高速数模转换器的设计

摘要

随着SOC和混合信号集成电路的发展，对于芯片中数字部分与模拟部分接口电路的研究显得尤为重要。在数字和模拟领域的接口研究中，数模转换器和模数转换器的应用不仅仅局限于听觉通路――如麦克风和扩音器，视觉通路――如照相机和其他一些显示设备，而且在有线或无线通道数据传输中也有很重要的用途。典型的如数据信号依据某种机制被调制到载波上，和载波一起在有线或无线的通道中传输，接收器接收到信号再进行解调，可根据应用和可行性的不同在数字或模拟领域中解调，其应用之广泛可见一斑。

在高速数据转换电路中，速度、精度、功耗和芯片面积是四个关键的性能指标。它们之间并非独立的，而是存在相互联系、相互制约的辨证关系。任何设计都要根据具体的要求在这四个方面进行折衷。

本文主要介绍了10位，100兆采样速率的电流型数模转换器的设计和仿真。本文设计的数模转换器采用“6+2+2”的分割结构――高6位和中间2位采用相互独立的温度计译码，低2位采用二进制编码。通过锁存器产生同步的开关控制信号来控制核心转换电路的开关管，从而控制流经输出端负载电阻的电流总量，达到将输入的数字信号转换为输出模拟电压的目的。本文设计的数模转换器的特点是采用了分段编码的形式，使毛刺（glitch）误差减小，成功地将最大毛刺（glitch）抖动能量控制在0.436pVi s。另外，电流源采用共源共栅的结构提高了转换精度。

目录

第一章 引言..................................1
1.1 研究的背景、方向和意义.........................................1
1.2 主要工作.......................................................2
1.3 论文的组织结构.................................................2
第二章 数模转换器简介........................3
2.1 概述...........................................................3
2.2 DAC 工作原理...................................................3
2.3 DAC 中的基本概念...............................................3
2.4 DAC 中常用的编码形式...........................................5
2.5 DAC 的各种拓扑结构.............................................6
2.6 DAC 的电流型拓扑结构...........................................7
第三章10 位,100 兆转换速率数模转换器的设计....12
3.1 10 位，100 兆转换速率数模转换器的结构..........................12
3.2 “6+2+2”分割结构选择的原则...................................13
3.3 开关电路......................................................14
3.4 电流源阵列....................................................14
3.5 锁存器（Latch） ...............................................17
3.6 数字译码电路..................................................18
3.7 偏置电路......................................................20
3.8 时钟缓冲器....................................................25
3.9 输入寄存器....................................................26
第四章 DAC 的设计和仿真......................27
4.1 整体电路框架..................................................27
4.2 数字部分（译码电路和选通电路） ................................27
4.3 Latch 的仿真..................................................28
目录
4.4 整体仿真......................................................30
4.5 DAC 的仿真性能................................................40
第五章 DAC 设计的分析讨论....................41
5.1 与DAC 动态性能相关的因素......................................41
5.2 动态性能的改善方法............................................42
第六章 DAC 芯片的版图设计....................43
6.1 版图布局的考虑................................................43
6.2 版图的整体框架................................................45
6.3 具体的版图设计和优化方法......................................46
6.4 DAC 的整体版图................................................52
6.5 DAC 的后仿真..................................................52
结束语.......................................56
参考文献.....................................57
致谢.........................................59