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高速CMOS MCML单元设计及温度计译码电路实现

【摘要】:数模转换器(DAC)是现代通信系统中一个不可或缺的重要模块,随着半导体集成电路技术的快速发展,它的设计正朝着高速低功耗的方向发展。然而,目前主流的高速高精度DAC大多都是采用CMOS逻辑进行设计,这种逻辑的一大缺点在于动态功耗随工作频率的增加而迅速增加。与其相比,MOS电流模逻辑(MCML)具有恒定的静态电流,它的动态功耗并不随工作频率变化,因而在高速低功耗DAC设计中,MCML是一个非常有前途的技术方法。 论文以MOSFET模型作为切入点,给出MCML电路的等效模型和特性参数,并以此为基础归纳出一种MCML电路的设计流程,应用此设计方法实现了MCML基本单元和温度计译码电路设计,并将其作为数字译码部分应用在一款16bit电流舵DAC芯片中。DAC的采样时钟频率为1GHz,分段结构为6-5-5,其中高6位和中5位为温度计译码,低5位为二进制译码。 论文基于SMIC0.18μm1P6M标准CMOS工艺,电源电压为1.8V,在输出摆幅0.5V,静态电流50μA下,加载输入信号500MHz,时钟信号1GHz,基于CadenceSpectre仿真器,仿真结果显示:MCML反相器延时为12.76ps,逻辑门延时为45.09ps,锁存器延时为60.16ps,功耗均为90μW;所设计的温度计译码电路满足功能要求,功耗恒为50.13mW,不随频率变化。论文从匹配性、天线效应以及减小衬底噪声的角度考虑,分别给出MCML基本单元和温度计译码电路的版图设计。

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