The goal of this research is to design a low power, high speed, 10-bit, 250 MHz digital-to-analog converter. For high speed application, the DAC is implemented in thermometer-code based segmented DAC. An optimal switching scheme is used in this design. The switching scheme can compensate the gradient error in thermometer-code DAC arrays.This DAC is implemented in a 0.18£gm 1P6M mixed-signal CMOS process provided by TSMC.

International Telemetering Conference Proceedings / October 26-29, 1992 / Town and Country Hotel and Convention Center, San Diego, California / Chart recorders currently in use on telemetry ranges are connected to telemetry processors via a series of Digital to Analog Converters (DAC) systems. A new modular interface system receives data directly from the processor broadcast bus and distributes them to up to ten digital chart recorders. This interface is programmed from a computer to assign individual tags to each one of the display channels. This system eliminates DAC's and patch panels. It simplifies display system operation, speeds up transition from test to test and reduces maintenance costs.

<p>Direct Digital Frequency Synthesi<em>s </em>(DDFS) is a method of producing an analog waveform by</p><p>generating a time-varying signal in digital form, succeeded by digital-to-analog reconstruction.</p><p>At behavioral level the bit products with specified weights are used to generate the sine wave. In representation of a sine wave both positive and negative weights are generated. Since negative weights are not desired in design, the negative weights are transformed to positive weights. To reduce the number of current sources and control signals, bit product signals of those current sources which cannot be switched on simultaneously and have equal weights are shared. After sharing weights, the control signals are reduced to from 59 to 43 and current sources from 207 to 145.</p><p>Different control words are used by the DDFS system in order to generate different frequencies. The control word is successively added to the previous value in a 20-bit accumulator. Nine most significant bits out of these twenty bits are used for the DAC.</p><p>Since the Current Steering DAC architecture is suitable for high speed and high resolution purposes, so a 9-bit nonlinear current steering DAC is used to convert the output of bit products to the analog sine wave. Seven bits are used to generate one quarter of the sine wave. Eighth and ninth bits are used to generate the full sine wave.</p><p>HCMOS 9 (130 nm) ST Microelectronics process is used by employing high speed NMOS and PMOS transistors. The bit products (control signals) are computed by using complementary static CMOS logic which then act as control signals for the current sources after passing through D-flip flops. Practical design issues of current sources and parts of digital logic were studied and implemented using the Cadence full-custom design environment.</p>

High-speed digital-to-analog converters are critical components in many radiofrequency (RF) applications. The resistive DAC (RDAC) architecture is suitable for high-speed implementation in extremely scaled digital circuit nodes. An RDAC core can be implemented as a resistance network and a digital block, consisting of inverters as drivers to the resistive network. One disadvantage of the architecture is the input code-dependent supply current. Combined with a non-zero supply network impedance, the code-dependent current will introduce non-linearity in the output voltage. One way to circumvent the problem is to use a high-performance voltage regulator, which counteracts the voltage variation in the impedance in the RDAC supply network. In this thesis work, two alternative solutions are investigated; Compensation with another signal-dependent impedance in parallel with the RDAC core to reduce the impedance variations and a digital predistorter (DPD) which corrects the non-linearities of RDAC output voltage. The investigated techniques can be used for improving the linearity of an RDAC in certain cases. The current compensation technique works best at low frequencies, while the DPD can be used for all frequencies to relax requirements on routing resistance or voltage regulation design.

