微电子所研制实现4GHz 4-bit的超高速ADC芯片

来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 20:25:35
<br /><br />http://www.cas.ac.cn/10000/10003/10000/2009/138391.htm
中科院微电子研究所微波器件与集成电路研究室超高速电路课题组的刘新宇研究员所率研究团队在该所第二研究室相关人员的支持下，研制实现了4GHz 4-bit超高速模拟数字转换器（Analog-Digital Convertor，ADC）芯片。



图1 4GHz 4-bit的超高速ADC的芯片照片

该芯片采用自主创新的结构框架（如图1所示）。在片测试结果表明，设计的超高速ADC芯片能够在4GHz时钟频率下正常工作，对DC-2GHz频率范围内的输入模拟信号的进行了正确的数据采样，采样精度达到了4-bit，测试结果如图2所示，该芯片共集成了约500个GaAs HBT晶体管，芯片的整体面积为1.45mm×1.45mm。芯片采用-6V供电，总功耗为1.98W。



图2 4GHz 4-bit的超高速ADC的测量结果

超高速ADC芯片是信号处理、数据采集中必不可少的核心部件，国内在超高速ADC芯片研究中尚处于起步阶段，该超高速ADC芯片的设计成功，对于提升我国在该领域的技术水平具有重要意义。在芯片研究开发的过程中，研究组成员非常重视技术积累和自主知识产权的保护，已经完成相关专利申请数十项，并完成一批核心电路IP核的封装储备，极大地提升了微电子所在超高速数模混合电路方面的科研实力，研究组全体成员将会继续努力攀登技术高峰，研制实现更高水平的超高速数模混合集成电路，为国家的建设和发展做出贡献。
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中科院微电子研究所微波器件与集成电路研究室超高速电路课题组的刘新宇研究员所率研究团队在该所第二研究室相关人员的支持下，研制实现了4GHz 4-bit超高速模拟数字转换器（Analog-Digital Convertor，ADC）芯片。



图1 4GHz 4-bit的超高速ADC的芯片照片

该芯片采用自主创新的结构框架（如图1所示）。在片测试结果表明，设计的超高速ADC芯片能够在4GHz时钟频率下正常工作，对DC-2GHz频率范围内的输入模拟信号的进行了正确的数据采样，采样精度达到了4-bit，测试结果如图2所示，该芯片共集成了约500个GaAs HBT晶体管，芯片的整体面积为1.45mm×1.45mm。芯片采用-6V供电，总功耗为1.98W。



图2 4GHz 4-bit的超高速ADC的测量结果

超高速ADC芯片是信号处理、数据采集中必不可少的核心部件，国内在超高速ADC芯片研究中尚处于起步阶段，该超高速ADC芯片的设计成功，对于提升我国在该领域的技术水平具有重要意义。在芯片研究开发的过程中，研究组成员非常重视技术积累和自主知识产权的保护，已经完成相关专利申请数十项，并完成一批核心电路IP核的封装储备，极大地提升了微电子所在超高速数模混合电路方面的科研实力，研究组全体成员将会继续努力攀登技术高峰，研制实现更高水平的超高速数模混合集成电路，为国家的建设和发展做出贡献。
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速度是上去了，可这精度啊…………
什么时候能做到13bit呢？1GHz也行。
继续努力啊


呵呵! 微电子所啊,他的潜艇用声纳的DSP和其核心处理器芯片,以及今年与14所合作的星载合成孔径雷达核心器件做的不错.

呵呵! 微电子所啊,他的潜艇用声纳的DSP和其核心处理器芯片,以及今年与14所合作的星载合成孔径雷达核心器件做的不错.
才4位！
4位已经能满足大部分需求了
要知道AD最常用的是3位半的

速度是上去了，可这精度啊…………
什么时候能做到13bit呢？1GHz也行。
继续努力啊
原上草 发表于 2009-9-13 13:02

看看这个几年前的玩具的性能如何？ ^_^
速度是上去了，可这精度啊…………
什么时候能做到13bit呢？1GHz也行。
继续努力啊
原上草 发表于 2009-9-13 13:02

看看这个几年前的玩具的性能如何？ ^_^
4GHz 4-bit,差的太远了,现在商用的CMOS的都可以做到1G 8bit了.
有人科普吗？
上次富士通那个56Gsa/s是什么概念？


高速A/D 最关键最困难的指标，就是采样速度。至于位数。
那就是堆晶体管。
嚷嚷什么分辨率不够的，先搞清楚高速A/D的拓扑结构再来JJYY

高速A/D 最关键最困难的指标，就是采样速度。至于位数。
那就是堆晶体管。
嚷嚷什么分辨率不够的，先搞清楚高速A/D的拓扑结构再来JJYY
核聚变 发表于 2009-9-13 18:35 中电24所   8位A/D转换器    最大工作频率1GHZ
bull㊣ 发表于 2009-9-13 18:58


