高清視頻CMOS電流舵數／模轉換器的設計

摘 要：高清晰電視(HDTV)和無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，對轉換器速度和精度提出了更高的要求?；谛滦蛡鬏旈T(mén)(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／模轉換器(CS-DAC)。應用電流源單元矩陣結構和傳輸門(mén)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量和電路的延時(shí)顯著(zhù)減少；基于O．25 μm CMOS技術(shù)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(xiàn)性誤差(INL)范圍為-2～+2 LSB；微分線(xiàn)性誤差(DNL)為-1～+4 LSB。
關(guān)鍵詞：高速；數／模轉換器；電流舵；CMOS

0 引 言
在信號采集處理、數字通信、自動(dòng)檢測和多媒體技術(shù)等領(lǐng)域，數／模轉換器往往是不可缺少的部分。近年來(lái)，電子通信市場(chǎng)的快速發(fā)展，尤其是高清晰電視 (HDTV)和無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)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(shí)還要求設計的DAC面積小，功耗低。然而現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(gè)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／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(shí)，通常使用鎖存器，同時(shí)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(xiàn)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(shí)采用簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)層數也較多，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(jìn)，常用于分段電路中。
數／模轉換器的譯碼方式一般分為二進(jìn)制、溫度計和分段式。溫度計譯碼方式相對二進(jìn)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(diǎn)是電路結構復雜。將二進(jìn)制碼和溫度碼結合起來(lái)，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(jìn)制碼方式，可以減少面積。這種分段結構既有二進(jìn)制碼結構簡(jiǎn)單的長(cháng)處，又有溫度碼良好的線(xiàn)性特性。在這個(gè)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Lin和Bult做了面積與分段比的關(guān)系圖(見(jiàn)圖1)，為了在速度、分辨率、功耗、芯片面積、電路性能等多個(gè)方面得到一個(gè)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(jìn)制譯碼結構。整個(gè)CS-DAC的結構如圖2所示。