Desde os anos 80 a evolução dos processos de fabricação de circuitos integrados MOS tem buscado a redução da tensão de alimentação, como forma de se reduzir o consumo de energia dos circuitos. Partiu-se dos antigos 5 V, padrão estabelecido pela lógica TTL nos anos 70, até os circuitos modernos que operam com alimentação pouco abaixo de 1 V. Entretanto, desde os primeiros anos da década de 2000, a tensão de alimentação está estabilizada neste patamar, devido a limitações tecnológicas que tem se mostrado difíceis de serem transpostas. Tal desafio tem sido estudado por grupos de pesquisa ao redor do mundo, e diversas estratégias tem sido propostas para se chegar a circuitos analógicos e digitais que operem sob tensão de alimentação bem inferior a 1 V. De fato estes grupos têm focado seus estudos em circuitos que operam com tensão de alimentação inferior a 0,5 V, alguns chegando à casa de 200 ou 100 mV, ou até menor. Dentre as diversas classes de circuitos, os conversores de dados dos tipos digital-analógico (DAC) e analógicodigital (ADC) são circuitos fundamentais ao processo de integração entre os módulos que processam sinais analogicamente e os que processam sinais digitalmente, sendo assim essenciais à implementação dos complexos SoCs (System-on-Chips) da atualidade. Este trabalho apresenta um estudo sobre o desempenho da configuração MOSFET em rede M-2M (similar à rede R-2R que emprega resistores), utilizada como circuito conversor digital-analógico, quando dimensionada para operar sob tensão de alimentação muito baixa, da ordem de 200 mV ou inferior. Tal estudo se baseia no emprego de um modelo para os MOSFETs que é contínuo desde a condição de inversão fraca (subthreshold) até a inversão forte, e inclui o uso de um modelo de descasamento entre MOSFETs que é válido para qualquer condição de operação. Com base neste estudo foi desenvolvida uma metodologia de projeto, capaz de estabelecer as relações de compromisso entre “tensão de alimentação”, “resolução efetiva” e “área ocupada em silício”, fundamentais para se atingir um circuito otimizado. Resultados de simulação elétrica são apresentados e confrontados com os resultados analíticos, visando a comprovação da metodologia. O circuito já foi enviado para fabricação, e deve começar a ser testado em breve.

Este trabalho apresenta o projeto de um conversor digital-analógico (DAC) para ser usado em um transmissor RF no padrão Bluetooth. Um DAC é usado em um transmissor RF por que os sinais processados digitalmente devem ser transmitidos analogicamente para outras estações de rádio. Nesta aplicação especificações do conversor como: frequência de amostragem, resolução, Faixa dinâmica livre de espúrios (SFDR), Relação sinal-ruído (SNR) e não-linearidade integral e diferencial (INL e DNL), são determinadas pelo padrão de modulação do transmissor RF que neste trabalho ´e Bluetooth. Além de baixo consumo de potência e de área, condições necessárias para implementar um sistema portável. A arquitetura current-steering segmentada é adequada para este tipo de aplicação. Esta arquitetura se baseia em um conjunto de fontes de corrente, as quais são comutadas para gerar uma tensão de saída. O projeto das fontes de corrente num DAC current steering determina o comportamento dinâmico e estático. No entanto, na literatura muitos trabalhos não têm uma boa estratégia de projeto. Como uma solução, este trabalho apresenta um estudo das variáveis e uma estratégia para o projeto de um DAC nesta arquitetura. A estratégia de projeto proposta para as fontes de corrente, consiste em um processo iterativo onde as variáveis são ajustadas de maneira simples, cumprindo os requerimentos, minimizando o consumo de potência e atingindo as especificações. Além disso, neste trabalho é incluída uma análise teórica dos requerimentos estáticos e dinâmicos, além de uma nova estratégia para a implementação do layout com a qual se obtém um baixo consumo de área. O DAC foi projeto e implementado em tecnologia CMOS de 0,35?m 4M2P. Alguns resultados obtidos no teste experimental são: área ativa do layout de 200?m×200?m, Corrente de escala completa de 700?A (uma tensão de alimentação de 3,3V), INL=0,3LSB, DNL=0,37LSB, SFDR=58dB para um sinal senoidal de saída de 1MHz e 50MHz de frequência de amostragem, SFDR=52dB para um sinal senoidal de saída de 1MHz e 10MHz de frequência de amostragem. / This work presents a digital-to-analog converter (DAC) design used in a RF transmitter stage for Bluetooth applications. A DAC is used in a RF transmitter because digitally processed signals must be transmitted as an analog wave to other radio stations. The DAC design must fulfill specifications of: sampling frequency, resolution, Spurious-Free Dynamic Range (SFDR), Signal-to-Noise Ratio (SNR) and Differential and Integral Nonlinearities (DNL, INL). These specifications are determined by the modulation standard of the RF transmission stage which in our work is Bluetooth. Also, low power and reduced area are required conditions to implement portable systems. Current-steering segmented architecture is suitable for this application [1]. It is based on an array of matched current sources that are switched to generate the output voltage. The Current sources design in a current steering DAC determines the converter\'s static and dynamic behavior. However, in the literature many works did not present a good design estrategy. As a solution, this work presents a study of the variables tradeoffs and a simple design strategy for current-steering segmented DAC design. The current source design strategy is based on an iterative scheme which variables are adjusted by a simple way, satisfying the requirements, minimizing.

