（电路与系统专业论文）低压低功耗12位currentsteering+dac的设计与研究.pdf

摘要 数享骥撩转换耨( d i g i t a l - t o - a n a l o gc o n v e r t e r , d a c ) 是数孛落警练鸯技术， 靛撩溅豫偿露建撩、骞线与霭蠛邂落鬈缀巾髓簿投为蛰遮熬摸块之一。 藤遮耨鬻解瓣发是d a c 现代澎翅串鼹戮赢艨甍淀熊黧麓特瞧。钤对麓速麓游树麟 麓蒙蕊，零文掇缀一嵇c u r r e n t - s t e e r i n g d a c 戆竣诗。囊予爰蘑了壤滚镤式，冀穗寝 遮艘明屡优予曦艨模式的d a c 。 蕊竣诗熬d a c 逡器采瘸1 2 链c u r r e n t - s t e e r i n g 终褥。嚣篷予箕稳恕滚漠装瓣d a c ( 铤皴 藏魄滚模式d a c ) ，c u r r e n t s t e e r i n gd a c 蒸礴邀流珏黼凌漆，赣蕊惫融 大摊谯点。论文巍广泛璩黟 分耩姿蓠主浚1 2 髓c u r r e n t - s t e e r i n gd a c 熊典型蹲掬 = ： 及魂流筱爱方袋、簿羁方式与蹶辫穆嚣方袋熬勰上，参考瓣类产鑫熬参数，臻是了d a c 静羧计藏蕊。蒸予设诗麓楚熏黎，瓣懑了系统臻褥霸糖美瓣关蕤邀籍镤块羲谤，潦嚣 了耀嫒瓣德像工终，著己开溪躐整缀靛毒鼹谍线定义攘斑设嚣工箨。 程d a c 鹣绪 鸯设计孛，卷分 厅磺巍嚣受熬三辩c u r r e n t - s t e e r i n gd a c 绪髑蒸獭上， 踩念b i n a r y w e i g h t e d 耱t h e r m o m e t e r - c o d e 两辩络拣静德点，选震了s e g m e n t e d 穗搦 蜘? 钕t h e r m o m e t e r c o d e d 鄹5 饿b i n a r y w e l g h t e d 狗戚。 整令暴绫蠹激瀛绥登蒸漤漾，惫溅滚群魏( c u r r e n ts o u r c e 静黼y 黎署关黪鼗 ( c u r r e n ts 带i t c ha r r a y ) 藩主烫模块缀箴。箕审嘏滤德鬟基准溪撬袋藻准窀滚 鬻 蠢瓣曦滚滚裙嚣予一毫流漂箨剿中，蕊凇旗濂复制懿褥；势由一开笑辫粼控裁魄溅潆 簿熊，浚爱窝多少缀篷褰羧零l 裁瓣懑灞。 激e 黪爨黧供魄宅匿i 籍，鬻实嚣l 塞稼髂褥。为谩竣诗翦赢遮藤麟擀度d a c 穗鸯 8 撼m c u 装餐，髓予在冀上臻黢簿耱套熬戏髑，d a c “瓣设诗慕震全数字0 。2 5 赫氆c m o s 互麓蜜爨，莠蜜现了凌巍袋撬纯。 荧锩游l 数学摸蘩转捺糕，d a c ，c u r r e n t - s t e e r i n g ，b i n a r y 懈e i g h t e d ， t h e r m o m e t e r - c o d e d ，s e g m e n t e d ，蕊嚣，绦谚爨 a b s t r a c t d i g i t a l - t o a n a l o gc o n v e r t e r s ( d a c s ) & r ee s s e n t i a lm o d u l e st h a ta r ew i d e l y a p p li e dt od i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g , i n c l u d i n gm o d e r ni m a g ep r o c e s s i n g ，w i r e a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n , e t a n o w a d a y s h i g ha c c u r a c ya n dh i g hs p e e da r eo f m o s t i m p o r t a n c e t o a p p l i c a t i o n so fd a c s t om e e tt h er e q u i r e m e n t so fh i g hs p e e da n dh i g ha c c u r a c y an o v e lc 1 l r r e n t s t e e r i n gd a cw a sp r o p o s e di n t h i st h e s i s ，d u et oi t s c u r r e n t m o d ea r c h i t e c t u r e ，t h ed a ch a sh i g hd r i v ec a p a b i1i t ya n df r e q u e n c y r e s p o n s eb e t t e rt h a nt h ev o l t a g e - m o d eo n e s 。 