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一種12位500 MS/s分段型電流舵DAC的設計
來源:電子技術應用2013年第5期
黎 佳
中國科學技術大學 電子工程與信息科學系,安徽 合肥230027
摘要: 基于TSMC 0.18 μm CMOS工藝,采用分段型電流舵結構,設計了一種基于3.3 V模擬電源電壓、1.8 V數(shù)字電源電壓的12位500 MS/s的D/A轉換器。仿真結果顯示,在采樣率為500 MS/s、輸入信號分別為70 MHz和240 MHz時,D/A轉化器的SFDR分別為89.9 dBc和77.6 dBc。
中圖分類號: TN402;TN432
文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2013)05-0048-03
Design of a 12-bit 500 MS/s segmented current-steering D/A converter
Li Jia
Department of Electronic Engineering and Information Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230027,China
Abstract: Based on TSMC 0.18 μm CMOS technology, a 12-bit 500 MS/s D/A converter with 3.3 V analog supply voltage and 1.8 V digital supply voltage was designed using segmented current-steering structure. Simulation results showed that when sampling at 500 MS/s, the SFDR at 70 MHz and 240 MHz input was 89.9 dBc and 77.6 dBc respectively.
Key words : segmented current-steering;D/A converter;SFDR

    現(xiàn)代有線、無線通信的迅猛發(fā)展,對作為通信系統(tǒng)核心部件的數(shù)模轉化器(DAC)提出了越來越高的要求。應用在通信領域的DAC通常要求其量化精度高于10 bit,采樣速率超過100 MS/s[1-3]。例如10GBASE-T以太網(wǎng)標準要求其系統(tǒng)中的DAC工作采樣率為1.6 GS/s,并且直到400 MHz頻率時IMD都要低于-70 dB[1]。

    本文基于TMSC 0.18 μm CMOS工藝,采用6-6分段的電流舵結構,設計了一種12位500 MS/s的DAC。
1 DAC系統(tǒng)架構與設計
    電流舵DAC可分為二進制編碼型、溫度計編碼型和分段型三種。二進制編碼型DAC無須編碼電路,電流源陣列可直接由輸入碼字控制,因而具有面積小的優(yōu)點,但其劣勢在于DAC的單調(diào)性得不到保證,且DAC的差分非線性(DNL)和毛刺比較大;溫度計編碼型的相鄰碼字間只有一個電流源被切換,因此DAC的單調(diào)性、DNL和毛刺方面的性能得到了保證,但其代價是大規(guī)模的編碼電路;分段型DAC結合了二進制編碼型DAC面積小和溫度計編碼型DAC單調(diào)性好、毛刺小等優(yōu)點,得到了廣泛的應用[1-3]。
    本文設計的DAC采用6-6分段的電流舵結構,在面積和性能之間折中。輸出電流滿幅為20 mA,采用差分輸出的PMOS結構,輸出負載為50 Ω。DAC由輸入同步電路、譯碼器和延時電路、同步與開關驅動電路、電流源陣列和帶隙基準電路等單元組成,如圖1所示。12 bit數(shù)字信號經(jīng)過同步電路處理后,高6位經(jīng)過二進制-溫度計譯碼器、低6位經(jīng)過延時電路后送入同步及開關驅動電路,對開關的控制信號進行同步處理,并調(diào)節(jié)其電壓交叉點,最后控制電流源陣列的輸出電流。

2 電路設計
    本文設計的DAC采用內(nèi)置帶隙基準模塊產(chǎn)生基準電壓,基準電壓和片外電阻一起產(chǎn)生基準電流。DAC電路模型如圖2所示。

 
2.2 開關驅動電路的設計
    在開關控制信號SW、SWb的電平切換過程中,電流源的漏端電壓會出現(xiàn)抖動。對PMOS電流源而言,當SW和SWb的電壓交叉點在數(shù)字電源和地的中點電壓 (Vdd+Vss)/2時,甚至會出現(xiàn)M3a和M3b同時關斷的情況,極大地增大了DAC的毛刺,降低了DAC的動態(tài)特性[7]。在M1的漏端疊加一層M2構成共源共柵電流源,一方面可以提高電流源的輸出阻抗,另一方面可以降低電流源漏端電壓Vnode抖動對電流的影響。此外,還需要調(diào)節(jié)開關控制信號的電壓交叉點。本文中所采用的開關驅動電路如圖4所示[2,3,7],clk信號的加入起到對開關控制信號的同步作用。該驅動電路中,鎖存器的下降沿滯后于上升沿,經(jīng)過反相器后形成上升沿滯后于下降沿的控制信號SW和SWb,產(chǎn)生低于(Vdd+Vss)/2的電壓交叉點。

3 電路仿真及測試結果
    本文設計的DAC基于TSMC 0.18 μm CMOS工藝模型,采用3.3 V模擬電源電壓、1.8 V數(shù)字電源電壓。在500 MS/s的采樣率下,利用Cadence Spectre對DAC在不同輸入信號頻率時的SFDR進行了仿真。對DAC輸出電壓的瞬態(tài)波形進行4 096點離散傅里葉分析(采樣率500 MS/s,差分負載50 Ω,滿幅輸出電流20 mA),不同輸出頻率下的SFDR結果如表2所示。圖5和圖6所示分別是采樣率為500 MS/s、輸入70 MHz和240 MHz正弦信號時對DAC差分輸出進行4 096點DFT分析得到的頻譜分析結果。

 

 

    本文基于TSMC 0.18 μm CMOS工藝,設計了一種分段式電流舵結構的12位500 MS/s的D/A轉換器。仿真結果顯示,該DAC具有良好的頻域性能,在奈奎斯特頻率范圍內(nèi)SFDR均高于77 dBc,適用于通信系統(tǒng)中的應用需求。
參考文獻
[1] Li Ran,Zhao Qi,Yi Ting,et al.A 14-bit 2-GS/s DAC with SFDR>70dB up to 1-GHz in 65-nm CMOS[C].IEEE 9th International Conference on ASIC,Xiamen,China,2011:500-503.
[2] Lin Chihung,VAN DER GOES F,WESTRA J,et al. A 12 bit 2.9 GS/s DAC with IM3<-60 dBc beyond 1 GHz in 65 nm CMOS[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2009,44(12):3285-3293.
[3] BASTOS J,MARQUES A,STEYAERT M,et al.A 12-bit intrinsic accuracy high-speed CMOS DAC[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,1998,33(12):1959-1969.
[4] VAN DEN BOSCH A,STEYAERT M,SANSEN W.An accurate statistical yield model for CMOS current-steering D/A converter[C].The 2000 IEEE International Symposium on Circuits and Systems,Geneva,Switzerland,2000:105-108.
[5] PELGROM M,DUINMAIJER A,WELBERS A.Matching properties of MOS transistors[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,1989,24(5):1433-1439.
[6] VAN DEN BOSCH A,STEYAERT M,SANSEN W.SFDR-bandwidth limitations for high speed high resolution currents  steering CMOS D/A converters[C].The 6th IEEE International Conference on Electronics,Circuits and Systems,Paphos,Cyprus,1999:1193-1196.
[7] KOHNO H,NAKAMURA Y,KONDO A,et al.A 350-MS/s 3.3-V 8-bit CMOS D/A converter using a delayed driving scheme[C].Proceedings of the IEEE 1995 Custom Integrated Circuits Conference,Santa Clara,CA,1995:211-214.

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