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数模转换器作为数字量与模拟量的转换接口,在无线通信及图像处理等领域具有非常重要的地位和作用。数模转换器的精度和速度是衡量其性能的核心指标,因此对于高精度高速度的数模转换器的研究具有重大意义和深远影响。
本文分析比较了不同结构数模转换器的特点,通过对限制转换器性能的线性度、输出毛刺、随机误差和系统误差的分析,设计了一个12位1GSPS(Gigabit Samples PerSecond)的电流舵式数模转换器。该转换器采用6+3+3分段译码结构,通过采用高速的寄存器结构、开关结构以及带限幅结构的锁存器,优化译码逻辑,改善了动态特性。文中主要完成了输入寄存器、译码电路、锁存器、开关电路、电流源阵列、带隙基准电压源以及电压转电流电路等模块的设计。通过对各个模块电路的优化和改进,实现了整体系统设计。
本次设计基于0.18μm BiCMOS工艺,完成了12位D/A转换器的原理设计及版图设计。版图面积为1.7mm×1.3mm。电路采用1.8V电源电压供电。前仿真得出,静态功耗为104mW,积分非线性误差小于0.35LSB,在时钟频率为1GHz,输入信号频率约为53MHz时,SFDR大于83dB,有效位为11.8;输入信号频率约为190MHz,SFDR大于65dB,有效位为10.6。后仿真得出,在时钟频率为1GHz,输入信号频率约为53MHz时,SFDR大于78dB,有效位为11.3;随着输入信号频率的提高,SFDR恶化,当输入信号频率约为150MHz时,SFDR大于65dB,有效位为10.6。仿真结果表明,该D/A转换器在1GHz采样频率下可以正常工作。