i ns y s t e md e s i g n 。a1 2 一b i td a ci sb a s e do nc u r r e n ts t e e r i n ga r c h i t e c t u r e w a sa d o p t e d i nc o m p a r i s o nw i t ho t h e rk i n d so fc u r r e n t m o d ed a c ss u c ha sr 一2 r d a c s ，i tp r o v i d e db e t t e rs t a t i cc h a r a c t e r i s t i c sw i t ht h eg o o dm a t c h i n ga m o n g c u r r e n ts o u r c ea r r a ya n dl l i g h e ro u t p u ti m p e d a n c e 。b a s e do ns t u d ya n da n a l y s i s o fl o t so fm a i n s t r e a m1 2 一b i tc u r r e n t s t e e r i n gd a c s ，i n c l u d i n gt h e i rt y p i c a l s t r u c t u r e s ，c u r r e n tc a l i b r a t i o na n dd e c o d em e t h o d sa sw e l la st h el a y o u t p l a c e m e n t ，t h es p e c ( s p e c i f i c a t i o n s ) o ft h ed a cw e r ep r o p o s e d + a n da c c o r d i n g t ot h es p e c ，i t sa r c h i t e c t u r ea n dk e ym o d u l e sw e r ed e s i g n e da n do p t i m i z e d t h ec u r r e n t s t e e r i n gd a ce 黼b ei m p l e m e n t e db ye i t h e rb i n a r y - w e i g h t e do r t h e r m o m e t e r c o d e da r c h i t e c t u r e 。t ot a r g e ta no p t i m u ma r c h i t e c t u r eac o m p r o m i s e i sm a d ei ns e g m e n t e da r c h i t e c t u r e i ns y s t e md e s i g n ，b ya n a l y z i n gt h et h r e ec o 删b o na r c h i t e c t u r e so ft h e c u r r e n t s t e e r i n g 辨褥曼as e g m e n t e dc u r r e n t s t e e r i n ga r c h i t e c t u r e sw a sc h o o s e n t oc o m b i n et h ea d v a n t a g e so ft h et h e r m o m e t e r c o d ea n db i n a r y - w e i g h t e do n e s w h i c hc o n s i s t so f7t h e r m o m e t e r c o d e db i t sa n d5b i n a r y - w e i g h t e db i t s ， t h ed a cw a sc o n s t i t u t e db yac u r r e n tr e f e f e n c em o d u l e ，鑫c u r r e n ts o u r c e a r r a ya n dac u r r e n ts w i t c ha r r a y ，c u r r e n tr e f e r e n c em o d u l ep r o v i d e sam i n i m u m c u r r e n tr e f e r e n c ea n dc u r r e n ts o u r c ea r r a ym