【摘 要】
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本文设计一款基于CMOS 0.6μm工艺的16位带自校准的元码R-2R数模转换器（Digital-to-Analog Converter,DAC）,DAC主要的组成部分有带隙基准、比较器、校准、R-2R电阻梯等。本设计主要贡献如下:一.分析了分段方式、电阻失配、电流源失配对DAC的影响,文中DAC的高位采用电流源结构,低位采用R-2R结构。通过对单位电阻的选取,减小电阻失配带来的影响。而针对电流源
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本文设计一款基于CMOS 0.6μm工艺的16位带自校准的元码R-2R数模转换器（Digital-to-Analog Converter,DAC）,DAC主要的组成部分有带隙基准、比较器、校准、R-2R电阻梯等。本设计主要贡献如下:一.分析了分段方式、电阻失配、电流源失配对DAC的影响,文中DAC的高位采用电流源结构,低位采用R-2R结构。通过对单位电阻的选取,减小电阻失配带来的影响。而针对电流源失配,本设计提出一种基于有序元素匹配的排序校准方案,并且通过MATLAB验证其效果,根据仿真结果显示,校准后的DNL（Differential Nonlinearity）、INL（Integral Nonlinearity）会有明显的改善。二.为了保证校准模块的正常使用,本设计提出一种基于五级运算放大器的高精度电流比较器,比较器内部采用输出失调校准技术对其失调电压进行优化,通过对失调电压的蒙特卡洛仿真结果显示,比较器的失调电压平均值由203μV降低至12.8μV,减小190.2μV。三.本设计提出一种带高阶补偿的带隙基准电路,根据其仿真结果显示,补偿后的温漂系数低至4.9ppm/℃。接下来是对DAC进行整体仿真,其仿真结果显示,当校准模块工作前,DAC的无杂散动态范围SFDR（Spurious Free Dynamic）为83.9 d B,有效位数ENOB（Effective Number of Bits）为13.2 bits,信噪失真比SNDR（Sinal Noise Distortion Ratio）为88.69 d B,当校准模块工作后,DAC的SFDR为114.19 d B,ENOB为15.89 bits,SNDR为97.51 d B,Fo M（Figure of Merit）为41f J/conversion-step。其中SFDR提升30.29d B,有效位提升2.69bits,SNDR提升8.82dB。
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