InP磷化铟工艺超高速ADC高达160 GSa/s

 

点击标题下「射频百花潭」可快速关注公众号!ADC/DAC是测量仪器、系统中必不可少的一部分,是德科技最高精...

点击标题下「射频百花潭」可快速关注公众号!
ADC/DAC 是测量仪器、系统中必不可少的一部分,是德科技最高精度的ADC令我们的仪器如虎添翼。



在上一期文章里,我们介绍了“国民CP” 信号源&频谱仪,可惜介绍到一半,示波器就跳出来,就大大的喊不同意,因为示波器也是信号分析仪的一种,也可以接收信号、分析信号。

示波器同学说的没有错,本质上来讲,示波器和频谱仪都是接收机,它们的核心原理都是射频前段接收信号,经过ADC转换到基带进行信号处理。



想当年,我们的理解是这样的。。。



频谱仪:顾名思义,工作在频域;

示波器:工作在时域。

然而,时移世易,万万没想到。。。



现代的示波器,也一样可以测频谱。对于动态范围要求不高的信号,在示波器上同样可以把频谱窗口打开,看时域波形的同时,看看信号的频谱。

所以关键的部分,就在于动态范围



现在主流的示波器的ADC是8bit, 高精度的是10bit, 而一般的频谱仪的ADC大多都在14bit。

所以频谱仪的动态范围,在频率范围内,可达65-80dB,例如是德科技的UXA N9040B, 它的动态范围就高达75dB, 这样的话ENOB就有大约12bit以上。



而示波器的动态范围,尤其是高频时,到达20GHz以上,ENOB一般只剩下不到6bit。

所以被表征器件,精度超过6个bit的,我们都推荐使用频谱仪表征频域指标。而精度要求不高,信号分析带宽却超过1GHz的,就推荐使用示波器。





目前业内最高端的测量仪器,频谱仪的ADC的采样率为2.4GSa/s, 分析带宽为510MHz。



而最高端的示波器DSAX96204Q的模拟带宽,高达63GHz;而它的ADC采样率则高达160 GSa/s



这样的一个工作速度,我们知道已超出了常规CMOS工艺的截止频率范围,所以该芯片,采用的是磷化铟HBT工艺。





上图显示出目前高带宽实时示波器前置放大器芯片采用的半导体工艺制程技术。最下面的曲线代表我们常见到的高带宽实时示波器芯片锗硅工艺,IBM7HP 是一种切换(On-Off)频率在110GHz 左右的锗硅技术,该技术能实现的前置放大器最高模拟带宽目前是16GHz。而是德科技90000 X 系列示波器的前置放大器芯片内部三极管切换频率达160GHz,模拟带宽高达63GHz,而且该技术可以扩展到更高的性能,三极管切换频率可扩到350GHz。

新的InP DHBT工艺在比现有技术提供大的多的电流密度范围内的同时,三极管切换频率保持在很高的水平,共基极模式开态击穿压(BVcbx)发生在“集电极—基极电压为9 V,集电极电流为JC = 1.3 mA/μm²”时,共发射极模式开态击穿(BVceo) 发生在集电极—发射极电压接近7V时。这种技术使得可用的电压幅度提高2 倍以上,好处就是减少了所需增益电路的级数,脉冲失真容易控制,线性度和速度方面的可用裕量更大,信噪比更高,简化设计,提高性能,再加上磷化铟半导体材料本身保证在高频处幅频特性更为平坦,为90000 X 的优越性能奠定基础。



有了合适的芯片工艺,下一个技术挑战是芯片封装而是德科技磷化铟半导体制程即使做到 350GHz 的截止频率,可用电压幅度仍远高于锗硅技术,而且芯片封装技术,也完全掌握在是德科技自己手中,示波器芯片采用的是3D快膜封装。

而各部分电路组合在一起,也采用了先进的混合电路微封装方式。





ADC限制了电路的采样率,而射频前端则是信号分析带宽的瓶颈。

刚刚我们提到UXA N9040B的分析带宽是510MHz,DSAX96204Q则高达63GHz。怎样的射频前端竟造成如此大的差异?

下面我们就一层层地揭开它的神秘面纱,看看它们的射频前端长什么样儿?





l  谐波混频器harmonic mixer



l  放大器
l  巴伦Balun





高端示波器 DSAX96204Q的毫米波射频前端由毫米波磷化铟HBT,砷化镓PHEMT以及肖特基二极管的多片集成。

关于出处:本公众号尊重知识产权,转载的文章都有注明作者和出处,若不正确或侵权行为请联系射频百花潭更正或删除!

更多精彩请加入“中国射频微波微信第一群”, 先加徐老师微信号:xuxingfu2016,注明“公司+方向”,通过验证后加入。(注:本群属纯技术交流群,销售代理等非射频技术人员勿加,)!‍

1. 本群7000人,成员涵盖了国内所有射频方向企业,高校,研究所。其中教授,总监,总经理,主任专家,海归,千人计划,长江学者,首席科学家,博士1000+人。

2. 本微信群/公众号由资深射频专家,兴森快捷射频实验室主任,《ADS2008/2011射频电路设计与仿真实例》《HFSS射频仿真设计实例大全》电子工业出版社,主编徐兴福建立。


    关注 射频百花潭


微信扫一扫关注公众号

0 个评论

要回复文章请先登录注册