Este trabalho apresenta o projeto de um conversor digital-analógico (DAC) para ser usado em um transmissor RF no padrão Bluetooth. Um DAC é usado em um transmissor RF por que os sinais processados digitalmente devem ser transmitidos analogicamente para outras estações de rádio. Nesta aplicação especificações do conversor como: frequência de amostragem, resolução, Faixa dinâmica livre de espúrios (SFDR), Relação sinal-ruído (SNR) e não-linearidade integral e diferencial (INL e DNL), são determinadas pelo padrão de modulação do transmissor RF que neste trabalho ´e Bluetooth. Além de baixo consumo de potência e de área, condições necessárias para implementar um sistema portável. A arquitetura current-steering segmentada é adequada para este tipo de aplicação. Esta arquitetura se baseia em um conjunto de fontes de corrente, as quais são comutadas para gerar uma tensão de saída. O projeto das fontes de corrente num DAC current steering determina o comportamento dinâmico e estático. No entanto, na literatura muitos trabalhos não têm uma boa estratégia de projeto. Como uma solução, este trabalho apresenta um estudo das variáveis e uma estratégia para o projeto de um DAC nesta arquitetura. A estratégia de projeto proposta para as fontes de corrente, consiste em um processo iterativo onde as variáveis são ajustadas de maneira simples, cumprindo os requerimentos, minimizando o consumo de potência e atingindo as especificações. Além disso, neste trabalho é incluída uma análise teórica dos requerimentos estáticos e dinâmicos, além de uma nova estratégia para a implementação do layout com a qual se obtém um baixo consumo de área. O DAC foi projeto e implementado em tecnologia CMOS de 0,35?m 4M2P. Alguns resultados obtidos no teste experimental são: área ativa do layout de 200?m×200?m, Corrente de escala completa de 700?A (uma tensão de alimentação de 3,3V), INL=0,3LSB, DNL=0,37LSB, SFDR=58dB para um sinal senoidal de saída de 1MHz e 50MHz de frequência de amostragem, SFDR=52dB para um sinal senoidal de saída de 1MHz e 10MHz de frequência de amostragem. / This work presents a digital-to-analog converter (DAC) design used in a RF transmitter stage for Bluetooth applications. A DAC is used in a RF transmitter because digitally processed signals must be transmitted as an analog wave to other radio stations. The DAC design must fulfill specifications of: sampling frequency, resolution, Spurious-Free Dynamic Range (SFDR), Signal-to-Noise Ratio (SNR) and Differential and Integral Nonlinearities (DNL, INL). These specifications are determined by the modulation standard of the RF transmission stage which in our work is Bluetooth. Also, low power and reduced area are required conditions to implement portable systems. Current-steering segmented architecture is suitable for this application [1]. It is based on an array of matched current sources that are switched to generate the output voltage. The Current sources design in a current steering DAC determines the converter\'s static and dynamic behavior. However, in the literature many works did not present a good design estrategy. As a solution, this work presents a study of the variables tradeoffs and a simple design strategy for current-steering segmented DAC design. The current source design strategy is based on an iterative scheme which variables are adjusted by a simple way, satisfying the requirements, minimizing.

Une utilisation intelligente de l’espace Hertzien sera nécessaire pour permettre aunombre croissant d’objets sans-fil connectés de communiquer dans le même espace de propagation.Ces travaux de thèse proposent une architecture d’émetteur radiofréquence flexible, faiblecoût et faible consommation, en rupture avec les techniques conventionnelles. Cet émetteur estfondé sur un encodage de la dérivée du signal à générer, ce qui permet de réduire le coût énergétiquede la conversion de l’information. Un convertisseur numérique analogique compatibleavec cette architecture est présenté et ses performances sont évaluées dans le cadre de la générationde signaux radiofréquence. Les résultats de mesures obtenus avec un prototype réalisé entechnologie CMOS 65 nm apporte la preuve du concept. / The increasing density of wireless devices and the associated communication flowssharing the same air interface will require a smart and agile use of frequency resources. Thisthesis proposes a flexible, low cost and low power disruptive transmitter architecture. It usesa differentiating coding scheme which leverages a mathematical and technological reduction ofthe energy cost of information conversion. The design of a DAC suited to this architecture isdeveloped and its performances are assessed toward RF signal generation. The measurementsof a demonstrator designed in 65 nm CMOS technology bring a proof of concept.