唉～ 楼上的，混合信号老师喊你回家吃饭～
keyword：  GaAs HBT， IP核的封装， 微波器件与集成电路研究室
毛毛熊 发表于 2009-9-13 20:58
喊你回家吃饭还差不多。
高速A/D都是全平行结构 分辨率扩展纯粹就是增加比较器数量。

4位已经能满足大部分需求了
要知道AD最常用的是3位半的
prcak47 发表于 2009-9-13 15:29

4 bit好像是指2进制，相当10进制的1位多点。用过采样达到8 bit的话速度会降到0.015G,不过好像分辨率太低过采样无效果。也许可以两块并用达到8bit。
4位已经能满足大部分需求了
要知道AD最常用的是3位半的
prcak47 发表于 2009-9-13 15:29

4 bit好像是指2进制，相当10进制的1位多点。用过采样达到8 bit的话速度会降到0.015G,不过好像分辨率太低过采样无效果。也许可以两块并用达到8bit。
bull㊣ 发表于 2009-9-13 22:00

呵呵～ 高速AD难道只能是Flash/Parallel？  我贴的图被你华丽的无视了？ 2.5G的采样频率算不算高速？  退一万步说， 就是用Flash的ADC，resolution 提高也远远不是所谓的增加比较器就能实现的。 比如说Resistor-String Bowing 和Input Capacitive Loading，Flashback等等等很多很多问题。而这些问题的主流解决方案又回带来很多很多drawback。 比如线性度变差，slew rate 上不去，功耗成几何数级上升。甚至简单的RC mismatch，你需不需要calibration？要不要上判决器？ 速度能不能达到要求？这么高速的系统， 你要不要routing of the clk signal？

呵呵～ 高速AD难道只能是Flash/Parallel？  我贴的图被你华丽的无视了？ 2.5G的采样频率算不算高速？  退一万步说， 就是用Flash的ADC，resolution 提高也远远不是所谓的增加比较器就能实现的。 比如说Resistor- ...
毛毛熊 发表于 2009-9-13 22:55

德西结构不适合高速，看你的意思，你根本把德西结构的时钟频率和采样频率混淆了。
建议你重修信号变换
呵呵～ 高速AD难道只能是Flash/Parallel？  我贴的图被你华丽的无视了？ 2.5G的采样频率算不算高速？  退一万步说， 就是用Flash的ADC，resolution 提高也远远不是所谓的增加比较器就能实现的。 比如说Resistor- ...
毛毛熊 发表于 2009-9-13 22:55

德西结构不适合高速，看你的意思，你根本把德西结构的时钟频率和采样频率混淆了。
建议你重修信号变换
50DB动态范围下 20MHZ带宽
你贴这么个A/D出来 有被打脸的准备么？
毛毛熊 发表于 2009-9-13 22:55
顺便说一下，用不着卖弄你那几个英文单词，如果这么常用的电子类英文单词都没办法精确翻译，
你也别扯什么电子技术了
bull㊣ 发表于 2009-9-13 23:20

哈哈哈哈～ 那请你告诉我sigma-delta的时钟是做什么用的？  不是sample frequency是什么？ 还有， 不要回避问题，解释一下”高速A/D都是全平行结构 分辨率扩展纯粹就是增加比较器数量“嘛
毛毛熊 发表于 2009-9-13 23:35
太开眼了，人不可与夏虫语冰。
有兴趣科普的老兄请继续
bull㊣ 发表于 2009-9-13 23:29

呵呵～ 同结构下，你要做出过比这个好的东西， 可以鄙视我的玩具～～
bull㊣ 发表于 2009-9-13 23:32

对不起，有些东西我还真的不知道怎么翻译，Flashback怎么翻？ 闪退现象？
毛毛熊 发表于 2009-9-13 23:35
求教，我找到个音频ADC，网上说是
Stereo Audio 24-Bit, 96 kHz, Multibit Sigma-Delta ADCADI的什么1871
貌似是96khz采样频率的
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD1871.pdf
时钟好像是
Input Clock (fCLKIN) [256 &yen; fS] . . . . . . . . . . 12.288 MHz
怎么差了这么多.....
只会泛泛而谈，连个专业术语都不知道怎么翻，不是找打脸吗，哈哈
支持毛毛熊


貌似顶楼的那个ADC，虽然只有4bit，但是带宽好高啊，居然有2GHZ
我在ADI找了半天，发现连破G的都没有
http://www.analog.com/en/analog- ... products/index.html

