Тенденции развития высокоскоростных АЦП и ЦАП

УДК 621.38(06) Электроника
С.В. КОНДРАТЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ
АЦП И ЦАП
Описывается и обосновывается методика анализа тенденций развития
высокоскоростных АЦП и ЦАП, приводятся некоторые из полученных
результатов анализа.
В связи с развитием субмикронной КМОП-технологии с нормами
0,35/0,25/0,18/0,13 мкм расширяются возможности цифровой обработки
сигналов и становится актуальной задача разработки высокоскоростных
АЦП и ЦАП с частотой дискретизации до 1 ГГц и выше и,
соответственно, анализ тенденций развития таких преобразователей.
Высокоскоростные АЦП и ЦАП находят применение в базовых станциях
беспроводной
связи,
системах
управления
промышленным
оборудованием (ATE), системах обработки изображений и во многих
других системах на кристалле гражданского и специального назначения с
обработкой широкополосных сигналов в реальном времени.
В сети Интернет опубликовано описание технического обзора,
включающего анализ тенденций развития микросхем смешанной
обработки сигналов, которые выпускаются рядом ведущих западных
фирм [1]. Кроме высокой стоимости, недостатком такого рода
коммерческих обзоров является их “статичность”, т.е. привязка
технических характеристик наилучших из рассматриваемых устройств к
дате опубликования обзора (в данном случае – 3-й квартал 2003 г.), а
также жесткая структура, не всегда отвечающая потребностям
потенциальных потребителей. Принципы, положенные в основу
представляемого в данном сообщении обзора, следующие: возможность и
простота обновления информации; полнота анализа преобразователей
различного конструктивного исполнения (анализ характеристик как
промышленно выпускаемых, так и опытных образцов микросхем, а также
готовых к повторному использованию сложно-функциональных блоков –
СФ-блоков и встроенных блоков преобразователей в ИМС с цифровой
обработкой сигналов); полнота анализа преобразователей различного
назначения (гражданского и специального).
Анализировалась связь технологии, архитектуры и способов обработки
сигналов
с
основными
техническими
характеристиками
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
193
УДК 621.38(06) Электроника
высокоскоростных преобразователей: разрядностью, потребляемой
мощностью, площадью на кристалле и показателями точности
преобразования (INL, DNL, ENOB, SNDR, SFDR). Особое внимание
уделялось анализу характеристик опытных образцов высокоскоростных
преобразователей, в которых, в отличие от стандартных микросхем, для
достижения наилучших результатов могут использоваться новые
перспективные алгоритмы обработки, схемотехнические решения и
варианты технологии. Кроме того, описания опытных образцов, как
правило, более детальные, что позволяет рассматривать их в качестве
потенциальных прототипов разрабатываемых микросхем и блоков.
Отмечено, что в настоящее время для АЦП данного класса с
параллельной, конвейерной или смешанной архитектурой (flash &
pipelined) и разрядностью 6…10 бит достигнута скорость преобразования
более 1000 MSPS, причем условием достижения такой скорости является
применение либо стандартной КМОП-технологии с нормами не выше
0,35 мкм, либо других вариантов технологии (КМОП с двумя пороговыми
напряжениями, SiGe и др.). Преобладающей используемой архитектурой
высокоскоростных ЦАП является архитектура с суммированием токов
(current steering), которая позволяет обеспечить разрядность и скорость
преобразования, подобные таким же показателям АЦП, при
использовании стандартной субмикронной КМОП-технологии.
На основании выполненного обзора можно решать следующие
практические задачи:
1) Использование на начальных этапах проектирования:
- Оценка возможности и сложности реализации АЦП и ЦАП с
заданной совокупностью характеристик.
- Определение варианта технологии и наиболее рациональной
архитектуры построения проектируемого устройства.
- Выбор функционального прототипа, в качестве которого может
использоваться как стандартная микросхема, так и опытный образец
устройства аналогичного назначения.
2) Общая оценка и выбор устройств для будущих разработок.
3) Получение дополнительной информации и внесение со временем
корректив в выявленные тенденции развития микросхем и блоков
высокоскоростных АЦП и ЦАП на основании обновленной информации,
получаемой по сети Интернет с использованием приведенных ссылок.
Список литературы
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
194
УДК 621.38(06) Электроника
1. Analog/Mixed-Signal Integration Trends and Opportunities // Интернет-публикация:
www.insidechips.com/Reports/ AMS/AMS_Integration-Brochure.pdf
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
195