高速高精度轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)及SOC應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）已廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、測量儀器、軟件無線電等儀器和設(shè)備中。通常采用電流舵DAC來滿足超寬帶和高性能發(fā)射機(jī)的需求，同樣采用流水線ADC來滿足高速和高精度中頻接收機(jī)的需求。本文針對上述需求，分別設(shè)計(jì)了一款3GS/s14位超高速電流舵DAC和一款250MS/s14位高速流水線ADC。最后從雷達(dá)應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)收發(fā)(T/R)組件中的中頻收發(fā)機(jī)，中頻收發(fā)機(jī)中集成了DDS、DAC和AD

2、C等單元。
　　本文設(shè)計(jì)的超高速14位3GS/s DAC采用分段電流舵結(jié)構(gòu)，在SMIC0.13μm CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)，面積為2.1×2.4mm2。芯片高5位采用分組隨機(jī)溫度計(jì)譯碼(GRTC)，低9位采用二進(jìn)制譯碼。利用高速數(shù)據(jù)同步技術(shù)接收兩組高達(dá)1.5Gbps的LVDS數(shù)據(jù)，并且通過內(nèi)插技術(shù)達(dá)到需要的3Gbps的數(shù)據(jù)率。通過分組隨機(jī)溫度計(jì)譯碼隨機(jī)化電流源的靜態(tài)和動態(tài)失配，利用4開關(guān)結(jié)構(gòu)電流單元結(jié)構(gòu)減少輸入數(shù)據(jù)碼引入的瞬態(tài)失真，同

3、時(shí)采用單穩(wěn)態(tài)超高速時(shí)鐘接收電路接收外部高達(dá)3GHz的時(shí)鐘信號，并能夠通過SPI接口調(diào)整時(shí)鐘的交叉點(diǎn)，進(jìn)而優(yōu)化開關(guān)的交叉點(diǎn)以得到更高的性能。仿真結(jié)果表明，該DAC的功耗僅為392.4mW，在100MHz的單音輸出SFDR達(dá)到76dB，而在400MHz的單音輸出SFDR依然高達(dá)74dB。整個(gè)奈奎斯特帶內(nèi)的SFDR達(dá)到60dB以上，能夠很好的滿足超寬帶設(shè)計(jì)。
　　14位高速流水線ADC采用SMIC0.18μm CMOS工藝設(shè)計(jì)，采用采樣

4、保持放大器(SHA)來提高輸入信號的頻率，使其能夠應(yīng)用于中頻采樣接收機(jī)中。在第一級流水中采用擺幅縮放技術(shù)，加快了運(yùn)放的建立時(shí)間，減少了第一級MDAC的設(shè)計(jì)難度。該ADC采用1.V供電，它的面積和功耗分別為3.5×3.2mm2和360mW，輸入滿擺幅為1.5Vpp。當(dāng)ADC工作在200MHz的采樣頻率下，輸入10MHz單音信號，得到70dB SNR和92dB SFDR。測量得到該ADC的采樣帶寬達(dá)到700MHz，能夠滿足中頻采樣要求。

5、r>　　面向雷達(dá)應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一款中頻接收機(jī)，其中集成了DDS、DAC和ADC等模塊。DDS基于CORDIC算法，通過4核內(nèi)插得到高達(dá)1GS/s的數(shù)據(jù)率。同時(shí)利用dither結(jié)構(gòu)，隨機(jī)化DDS的截?cái)嗾`差，提高DDS的動態(tài)性能。DAC核則采用經(jīng)驗(yàn)證過采樣率達(dá)1GS/s的高速 DAC。通過測試發(fā)現(xiàn)，該 DAC在輸出頻率為10MHz時(shí)的SFDR高達(dá)80dB，在整個(gè)奈奎斯特帶內(nèi)，SFDR大于55dB，滿足中頻輸出需求。125MS/s的14位流水線