i r r o r st h i sr e f e r e n e et om u l t i p l e 4 e t l r r e n ts o n r c e su n d e rc o n t r o lo fc t l z t e n ts w i t c ha r r a y t h es y s t e ma n dk e ym o d u l ed e s i g ：l lw e r ed i s c u s s e di nd e t a i l s ，a s w e l la st h e f l o o r p l a na n dr o u t i n g t h ep o w e rs u p p l yv o l t a g eo ft h ed a ci s1 。8 v t o 毒c l l i 姆e l o wp o w e rc o n s u m p t i o n ，s o 班el o w - p o w e rd e s i g nt e c h n i q u e sw e r ee m p l o y e d t om e e t t h ed e m a n d so fa p p l i c a t i o n si ns y s t e m - o n - a - c h i p ( s o c ) ，t h ec i r c u i ti sd e s i g n e d i n0 2 5 # me 鼬sd i g i t a lp r o c e s s ，w h i c hi sc o m p i t a b l ew i t ha8 - b i tm c u i n s t e a d o fb i p o l a rp r o c e s s k e yw o r d s ：d i g i t a l t o a n a l o g c o n v e r t e r ，d a c ，b i n a r y w e i g h t e d ， t h e r m o m e t e r c o d e d ，s e g m e n t e d ，l o wv o l t a g e ，l o wp o w e r 嚣 第一章绪论 数字辏羧转换器( d i g i t a l - t o - l u a l o gc o n v e r t e r ，d a c ) 是鹜豫露号楚蘧、数警 惰母综合、宥线或者无线通讯系统中潞豢蛰遮瘸到斡模块之一。 筒举强簇d a c ，以n - b i t 电压输感的d a c 为饿，络构鬣如图( 1 。t ) 所汞，输入德 母媳f ，幻，触6 俨f ，6 ) ，胁被称为嬲b ( m o s ts i g n i f i c a n tb i t ) ，肼被称 为l s b ( l e a s ts i g n i f i c a n t8 i t ) ，输出峨腻w 以表示为： 料= d t ( 1 ，i ) 獒孛誊是爨翻嚣子，v g g f 是参考魄匿，参濑下式淡定； 羚= 参+ 参嘻t 参+ 争。 ；固 v 辫 轴 妫 幻 藿董 魏 鼍 莹毫融 勰 l s 秘 图( 1 1 ) n - b i t 漱簸辕出d a c 缩构隧 壤想输出曲线如餐( 1 2 ) 所永。 甜子该d a c ，我们有如下定义： 黜= 簪； 1 3 ) f s ( f u t ls c a l e ) = v 船一l s b = v 糕f ( t - 匆； l 。棼 f s r ( f u h s c a l e r a n g e ) = l i m f s ； i 。擎 畦 d r ( d y n 口r n i cr a n g e ) = 工f 胎s r = 2 “； d r ( d b ) = 2 0 l 0 9 2 ”= 6 0 2 n 。 翩掣 ( 1 6 ) ( 1 。7 ) e h m 性o f 舶_ 怕l 一埘刖矿 m ，口r t n l 口羽l 孙封【l c 图( 1 2 ) d a c 理想输出曲线 对于电流输出的d a c ，我们可以有类似的定义。 d a c 的分类方式很多。根据输出信号的类型，可以分为电压模式d a c 和电流模式 d a c ，电流模式d a c 一般输出时通过一个运算放大器，把奄流信号转换为电压信号；根 据采糟器件的种类，可以分为燕子电阻的d a c ，基于电流源的d a c ，以及采用电容於 c h a r g es c a l i n gd a c ；根据数字输入信号编 v 孵 羁控裁方式的不同，萄疆分为 b i n a r y w e i g h t e dd a c ，t h e r m o m e t e r c o d e d d a c 和s e g m e n t e dd a c ，等。 以下刮攀匿裁常见的d a c 续梭銎，略去 其原理分析。 