一文看懂微电子所成功研制30Gsps超高速数据转换器

超高速模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）是下一代光通信及无线宽带领域的核心芯片，在大数据中心、以太网光互联、短距离互联通讯等领域有着广泛应用。美、日等国自上世纪60、70年代起始终占据该领域的技术最高点。

微电子所于2006年在刘新宇研究员带领下成立了超高速数模混合电路研发团队，以实现AD/DA研制的整体跨越为目标。经过近10年的技术积累，团队在超高速ADC/DAC的设计方法、理论分析方法以及封装测试等方面积累了丰富的研究经验，在国内外一流学术刊物上发表了20多篇学术论文，申请了20余项发明专利，建立起了通用采样率为Gsps的数模混合电路的设计分析和测试评估平台。

在国家“863”项目的支持下，团队的研究工作取得了突破性进展，成功研制出超高采样率、宽频带的30Gsps 6bit ADC/DAC芯片，大大缩短了与先进国家的技术差距，为我国在该领域摆脱国外技术壁垒限制增加了关键性的筹码，对下游产业的发展起到了极大的促进作用。该芯片的使用简单灵活，可实现并行多波段／多波束运行，并可提供较高的动态范围。目前，该芯片已在武汉邮电科学院构建的1Tb/s相干光OFDM传输验证平台上实现应用验证。

图1. 30Gsps 6bit ADC的实物照片和高频测试结果

30Gsps 6bit ADC芯片面积为3.9mm x 3.3mm ，采用4路交织技术，子ADC采用自主创新的折叠内插架构。芯片内部集成三项误差校准电路，通过与FPGA配合可实现通道之间的自动校准。芯片输出采用24路高速串行数据接口，支持在30GSps采样率下全速率输出。芯片的最高采样率为30Gsps，每秒可产生300亿次模数转换，总功耗为8W。该款芯片的-3dB带宽为18GHz。在30Gsps采样率下，低频有效位达到5bit ，高频有效位大于3.5bit ，无杂散动态范围（SFDR）大于35dBc。

图2. 30Gsps 6bit DAC的实物照片和SFDR测试结果

30Gsps 6bit DAC的芯片面积为3mm x 2.8mm，采用了分段式电流舵DAC架构。该芯片集成24路高速串行数据接收器，以及4-1MUX高速电路，支持在30GSps采样率下全速率输出。该芯片还集成了占空比校正和延迟偏差校准电路。测试结果表明芯片在30Gsps 采样率下工作时，低频无杂散动态范围（SFDR）达到44dBc，在第一奈奎斯特区内SFDR大于28.5dBc。芯片总功耗6.2W。