貌似ADI对速度的定义为
Very High Speed (> or = 100 MSPS)

2G带宽 4GHZ确实是超高速了

20MHZ似乎速度也就比音频的高一点哦

貌似顶楼的那个ADC，虽然只有4bit，但是带宽好高啊，居然有2GHZ
我在ADI找了半天，发现连破G的都没有
http://www.analog.com/en/analog- ... products/index.html

貌似ADI对速度的定义为
Very High Speed (> or = 100 MSPS)

2G带宽 4GHZ确实是超高速了

20MHZ似乎速度也就比音频的高一点哦


综合一下，提一个很笨的问题

为什么顶楼那个可以处理2GHZ的信号？自己实际时钟也就4G罢了
而下面给出的实际时钟高达2.25g的ADC只能处理20Mhz的信号？
ADI中也有类似的产品的，有采样率高达640MSPS，但是只能处理10mhz带宽的信号（AD9267）
到底谁快啊？

有个200m的信号，AD9267应该处理无能了吧
而顶楼的那个应该可以处理的
到1G的话，表上那些应该全挂掉了...
用兔子做比方就是
AD9267能很快的捉住好多跑得很慢的兔子，跑得快的捕捉无能
顶楼那个应该是速度快200倍的兔子随便捉的吧


PS，我和模电没关系的，纯粹门外汉

综合一下，提一个很笨的问题

为什么顶楼那个可以处理2GHZ的信号？自己实际时钟也就4G罢了
而下面给出的实际时钟高达2.25g的ADC只能处理20Mhz的信号？
ADI中也有类似的产品的，有采样率高达640MSPS，但是只能处理10mhz带宽的信号（AD9267）
到底谁快啊？

有个200m的信号，AD9267应该处理无能了吧
而顶楼的那个应该可以处理的
到1G的话，表上那些应该全挂掉了...
用兔子做比方就是
AD9267能很快的捉住好多跑得很慢的兔子，跑得快的捕捉无能
顶楼那个应该是速度快200倍的兔子随便捉的吧


PS，我和模电没关系的，纯粹门外汉

求教，我找到个音频ADC，网上说是
Stereo Audio 24-Bit, 96 kHz, Multibit Sigma-Delta ADCADI的什么1871
貌似是96khz采样频率的
http://www.analog.com/static/imp ... a_sheets/AD1871.pdf
时钟好 ...
Dr.BT 发表于 2009-9-14 00:34


您仔细看下data sheet里面这两句话。
The Σ-Δ modulator features a proprietary multibit architecture that realizes optimum performance over an audio
bandwidth with standard audio sampling rates of 32 kHz up to 96 kHz. 和 The modulator is optimized for operation at a sampling rate of 6.144 MHz (which is 128×fS at 48 kHz sampling and 64×fS at 96 kHz sampling).

不难发现你所说的fS指的是音频信号的采样频率（音频信号一般都是20Hz到20多Khz）。一般大家所说的什么44.1Khz，48Khz，96Khz，采样就是说的这个东西（其实根据Nyquist–Shannon sampling theorem，大于两倍信号带宽就好了）。换句话说，这个1871最后filter出来的数据频率应该是48K 或者96K。 而真正的sample rate是6.144Mhz， 在这个系统当中貌似它是不可调的。 看下截图能看出。
求教，我找到个音频ADC，网上说是
Stereo Audio 24-Bit, 96 kHz, Multibit Sigma-Delta ADCADI的什么1871
貌似是96khz采样频率的
http://www.analog.com/static/imp ... a_sheets/AD1871.pdf
时钟好 ...
Dr.BT 发表于 2009-9-14 00:34


您仔细看下data sheet里面这两句话。
The Σ-Δ modulator features a proprietary multibit architecture that realizes optimum performance over an audio
bandwidth with standard audio sampling rates of 32 kHz up to 96 kHz. 和 The modulator is optimized for operation at a sampling rate of 6.144 MHz (which is 128×fS at 48 kHz sampling and 64×fS at 96 kHz sampling).