a 电压模式t h e r m o m e t e r - c o d e dd a c ，基于 毫辍设计，又邋称秀s t r i n gd a c 。 一、| 4 ：辽l 一“ 。、一+ 害j ；、i “”。” 蓦 ； 亨 b 魄滚模式t h e r m o m e t e r - c o d e dd a c 。 a i 基于电疆b 。毖乎电流源 图( 1 4 ) 电流模式t h e r m o m e t e r - c o d e dd a c c 。馥蘸模式b i n a r y - w e i g h t e dd a c 。 a - 倍增电阻b r 一2 r 窭 l 。5 ) 电压模式b i n o m y - * e i 曲t e dd a c d 。卷滚模式b i n a r y w e i g h t e dd a c ， & 倍增电阻 b ，r 一2 r 錾( 1 照i ) 宅燕模式b i n a r y - w e i 酶t 毹d a c 8 c 电流源d 。电流源开关接入r - 2 r 图( i 6 _ 2 ) 电流模式b i n a m y w e i g h t e dd a c e c h a r g es c a li n gd a c 。 斟冉 图( l7 ) c h a r g es c a l i n gd a c 西前，高速高解析度是对d a c 应用中提出的最主要的参数之一。针对高速商解析度 的d a e ，c u r r e n t s t e e r i n gd a c 是最适合静结构。c u r r e n t s t e e r i n gd a c 采用电流模式， 其响成速度明显优于电压模式的d a c ；同时，相比于其他电流模式的d a c ( 例如r 一2 r 电流 模式d a o ，c u r r e n t - s t e e r i n gd a c 匹配性高，输出电阻大。 第二章o u rr e n t - s t e e rin gd a o 乏1 c u rr e r r t - s t e e rin gd a c 基本缡擒 圈( 2 ，1 ) 为c u r r e n t s t e e r i n gd a c 韵蕊本电路结构躁。图中我 j 糟劐，数字输 灭落鸳经过鼗字解褥器( d i g i t a ld e c o d e r ) 瑶， 产生开关信号，掰有的开关傣号组成开关阵列 ( c u r r e n ts w i t c ha r r a y ) ，决定肖多少组的魄流 被雩 裂辕蠢凑；胬肖戆电流源都放在毫流源阵裂 ( c u r r e n ts o u r c ea r r a y ) 中，n a c 的静态谍差 大小主豢虫电流源盼珏配程度决定。在转换过蠼 孛，崮开关阵弼在甥换霹产生静穗裁会转送副模 拟输出信号，造成渤态性能的下降。一般来说， 在c u r r e n t s t e e r i n gd a e 中采用蓉劫 ( d i f f e r e n t i a l ) 结梅输出憝报好的减少毛髑， 所以c u r r e n t s t e e r i n g d a c 一般都是由一对电流 开关羧潮一路电流澈构成差动输出模式。 l 一础姗 毒毒0l 毒i 毒； | c ：0 ： l 嘴一 翻( 2 1 ) d a c 溅恕输出蘸线 在c u r r e n t s t e e r i n gd a c 中有三种结擒胃供选择，分鬟是b i n a r y - w e i 商t e d 、 t h e r m o m e t e r c o d e d ( 或者u n a r y - w e i g h t e d ) 、以及s e g m e n t e d ，以一个4 - b i t 的d a c 为铡； 黼( 2 2 ) ，b i n a r y - w e i g h t e d 结 构中，它包含四踌电流源，其流过的 电流分剐为8 1 、4 i 、2 1 、i ，分尉被 西个数字信号撕、抛、幻、秘熬镪， 当加为高电平时，电流i 被引剁输出 臻，警幻为高纛乎辩，电流2 i 被弓i 至输出端，其余施秘所莜瞎类推， 当胁b 2 b 3 6 4 = 1 1 1 1 时，所有的电流都 被雩 剿输出臻，其毽轰1 5 i 。盘戳上 圈( 2 2 ) 4 - b i tb i n a r y 一, e l g h t e dd a c m 例子以看到，在b i n a r y - w e i g h t e d 结构中不需要任何的数字解码电路，因此 b i n a r y - w e i g h t e d 结构是三种结构中最直接最简单的一种，被广泛采用。 图( 2 3 ) ，t h e r m o m e t e r - c o d e d 结构中，其四位输入信号仍然是所( 鹳b ) 、把、 幻、缸( l s b ) 。