0.18μm CMOS 12位DAC电路的研究与设计

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高速高分辨率数模转换器(DAC)是软件无线电、图像处理接口和无线网络等系统的关键部件,是制约现代无线通信和雷达系统的关键瓶颈器件,具有非常重要的地位和作用。数模转换芯片的速度和分辨率是决定系统性能的核心技术指标,因此对高速高分辨率DAC的研究十分必要。   文中分析了不同结构的DAC特点,选用电流舵结构来满足系统高速率的要求。通过对限制DAC性能的电流源输出阻抗、译码方式、时钟馈通、系统误差和随机误差的分析,设计了一种12位250MHz分段电流舵DAC。该DAC采用6+3+3三段译码结构,增加了带限幅结构的锁存器,改善了动态特性,同时对电流源矩阵的选通顺序进行了优化处理。   文中主要完成了带隙基准电压源、电压转电流、共源共栅电流镜偏置模块、电流源矩阵、开关矩阵、输入寄存器、译码逻辑单元、锁存器等电路的设计。通过对各个模块的详细分析,采用了改进的电路模块,完成了系统电路的设计。   本次设计采用SMIC0.18μm工艺,实现了12位DAC的电路设计和版图设计,版图面积为1.4mm×1.2mm。仿真得出,1.8V电源下静态功耗为44.5mW,在250MHz采样速率下,输入频率为50MHz,SFDR大于65dB,有效位在10.6以上。为了验证所设计的12位DAC电路性能,采用与12位DAC电路相同的结构,设计并实现了4位DAC芯片,测试结果为:采样频率500MHz时,输入频率为25MHz,SFDR大于33dB,电路功耗为10.8mW:采样频率1.3GHz时,输入频率为32.5MHz,SFDR大于20dB,电路功耗为18mW.随着输入频率的提高,SFDR开始恶化。测试结果表明4位DAC可以在500MHz采样频率下正常工作,验证了12位DAC中模拟模块和数字译码逻辑的功能。
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