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应用于UWB系统的四通道数字模拟转换器设计

作　者: 哈钱钱
导　师: 李宁
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 超宽带技术 电流驱动型 高速数模转换器 插值滤波器
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 37次
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内容摘要


正交频分复用OFDM技术具有极高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力,能够提供高速可靠的通信服务,它受到了人们的广泛关注,已成为目前新兴通信系统的关键技术和研究热点。我国已确定选用基于DC-OFDM技术的超宽带技术作为中国超宽带的标准。实现这种高性能的基站对应用于其中的模拟系统与数字系统之间的接口—数模转换器(Digital-to-Analog Converter, DAC)提出了更高的要求：具有足够的信号带宽以覆盖其全部工作频带,具有足够大的动态范围以防止邻道信号阻塞。针对OFDM-UWB标准超宽带收发系统中数模转换器(DAC)的要求,本文设计了一款4通道8位650MHz采样速率电流驱动型数模转换器(Current-steering DAC)。文章首先介绍了数字模拟转换器(DAC)在通信系统,特别是超宽带系统(UWB)中的应用,并简要介绍DAC的主要性能指标和常见结构,其次介绍了插值滤波器以及其在数字模拟转换器中的应用,进而讨论了高速高精度数模转换器的基本架构,分析了各种电路非理想因素,提出了课题研究的数模转换器的设计指标和系统结构选取；接着从电路实现的角度,详细阐述了关键模块电路的分析和设计,包括电流源电路设计与匹配,开关电路设计以及降摆幅电路等；本文最后,介绍了版图设计,测试方法及测试结果。本课题所研究的数模转换器采用SMIC的0.13μm单层多晶八层金属的CMOS工艺实现。测试结果表明,DAC的积分非线性(INL)和差分非线性(DNL)分别为0.3LSB和0.41LSB,650MHz转换速率下带内奈奎斯特无杂散动态范围(SFDR)为41dB。整体面积为1.8cm×1.3cm,其中DAC面积为0.8cm×0.8cm。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-9
引言  9-13
  本章参考文献  11-13
第一章 UWB系统中数模转换器  13-25
  1.1 数模转换器的基本原理  13
  1.2 数模转换器传输函数  13-14
  1.3 DAC结构  14-19
  1.4 DAC性能指标  19-23
    1.4.1 理想传输曲线  19-20
    1.4.2 积分非线性  20
    1.4.3 微分非线性  20-21
    1.4.4 失调误差  21
    1.4.5 增益误差  21
    1.4.6 输出毛刺  21-22
    1.4.7 建立时间  22
    1.4.8 无杂散动态范围  22-23
    1.4.9 本论文设计指标  23
  本章参考文献  23-25
第二章 DAC总体设计  25-38
  2.1 匹配性讨论  25-26
    2.1.1 单个MOS管匹配特性  25-26
  2.2 电流驱动型DAC常用的编码形式  26-32
    2.2.1 三种编码结构DAC的比较  27-31
    2.2.2 三种结构DAC总结  31-32
  2.3 影响DAC精度的因素  32-36
    2.3.1 静态因素  32-34
    2.3.2 动态因素  34-36
  2.4 DAC结构示意图  36-37
  本章参考文献  37-38
第三章 内插滤波器设计  38-50
  3.1 整数倍倍插值  38-39
  3.2 DAC中的插值滤波技术  39-40
  3.3 FIR数字滤波器  40-44
    3.3.1 FIR滤波器的技术指标  40-41
    3.3.2 FIR的结构特征  41-44
  3.4 半带滤波器的基本原理  44-45
  3.5 线性相位FIR滤波器设计  45-48
    3.5.1 窗函数法  45-47
    3.5.2 两倍插值滤波器设计  47-48
  本章参考文献  48-50
第四章 电路设计与仿真  50-72
  4.1 高速数模转换器结构规划  50
  4.2 电流源阵列的设计  50-62
    4.2.1 单位电流源结构设计  51-53
    4.2.2 电流单元尺寸计算和偏置  53-62
  4.3 DAC电流单元总体偏置  62
  4.4 降摆幅电路设计  62-65
  4.5 数字译码电路  65-70
    4.5.1 行/列解码器的设计  67-68
    4.5.2 译码电路的驱动能力  68
    4.5.3 数字电路实现  68-69
    4.5.4 数字译码器的仿真  69-70
  本章参考文献  70-72
第五章 版图设计  72-79
  5.1 整体版图设计  72-73
  5.2 电流源矩阵设计  73-75
  5.3 DAC版图布局  75-76
  5.4 四通道DAC版图设计注意的问题  76-77
  本章参考文献  77-79
第六章 DAC测试方案及结果  79-85
  6.1 DAC测试方案讨论  79-81
  6.2 静态测试结果  81-83
  6.3 动态测试结果  83-85
第七章 UWB系统中模拟基带设计  85-88
第八章 总结与展望  88-90
致谢  90-91
附录：作者在攻读硕士学位期间研究成果  91-92

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 数模、数模转换电路
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