高速电流舵DAC动态性能的提升研究

作     者：席望 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：庄奕琪;钟征宇

授予年度：2014年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：电流舵数模转换器 动态性能 模型 自校准 输出级 

摘      要：数模转换器(Digital-to-Analog Converter，简称DAC)作为数字电路和模拟电路之间的接口，是现代通信、信息技术的重要模块。特别是电流舵数模转换器作为一种既能保证高速率又能实现相当高分辨率的数模转换器被广泛采用。随着无线通讯、微电子技术的飞速发展，人们对数模转换器的速度以及动态性能的要求越来越高。然而，电流舵DAC中存在的非理想因素导致其动态性能在高速应用时大幅下降。因此，拥有高动态性能的高速电流舵DAC已成为研究热点，备受学术界和工业界的关注。 本文利用电路模型和芯片电路分别对电流舵DAC的动态性能提升技术进行研究。首先，介绍了电流舵DAC的基本理论。其次，利用SIMULINK仿真器对12位电流舵DAC进行行为级建模，加入电流源有限输出阻抗、电流源失配、开关时钟馈通三种非理想因素模型。然后，详细分析电流舵DAC的动态自校准技术，同时建立该模型并加入到上述DAC电路模型中，仿真验证动态性能的提升效果。最后，在TSMC0.13um标准CMOS工艺下的12位电流舵DAC芯片输出级电路中引入跟踪/衰减、四相开关、降幅开关、补偿电流四种新颖电路结构，并进行动态仿真，验证各结构对DAC动态性能的改善情况。 上述电流舵DAC模型仿真表明，输入频率20MHz、采样速率300MSps时，动态自校准(特别是多步长)提升效果明显，无杂散动态范围提高近6dB之多。所述电流舵DAC电路仿真表明，输入频率10MHz、采样速率100MSps时，跟踪/衰减、四相开关及补偿电流结构的无杂散动态范围提高4dB，而降幅开关结构提高近14dB，提升效果十分优异。