高速高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的動靜態(tài)失配校準(zhǔn)及納米CMOS魯棒性設(shè)計方法研究.pdf

1、高速高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器作為無線通信技術(shù)領(lǐng)域和數(shù)字電視領(lǐng)域里的核心器件，直接影響著整個系統(tǒng)的信號性能。但隨著數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用要求逐漸向高采樣速率、高精度和高信號帶寬的方向發(fā)展，靜態(tài)失配誤差和動態(tài)失配誤差成為了制約數(shù)模轉(zhuǎn)換器性能的瓶頸。并且在進(jìn)入納米CMOS工藝后，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計面臨很多新的問題。
　　在此背景下，本文主要研究了高速高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的動靜態(tài)失配校準(zhǔn)方法，以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器在納米CMOS工藝下的魯棒性設(shè)計方法。
　　在靜

2、態(tài)失配誤差校準(zhǔn)方面，本論文提出了一種隨機(jī)時鐘全校準(zhǔn)方法，可以消除電流源靜態(tài)失配誤差。該方法基于后臺自校準(zhǔn)的方式，采用運算放大器的反饋環(huán)路作為校準(zhǔn)電路，在隨機(jī)時鐘控制下依次對失配電流源進(jìn)行校準(zhǔn)。低位電流源陣列采用電流分叉結(jié)構(gòu)，可以避免引入冗余電流源陣列而實現(xiàn)高位和低位電流源的全校準(zhǔn)。通過0.18μm CMOS流片測試，設(shè)計的14-bit200 MS/s電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器在輸出2 MHz信號時，SFDR在校準(zhǔn)前后有24 dB的提高，達(dá)到80

3、 dB以上，充分驗證了校準(zhǔn)方法的有效性。
　　在動態(tài)失配誤差校準(zhǔn)方面，本論文對數(shù)模轉(zhuǎn)換器的單元相關(guān)延時誤差和輸出相關(guān)延時誤差進(jìn)行了深入的建模分析和理論推導(dǎo)。針對輸出相關(guān)延時誤差，提出了輸出跟隨校準(zhǔn)方法。并將校準(zhǔn)方法應(yīng)用于一款14 bits電流舵型數(shù)模轉(zhuǎn)換器。經(jīng)仿真驗證，在整個奈奎斯特頻率帶寬內(nèi)，SFDR至少有10 dB的提高。本論文同時提出了一種動態(tài)通道匹配方法，針對消除時間交織型數(shù)模轉(zhuǎn)換器通道間動態(tài)失配誤差。為仿真驗證動態(tài)通道匹

4、配方法，設(shè)計了一款14 bits時間交織型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在輸出信號接近奈奎斯特頻率時，校準(zhǔn)前后SFDR能提升15 dB。
　　在納米CMOS工藝設(shè)計方面，本論文提出了多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器整體結(jié)構(gòu)的魯棒性設(shè)計方法，包括電流源、鎖存器和開關(guān)，以及偏置電路等關(guān)鍵模塊在通道內(nèi)及通道間的設(shè)計方法。該魯棒性設(shè)計方法能有效避免STI和WPE效應(yīng)，以及克服工藝波動帶來的通道內(nèi)及通道間的失配誤差。通過實驗驗證，給出了一款采用40 nm CMOS工藝的50