● Nyquist DAC：

- Binary-weighted DAC

- Unit-element （thermometer-coded） DAC

- Segmented DAC

- Resistor-string，current-steering，charge-redistribution DACs

● Oversampling DAC：(apply： Audio)

- Oversampling performed in digital domain （zero stuffing）

- Digital noise shaping （sd modulator）

- 1-bit DAC can be used

- Analog reconstruction/smoothing filter

DAC性能指标：

▶Static performance limited by matching (DNL INL)

● Systematic Errors

- Contact and wiring resistance （IR drop）

- ​​​​​​​Edge effects in unit element arrays （单元阵列的便捷效应）

- Process gradients（工艺梯度）

- Finite current source output resistance （有限的电流源内阻）

● Random Errors

- Lithography （光刻）

- Often Gaussian distribution (central limit theorem) （高斯分布）

Noting：对于DAC的INL&DNL仿真，比ADC快很多，输入code从 0~2^(N-1)，每个code出现一次，然后看输出台阶装的波形，然后计算。

▶Dynamic performance limited by

● Finite settling time and slewing （有限的。。。）

- Finite RC time constant

- Signal dependent slewing

● Feedthrough

- Coupling from switch signals to DAC output

- Clock feedthrough

● Glitches due to timing errors

- Current sources won’t switch simultaneously

二进制权重DAC

二进制权重就不在赘述了。看一下寄生电容Cp，相当于增大了冗余电容 redundant Cu ，使得总的电容加起来变大了，导致实际输出的 Vo 比理想的小，存在一个增益误差 gain error。

Gain Error Cancel：

①：调整 V_reference，前面存在增益gain，那么将 Vr / gian，就能将前面的gain error抵消掉。

②：使Vx节点的电压不发生变化，那么Cp两端的电荷没有变化，自然影响不了。

方法：开关电容放大器

敏感的点(电荷守恒的点)是Vx，任何对 Vx 的电压能产生翻转的因素都可能引起误差。电容下级板的寄生，是接到强驱动信号 Vref&gnd 上的，影响不大。但是 bottom走线和top走线 可能会存在寄生，这个是敏感的（走线寄生会改变电容的绝对大小，相当于8Cu+△C3，4Cu+△C2）

解决方法是：①减小走线间的寄生电容 --做好屏蔽，做dummy电容；②做好匹配，最起码让△C3=2△C2，总的电容(算上寄生)要成比例 --三明治结构寄生匹配 。

MSB 翻转造成的影响：

最差的INL&DNL，因为所有电容同时翻转，每个电容都贡献失配。(下式计算还需归一化到LSB)

Output Glitches

实际DAC在输出时会有抖动，造成的原因：①时序上的误差；②带宽不够，时序响应不稳定；③开关动作的误差。解决方法：输出端加一个 de-glitching SHA （Sampling Hold Amplifier）

一般来说，只有单独做的DAC需要做SHA，ADC里面的DAC不需要，因为ADC里面会保证时序，规避掉glitches。（Pipline ADC 除外，因为要做余量放大 MDAC）

做SHA的作用：①消除输出抖动；②提供增益；③驱动下一级电路；④能进行I-V转换。

SHA不需要特别快快的带宽，SHA的 BW 只需要比采样时钟 fs 快就行，保证在下一次转换前，将DAC的输出建立好。

解释：glitch的来源之一：时序的误差——翻转的时候，相邻两次code并不是同时跳变，他们肯定有个中间态，code值是不确定的，这就带来了DAC的输出不确定，出现glitches。

二进制权重电流型DAC——（Cap --> MOS管做电流镜）

电流切换简单，快速。存在一个折中关系：最终输出的电压是 Vo = I*R，当R较大，I 变小，功耗变小，但是电阻噪声变大；反之当R较小，噪声较小，但是I变大，功耗变大。然后类似CDAC一样，INL&DNL 取决于电流源的match，类似的如果满足不了 I3 >=（I2+I1+I0），会造成缺码现象（missing code），造成非单调（not inherently monotonic），二进制DAC的通病。

二进制权重电流型DAC——（Cap --> MOS管做电流镜）

电流切换简单，快速。存在一个折中关系：最终输出的电压是 Vo = I*R，当R较大，I 变小，功耗变小，但是电阻噪声变大；反之当R较小，噪声较小，I变大，功耗变大。然后类似CDAC一样，INL&DNL 取决于电流源的match，类似的如果满足不了 I3 >=（I2+I1+I0），会造成缺码现象（missing code），造成非单调（not inherently monotonic），二进制DAC的通病。

DAC的仿真方法：

R-2R DAC：

Unit-element （thermometer-coded） DAC（温度计编码的DAC）

Unit-element Resistor-String DAC （电阻串联DAC，一样，R、C、MOS 都适用）

温度计码，天然单调（monotonic），不缺码，DNL性能好。位数高的话开关阵列复杂，速度慢。

存在 code-dependent Ro&Rswitch。不同的code，抽头出去的电阻是不一样的，对应开关的电阻也是不一样的，这样就导致输出电阻Ro随code变化，导致signal-dependent RoCo，带宽不一样。

下面看看为什么说DNL好呢？

二进制码最坏DNL发生在中间，MSB跳转，所有电容都发生翻转，贡献 (2^N - 1)个mismatch源。DNL_wc = sart(2^N -1)*σ_u。

温度计码相邻两个code只有一位不同，也就是说只有一个R贡献了DNL，并且所有的DNL都是相同的，不存在最坏情况。DNL = σ_u。

注意：

所有结构的 INL 都是由匹配决定的，他们的INL都是一样的，INL_wc = sqrt(2^N -1)*σ_u。

Unit-elementCurrent-String DAC

Segmented DAC（分段式DAC）

Segment 的好处：例如这个8位的DAC，拆分成6+2，前六位用二进制编码，后两位用温度计编码，温度计编码。MSB翻转时，相较二进制码，segment高两位用的温度计码，每次翻转只有25个单位电容，总的翻转电容时26个，DNL=sqrt(2^6)*σ_u ，相较纯二进制码 DNL = sqrt(2^8-1)*σ_u，大大减小。右下图，一般没有那么这样的，一般MSB=4位，LSB=8位。

还有一种分段式CDAC：上图是分段式电阻DAC，先粗量化MSB，然后通过开关切换，进行细量化LSB。