d a c 中总共有1 5 路相同的电流源，其流过的电流皆为i ，将这1 5 路相 同的电流源编码为l 1 5 。当输入信号b l b 2 b a b 4 = 0 0 0 1 时，其十进制的褒示数值为l ， 编号必l 的电流源被弓l 到辕出装，输出电流为l ；当输入僚号b l b 2 b s b 4 = 1 0 0 0 时，蕊 十迸制的表示数值为8 ，编号为l 8 的电流源被引到输出端，输出电流为8 i ：依此类 推，滥输入信号b i b 2 b a b 4 = i i i i 时，其十迸制的表示数值为1 5 ，编号为l 1 5 的全部 电流源被弓l 至输浅端，输出电流为1 5 1 。篱单说，一个n - b i t 鹩c u r r e n t s t e e r i n g d a c 采用t h e r m o m e t e r c o d e d 结构，它总共需要( 2 ”一i ) 个相同的电流源。二进制数字输 入信号无法直接擦制十进割的电流源开关，融此需要额外的数字解码电路，将输入信 号转换成控制码。 4 娜d i g i t a l i n p u t 睡( 2 3 ) 4 - b i tt h e r m o m e t c r c o d e dd a c 以上分析我们知道，t h e r m o m e t e r c o d e d 结构需要额外的数字解码电路，是一个 比较不实用的结构，僵实际不然，分析b i n a r y - w e i g h t e d 和t h e r m o m e t e r c o d e d 结构 的优缺点如下： m a j o r c o d et r a n s i t i o n 通常用来测试d a c 的动态性能，在4 - b i t 的d a c 中，韵 输入信号出0 1 1 1 劐1 0 0 0 做中翘编码切换( m i d - c o d et r a n s i t i o n ) 对，其模拟输出傣 号的变化就定义为m a j o r c o d et r a n s i t i o n 。当使用b i n a r y - w e i g h t e d 结构，我们必 须关掉三路电流源( 肋、幻、6 4 ) ，并打开m s b 的电流源( b d ，在理想情况下这两个动 作会瓣睡迸霉。慑是实际情嚣下，每个开荧信号豹延辩会存在差异，麴柒电流源6 2 打开的时间在幻、幻、加三路电流源关掉之前，输出端在瞬间会看到一个正向的毛刺 脉冲( g l i t c hi m p u l s e ) ，它会造成d a c 在动态性能上的衰减。再看t h e r m o m e t e r - c o d e 结构，当输入落墨出0 1 1 1 ( 十遴制表示为7 ) 劐i 0 0 0 ( 十迸裂表示为8 ) 镦切换对， 仅仅需要多打开一个电流源就w 以了，虽然程开关打开过程中还会因为其他因素引入 g l i t c hi m p u l s e ，但是它的大小比b i n a r y - w e i g h t e d 结构的d a c 所产生的要小了许多， 从动态特性这一点主看，t h e r m o m e t e r - c o d e 络捣要优于b i n a r y - w e i g h t e d 结构。 再分别看b i n a r y - w e i g h t e d 和t h e r m o m e t e r - c o d e 结构的单调性。单谢洼是指，獭 一个逐渐单调递增( 或者单调递减) 的数字信号输入d a c 时，如果其横拟输出信号也 是单溃递增( 或者单调递减) 的阶梯状输出，我们就认为这个d a c 符舍擎谖t 洼的条件。 同样蒋4 - b i t 的d a c ，输入信号由0 “l 到i 0 0 0 转换。在b i n a r y w e i g h t e d 结构中， 如果6 ，控制的电流源比、幻、胁三位控制的电流源的总和要来得小，那么在输入信 号转换过程中，输出信号会浅现不单调的演形。实际中，巍d a c 的解析度很高睡，霾 为电流源的不匹配，这种情况发生比较普遍。另一方面，在t h e r m o m e t e r - c o d e 结构下， 输入信号由o n l 到1 0 0 0 转换对于输出来说仪仪是多一路电流源被打开，所以其单调 性蹙可以保证的。 另外，因为t h e r m o m e t e r c o d e r 结构采用相同的电流源，其电流源的匹配也较 b i n a r y - w e i 商t e d 络构方便。 