不难发现你所说的fS指的是音频信号的采样频率（音频信号一般都是20Hz到20多Khz）。一般大家所说的什么44.1Khz，48Khz，96Khz，采样就是说的这个东西（其实根据Nyquist–Shannon sampling theorem，大于两倍信号带宽就好了）。换句话说，这个1871最后filter出来的数据频率应该是48K 或者96K。 而真正的sample rate是6.144Mhz， 在这个系统当中貌似它是不可调的。 看下截图能看出。
参见此截图
当然啦～ 在这里的时钟和sample rate 是不一样的， 因为它使用了分频器在分频。 而在无divider的系统中， 比如说我N年前做的玩具中，clk是直接作为 sample rate， 而后面的filter最后实现用的是不同的时钟。

（楼上某位要打我脸的，我也许会搞错其他参数指标， 这个指标我怎么可能搞错？ 你给任何人看这个spec， 人家都不会弄错的， 何况这个spec还不是我写的！）

综合一下，提一个很笨的问题

为什么顶楼那个可以处理2GHZ的信号？自己实际时钟也就4G罢了
而下面给出的实际时钟高达2.25g的ADC只能处理20Mhz的信号？
ADI中也有类似的产品的，有采样率高达640MSPS，但是只能处理 ...
Dr.BT 发表于 2009-9-14 01:25


这位筒子， 你有所不知 ADC 分很多种。大体分Nyquist 和oversampling 两大类。 oversampling的由于要过采样， 所以看起来处理信号带宽不可能很大。一般兼顾精度和速度的情况下，用sigma-delta， 而追求速度的用Flash， 追求精度和功耗 用ＳＡＲ．你給的ＡＤＩ的片子和我当年的玩具都是过采样的（可是要注意这都不是绝对的，要根据不同的spec 选择合适自己的）。一般对sigma-delta 来说，想提高精度只有提高采样率，提高order数，提高量化位数（ADI1871就是多bit量化的，而我的是1bit）。 总的来说，这两样是同一时代的东西。 内容大同小异。而微电子所的东西明显不是oversampling。 一定是Nyquist 采样的ADC。 但是哪一种， 这就很难说。
　
综合一下，提一个很笨的问题

为什么顶楼那个可以处理2GHZ的信号？自己实际时钟也就4G罢了
而下面给出的实际时钟高达2.25g的ADC只能处理20Mhz的信号？
ADI中也有类似的产品的，有采样率高达640MSPS，但是只能处理 ...
Dr.BT 发表于 2009-9-14 01:25


这位筒子， 你有所不知 ADC 分很多种。大体分Nyquist 和oversampling 两大类。 oversampling的由于要过采样， 所以看起来处理信号带宽不可能很大。一般兼顾精度和速度的情况下，用sigma-delta， 而追求速度的用Flash， 追求精度和功耗 用ＳＡＲ．你給的ＡＤＩ的片子和我当年的玩具都是过采样的（可是要注意这都不是绝对的，要根据不同的spec 选择合适自己的）。一般对sigma-delta 来说，想提高精度只有提高采样率，提高order数，提高量化位数（ADI1871就是多bit量化的，而我的是1bit）。 总的来说，这两样是同一时代的东西。 内容大同小异。而微电子所的东西明显不是oversampling。 一定是Nyquist 采样的ADC。 但是哪一种， 这就很难说。


直观而言， 他们恐怕做的也只是一个“玩具”， 验证一下平台而已， 看看新工艺的到底能带来多大好处。为微波器件的大规模集成积累经验吧～ 至于在电路的设计技巧上， 我估计他们也没花多少心思在上面。（或者暂时有无法克服的困难）。所以这个新闻的关键字就是：GaAs HBT， IP核的封装， 微波器件与集成电路研究室

直观而言， 他们恐怕做的也只是一个“玩具”， 验证一下平台而已， 看看新工艺的到底能带来多大好处。为微波器件的大规模集成积累经验吧～ 至于在电路的设计技巧上， 我估计他们也没花多少心思在上面。（或者暂时有无法克服的困难）。所以这个新闻的关键字就是：GaAs HBT， IP核的封装， 微波器件与集成电路研究室


这个是你自己做的吗？
商业芯片基本不用一阶delta-sigma调制
看看这个几年前的玩具的性能如何？ ^_^
毛毛熊 发表于 2009-9-13 17:36


这个是你自己做的吗？
商业芯片基本不用一阶delta-sigma调制
看看这个几年前的玩具的性能如何？ ^_^
毛毛熊 发表于 2009-9-13 17:36

这个是你自己做的吗？
商业芯片基本不用一阶delta-sigma调制

acoustics 发表于 2009-9-14 12:22


所谓toy， 那是躺在实验室永不出门的～ 怎么可能拿出去卖呢？ 那个东西只是验证一些小弟不成熟的想法而已，其实和delta-sigma 没太大关系， 呵呵呵呵～
这个是你自己做的吗？
商业芯片基本不用一阶delta-sigma调制

acoustics 发表于 2009-9-14 12:22


所谓toy， 那是躺在实验室永不出门的～ 怎么可能拿出去卖呢？ 那个东西只是验证一些小弟不成熟的想法而已，其实和delta-sigma 没太大关系， 呵呵呵呵～
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