一種16位高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　通過(guò)減小寄生電容、縮短建立時(shí)間仍是解決DAC電路中動(dòng)態(tài)特性最直接有效的方法。但是為了保證DAC靜態(tài)特性，減少梯度誤差和隨機(jī)失配就需要增大晶體管尺寸和復(fù)雜的布局，這樣就會(huì)增大寄生電容和電阻，在提高靜態(tài)特性的同時(shí)會(huì)限制DAC采樣率和高頻性能。

　　為了能夠較好解決上述問(wèn)題，我們可以采用校準(zhǔn)技術(shù)，既能在保證電路高精度的同時(shí)減小電流源矩陣在DAC中所占的面積，又緩解了電路對(duì)版圖和工藝的嚴(yán)格要求。因此，校準(zhǔn)技術(shù)在保證DAC靜態(tài)特性的同時(shí)能有效提高動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)還能降低電路對(duì)工藝、溫度的敏感性，保證DAC長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。

　　本論文采用了一種新的適合高精度、高速度DAC電路的自校準(zhǔn)技術(shù)。這種自校準(zhǔn)技術(shù)能夠有效地校正各個(gè)電流源的失配，并降低對(duì)電流源輸出電阻的要求。圖2所示為我們采用的數(shù)字自校準(zhǔn)方案的流程圖。從該流程圖中可見(jiàn)，在這個(gè)自校準(zhǔn)的過(guò)程中，我們首先將待校準(zhǔn)量與參考值進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)一個(gè)ADC轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)到靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)中。

　　由此形成一個(gè)唯一對(duì)應(yīng)的數(shù)字校準(zhǔn)信號(hào)再送到一個(gè)校準(zhǔn)的DAC中，最后完成待校準(zhǔn)量的自校準(zhǔn)。

　　圖3所示為實(shí)現(xiàn)上述自校準(zhǔn)過(guò)程的電路原理圖，為了保證整個(gè)DAC電路具有16位的線性度，芯片設(shè)計(jì)中內(nèi)置了132個(gè)用來(lái)校準(zhǔn)電流源輸出線性度的DAC，它們分別是圖中的127路高7位電流源，1路低9位的總電流源和4路用于調(diào)整輸出增益的電流源，另外還有一路基準(zhǔn)電流源。當(dāng)進(jìn)行自校準(zhǔn)時(shí)，開(kāi)關(guān)的行列選擇電路將每一路電流源按順序選通到比較器的輸入端和基準(zhǔn)電流源進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)數(shù)字邏輯處理后將6位數(shù)字信號(hào)輸入到相應(yīng)的校準(zhǔn)DAC的6個(gè)輸入端。每路電流源都有一個(gè)校準(zhǔn)DAC與其唯一對(duì)應(yīng)，當(dāng)選擇相應(yīng)電流源時(shí)也就對(duì)應(yīng)選上了相應(yīng)的校準(zhǔn)DAC，選擇DAC也需要相應(yīng)的行列選擇電路進(jìn)行按順序的選定。當(dāng)一路電流源完成校準(zhǔn)后，其唯一對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)DAC的6位數(shù)字值也已經(jīng)確定并存在了靜態(tài)存儲(chǔ)器中，也就是所需調(diào)整的電流量已經(jīng)加在了相應(yīng)的電流源上。高7位中的每路電流源都有一個(gè)校準(zhǔn)DAC來(lái)進(jìn)行輸出電流調(diào)整，低9位則是進(jìn)行整體的電流調(diào)整，高7位和低9位電流源輸出的電流經(jīng)校準(zhǔn)DAC校準(zhǔn)后通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)陣列最終輸出到差分電流輸出端。另外還有4路電流源是用于設(shè)定整個(gè)電路輸出電流范圍的，這4路電流源經(jīng)相應(yīng)的4個(gè)增益校準(zhǔn)DAC校準(zhǔn)后，其總輸出電流流過(guò)電阻RESET后可調(diào)整整個(gè)DAC的輸出電流增益。

　　圖4給出了上述自校準(zhǔn)過(guò)程的仿真波形，從圖中的仿真結(jié)果我們可以看到，待校準(zhǔn)電流源的輸出在不斷趨近基準(zhǔn)電流源的輸出，并且這個(gè)過(guò)程在不斷地重復(fù)，直至所有的電流源均校準(zhǔn)完畢為止。所有校準(zhǔn)完畢的電流源最后經(jīng)電流源開(kāi)關(guān)陣列輸出到差分電流輸出端，這樣就完成了整個(gè)電流源的校準(zhǔn)過(guò)程。通過(guò)上述自校準(zhǔn)過(guò)程，既保證了整個(gè)電路輸出的線性度，同時(shí)也調(diào)整了電路輸出的增益誤差，優(yōu)化了輸出特性。