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研究生:陳建君
研究生(外文):Chien-Chun Chen
論文名稱:IEEE802.11a無線區域網路10位元275MSPS數位類比轉換器之設計
論文名稱(外文):Design of a 10-Bits 275MSPS Digital to Analog Converter for IEEE 802.11a WLAN
指導教授:田慶誠田慶誠引用關係
指導教授(外文):Ching-Cheng Tien
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:電機工程學系碩士班
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:61
外文關鍵詞:CMOSdigital to analog conversionSegmentcurrent steering
相關次數:
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本論文主要探討一個應用於無線區域網路之十位元 275 MSPS數位類比轉換器的設計與分析。採用電流切換模式的架構,在TSMC 0.18μm製程下,達到速度、解析度、功率消耗與面積的最佳化。在數位部分的設計是將八個最大位元(MSB)轉換成熱碼、二個最小位元(LSB)使用二位元碼,以逹到較佳的差動非線性誤差(Differential nonlinearity ,DNL)與較理想的佈局面積。在類比部分,利用溫度補償電路(Bandgap reference circuit)提供較不隨溫度變化的電壓,再利用運算放大器穩定此電壓,此偏壓可以讓單位電流源產生穩定之電流源。此數位類比轉換器取樣頻率為二百七十五百萬次每秒的速度,最耗時的穩定時間為3.3ns。差動非線性誤差為0.088LSB、整體非線性誤差為0.107LSB。在1.8-V的供應電源下,功率消耗為20.56mW。
This thesis presents a 10-bit 275-MSPS 1.8-V digital to analog converter (DAC) and is implemented in TSMC 0.18μm CMOS technology. A segmented current steering architecture is used with optimized performance for speed, resolution, power consumption and area with TSMC 0.18μm process. The DAC can be operated up to 275MHz sampling frequency and the settling time is less than 3.3 ns. The differential nonlinearity ( DNL ) and integral nonlinearity ( INL ) are ±0.088 and ±0.107 least significant bits ( LSBs ),respectively. Total power dissipation is 20.56mW with 1.8-V power supply.
第一章 緒論……………………………………………………………………1
1.1 相關研究發展………………………………………………………………1
1.2 研究動機……………………………………………………………………1
1.3 論文組織……………………………………………………………………2

第二章 數位類比轉換器基礎…………………………………………………3
2.1 理想數位類比轉換器………………………………………………………3
2.2 數位類比轉換器規格………………………………………………4
2.2.1 靜態特性………………………………………………………………4
2.2.2 動態特性………………………………………………………………7
2.3 數位類比轉換器架構比較………………………………………………10
2.3.1 電阻串式………………………………………………………………11
2.3.2 加權電阻式……………………………………………………………12
2.3.3 R/2R電流相加式……………………………………………………13
2.3.4 切換電容式……………………………………………………………14
2.3.5 二進制加權電流源式…………………………………………………15
2.3.6 等電流源式……………………………………………………………16
2.3.7 區段電流源式…………………………………………………………17

第三章 數位類比轉換器的設計………………………………………………18
3.1 概說………………………………………………………………………18
3.2 區段電流源式數位類比轉換器…………………………………………18
3.3 偏壓電路設計……………………………………………………………22
3.3.1 帶差參考電路…………………………………………………………23
3.3.2 運算放大器……………………………………………………………27
3.3.3 運算放大器偏壓電路…………………………………………………30
3.4 溫度計解碼器電路設計…………………………………………………34
3.5 門閂電路設計……………………………………………………………38
3.6 單位電流源設計…………………………………………………………40
3.6.1 隨機誤差………………………………………………………………40
3.6.2 系統誤差………………………………………………………………41
3.6.3 電路設計考量…………………………………………………………45

第四章 模擬與量測……………………………………………………………50
4.1 簡介………………………………………………………………………50
4.2 模擬結果………………………………………………………………50
4.3 PCB設計…………………………………………………………………52
4.4 測試考量………………………………………………………………53
4.5 量測結果…………………………………………………………………55

第五章 結論與將來工作………………………………………………………58
5.1 結論………………………………………………………………………58
5.2 將來工作…………………………………………………………………58

