Design of a 12 Bit CMOS Current Cell Matrix D/A Converter

12비트 CMOS 전류 셀 매트릭스 D/A 변환기 설계

This paper describes a 12bit CMOS current cell matrix D/A converter which shows a conversion rate of 65MHz and a power supply of 3.3V. Designed D/A converter utilizes current cell matrix structure with good monotonicity characteristic and fast settling time, and it is implemented by using the tree structure bias circuit, the symmetrical routing method with ground line and the cascode current switch to reduce the errors of the conventional D/A converter caused by a threshold voltage mismatch of current cells and a voltage drop of the ground line. The designed D/A converter was implemented with a $0.6{\mu}m$ CMOS n-well technology. The measured data shows a settling time of 20ns, a conversion rate of 50 MHz and a power dissipation of 35.6mW with a single power supply of 3.3V. The experimental SNR, DNL, and INL of the D/A converter is measured to be 55dB, ${\pm}0.5LSB$, and ${\pm}2LSB$, respectively.

본 논문에서는 12비트의 해상도와 65MHz의 변환속도를 가지면서 단일 3.3V의 공급전압으로 동작하는 전류 셀 매트릭스 구조의 CMOS D/A 변환기를 제안하였다. 설계된 CMOS D/A 변환기는 우수한 단조증가성과 빠른 정착시간을 가지는 전류 셀 매트릭스 구조의 장점을 이용하면서 기존의 D/A 변환기의 전류셀 간의 문턱전압의 부정합과 접지선의 전압 강하에 의한 오차를 감소시키기 위해 트리 구조 바이어스 회로, 대칭적 접지선 연결, 캐스코드 전류 스위치를 사용하여 구현되었다. 설계된 전류 셀 매트릭스 12비트 D/A 변환기를 $0.6{\mu}m$ CMOS n-well 공정을 이용하여 제작하였다. 제작된 DAC칩을 +3.3V 단일 공급전원을 이용하여 측정한 결과, 정착시간이 20nsec로써 50MHz의 변환속도와 35.6mW의 전력소모를 나타내었다. 또한 측정된 SNR, DNL은 각각 55 dB, ${\pm}0.5LSB$,${\pm}2LSB$를 나타내었다.