一种采用DEM技术的16-...GHz电流舵数模转换器设计_吴俊杰.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月电 子 器 件 .收稿日期:修改日期:,(,):(),(),(),:();();():一种采用 技术的 电流舵数模转换器设计吴俊杰,吴建辉,智 贺(东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心,江苏 南京)摘 要:电流舵数模转换器()的动态性能受电流源失配的影响。采用 的分段方式,分析比较了几种动态元件匹配()算法,采用了一种分段温度数据权重平均(,)技术,并将其应用于高 位的温度计编码中,消除对输入编码的依赖,弱化电流源失配的影响,以优化动态性能。基于 工艺,设计实现了一种 位 的电流舵,测试结果显示,在 采样率和 输入信号频率条件下,无杂散动态范围()提升了 。关键词
2、:数模转换器();电流舵;分段译码;动态元件匹配();无杂散动态范围()中图分类号:文献标识码:文章编号:()数模转换器(,)被广泛应用于通信、音视频、软件无线电等领域。随着高速、高精度的应用趋势,电流舵 以其良好的速度和线性度特性被广泛采用,而制造工艺导致的电流源失配会影响其动态性能,芯片面积也是高分辨率 的关键设计指标。动态 元 件 匹 配(,)技术可以消除输出误差与输入数字码之间的相关性,从而减弱电流源失配的影响,改善动态无杂波范围(,)。本文介绍的电流舵 采样率为 、分辨率为 ,工艺采用 。在分析比较了现有的几种 编码技术后,采用一种分段温度数据权重平均(,)编码方式,在一定程度上削弱
3、了开关控制信号与输入码字的相关性,有效降低了输入切换时各电流源的开关活动性,更好地改善电流舵 的静态特性和动态特性。电流舵 编码结构电流舵 的编码方式有二进制编码、温度计编码、编码。二进制编码二进制编码电流舵 是最基础最简单的架构。二进制编码为有权重编码方式,每两个相邻的电流源之间成比例关系,比例系数为,电流舵 二进制编码电路实现如图 所示。在高分辨率 中,实现精确比例的电流源是非常困难的事情,并且不同比例电流源之间的不匹配度也会增加,从而恶化 的性能。第 期吴俊杰,吴建辉等:一种采用 技术的 电流舵数模转换器设计 图 二进制编码电路示意图 温度计编码仍以 电流舵 为例,传统的温度计编码原理如
4、图 所示,为无权重编码方式。输入数字编码范围是(十进制),需要 个相同权重的电流单元,如。图中“”代表选中该电流单元,“”代表不选择该单元。每次编码固定从 开始选择,输入编码为 时选中,为 时选中,为 时选择。图 温度计编码原理图可以看出,在温度计码结构中,左边电流单元被选中的概率远大于右边电流单元,会造成左边电流单元的失配误差随着 的工作时间而积累,且该误差与输入数字码密切相关。数据权重平均数据权重平均(,)编码为无权重编码,在该编码方式中,指针 指向每次编码输出为高的起始地址,范围为。假设为每次采样周期的输入十进制数字码,输出编码从指针 开始,连续将 个电流单元编码为“”,其余为“”,指针
5、 变为。电流舵 的 编码工作原理如图 所示,假设初始情况下指针置 为,输入编码为 时从 开始连续选择 个电流单元,指针 变为;输入编码为 时从 开始连续选择 个电流单元,指针 仍然为;输入编码为 时从 开始连续选择 个电流单元,指针 变为。编码的缺点是,由于指针移动的方向是固定的,受输入数字码的影响,上次选择的电流单元在下一次采样周期内有很大的概率不会被选择,这会增加电流开关的次数,影响 的动态特性。图 编码原理图 随机交换温度计码随 机 交 换 温 度 计 码(,)编码为无权重编码,图 是一个 随机交换温度计码原理图。和传统温度计码一样,该编码同样采用了邻码切换,但是增加了两个指针 和,分别
6、指向编码输出的起始地址和结束地址,另增加了一个随机数 来改变编码选择方向,消除了温度计码只能向一个方向选择的弊端。假设 为输入数字码,当 时,起始地址 不变,结束地址,当 时,结束地址 不变,起始地址,当 或 超过 时,重新回到地址 开始计算。图 编码原理图这种编码方式能够改变所选择电流单元的方向,在一定程度上实现了温度计码起始地址随机化,减轻了对输入码字的依赖性。但由于仍然采用邻码切换方式,在低频应用场合各电流源使用频率还会存在明显差异。分段温度数据权重平均分段温度数据权重平均(,)编码为无权重编码。仍以 电流舵 为例,需要 共 个电流单元。将这 个电流源分成 两个部分,两个部分的编码原理相
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