào)：2742362