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数模转换器(DAC,Digital-to-Analog Converter)作为一种将数字信号转换为模拟信号的转换器,是信号处理系统中的关键模块之一。电流舵型DAC是主流的高速DAC结构,它常用于通信和多媒体领域。随着移动设备的快速发展,系统对芯片的低功耗性能要求越来越高。然而,电流舵型DAC中的单位电流源在极小的工作电流下匹配性会变差,导致电流舵型DAC性能的下降。Unary-R-2R型DAC通过电阻梯的分流特性产生低位电流,从而避免了DAC中的电流源工作电流过低,一定程度上保证了单位电流源的匹配程度。本文首先介绍了数模转换器的发展现状,简要比较了各式DAC的结构特点、工作原理及主要性能参数,介绍了Unary-R-2R型DAC的结构特点。根据Unary-R-2R型DAC的结构特点确定了DAC的分段方式,根据Unary-R-2R型DAC的工作原理建立了理想的行为级模型和相应的仿真平台。本文分析了电阻失配、电流源失配、有限输出阻抗和RC延迟效应这四个实际电路中存在的非理想因素,根据各个非理想因素的特性对理想的行为级模型做出修改。通过仿真平台,分别对四个非理想因素影响DAC性能的特点做出了研究。研究结果表明,电流源失配对DAC性能的影响最大,电阻失配仅影响静态性能,有限输出阻抗对动态性能的影响较大,RC延迟效应在寄生电容较大时对DAC动态性能影响明显。最后,利用MATLAB模型得到的结论基于TSMC 0.13μm 1P8M CMOS工艺设计了一个10位Unary-R-2R型数模转换器,并进行了相应的系统性能仿真。文中主要设计了基准源、单位电流源及R-2R电阻梯。其中,为了获得受温度影响小的基准电流,基准源采用带隙基准技术产生基准电压,通过压流转换形成基准电流;为了减小有限输出阻抗对电路性能的影响,在单位电流源中使用了共源共栅结构;在R-2R电阻梯部分通过使用多个多晶电阻构建电阻块,减小了各个电阻块之间的失配,降低了R-2R电阻梯的分流偏差对DAC静态性能的影响。系统仿真结果表明,本文设计的数模转换器最大DNL和INL小于0.5LSB。当输入信号频率为20MHz采样频率为300MHz时,DAC的信噪比为65.8d B,无杂散动态范围为62.36d B,有效位数为9.7533。