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随着先进辅助驾驶系统的成熟,车联网的发展得到了长足的进步。车联网的迅猛发展带来了车内部大量的数据传输和处理,而车载以太网以其时延短和高带宽的特点成为未来车联网内部的数据处理和传输的主干通信网络。高速数模转换器在车内通信网络的接口处起着关键的作用。因此,对于高性能的高速数模转换器(DAC)的研究具有重要的意义。 论文首先概述了DAC的基本原理。接着介绍了数模转换器的性能指标的定义,包括静态特型指标和动态特性指标。并且分析了4种传统的DAC的电路架构和各自特点,并明确了本文采用电流舵架构DAC。在确定了DAC使用电流舵架构的基础上,详细讨论了3种译码模式和定性分析了系统失配和随机失配对DAC性能的影响,并提出了对应的优化方案。 论文设计的电流舵DAC的分辨率为6位,采样率为1GS/s。该DAC采用了6位全温度计译码的模式,使用了3.3V和1.2V的电源电压,输出满摆幅电流为40mA。芯片外接25欧姆的负载电阻,转换成电压输出。在DAC的系统设计和各模块电路的设计中,包含了模拟电路(电流源阵列,基准带隙电压源,电流偏置产生电路和低压差线性稳压器)和数字电路(温度计译码电路,高交叉点输出锁存器和时钟驱动电路)。为了克服传统电流源的SFDR在高频时随输出阻抗迅速降低而降低的问题,本文使用了旁支小电流的共源共栅结构电流源来提高整体DAC电路的动态性能。在电流源阵列的版图设计时,采用了“W型”层次对称结构来提高电流源阵列的匹配。 本文设计的6位高速电流舵DAC完成了电路仿真和版图设计的工作。该DAC基于SMIC0.13um CMOS工艺下实现流片,其面积约为350um×360um。此后,搭建了由FPGA、PCB板和MDIO小板构成的测试平台。芯片测试结果表明:DAC的静态特性指标DNL和INL分别为0.03LSB和0.02LSB;在输入信号频率为30MHz,采样频率为1GHz时,DAC的SFDR达到了46.69dB。芯片的实测结果表明本文设计的6位高速DAC性能良好。