一种应用于分段电流舵DAC的电路仿真方法与流程

本发明涉及集成电路设计技术领域，尤其是一种应用于分段电流舵DAC的电路仿真方法。

背景技术：

数模转换器(DAC)是一种用于将输入的多位数字信号转换为模拟信号输出的器件，作为数字信号领域与模拟信号领域的接口得到广泛应用。DAC器件是目前现代电子系统中不可或缺的重要组件，民用领域可应用于无线基站、自动控制、医疗电子、视频显示、宽带通讯等，在国防军事领域也广泛用在雷达、通讯、电子战等。近年来随着数字技术的飞速发展，对于高速高精度的DAC的需求更是迫切，成为国内外研究的重点和热点。

DAC电路仿真主要包括线性度INL、宽窄带杂散SFDR、失调误差DNL等重要参数仿真，其中线性度指标仿真受工艺偏差影响最大，在对各转换点采样取点仿真时需加入失配模型、蒙特卡罗模型及寄生参数等，才能较得到准确的仿真参数值。对于M+N位的分段型DAC电路来说，传统仿真方法将对2^M+N-1个转换点逐一仿真，在加入失配和寄生参数后，对仿真资源和时间上消耗很大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高效、具有一定扩展性的应用于分段电流舵DAC的电路仿真方法，相比传统仿真方法，可减少数据运算量，有效提高整体电路仿真效率，实现对INL、DNL、SFDR等DAC关键参数的快速仿真。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种应用于分段电流舵DAC的电路仿真方法，该仿真方法包括：首先根据分段架构的情况，对温度计码和二进制码的转换点进行仿真，得到各开启直流点数据；然后拟合全0码到全1码输入的所有直流点数据；最后将数据输入到行为级模型中仿真，得到DAC器件的关键参数值。

进一步地，仿真方法应用于M+N位分段电流舵DAC仿真，具体步骤如下：

(1)针对低M位二进制码，将子电流源分别在K₁₁、K₁₂、K₁₃…K_1M开关开启时进行直流仿真，得到M组电流数据I₁₁、I₁₂、I₁₃…I_1M，分别对应M组子电流源的单独开启电流；

(2)针对高N位温度计码，遍历从全0到全1的高N位输入进行直流仿真，得到2^N-1组数据I₂₁、I₂₂、I₂₃…I₂₍₂^N_-1)，分别对应高N位共2^N-1组温度计码；

(3)将步骤(1)和(2)得到的数据拟合为M+N位DAC从全0到全1的遍历输出电流，共计2^M+N-1组数据；

(4)将步骤(3)得到的拟合数据输入到行为级模型中仿真，得到DAC器件的关键参数仿真值。

更进一步地，步骤(3)中2^M+N-1组数据拟合的具体步骤如下：

(1)对于第W个数据(记为I_W，1≤W≤2^M+N-1)，将W转换为M+N位二进制数据，从高位至低位依次记为：D_N+M，D_(N-1)+M，…，D_1+M，D_M，D_M-1，…，D₁；

(2)计算低分段位电流值(记为I_P，1≤P≤M)，I_P＝(D_M×I_1M)+[D_M-1×I_1(M-1)]+…+(D₁×I₁₁)，其中I_1M～I₁₁对应于上述仿真方法中步骤(1)的I_1M～I₁₁；

(3)计算高分段位电流值(记为I_Q，1≤Q≤2^N-1)，I_Q＝I_2Q，I_2Q对应于上述仿真方法中步骤(2)的I₂₍₂^N_-1)～I₂₁，其中Q＝(D_N+M×2^N-1)+[D_(N-1)+M×2^N-2]+…+(D_2+M×2¹)+(D_1+M×2⁰)；

