高清視頻CMOS電流舵數(shù)/模轉換器的設計
摘 要:高清晰電視(HDTV)和無線通信網(wǎng)絡的發(fā)展,對轉換器速度和精度提出了更高的要求。基于新型傳輸門(TG) 結構組成的電流源單元矩陣和譯碼邏輯電路,提出一種適用于高清晰視頻使用的高速8位CMOS電流舵數(shù)/模轉換器(CS-DAC)。應用電流源單元矩陣結構和傳輸門結構的譯碼電路,有效減少了毛刺等干擾信號;TG結構設計的電路使晶體管數(shù)量和電路的延時顯著減少;基于O.25 μm CMOS技術的DAC電路設計,功耗僅為21 mW,采樣率達到1.5 GHz。仿真結果表明,電路的積分線性誤差(INL)范圍為-2~+2 LSB;微分線性誤差(DNL)為-1~+4 LSB。
關鍵詞:高速;數(shù)/模轉換器;電流舵;CMOS
0 引 言
在信號采集處理、數(shù)字通信、自動檢測和多媒體技術等領域,數(shù)/模轉換器往往是不可缺少的部分。近年來,電子通信市場的快速發(fā)展,尤其是高清晰電視 (HDTV)和無線通信網(wǎng)絡的開發(fā)應用,大大增加了對轉換器速度和精度的要求。高清晰電視逐漸在人們的生活中普及,為了使HDTV得到更好的性能,就要有更高速和更高精度的DAC,因為高速更有利于減少圖像閃爍和眼部疲勞,高精度可使圖像更清晰。同時還要求設計的DAC面積小,功耗低。然而現(xiàn)在人們生活中常用的HDTV用DAC的分辨率一般為8位或者更高,采樣率為500 MHz左右。這里介紹一個適用于HDTV應用的新型8位DAC,采樣率達到1.5 GHz,功耗為21 mW。
在一般的數(shù)/模轉換器的設計中,譯碼結構通常采用分段結構。在一般的設計中,為了減少延時,通常使用鎖存器,同時配合復雜電流源結構,這種結構通常需要較大的能耗,并且采樣率不是足夠高。為了得到更高的采樣率和更好的線性度,在此基于TG結構,設計了單位電流單元矩陣和譯碼器電路,同時采用簡單的電流單元電路設計。
1 結構選擇
在此,采用電流舵型DAC設計。這是因為電壓型DAC所需元器件多,開關層數(shù)也較多,一般用于低速轉換器內;電荷型DAC隨精度的升高,面積急劇增大,而且對寄生電容敏感;電流型DAC具有高速的優(yōu)勢,但不適用于低壓電路。電流舵型DAC是對電流型DAC的改進,常用于分段電路中。
數(shù)/模轉換器的譯碼方式一般分為二進制、溫度計和分段式。溫度計譯碼方式相對二進制譯碼方式,在減小DNL和INL方面有很大的優(yōu)勢,但是它的缺點是電路結構復雜。將二進制碼和溫度碼結合起來,就產(chǎn)生了分段結構。在對匹配要求、高精度的高位采用溫度計譯碼方式;低位采用二進制碼方式,可以減少面積。這種分段結構既有二進制碼結構簡單的長處,又有溫度碼良好的線性特性。在這個設計中,提出使用電流源矩陣邏輯電路構成的高速8位DAC,根據(jù)Lin和Bult做了面積與分段比的關系圖(見圖1),為了在速度、分辨率、功耗、芯片面積、電路性能等多個方面得到一個折衷結果,分段的高6位采用溫度計譯碼結構和低2位采用二進制譯碼結構。整個CS-DAC的結構如圖2所示。
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