带数字校准的12位串行输入双通道DAC设计

发布时间：2020-07-05 08:27

【摘要】：数据转换器是数字世界与模拟世界的桥梁,广泛渗透到通信、传感、多媒体等生活的各个领域。随着笔记本电脑、智能手机等便携式设备的普及,这些系统对数据转换器芯片的面积、性能、功耗等技术指标提出了更加严苛的要求。作者参与了成都华微电子科技有限公司一款12位高精度串行输入双通道DAC产品研发,并基于此项目进行了完整的设计流程阐述。该DAC工作在-55℃到125℃温度范围内,采用5V单电源供电,采样率为62.5kHz,功耗为5mW,达到当今国内军品低功耗DAC设计领域的主流水平。本文首先梳理衡量一个DAC性能好坏的主要指标,介绍对比当今业界内主流DAC结构的优势与不足;在速度要求不高的应用场景下,R-2R电阻结构凭借低元件值分布、面积小等优势,成为本设计采用的核心转换结构。然后介绍了本设计中各主要模块的具体实现,主要集中于模拟电路部分,包含带隙基准模块、带隙增益模块、数模转换模块以及输出运放模块,并给出相应的仿真方法和结果。接下来针对集成电路制造过程中由于工艺漂移等非理想因素可能导致的电路误差,基于数字可编程模块提出封装后数字修调方案。该方案通过串行接口输入信号对片内EEPROM器件进行编程操作,针对降低带隙温漂系数、消除带隙的输出误差、降低转换电路的非线性以及消除输出运放的失调和增益误差五个方面进行校准。该修调方式替代国外同类型芯片采用的激光修调技术以及国内采用的传统熔丝修调结构,突破国外修调技术限制、降低产品成本的同时摒弃了国内传统熔丝修调的高功耗、大面积缺点,并且提升了产品修调的灵活性。最后简述了混合信号电路版图设计中的常见问题及解决方案,着重讲述本设计核心模块DAC电阻阵列的设计思路。对比分析几种主流封装方式的优劣,并给出了本设计流片后陶封样品的最终封装测试结果。测试结果表明,本设计可实现12位分辨率,微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)均控制在±1LSB以内,线性度良好,军温范围内温度系数小于15ppm/℃,建立精度符合预期要求,所采用的修调方式对于更高位数DAC电路设计具有一定的参考价值。本产品具有CSOP-14陶封和塑封两种封装形式,可对国外相似产品实现原位替代。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN792
【图文】：

数据转换器,模拟信号,模拟世界,当代社会

号也不负众望地向人们展示着自己优越的易处理、抗干扰等特点。为了将数字信化为我们能直观接收的模拟信号，或是对模拟信号进行压缩处理为数字信号，我须采用数据转换器。它们广泛应用于通信、传感、图像处理、自动控制等领域，为我们生产生活中不可或缺的一部分。本文的研究背景及意义数据转换器分为数模转换器（Digital-Analog-Converter，DAC）和模数转换器nalog-Digital-Converter ，ADC）两种，分别承担着功能上相反的任务。当代社会手机、笔记本电脑等便携式设备的普及以及人们对于低成本的不断追求，特别是来微处理器（MicrocontrollerUnit ，MCU）的迅猛发展，工程师们更加倾向于将分立的器件集成到一个完整的片上系统（System on Chip ，SOC）中，如图 1.典型通信芯片结构。作为模拟世界和数字世界沟通的桥梁，数据转换器性能的好接关系到整个芯片系统的表现。

集成电路,集成电路产业,不可估,高清电视

展同其他集成电路一样，也经历了电子管时代、晶体管时代。各种新结构、新技术的提出极大改善了 DAC 的性能。注的 DAC 的指标也有所区别。例如在高清电视等音视频应在线性度、建立时间、输出毛刺等时域特性上的表现；而信号是否会对邻近信道的信号产生干扰是十分关键的，这就 SFDR 和带宽等做出较高的要求[1]。集成电路大国，一直以来其实是使用大国，而并非设计大国口金额高居进口商品榜首，而相对应的是国产芯片自给率不口以外，我国的芯片产业还时常遭遇国外“卡脖子”。以美家签署《瓦森纳协议》，禁止荷兰ASML公司向中国出口先进家的和平崛起；中兴事件中我国堂堂通讯巨头，却不得不忍说，还按照美国的要求更换了所有高层领导，这种卖家向顾荒唐可笑。当然这些都从侧面反映了我国集成电路产业在面白无力。这对我国的生活、科研、国防等带来的危害不可估

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