动态随机均衡提升14位/400MHz CS-DAC性能：90dB无杂散动态范围与低功耗

在现代电子系统中，特别是宽带通信、高速视频传输以及军用领域的高速雷达设备中，对数模转换器的性能要求日益提升。电流舵数模转换器（Current-Steering Digital-to-Analog Converter, CS-DAC）因其速度快、精度高而在这些应用中占据重要地位。然而，它们面临着诸多挑战，如工艺精度引起的失配、电流源阵列的开关效应产生的谐波失真以及输出阻抗的下降等问题，这些问题严重影响了CS-DAC的动态性能。 本文提出了一种创新的设计策略——基于动态随机均衡的电流源选择算法。这一方法的核心在于利用"数据比对的方向性和方位随机均衡选择"原理，旨在保持低开关活动性的同时，通过随机均衡技术将误差转化为白噪声。这种方法的优势在于能够在不显著增加芯片面积和功耗的情况下，显著提高CS-DAC的无杂散动态范围（SNDR），这对于抑制随机噪声和改善整体信号质量至关重要。 作者采用14位分辨率、400 MHz工作频率的电流舵数模转换器，使用SMIC的0.18微米CMOS工艺进行实际器件制作。流片测试结果显示，在电源电压为1.8伏特，时钟频率为400兆赫兹的条件下，数模转换器的无杂散动态范围达到了惊人的90.1分贝，这是一个非常出色的性能指标，证明了该算法的有效性。此外，平均功耗仅为86毫瓦，显示了良好的能效比。 这项研究解决了传统电流舵数模转换器在高速应用中面临的动态性能受限问题，通过引入动态随机均衡策略，不仅提高了转换器的输出动态范围，还实现了更佳的信号质量和较低的能耗。这对于推动电子系统的性能提升和成本效益优化具有重要意义，预示着未来的数模转换器设计将更加注重解决非理想因素，以满足不断增长的技术需求。