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基于ECL的InP-DHBT高速DAC设计研究

作　者: 范小娇
导　师: 马佩军
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 磷化铟 双异质结 电流舵 数模转换器 发射级耦合逻辑
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


雷达系统和光通信技术的迅速发展,对高速数模转换器(DAC)的需求越来越紧迫,普通的硅基器件已无法满足要求,逐步成熟的磷化铟(InP)器件成为高速DAC的首选。本文论述了DAC的基本工作原理以及InP-DHBT器件参数和模型。在此基础上,提出了一种采用InP-DHBT器件实现的电流舵结构DAC。该DAC的二进制码-温度计码编码电路,采用发射极耦合逻辑(ECL)实现。为了达到优化功耗与延时的目的,本文对ECL的基本逻辑单元的平均传播延时进行了估算,并根据估算结果,进行了电路结构优化设计。在本文中,对所有的基本逻辑单元,温度计编码器和电流开关进行了电路设计和仿真,并最终实现了整体DAC的性能仿真,结果表明:该DAC采样频率可以达到为33GSPS,积分非线性误差(INL)为0.0017LSB,差分非线性误差(DNL)为0.0087LSB,单调性满足设计要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 磷化铟异质结晶体管(InP HBT)技术的简介  11-12
  1.3 论文的主要工作和组织结构  12-14
第二章 DAC 的基本原理和指标  14-22
  2.1 DAC 的基本原理  14-15
  2.2 DAC 的性能参数  15-18
    2.2.1 DAC 静态性能参数  15-17
    2.2.2 DAC 的动态参数  17-18
  2.3 DAC 主要类型  18-21
    2.3.1 R-2R 梯形网络型DAC 的原理  19
    2.3.2 电阻串型DAC 的原理  19-20
    2.3.3 电流舵型DAC 的原理  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 HBT 器件和模型  22-34
  3.1 HBT 的工作原理  22-25
    3.1.1 双极晶体管的工作原理  22-23
    3.1.2 异质结双极晶体管的工作原理  23-25
    3.1.3 器件的实现  25
  3.2 InP HBT 器件结构及其影响分析  25-29
    3.2.1 发射结层  26
    3.2.2 基区层  26-27
    3.2.3 集电极  27
    3.2.4 器件性能  27-29
    3.2.5 器件层结构及影响小结  29
  3.3 InP HBT 晶体管版图及其影响分析  29-31
    3.3.1 发射结宽度的影响  30
    3.3.2 基区接触宽度  30-31
    3.3.3 集电极接触  31
    3.3.4 发射极长度  31
    3.3.5 版图及其影响小结  31
  3.4 InP-DHBT 晶体管的模型  31-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 ECL 电路工作原理及基本逻辑门传播延时估算研究  34-50
  4.1 ECL 逻辑电路的工作原理  34-35
  4.2 ECL 逻辑电路平均传输延时的估算研究  35-44
    4.2.1 逻辑门电路的平均传播延时的定义  36-37
    4.2.2 基极响应的平均传播延时  37-41
    4.2.3 集电极响应的平均传播延时的估算  41-43
    4.2.4 射极跟随器的响应的平均传输延时的估算  43-44
  4.3 ECL 电路的中偏置电流优化设计  44-47
  4.4 ECL 逻辑电路的电参数的确定  47-49
    4.4.1 电源电压的选择  47
    4.4.2 逻辑电平的设计  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章 InP DHBT 高速DAC 的设计仿真  50-72
  5.1 电流舵DAC 的体系结构  50-52
  5.2 ECL 逻辑电路的设计与仿真  52-60
    5.2.1 两输入或门的设计与仿真  52-54
    5.2.2 反相器的设计和仿真  54-56
    5.2.3 缓冲器(Buffer)的设计和仿真  56-57
    5.2.4 锁存器(Latch)的设计和仿真  57-60
  5.3 温度计解码器的设计和仿真  60-66
    5.3.1 二进制码到温度计码转换的原理  60-63
    5.3.2 解码器子模块性能仿真  63-64
    5.3.3 二进制码到温度计码转换电路的性能仿真  64-66
  5.4 电流源开关的设计与仿真  66-69
    5.4.1 电流源开关的设计和原理分析  66-67
    5.4.2 电流源开关的延时估算  67
    5.4.3 电流源开关的仿真  67-68
    5.4.4 电流源开关阵列的组成和仿真  68-69
  5.5 整体DAC 的设计与仿真  69-71
    5.5.1 整体DAC 的组成  69
    5.5.2 整体DAC 的仿真  69-71
  5.6 本章小结  71-72
第六章 总结与展望  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-80
附录A：InP-DHBT UCSD 模型  80-81
附录B：INL 和DNL matlab 数据处理程序  81-82
附录C：与延时估算有关的模型参数表  82-83
附录D：ECL 单元平均延时估算公式汇总  83-94
研究成果  94-95

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 数模、数模转换电路
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