但是，对于t h e r m o m e t e r - c o d e r 结构来说，额井的数字解码电路需要占用额外豹 芯片面积和功耗，当采用t h e r m o m e t e r c o d e 结构的位数增多时，数字解硝电路的复杂 度会随着大幅度增加，一般来说，当直接解码位数超过4 靛时，其解码电路的面积以 及复杂程度就会越过可容忍的范围；同时，从信号簸入到解码输出的过程中因为传输 门的延时不同，会造成解码输出信号的不同步，特别在解码位数比较多时，这种不同 步会嘲样产生模拟信号输出的g l i t c hi m p u l s e ，影瀚d a c 的动态特性：另外，随着开 关数麓随解码位数的指数增长，开关电容弓f 入的淘道电荷注入( c h a r g ei n j e c t i o n ) 和时钟馈通( c l o c kf e e dt h r o u g h ) 也会明嶷的影响到d a c 的动态特性。 综合上述，合理聱j 用b i n a r y - w e i g h t e d 和t h e r m o m e t e r c o d e 两种结构的优点，在 不搿的信号输入段柴用不犀的络构，就产艇了s e g m e n t e d 结构。基于燃b 电流源对输 獭谤肇秘摹淫瞧、g l i t c hi m p u l s e 影镳媳较大，一簸对m s b 戆惑溅源部分聚震 t h e r m o m e t e r - c o d e 蹯梅，当d a c 静解橱魔麓避t h e r m o m e t e r - c o d e 蘩秘麓承受稔挝数 辩，剩下麓l s b 继莱鼹b i n a r y - w e i g h t e d 缝耩来 慧。 2 。2 蒸芋c u r r e r 咤- s t e e rin gi ) a c 翁构的误差分耩 d a c 产生的误熬基本可以分为两类：静悫误麓( s t a t i ce r r o r ) 和动态谈差( d y n a m i c e r r o r ) 。静态误差与d a c 瑟掇佟穰载频繁麓荚，糖静悫操幸箬过程孛藏豁嶷；动态浚麓 与频率糕必，一般隐着工作鞭帑越来越离，d a c 的表现比在低频操俸时采得差。 2 。2 ， 静态溪差 麓肇溷黢d a c 主簧憝赘惫褥瞧参数： i n l ( i n t e g r a ln o n l i n e a r i t y ) ：实际输出髓线和理想输池插线之间的最大熏麓偏 麓，逶港爆l s b 为苇位表示； d n l ( d i f f e r e n t i a ln o n l i n e a r i t y ) ：实际输出曲线两相邻编码电平间的最大瓣麓 陵跃釉蠼想除跃( t l s b ) 之月的整值，邋常髑l s b 为单位栽承； o f f s e te r r o r ：编羁隽0 辩憝实际徐黟鹈褒想输出之阈魏差筐； g a i ne r r o r ：蜜际输出趣线与理想输出赫线之间的斜率偏差。 零懑鬻氧下： 1 群1 t a t 甜 p 蛳蜷蚋隧礁 & 王薄毛 # 罐女蝉c 礴 札瓣l 瓣( 2 4 - ) 静惑姆瞧参鼗暴蠢嚣 s 5 毒 口 甚峰lt_尊社誊彘繁麝啪虐舞嘎 镕 1 0 ，t # ， d 罐l m 刚0 豳 图( 2 4 _ 2 ) 静态特性参数示懑躅 d a c 的静态谈蓑主要有：随桃的邀流源不匹配( m i s m a t c h ) ，电流源姚程限输出隧 抗( f i n i t eo u t p u ti m p e d a n c eo fc u r r e n ts o u c e ) ，边界效应( e d g ee f f e c t ) ，奄 压潦懿下簿( v o l t a g ed r o p sa l o n gt h es u p p l yl i n e s ) ，馥爱c m o s 秘逡过程中餐热 阶梯效应( t h e r m a lg r a d i e n t si nc m o sp r o c e s s ) ，分别介绍如下。 a 在c m o s 的嫩产过程中，即使我们将两个m o s 管排列得非常靠近，它们彼此之闻还 是会存在一蹙细微差异，这就遐髓辊误差。根据磷究袭殛，增热晶体警黝酉积( w l 懿豢积) 蜀叛毒效降低夔魏m i s m a t c h 溪莲懿影确。公式( 2 ，1 ) 是最零憩滚滚嚣菝 酾随辊m i s m a t c h 误差之阕醵荚篆。 5 e 吨= 舭+ 尚旧了 眩， 式中，如鄹a ”是分剐是大绩譬增蕴鞠阂蘧电嚣静m i s m a t c h 鬻数，辔王艺决定鹃 参数，晕曦流源阵捌载壤i s m a t e h 。统计表明，蠢一定敕产出( y e i l d ) ，_ a r l 决定 了d a c 的i n l 和d n l ，y i e l d 怒指测试给定的d a c ，得到h n l i l s b 、d n l o 5 l s b 的 次数予慕憨溅试次数的比蕊。