高清視頻CMOS電流舵數(shù)／模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計

摘 要：高清晰電視(HDTV)和無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對轉(zhuǎn)換器速度和精度提出了更高的要求。基于新型傳輸門(TG) 結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換器(CS-DAC)。應(yīng)用電流源單元矩陣結(jié)構(gòu)和傳輸門結(jié)構(gòu)的譯碼電路，有效減少了毛刺等干擾信號；TG結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)的DAC電路設(shè)計，功耗僅為21 mW，采樣率達(dá)到1．5 GHz。仿真結(jié)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(guān)鍵詞：高速；數(shù)／模轉(zhuǎn)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(shù)等領(lǐng)域，數(shù)／模轉(zhuǎn)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(luò)的開發(fā)應(yīng)用，大大增加了對轉(zhuǎn)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(shè)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(yīng)用的新型8位DAC，采樣率達(dá)到1．5 GHz，功耗為21 mW。
在一般的數(shù)／模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計中，譯碼結(jié)構(gòu)通常采用分段結(jié)構(gòu)。在一般的設(shè)計中，為了減少延時，通常使用鎖存器，同時配合復(fù)雜電流源結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，設(shè)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(shè)計。

1 結(jié)構(gòu)選擇
在此，采用電流舵型DAC設(shè)計。這是因為電壓型DAC所需元器件多，開關(guān)層數(shù)也較多，一般用于低速轉(zhuǎn)換器內(nèi)；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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜。將二進制碼和溫度碼結(jié)合起來，就產(chǎn)生了分段結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)既有二進制碼結(jié)構(gòu)簡單的長處，又有溫度碼良好的線性特性。在這個設(shè)計中，提出使用電流源矩陣邏輯電路構(gòu)成的高速8位DAC，根據(jù)Lin和Bult做了面積與分段比的關(guān)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(jié)果，分段的高6位采用溫度計譯碼結(jié)構(gòu)和低2位采用二進制譯碼結(jié)構(gòu)。整個CS-DAC的結(jié)構(gòu)如圖2所示。