硕 士 学 位 论 文12 位 200MS/s 高 SFDR 电 流 舵 DAC 设 计DESIGN OF 12 BITS 200MS/S HIGH SFDRCURRENT-STEERING DAC张 伟哈尔滨工业大学2010 年 6 月国 内 图 书 分 类 号 ： TN432 学 校 代 码 ： 10213国 际 图 书 分 类 号 ： 621.3 密 级 ： 公 开硕 士 学 位 论 文12 位 200MS/s 高 SFDR 电 流 舵 DAC 设 计硕 士 研 究 生 ： 张 伟导 师 ： 喻 明 艳 教 授申 请 学 位 ： 工 学 硕 士学 科 ： 微 电 子 学 与 固 体 电 子 学所 在 单 位 ： 信 息 科 学 与 工 程 学 院答 辩 日 期 ： 2010 年 6 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TN432U.D.C: 621.3Dissertation for the Master DegreeDESIGN OF 12BITS 200MS/S HIGH SFDRCURRENT-STEERING DACCandidate： Zhang WeiSupervisor： Prof. Yu MingyanAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality： MicroelectronicsAffiliation： School of Information Science andEngineeringDate of Defence： June, 2010Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文摘 要在 通 信 系 统 中 ， 提 高 数 据 传 输 速 率 、 增 大 信 号 带 宽 已 成 为 发 展 趋 势 。 由 于 数字 通 信 在 现 代 通 信 系 统 中 的 主 导 地 位 ， 数 模 转 换 器 (DAC)也 成 为 现 代 通 信 系 统 中一 个 不 可 或 缺 的 重 要 模 块 。 与 通 信 系 统 的 发 展 趋 势 相 一 致 ， 高 速 、 宽 带 也 是 DAC设 计 技 术 的 发 展 方 向 。高速、宽带要求 DAC 具有良好的频域特性，无杂散动态范围 (SFDR)是衡量DAC 频域特性的主要性能指标。应用于宽带通信系统的高速、宽带 DAC 一般采用 电 流 舵 型 结 构 。 基 于 这 种 结 构 ， 在 全 面 分 析 影 响 电 流 舵 DAC SFDR 的因素后，得 出 一 个 结 论 ： 电 流 源 开 关 单 元 输 出 阻 抗 的 频 率 特 性 是 限 制 SFDR 的 主 要 因 素 。针 对 这 种 因 素 设 计 了 高 性 能 的 电 流 源 开 关 电 路 以 提 高 SFDR。重 点 分 析 了 同 步 锁 存 器 电 路 ， 总 结 了 同 步 锁 存 器 设 计 要 点 。 在 传 统 的 同 步 锁存 器 基 础 上 ， 改 进 同 步 锁 存 器 结 构 以 提 高 电 流 舵 DAC 的 SFDR。设计了一个低温漂 (1ppm/ )、 高 电 源 抑 制 比 (86dB)的 带 隙 基 准 为 电 流 舵 DAC 提供偏置电压。12 位 200MS/s 高 SFDR 电 流 舵 DAC 采 用 SMIC0.18m CMOS 工艺进行设计、仿真 。 在 1MHz、 10MHz、 50MHz、 100MHz 输 入 信 号 频 率 下 ， 信 号 失 真 比 (SNDR)分 别 为 74dB、 73dB、 70dB、 67dB； 有 效 位 数 分 别 达 到 了 12、 11.9、 11.2 以 及10.8； SFDR 分 别 为 93dB、 83dB、 71dB、 68dB。 其 中 SFDR 前 仿 真 结 果 好 于 近 几年 国 内 发 表 的 同 种 性 能 水 平 论 文 ， 实 现 了 课 题 中 高 SFDR 的 要 求 。 整 体 电 路 建 立时 间 为 2ns， 功 耗 为 23mW，版图面积为 0.4mm2。关 键 词 ： 数 模 转 换 器 ； 无 杂 散 动 态 范 围 ； 宽 带 ； 电 流 舵 DAC-I-哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文AbstractWith the extensive application of communication systems, it has become a trend toincrease the data transfer rate and to increase the signal bandwidth. As the dominance ofdigital communications, Digital-to-Analog Converters (DAC) have become anindispensable module in modern communication systems. High-speed and broadband isthe development direction of DAC design technology, which is consistent with the trendof communication systems.High-speed and broadband require that DAC should have good frequencycharacteristics. Spurious free dynamic range (SFDR) is the main indicator to measureDACs frequency characteristics. Current-steering structure is commonly used in high-speed and broadband DAC. Based on this structure, by analyzing the factors that impactcurrent-steering DAC SFDR, a conclusion is drawn: the frequency characteristics ofcurrent source switch unit output impedance is the major factors which limit SFDR. Inview of this factor, a high performance current source switching circuit is designed toimprove the SFDR.SMIC0.18um CMOS process is used to design and simulate 12-bit 200MS / scurrent steering DAC with high SFDR. When the input signal frequency is 1MHz,10MHz, 50MHz or 100MHz, signal distortion ratio (SNDR) are respectively 74dB,73dB, 70dB and 67dB; effective number of bits are respectively 12,11.9,11.2 and 10.8;SFDR are respectively 93dB, 83dB, 71dB and 68dB. Compared to the same kind ofpapers published in China in recent years, the result of SFDR simulation in this paper isbetter. The requirement of high SFDR in this subject is achieved. The settling time ofthe overall circuit is 2ns, power consumption is 23mW, and layout area is 0.4mm2.Keywords: Digital-to-Analog Converter, spurious free dynamic range, broad-bandapplication, Current-Steering DAC- II -哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文目 录摘 要 . IAbstract. II第 1 章 绪 论 . 11.1 研 究 背 景 . 11.2 研 究 目 的 和 意 义 . 11.3 国 内 外 在 该 方 向 的 研 究 现 状 . 31.4 论 文 组 织 . 4第 2 章 电 流 舵 DAC 简介. 52.1 电 流 舵 DAC的主要性能指标 . 52.1.1 静 态 性 能 指 标 . 52.1.2 动 态 性 能 指