參文文獻……………………………………………………………………………60
[1]Phillip E. Allen and Douglas R Holberg, CMOS Analog Circuit Design. New York Oxford OXFORD UNIVERSITY PRESS 2002.
[2]Walt Kester, The Data Conversion Handbook. Analog Device Inc.,
[3]Sung Yong Park; Hyun Ho Cho; Kwang Sub Yoon; “A 3.3 V-110 MHz 10-bit CMOS current-mode DAC”ASIC, 2002. Proceedings. 2002 IEEE Asia-Pacific Conference on , 6-8 Aug. 2002 Pages:173 – 176
[4]Chi-Hung Lin and Klaas Bult, “A 10-b, 500-MSample/s CMOS DAC
in 0.6 mm2,” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 33, NO.12,DECEMBER 1998
[5]Bastos, J.; Marques, A.M.; Steyaert, M.S.J.; Sansen, W.; “ A 12-bit intrinsic accuracy high-speed CMOS DAC”Solid-State Circuits, IEEE Journal of , Volume: 33 , Issue: 12 , Dec. 1998 Pages:1959 – 1969
[6]Yongsang Yoo; Minkyu Song; “ Design of a 1.8V 10bit 300MSPS CMOS digital-to-analog converter with a novel deglitching circuit and inverse thermometer decoder”Circuits and Systems, 2002. APCCAS '02. 2002 Asia-Pacific Conference on , Volume: 2 , 28-31 Oct. 2002 Pages:311 - 314 vol.2
[7]Van den Bosch, A.; Borremans, M.; Steyaert, M.; Sansen, W.; “A 10-bit 1-GSample/s Nyquist current-steering CMOS D/A converter”Custom Integrated Circuits Conference,2000. CICC. Proceedings of the IEEE 2000.21-24 May 2000 Page(s):265 – 268
[8]Behzad Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, Jul.2002.
[9]Design Documents for TSMC 0.18um 1P6M Mixed Signal Process
[10]A. Van den Bosch; M. Steyaert; W. Sansen, “An accurate statistical yield model for CMOS current-steering D/A converters,” in Proc. IEEE 2000 Int. Symp. Circuits and Systems (ISCAS), May 2000, pp. IV.105-IV.108.
[11]M. Pelgrom et al., “Matching properties of MOS transistors,” IEEE J.Solid-State Circuits, vol. SC-24, pp. 1433-1439, Oct. 1999.
[12]Ta-Hsun Yeh et al., “Mis-match Characterization of 1.8V and 3.3V Devices in 0.18um Mixed Signal CMOS Technology,” in Proc. IEEE 2001 Int. Conference on Microelectronic Test Structures, vol. 14, March 2001, pp. 77-82
[13]Y. Nakamura and T. Miki et al., “A 10-b 70-MS/s CMOS D/A converter,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 26, no. 12, pp. 637-642, Apr. 1991.
[14]Van Der Plas, G.A.M.; Vandenbussche, J.; Sansen, W.; Steyaert, M.S.J.; Gielen, G.G.E.; “A 14-bit intrinsic accuracy Q2 random walk CMOS DAC”Solid-State Circuits, IEEE Journal of , Volume: 34 , Issue: 12 , Dec. 1999 Pages:1708 – 1718
[15]A.Van den Bosch; M. Steyaert; W. Sansen, “SFDR-bandwidth limitations for high speed high resolution current steering CMOS D/A converter,” in Proc.IEEE Int. Conf. Electronics, Circuit and Systems (ICECS), Sept. 1999, pp. 1193-1196
[16]Jose Bastos; Augusto M. Marques; Michel S. J. Steyaert; Willy Sansen D.Groeneveld, “A 12-bit intrinsic accuracy high-speed CMOS DAC,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 33, no. 12, pp. 1959-1969, Dec. 1998.
[17]Mark I.Montrose, “EMC and the printed circuit board: design, theory, and layout made simple,”IEEE Press, NEW York, 1999.
[18]劉家鈞,“應用於無線通訊網路之10位元250MSPS數位類比轉換器,”中華大學電機所,2006
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