電流舵數(shù)模轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)誤差分析與建模*

戴星明，劉穎異，唐旭升,

（1.東南大學(xué)微電子學(xué)院，南京 210096；2.東南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，南京 210096）

1 引言

在電路設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器作為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的接口電路得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器主要分為兩大類：模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。ADC 將光照、壓強(qiáng)、濕度等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理或者傳輸，DAC 可以將這些處理過的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)反饋到現(xiàn)實(shí)世界中。隨著互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝的特征尺寸不斷縮小，數(shù)字系統(tǒng)的處理速度越來越快，對(duì)DAC 提出了更高的性能要求。電流舵DAC 具有高速、高精度的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在5G 通信和軍工等領(lǐng)域。電流舵DAC 屬于使用大量相同模塊（開關(guān)電流單元）設(shè)計(jì)的電路類型，因此最重要的性能指標(biāo)取決于這些模塊的匹配行為[1-2]，如何快速通過某種機(jī)制來評(píng)估電流源的失配是否符合設(shè)計(jì)要求成為了問題的關(guān)鍵。采用相同工藝，由于電流源管的失配，不同批次制造出來的芯片積分非線性（INL，eINL）和微分非線性（DNL，eDNL）不同。為了描述特定工藝下電流源管的失配對(duì)DAC 靜態(tài)指標(biāo)的影響程度，業(yè)界引入了INL 良率的概念，INL良率定義為在多個(gè)相同的DAC 芯片樣本中INL 小于0.5 LSB 的概率[3]。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[4]推導(dǎo)出了一個(gè)公式，描述管子失配對(duì)電流舵DAC INL 良率的影響，通過計(jì)算可以獲得管子失配與INL 良率的映射關(guān)系。試驗(yàn)表明這種方法要求的單位電流源管尺寸過大，導(dǎo)致DAC 梯度效應(yīng)增強(qiáng)，寄生電容增大，動(dòng)態(tài)性能下降，成本提高。蒙特卡羅仿真是評(píng)估失配最精確的方法，但是仿真時(shí)間與DAC 的分辨率呈指數(shù)關(guān)系，極大地影響了設(shè)計(jì)效率。……