### 快速逐次逼近校准技术在DAC中的应用及绕行窗口的作用
#### 摘要
本文介绍了一种用于电流转向数字模拟转换器（Current-Steering Digital-to-Analog Converters, CSDACs）中的快速逐次逼近校准（Successive Approximation Calibration, SAC）技术，该技术通过引入绕行窗口（Bypass Window）来减少校准步骤的数量，从而显著缩短了校准时间。实验结果表明，在采用快速SAC对高位电流源进行校准时，不仅明显减少了校准时间，而且差分非线性（Differential Non-Linearity, DNL）和积分非线性（Integral Non-Linearity, INL）均小于0.5 LSB，相比传统的SAC方法有了显著改进。
#### 关键词解读
- **电流转向数字模拟转换器(Current-Steering Digital-to-Analog Converters, CSDACs)**：CSDACs是一种常见的高速DAC结构，广泛应用于视频和通信系统中。它通过控制电流的流向实现数字信号到模拟信号的转换。
- **快速校准(Fast Calibration)**：指能够显著提高校准效率的技术或方法，对于需要快速响应的系统尤为重要。
- **绕行窗口(Bypass Window)**：本文提出的创新技术之一，通过选择性的跳过某些转换步骤，从而减少整体校准所需的步骤数。
#### 引言与背景
电流转向型数字模拟转换器（CSDACs）由于其高速特性，在视频处理和通信系统等场合得到了广泛应用。为了提高转换精度，通常需要采用特殊技术和/或较大的晶体管尺寸来实现良好的匹配性能，进而改善静态线性度。当分辨率要求达到14位或更高时，逐次逼近校准（SAC）方法被广泛采纳。SAC方法的优点在于它可以通过校准来显著减小所需电流源的尺寸，从而避免了大尺寸带来的面积增加和寄生电容问题。然而，随着电流源尺寸的减小，预期电流与实际电流之间会出现偏移和不匹配误差。传统SAC方法从最高有效位（MSB）到最低有效位（LSB）依次进行量化校准，这种方法不适合需要快速响应的应用场景。
为了解决这一问题，本文提出了一种新的快速SAC技术，它能够有效地校准电流源的不匹配，并大幅减少校准时间。具体来说，该技术利用绕行窗口技术选择性地跳过某些转换步骤，从而显著降低了总校准次数。为了验证该技术的有效性，研究团队基于40/55/180纳米CMOS工艺实施了一个14位（7+7段）的CSDAC行为模型。
#### 技术细节
**快速逐次逼近校准技术**的核心在于利用绕行窗口技术来优化校准过程中的开关序列，从而跳过不必要的转换步骤。具体而言：
- **绕行窗口技术**：绕行窗口技术的核心是选择性地跳过某些转换步骤，即在转换过程中根据特定条件跳过中间的校准步骤，只保留关键步骤。这种方法可以极大地减少校准所需的转换次数，进而缩短整个校准过程的时间。
- **14位（7+7段）CSDAC的行为模型**：基于40/55/180纳米CMOS工艺实现了14位CSDAC的行为模型。这种设计考虑到了高位和低位的电流源分别进行校准的需求，通过优化高位电流源的校准流程，显著提高了整体的校准效率。
- **校准效果**：根据实验结果，使用快速SAC技术后的CSDAC在校准时间上有了明显的减少，同时DNL和INL也都小于0.5 LSB，这表明该技术不仅提高了校准速度，还保持了良好的转换精度。
#### 结论
本文提出的快速逐次逼近校准技术结合绕行窗口技术，在保证转换精度的同时显著提升了校准效率。对于需要快速响应的系统而言，该技术具有重要的实用价值。未来的研究方向可能包括进一步优化绕行窗口策略，以及探索更高效的校准算法，以便更好地满足不同应用场景的需求。
