【摘 要】
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在光通信领域中,可调谐半导体激光器具有重要地位。在可调谐激光器中,通常使用数模转换器（Digital to Analog Converter,DAC）为其提供偏置电流。然而,目前单通道DAC已无法满足需求,对于多通道DAC的研究具有重要意义。电流舵DAC（Current-Steering DAC,CS-DAC）由于其自身结构的优越性和良好的驱动能力而被广泛应用于高精度DAC的实现。由于多路可调谐激
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在光通信领域中,可调谐半导体激光器具有重要地位。在可调谐激光器中,通常使用数模转换器（Digital to Analog Converter,DAC）为其提供偏置电流。然而,目前单通道DAC已无法满足需求,对于多通道DAC的研究具有重要意义。电流舵DAC（Current-Steering DAC,CS-DAC）由于其自身结构的优越性和良好的驱动能力而被广泛应用于高精度DAC的实现。由于多路可调谐激光器需要不同范围的电流同时进行偏置,基于目前所需的偏置电流范围,本文选用CS-DAC作为基础架构具体设计了一种9通道14位CS-DAC。本文所设计的CS-DAC主要由带隙基准电压模块、电压转电流模块、译码电路及同步单元和并行开关电流源阵列组成。为了减少面积,9个通道的基准电压由同一带隙基准模块提供,并提出了一种新型的Brokaw型带隙基准结构,摒弃了传统结构对高增益放大器的要求,采用电流镜实现电流比例关系,简化电路结构,在一阶补偿的情况下实现了良好的温度特性。为了得到精确的基准电流,电压转电流模块在Gain-Boost结构基础上加以实现,并加入了RC滤波网络以稳定输出电流。为了折衷分段比与CS-DAC性能,选用“5+4+5”的分段结构,并在译码电路加入了同步单元后使译码后的开关控制信号可以与二进制开关控制信号同步输出,以减少开关时序误差。对于最关键的开关电流源阵列,提出了一种新型的低功耗开关结构,在单个MOS开关管的基础上添加了一个下拉开关作为副开关管,不仅提高了输出电流的准确性,还可以降低功耗以满足集成化的需求。此外,对于满量程输出电流值大的通道,采用多个电流源阵列并行输出加以实现。本文采用TSMC 0.18μm工艺实现,电源电压为3.3V,在Cadence工具中进行仿真分析。前仿真结果表明微分非线性小于0.2LSB,积分非线性小于1.2LSB,建立时间小于5μs,无杂散动态范围大于55d B。进一步地,分别对通道3的数字部分和模拟部分进行版图设计及后仿真,结果表明微分非线性为0.25LSB,积分非线性为1.53LSB,建立时间为2.73μs,无杂散动态范围为58.44d B。静态性能和动态性能的仿真结果均满足设计需求,说明本文所设计的14位CS-DAC具有实际应用价值。
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