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帶數(shù)字校準的12位串行輸入雙通道DAC設計

發(fā)布時間:2020-07-05 08:27
【摘要】:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字世界與模擬世界的橋梁,廣泛滲透到通信、傳感、多媒體等生活的各個領域。隨著筆記本電腦、智能手機等便攜式設備的普及,這些系統(tǒng)對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器芯片的面積、性能、功耗等技術指標提出了更加嚴苛的要求。作者參與了成都華微電子科技有限公司一款12位高精度串行輸入雙通道DAC產(chǎn)品研發(fā),并基于此項目進行了完整的設計流程闡述。該DAC工作在-55℃到125℃溫度范圍內(nèi),采用5V單電源供電,采樣率為62.5kHz,功耗為5mW,達到當今國內(nèi)軍品低功耗DAC設計領域的主流水平。本文首先梳理衡量一個DAC性能好壞的主要指標,介紹對比當今業(yè)界內(nèi)主流DAC結(jié)構的優(yōu)勢與不足;在速度要求不高的應用場景下,R-2R電阻結(jié)構憑借低元件值分布、面積小等優(yōu)勢,成為本設計采用的核心轉(zhuǎn)換結(jié)構。然后介紹了本設計中各主要模塊的具體實現(xiàn),主要集中于模擬電路部分,包含帶隙基準模塊、帶隙增益模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及輸出運放模塊,并給出相應的仿真方法和結(jié)果。接下來針對集成電路制造過程中由于工藝漂移等非理想因素可能導致的電路誤差,基于數(shù)字可編程模塊提出封裝后數(shù)字修調(diào)方案。該方案通過串行接口輸入信號對片內(nèi)EEPROM器件進行編程操作,針對降低帶隙溫漂系數(shù)、消除帶隙的輸出誤差、降低轉(zhuǎn)換電路的非線性以及消除輸出運放的失調(diào)和增益誤差五個方面進行校準。該修調(diào)方式替代國外同類型芯片采用的激光修調(diào)技術以及國內(nèi)采用的傳統(tǒng)熔絲修調(diào)結(jié)構,突破國外修調(diào)技術限制、降低產(chǎn)品成本的同時摒棄了國內(nèi)傳統(tǒng)熔絲修調(diào)的高功耗、大面積缺點,并且提升了產(chǎn)品修調(diào)的靈活性。最后簡述了混合信號電路版圖設計中的常見問題及解決方案,著重講述本設計核心模塊DAC電阻陣列的設計思路。對比分析幾種主流封裝方式的優(yōu)劣,并給出了本設計流片后陶封樣品的最終封裝測試結(jié)果。測試結(jié)果表明,本設計可實現(xiàn)12位分辨率,微分非線性(DNL)和積分非線性(INL)均控制在±1LSB以內(nèi),線性度良好,軍溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)小于15ppm/℃,建立精度符合預期要求,所采用的修調(diào)方式對于更高位數(shù)DAC電路設計具有一定的參考價值。本產(chǎn)品具有CSOP-14陶封和塑封兩種封裝形式,可對國外相似產(chǎn)品實現(xiàn)原位替代。
【學位授予單位】:西安電子科技大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2019
【分類號】:TN792
【圖文】:

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,模擬信號,模擬世界,當代社會


號也不負眾望地向人們展示著自己優(yōu)越的易處理、抗干擾等特點。為了將數(shù)字信化為我們能直觀接收的模擬信號,或是對模擬信號進行壓縮處理為數(shù)字信號,我須采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。它們廣泛應用于通信、傳感、圖像處理、自動控制等領域,為我們生產(chǎn)生活中不可或缺的一部分。 本文的研究背景及意義數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器分為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital-Analog-Converter,DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器nalog-Digital-Converter ,ADC)兩種,分別承擔著功能上相反的任務。當代社會手機、筆記本電腦等便攜式設備的普及以及人們對于低成本的不斷追求,特別是來微處理器(MicrocontrollerUnit ,MCU)的迅猛發(fā)展,工程師們更加傾向于將分立的器件集成到一個完整的片上系統(tǒng)(System on Chip ,SOC)中,如圖 1.典型通信芯片結(jié)構。作為模擬世界和數(shù)字世界溝通的橋梁,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能的好接關系到整個芯片系統(tǒng)的表現(xiàn)。

集成電路,集成電路產(chǎn)業(yè),不可估,高清電視


展同其他集成電路一樣,也經(jīng)歷了電子管時代、晶體管時代。各種新結(jié)構、新技術的提出極大改善了 DAC 的性能。注的 DAC 的指標也有所區(qū)別。例如在高清電視等音視頻應 在線性度、建立時間、輸出毛刺等時域特性上的表現(xiàn);而信號是否會對鄰近信道的信號產(chǎn)生干擾是十分關鍵的,這就 SFDR 和帶寬等做出較高的要求[1]。集成電路大國,一直以來其實是使用大國,而并非設計大國口金額高居進口商品榜首,而相對應的是國產(chǎn)芯片自給率不口以外,我國的芯片產(chǎn)業(yè)還時常遭遇國外“卡脖子”。以美家簽署《瓦森納協(xié)議》,禁止荷蘭ASML公司向中國出口先進家的和平崛起;中興事件中我國堂堂通訊巨頭,卻不得不忍說,還按照美國的要求更換了所有高層領導,這種賣家向顧荒唐可笑。當然這些都從側(cè)面反映了我國集成電路產(chǎn)業(yè)在面白無力。這對我國的生活、科研、國防等帶來的危害不可估

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本文編號:2742362

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