(4)计算I_W，I_W＝I_P+I_Q，其中1≤W≤2^M+N-1。

进一步地，仿真方法可用于任意组合的二进制码和温度计码分段电流舵DAC的电路仿真。

进一步地，仿真方法可扩展到对电压输出型DAC的电路仿真。

本发明的有益效果：本发明的仿真方法是通过对高N位温度计码和低M位二进制码的转换点进行仿真，只需仿真M+2^N-1个转换点，根据M、N的不同组合，可以缩短至少90％以上的仿真时间；该仿真方法可应用于分段型电流、电压DAC电路的仿真分析，提高电路的仿真效率，有效缩短产品设计周期。

附图说明

图1为本发明分段电流舵DAC的电路结构图；

图2为本发明一实施例8+6位分段电流舵DAC的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的方法应用于M+N位分段电流舵DAC仿真，低M位二进制码是将子电流源分别在K₁₁、K₁₂、K₁₃…K_1M开关开启时进行直流仿真，得到M组电流数据I₁₁、I₁₂、I₁₃…I_1M，分别对应M组子电流源的单独开启电流，高N位温度计码译码是遍历从全0到全1的高N位输入进行直流仿真，得到2^N-1组数据I₂₁、I₂₂、I₂₃…I₂₍₂^N_-1)，分别对应高N位共2^N-1组温度计码译码，两者的数据拟合为M+N位DAC遍历从全0到全1的输出电流，共计2^M+N-1组数据，输入到行为级模型中仿真，得到INL、DNL等器件参数仿真值。

如图2所示，本发明所应用DAC电路为14位分段电流舵DAC，其采用8+6的分段编码架构，其中低八位采用二进制直接编码，对应8组电流源，记为I₁₁～I₁₈；高六位数据采用温度计编码，对应63组电流源，记为I₂₁～I₂₆₃，DAC采用电流输出。

用传统的方法对该DAC的INL、DNL等参数进行仿真分析时，需要对2¹⁴-1共计16383个转换点逐一仿真，这将占用较多的服务器资源和较长的周期。利用本发明的方法将使上述仿真过程大大简化，根据本发明方法，只需对8+(2⁶-1)共计71个转换点进行仿真，而后将仿真数据通过拟合计算的方式，得到全部16383个转换点的数据。

下表1所示的为本发明具体实施中，DAC低八位二进制编码数据对应的8个转换点电流值的仿真。仿真过程中，将高六位数据位B₁₄～B₉置0，在低八位B₈～B₁分别输入逻辑1数据，得到B₈～B₁数据位对应的电流源分别单独开启时的电流值，记为I₁₁～I₁₈。

表1低八位二进制编码转换点仿真

下表2所示的为本发明具体实施中，DAC高六位温度计编码数据对应的63个转换点电流值的仿真。仿真过程中，将低八位数据位B₈～B₁置0，在高六位B₁₄～B₉分别输入由000000～111111的遍历数据，得到B₁₄～B₉数据位对应的电流源分别开启时的电流值，记为I₂₁～I₂₆₃。

表2高六位温度计编码转换点仿真

通过上述仿真得到了71个转换点的电流值，下一步根据上述71个转换点的电流值，通过拟合计算得到全部2¹⁴-1共计16383个转换点的电流值数据，记为I₁～I₁₆₃₈₃。这一步可以通过相应的编程工具和算法计算得到，本发明应用中采用Matlab编程实现，具体拟合步骤如下：

1.对于第W个数据(记为I_W，1≤W≤16383)，将W转换为14位二进制数据，从高位至低位依次记为：D₁₄，D₁₃，…，D₂，D₁；

2.计算低八位电流值(记为I_P，1≤P≤8)，I_P＝(D₈×I₁₈)+[D₇×I₁₇]+…+(D₁×I₁₁)，其中I₁₈～I₁₁对应于上表1中的数据；

3.计算高六段位电流值(记为I_Q，1≤Q≤63)，I_Q＝I_2Q，I_2Q对应于上表2中的数据，其中Q＝(D₁₄×2⁵)+[D₁₃×2⁴]+…+(D₉×2⁰)；

4.计算I_W，I_W＝I_P+I_Q，其中1≤W≤16383。

下表3对上述拟合完成的数据进行了部分罗列。

表3数据拟合计算

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。