Direct Digital Frequency Synthesis (DDFS) is a method of producing an analog waveform by generating a time-varying signal in digital form, succeeded by digital-to-analog reconstruction. At behavioral level the bit products with specified weights are used to generate the sine wave. In representation of a sine wave both positive and negative weights are generated. Since negative weights are not desired in design, the negative weights are transformed to positive weights. To reduce the number of current sources and control signals, bit product signals of those current sources which cannot be switched on simultaneously and have equal weights are shared. After sharing weights, the control signals are reduced to from 59 to 43 and current sources from 207 to 145. Different control words are used by the DDFS system in order to generate different frequencies. The control word is successively added to the previous value in a 20-bit accumulator. Nine most significant bits out of these twenty bits are used for the DAC. Since the Current Steering DAC architecture is suitable for high speed and high resolution purposes, so a 9-bit nonlinear current steering DAC is used to convert the output of bit products to the analog sine wave. Seven bits are used to generate one quarter of the sine wave. Eighth and ninth bits are used to generate the full sine wave. HCMOS 9 (130 nm) ST Microelectronics process is used by employing high speed NMOS and PMOS transistors. The bit products (control signals) are computed by using complementary static CMOS logic which then act as control signals for the current sources after passing through D-flip flops. Practical design issues of current sources and parts of digital logic were studied and implemented using the Cadence full-custom design environment.

Desde os anos 80 a evolução dos processos de fabricação de circuitos integrados MOS tem buscado a redução da tensão de alimentação, como forma de se reduzir o consumo de energia dos circuitos. Partiu-se dos antigos 5 V, padrão estabelecido pela lógica TTL nos anos 70, até os circuitos modernos que operam com alimentação pouco abaixo de 1 V. Entretanto, desde os primeiros anos da década de 2000, a tensão de alimentação está estabilizada neste patamar, devido a limitações tecnológicas que tem se mostrado difíceis de serem transpostas. Tal desafio tem sido estudado por grupos de pesquisa ao redor do mundo, e diversas estratégias tem sido propostas para se chegar a circuitos analógicos e digitais que operem sob tensão de alimentação bem inferior a 1 V. De fato estes grupos têm focado seus estudos em circuitos que operam com tensão de alimentação inferior a 0,5 V, alguns chegando à casa de 200 ou 100 mV, ou até menor. Dentre as diversas classes de circuitos, os conversores de dados dos tipos digital-analógico (DAC) e analógicodigital (ADC) são circuitos fundamentais ao processo de integração entre os módulos que processam sinais analogicamente e os que processam sinais digitalmente, sendo assim essenciais à implementação dos complexos SoCs (System-on-Chips) da atualidade. Este trabalho apresenta um estudo sobre o desempenho da configuração MOSFET em rede M-2M (similar à rede R-2R que emprega resistores), utilizada como circuito conversor digital-analógico, quando dimensionada para operar sob tensão de alimentação muito baixa, da ordem de 200 mV ou inferior. Tal estudo se baseia no emprego de um modelo para os MOSFETs que é contínuo desde a condição de inversão fraca (subthreshold) até a inversão forte, e inclui o uso de um modelo de descasamento entre MOSFETs que é válido para qualquer condição de operação. Com base neste estudo foi desenvolvida uma metodologia de projeto, capaz de estabelecer as relações de compromisso entre “tensão de alimentação”, “resolução efetiva” e “área ocupada em silício”, fundamentais para se atingir um circuito otimizado. Resultados de simulação elétrica são apresentados e confrontados com os resultados analíticos, visando a comprovação da metodologia. O circuito já foi enviado para fabricação, e deve começar a ser testado em breve.