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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:卓儒宏
研究生(外文):Ru-Hung Juo
論文名稱:適用於VDSL之12位元數位發射器
論文名稱(外文):12-bit Digital Transmitter for VDSL
指導教授:宋國明宋國明引用關係
口試委員:黃育賢陳伯奇張陽郎
口試日期:2011-07-13
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電機工程系研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:數位類比轉換器線驅動器雙絞線發射器數位發射器
外文關鍵詞:Digital TransmitterDigital to Analog ConverterLine Driver
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本論文旨在製作一適用於VDSL網路系統,且操作頻率為200 MHz之CMOS數位發射機,主要包含有12位元200MHz之數位類比轉換器及電流模式全差動線驅動器兩個部份,並採用TSMC 0.18 μm 1P6M CMOS製程技術來實現。
為了達到高速操作頻率的需求,故採用電流切換式之數位類比轉換器架構。本論文使用區段式數位類比轉換器來實現,以3位元二進制碼加上9位元溫度計碼,合成12位元數位類比轉換器。再利用緩衝器的概念,於電流源的輸出端加上一緩衝器,及配合門閂電路將各區段波形匹配,以降低突波現象。此外,為了將數位電路之佈局面積與複雜度做最佳化之設計考量,本論文將9位元之溫度計碼拆為3位元加6位元的溫度計碼解碼架構,以減少數位解碼電路的面積。在佈局方面,為了減少消除梯度效應及線性誤差,使用電流源陣列。最後實現輸出最大電流、INL及DNL分別為4095 μA,0.32及0.39 之12位元數位類比轉換器。
就線驅動器而言,為了產生較高的功率效益(Power Efficiency),分別利用兩條不同的電壓源路徑,以避免電壓源路徑疊加,藉以實現低電壓的電路設計,以及採用合成(Synthesis)的方式,此合成電路能產生輸出阻抗匹配電阻,藉以降低電路的功率消耗、提升功率效益。此外,本論文進而利用濾波電容及對大寄生電容端點提供前饋的充放電路徑以及線驅動器後級加上電流回授補償電路,以抑制諧波失真問題,並提高線性度。本線驅動器在1.8 V的供應電壓下,能驅動100 Ω輸出端負載,產生100 MHz與2 VPP的電壓訊號振幅。


This thesis describes the chip implementation of a 200 MHz CMOS digital transmitter based on VDSL system specification. which is composed of a 12-bit, 200 MHz digital to analog converter, and a fully differential current-mode line driver. The digital transmitter had been fabricated with the TSMC 0.18 μm 1P6M CMOS technology.
For high-speed application, the digital to analog converter adopts the switch-current mode architecture. This is a 12-bit digital-to-analog converter (DAC) is implemented with M-bit segmented, which is implemented with 3-bit binary and 9-bit unary. Buffers are used to isolate the output of digital circuit and to reduce the glitch of current. Furthermore, in case of achieving small layout area, reducing the complexity of digital circuit, 9-bit unary is composed with the 3-bit and 6-bit thermometer-encoding architecture. In order to mitigate the process variation and linear error, current source array (CSA) is applied. The simulation of 12-bit DAC shows that the max current is 4095 μA, the integral nonlinearity (INL) and the differential nonlinearity (DNL) are 0.32 LSB and 0.39 LSB respectively.
In order to have high power efficiency, in line driver the utilization of impedance synthesis is to eliminate the matching resistor which works with extra power consumption. Furthermore, the capacitive feed-forward path is introduced used to reduce the crossover distortion; and that the current-feedback circuit is added to increase linearity. According to the simulation result the output voltage of the proposed line driver is 2 VPP at differential load of 100 Ω, the power supply of 1.8 V and the operating frequency of 100 MHz.


摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 論文架構 2
第二章 數位類比轉換器 3
2.1 簡介 3
2.1.1規格之定義 4
2.2 電阻串式數位類比轉換器 5
2.3 電容式數位類比轉換器 5
2.4 電流切換式數位類比轉換器 6
2.4.1 二進位制數位類比轉換器 6
2.4.2 等電流源數位類比轉換器 7
2.4.3 區段式數位類比轉換器 8
2.5 數位輸入碼最佳化之配置考量 9
2.6 三位元二進位制之數位類比轉換器架構與設計 12
2.7 電流源電路 13
2.7.1電流源輸出阻抗技術 14
2.7.2 擁有抗製程變因之偏壓電流源 14
2.7.3 開關切換時電流源產生之突波 15
2.7.4 低臨限電壓栓鎖電路 19
2.8 九位元溫度計碼解碼與對稱矩陣式電流源佈局 20
2.8.1矩陣式電流源佈局 21
2.8.2 電流源矩陣解碼電路與溫度計碼解碼器 22
2.8.3 等效九位元溫度計碼 25
2.9 數位類比轉換器模擬結果 28
第三章 線驅動器 34
3.1 線驅動器之簡介與設計考量 34
3.2 線驅動器之基本原理及架構 34
3.2.1 線驅動器之驅動方式 34
3.2.2 全差動電流回授模式之線驅動器 36
3.3 低電壓線驅動器 38
3.3.1 誤差放大器之架構 38
3.3.2 使用誤差放大器架構實現低電壓線驅動器 40
3.4 阻抗匹配之設計 41
3.4.1 抗匹配之原理 41
3.4.2 阻抗匹配之電路實現於線驅動器 43
3.4.3 線驅動器共模回授電路實現 45
3.5 利用合成技術來實現低電壓線驅動器 45
3.6 諧波失真抑制之設計 46
3.6.1 電流回授補償電路改善諧波失真之設計 46
3.6.2 前饋電容抑制諧波失真之設計 49
3.7 線驅動器之模擬結果 51
第四章 數位發射機 57
4.1 數位發射機之簡介 57
4.2 數位類比轉換器之偏壓電路設計 58
4.2.1 定電流分散式偏壓電路 58
4.2.2 寬擺幅定電導之偏壓電路 59
4.2.3 分散式偏壓電路 62
4.3 線驅動器之偏壓電路設計 63
4.4 數位發射機之模擬結果 63
第五章 數位發射器電路佈局與量測考量 65
5.1 簡介 65
5.1.1 數位類比轉換器佈局規劃圖 66
5.2 測量考量 67
5.3 整體佈局圖 69
第六章 結論與未來研究方向 70
6.1 結論 70
6.2 未來研究方向 71
參考文獻 72


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