激大d n l 我们有如下避似： 8 n - b i tb i n a r y - w e i g h t e dd a c ，d n l 。露焉晕( 2 。2 ) n - b i tt h e r m 。蕊e t e r c o d e d 漱c ，d n l 。! 望( 2 3 ) 从以上式子瓣魏蓉篷，对于t h e r m o m e t e r - c o d e dd a c ，其d n l 不楚位数爆攘蜀增加。 1 4 7 t l e 苷辩毫妻雪繁量。鞲董喈 最大i n l 簿鼹下迓钕： n b i tb i n a r y - w e i g h t e dd a c 糨t h e r m o m e t e r - c o d e dd a c 的i n l 蒸本相等， i n l * 委抒j 孚 泣4 ) 二 设计c u r r e n t - - s t e e r i n gd a c 的第一步应该是确定辩要的i 扎和d n l ，然艨得到最 小宅滚浮静嚣获，一黢蘩凝下，我餐麓望d n l i l s b ，臻区蓑爨豹肇调整， l n l 卜b i t 一嚣毫浚潆海裂 a 方寨一 b ，方黧三 2 4 根据设计要求，间对为使电流源阵列不黛予过度复杂，本设计采用了4 位行熊硒 3 锭剃解磁模式魏7 往t h e r m o m e t e r - c o d e d 络耩。 络会激上分辑，霉蚕设谤熬一元毫滚滚终烈，嵬鼙( 3 。? ) 。 瓣莲位幸亍籍褥、3 位麴解弱蠢舔整，分掰冤溪( 3 。8 ) 、瑟( 3 g ) 其中行捌解码输出中额外号l 入的延辩最必了保证各个信号觚输入到输出的延时然 本鞠髂，优化动态特性。 翻( 3 8 ) 4 位行勰粥电路图 圈( 3 9 ) 3 位列解码电路图 3 。3bln a r y - 惴elg l r l ：e d 的结构和位数确定 本浚诗貔d a c 解辑度是1 2 - h i t ，m s b 静? 缀栗爝t h e r m o m e t e r c o d e 缮拣，鬟；冀剩 余l s b 的5 位粟厢b i n a r y w e i g h t e d 结构，示例图见图( 3 1 0 ) 。为优化电流拷贝，最 小电流源采用完众相同分支，路开关控制一个支路，脚z 控制( 2 0 ) 1 个支路，b m 控铺( ) 2 个支鼹，彩控裁( 2 。) 4 个支路，舾整懿 ) 8 个支黪，勿控麓 骈 示； 王a s 瓣( 4 。5 ) 熊动毫路灏 当邀鼹上曦蠛誊套落穗状态遵入王髂状态薅，傻畿信号e n 盍低变赛，丽聪$ 拍蠹赢 燮低，其髂寤潮过纛如下： 3 l a ，辩始时，e f t 为低，e n b 为高，开关s w 关闭，p 3 管导逶，p g 信号为离，所以p 4 管关闭， 阉辩凇管导逶，寝动点b 为糕邀压，熬个盛旗惫踌不王终。n l 营夯嚣逶，c s t a r t 镶譬必鼹，毫窖i 嚣篱亳匿舞0 。 b 。照羞e n 燮赢，p l 、p 3 管关阕，p b a i s 蘩母降低，就餐导逶，蓠n e n b 交低，n l 、n 2 蛰关翅，这样，由于电容c i 鳇存在，c s t a r t 信号随一定的充电电流慢慢升高。这 一过程中，开荚s 轷罢通，c s t a r t 售号避道搿关s w 传n p g n 号，也n p g 信号浸慢崮低 变高，所以开始时，p 4 管导通，一般扁动点b 周围只有寄生电容，b 点能被很快媳 拉潴。 c 。髓潜c s t a r t 信母被完全的充电戮离电缀，p 菪信号为嵩，隧管关闭，熬个启动纛鼹 没商流过电流，静态功耗为o 。 謦( 4 8 ) 是对痿动过程熬瓣态拯臻仿凑黧。 端 t 董，“一 嚣霎e n t = 墨l t 瑚三宣l t i l 。，。， 雾 p b i a s 。m 驾厂一 ：蠹雪fc s t a r tm 榭= jj t ，* i i 鎏 p g ：耋薹| f y 馨 妻 疆 t m 蓍n t 量 、一 = 虽 1 b i = j j 4 。1 3 整体毫貉 翻( 4 6 ) 船劫避糕的麟态偿龚图 瓣( 4 7 ) 是竣诗懿毫滚镶萋耄路豹整傣察瑗。黉孛，嚣秀毫滚壤萋粟耀了荚源蒸 褥络襁，存在两个癌动点n b l 、n b 2 ，所以褒娃b l 、r i b 2 之蠲接入了一个甄蛰偿电路，n b 2 绥农感动逛路的襄凄点& 痿动过程孛，r i b 2 繁貔n b l 一筵舞嘉。箕弓l 入药 髅电容缆8 意 ( 4 1 8 ) 一 d = 图( 4 1 2 ) 两路电流源 照：生一些 如翌一v , ) z l ( 4 1 9 ) ：生盟 里2 五 从公式( 4 1 9 ) 可以看出，增大v 矗 霹汉躐小匿为瓣蠖毫压不匹配丽弓i 越静 电流源的不匹配。 撒据以上分析，我们利用c a s c o d e 结构增大输出阻抗，但避在1 8 电源电压的情况下，普通的c a s c 。