基于动态误差校正的16位200MSPS电流舵DAC设计

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世界工业的发展对具有高动态性能的高速、高精度DAC需求愈加旺盛。虽然国内半导体起步平台较低,技术积累较少,但是,随着科研人员不懈的攻坚克难,国内涌现了一大批优秀的高速、高精度DAC设计。顺应时代和需求之洪流,本文基于40nm CMOS工艺设计了一款16位200MSPS的电流舵DAC。本文首先对DAC的基本概念、基本架构做出了较为详细的解释,分别介绍并对比了不同架构DAC的优缺点和其具体应用环境。根据本文设计的指标和当前主流高速、高精度DAC的架构选择分段式电流舵作为本文DAC设计的基本架构。然后,本文对影响电流舵DAC动、静态性能的非理想因素进行了深入的研究并找出相对应的校正方案。在研究过程中,结合参考文献对部分非理想因素给予了充分的公式推导证明,对其校正算法的研究为本次校正算法的选择提供了较为充实的理论指导。在研究前述校正算法的同时提出了一种新的校正算法,该校正算法采用动态误差检测电路对电流源的动态误差进行检测,而后量化并对其电流源再匹配,从而实现了对16位200MSPS分段式电流舵DAC动态性能的提升。基于标准40nm CMOS工艺,结合该校正算法和16位200MSPS DAC的性能参数指标完成了电流舵DAC分段方案、电流源基本单元电路、高速低摆幅差分开关驱动电路、LVDS电路和动态误差检测电路等关键模块设计。最后,基于标准40nm CMOS工艺,完成了电流源基本单元电路、高速低摆幅差分开关驱动电路和LVDS电路等关键模块的版图设计,实现了对16位200MSPS DAC后仿验证。后仿验证结果表明:在输出信号频率为17.1875MHz,采样时钟频率为200MHz的条件下SFDR为93.062dB,整个DAC功耗为120mW,DAC核心版图面积为42mm。
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