工程師8 發表於 2018-06-07 08:57:00
日前，中科院微電子所成功研發出超高採樣率、寬頻帶的30Gsps 6bit超高速模擬數字轉換器（ADC）和數字模擬轉換器（DAC），成功大幅縮短了與先進國家的技術差距，為我國在該領域擺脫國外技術壁壘限制增加了關鍵性的籌碼，對下遊產業的發展起到了極大的促進作用。更關鍵的是，該晶片已在武漢郵電科學院構建的1Tb/s相干光OFDM傳輸驗證平臺上實現應用驗證。
就在今年3月，美國對中興通訊進行制裁的時候，由於中興通訊FPGA、光器件、高速ADC/DAC等器件很大程度上依賴從美國進口，一些媒體甚至認為中興通訊將可能遭遇寒冬，乃至破產。而本次的技術突破則有望使中興通訊在ADC/DAC方面擺脫受制於人的局面。
ADC晶片
在當下，數字系統和模擬系統已覆蓋了生活和工業生產的方方面面，比如計算機就是非常典型的數字系統，在工業領域，很多工業檢測多是連續變化的物理量，往往用與之對應的電壓、電流或頻率等進行模擬，因而這些都屬於模擬系統。而高速ADC/DAC則是連接數字系統和模擬系統的橋梁和媒介——數字模擬轉換器（DAC）是將數位訊號轉化為模擬信號，而模擬數字轉換器（ADC）則反過來，將模擬信號轉化為數位訊號。至於ADC/DAC是如何發揮各自作用的，則以光纖通信為例。
在光纖通信中，由於電纜和光釺傳輸的都是模擬信號（同軸電纜傳輸的是模擬信號，光纖傳輸的是光脈衝信號，大多屬於模擬信號），這就必須在發送端先把數位訊號轉化為模擬信號，在接受端把模擬信號轉化成數位訊號，也就是在發送端必須要有DAC，接收端安裝ADC，而如果ADC/DAC晶片性能有限，則直接會影響到光纖通信的傳輸速率。
實際上，受制於ADC/DAC晶片的性能，現在的光纖通信根本沒有達到理論性能的極限，還有很大的潛力可以挖掘，因此，高性能的ADC/DAC對5G通信，以及大數據中心、乙太網光互聯、短距離互聯通訊等領域有著重要意義。另外，在軍用領域微電子所的該項技術突破也頗具意義——超高速ADC/DAC是雷達的重要器件，在電子戰中，頻率捷變也必須仰仗超高速ADC/DAC。
因此，超高速ADC/DAC無論對國防軍事，還是民用工業都意義非凡，而如此關鍵的技術，其技術制高點卻一直被美國、日本等發達國家把持，對中國而言非常不利，前段時間，中興通訊被美國制裁，據媒體聲稱超高速ADC/DAC也位列制裁名單之上。
DAC晶片
為打破西方國家對超高速ADC/DAC的技術壟斷，2006年，在微電子所研究員劉新宇帶領下成立了超高速數模混合電路研發團隊，經過近10年的技術積累，在國家「863」項目的支持下，成功研製出超高採樣率、寬頻帶的30Gsps 6bit ADC/DAC晶片，據微電子所公開信息顯示，30Gsps 6bit ADC晶片和30Gsps 6bit DAC晶片參數如下：
30Gsps 6bit ADC晶片面積為3.9mmx3.3mm，採用4路交織技術，子ADC採用自主創新的摺疊內插架構。晶片內部集成三項誤差校準電路，通過與FPGA配合可實現通道之間的自動校準。晶片輸出採用24路高速串行數據接口，支持在30GSps採樣率下全速率輸出。晶片的最高採樣率為30Gsps，每秒可產生300億次模數轉換，總功耗為8W。該款晶片的-3dB帶寬為18GHz。在30Gsps採樣率下，低頻有效位達到5bit，高頻有效位大於3.5bit，無雜散動態範圍（SFDR）大於35dBc。
30Gsps 6bit DAC的晶片面積為3mmx2.8mm，採用了分段式電流舵DAC架構。該晶片集成24路高速串行數據接收器，以及4-1MUX高速電路，支持在30GSps採樣率下全速率輸出。該晶片還集成了佔空比校正和延遲偏差校準電路。測試結果表明晶片在30Gsps採樣率下工作時，低頻無雜散動態範圍（SFDR）達到44dBc，在第一奈奎斯特區內SFDR大於28.5dBc。晶片總功耗6.2W。
SFDR測試結果
高頻測試結果
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