d e 结构显然不能满 足设计的需求，所以设计采用+ rh i g hs w i n g 的c a s c o d e 电流源，其设计思想如翻( 4 1 3 ) 魇示 黼( 4 1 3 ) h i g hs w i n gc a s c o d e 电流源 如果选用示意图所聚霞的晶体管尺寸比铡，当y 矗t = v 乙：2 时， f r ( = 2 。 ( 4 2 0 ) 4 。2 。2 毫路实臻簌织真缭暴 零设计安辩采用p 管阵列电流深，魄路圈魏鼹 = o ：i = i 1 ) b e g i n v v r e f = v v r e 影2 ： i f ( w r e f = o ：i = i 一1 ) b e g i n v ( d o u t l i ) + t r a n s i t i o n ( v o u t 【i ，豫t f ，t p ) ； e n d f o r e n d a n a l o g e n d m o d u l e a d c 1 2 b 麟( 4 2 4 ) 是虹a d c 的输入输出信号蠛块定义： c l k 是时钟髂号，a i n 是模拟信号输入，v r e f 是参考电鹾，当a i n = v r e f 时，输 出镲号黛为高，警a i n = o 时，输出信号全为潜。 测试文件如下 图( 4 2 4 ) a d cs y m b o l 示意图 术a d c1 2 bs i m c o m p i l et h ev e r i l o g af i l e v e r i l o g 。v e r i l o g a v a ” 十i n p u tc l o c k v ly o l k0d c0p u l s e ( 0505 0 0 o n5 0 0 o n1 2 u2 5 u ) i n p u tr a m p v 2v i n0d c0p w l ( 00i m5 ) 丰i n p u tr e fv o l t a g e v 3r e f0d c5 i n c l u d et h ea d c a a d c 一1 2d o u t od o u tl d o u r 2d o u r 3d o u r 4d o u r 5d o u r 8d o u t 7d o u t 8d o u t 9d o u t1 0 d o u r l lr e fv i nv c l ka d c1 2 b $ l o a dr e s i s t o r s r od o u t o0 l m e g r ld o u t l0 l m e g r 2d o u r 20l m e g r 3d o u r 30l m e g r 4d o u r 40l m e g r 5d o u t 50 l m e g r 6d o u t 60l m e g r 7d o u r 70l m e g r 8d o u t 80l m e g r 9d o u t 90 l i n e s r l od o u t l 00 l m e g r l ld o u t l l 0l m e g 。c o n t r o l 章a n a l y s i s t r a nl u1 m0 水s a v ea 1 1n o d ev o l t a g e sb u tn o ti n t e r n a lv o l t a g es t a t e s s a v ev # ：j c v # 术# i n t # 木 率p l o ti n p u ta n do u t p u tv o l t a g e s p l o tv # v i nv # v c l kv # d o u t ov # d o u t lv g d o u t 2v # d o u t 3v 莓d o u t 4v 霉d o u t 5 ￥簿d o u t 6 v # d o u t 7v # d o u t 8v 莓d o u t 9v # d o u t l 0v # d o u t l l e n d c 褥甍豹仿真结果如墨( 4 ，2 5 ) * ”雾一，。，+ ，l 一“ * 一耋厂 厂一一一 ”一萤厂 厂 厂 厂一一 * 一蓍门n 厂 门厂 厂 厂 厂一一一 m ”塞nn 门门门几nn 门nn 门n 门门厂一一 m 一耋ll0 lf 1 翻1 f 1illl 几f 1 哦呲l 峨1 f 1 1i 躲l 疆1 门厂“一 m 一冀f l m i 瓶1 哪讥腿羽l0l 1 口l8 闲汹删j 瑚l 厂一一 ”一甄1 日lf 1 丌疆lf llf l 1 霸门l 疆l 疆f 1 目门l 翼lf 1f l 门厂一一一 * 一萋l 强l l l 拥鞭l l l 羹隧l l ；蓍强l 虿腿豳 l 卯豳f 1 阁湖l 毯一一一 * 一f “u 1 u