矢量调制器关键电路CMOS IC设计

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在现代移动通信系统中,传统的模拟调制难以满足高速通信的要求,目前主流的数字正交调制一般将基带信号分为相互正交的I、Q两路信号,这样大大提高了通信的速率。为了实现更高的传输速率和大容量,常常采用更高阶的数字调制方式,这需要更大的符号率,因此相位调制和幅度调制的精度也就要求更高。数字正交调制的方式依赖于数模转换器(DAC)将数字基带信号转换为模拟信号,同时基带输出的一般是高速的串行数据流,因此需要将高速的串行数据转换成DAC识别的并行控制信号。在高速无线通信系统中实现矢量调制的过程需要数模转换器具有很高的速度、精度和输出动态范围,因此一方面给DAC本身的设计提出了要求,同时给DAC的输入接口速率也提出了很大的要求。围绕上述矢量调制器中的两个关键电路,即DAC和高速接口,本文在深入研究高速、高精度数模转换器和高速串行通信接口的设计结构和原理后,基于华虹宏力(HHGrace)110 nm 1P5M CMOS工艺设计了一款集成高速通信接口、内置带隙基准源的12位电流舵分段DAC设计,完成了矢量调制器中关键电路芯片的MPW流片,整体面积660μm×880μm。本文的主要工作及贡献在如下几个方面:1、设计了一款分段电流舵DAC。比较不同DAC架构和分段选择的优势和缺陷,分析了输出阻抗、随机失配、系统失配、噪声等因素对DAC性能的影响并进行了MATLAB建模分析。采用4+3+5分段结构,该DAC实现了在50 Msps的采样率下,微分非线性(DNL)±0.08 LSB,积非线性(INL)±0.35 LSB,无杂散动态范围(SFDR)在奈奎斯特域内大于72 d B,芯片的核心面积为0.1mm~2。2、设计了一款高速LVDS接收接口。采用高速LVDS接口实现高速串行数据流的接收,将低压差分信号转换为兼容数字单元的标准电平,在输入信号2 GHz时,仿真了不同的输入共模干扰、差模衰减情况和不同的工艺角情况,在最差环境中仍然能够输出较好的波形,完成数据接收和电平转换。3、为DAC提供控制输入,本文采用数字逻辑综合的方式实现了一款600 Mbps的高速解串器(Deserializer)和DAC中的译码电路。采用自动布局布线的方式,构建时钟树保证时序网络正常,减小了数字电路功耗、面积、设计复杂度以及设计周期。
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