Недавно исследовательская группа профессора Ху Юйчжэ из Школы интегральных схем Китайского университета науки и техники добилась значительного прогресса в исследованиях высокоскоростных чипов VCO - based ADC. Команда предлагает новую архитектуру модульных преобразователей (R - RVCO - based ADC), основанную на возвращаемом кольцевом генераторе управления давлением, который обеспечивает высокопроизводительное преобразование данных с максимальной скоростью отбора проб 2,5 Гц / с, преодолевая ключевые узкие места в высокоскоростных приложениях соответствующих архитектур. Результаты исследования, озаглавленного « A 0.5 - 2.5 - GS / s Resettable Ring - VCO - Based ADC Eliminating Quantization - Noise Shaping», опубликованы в журнале IEEE Journal of Solid - State Circuits (JSSC).
С быстрым развитием искусственного интеллекта (ИИ) и сверхскоростных беспроводных и проводных технологий соединения потребность в высокоскоростных модульных преобразователях (ADC) для обработки сигналов с пропускной способностью на уровне ГГц становится все более актуальной. В то же время продвинутый процесс CMOS продолжает развиваться в направлении низкого напряжения и высокой интеграции, а архитектура ADC, которая традиционно полагается на аналоговые усилители, сталкивается с серьезными проблемами с точки зрения скорости, энергопотребления и масштабируемости процесса. Таким образом, модульный преобразователь (VCO - based ADC) на основе генератора управления давлением становится важным технологическим направлением для достижения высокопроизводительного преобразования данных благодаря высокой степени оцифровки, простоте структуры и хорошей адаптации к передовым процессам. Однако его рабочая частота долгое время затрудняла преодоление узкого места уровня ГГц, что стало ключевой проблемой, ограничивающей дальнейшее развитие этой архитектуры.
В ответ на интегральные эффекты фазового шума и ограничения количественного шума, с которыми сталкиваются традиционные VCO - based ADC в условиях отбора проб в Найквисте, команда провела систематические исследования на двух уровнях: теоретическом анализе и архитектурном проектировании. Команда разработала единую модель поведенческого уровня и структуру анализа шума, а также эквивалентное моделирование и вывод шума для нескольких типов VCO - based ADC, выявляя ключевые узкие места, которые ограничивают скорость отбора проб VCO - based ADC. Исходя из этого, команда предлагает структуру ADC с дискретным временем с открытым контуром R - RVCO - based, которая эффективно подавляет интегральный эффект фазового шума, вводя дифференциальные характеристики передачи внутри VCO без дополнительных дифференциалов, избегая при этом квантовой формирования шума в полосе Найквиста, повышая отношение сигнала и шума примерно на 3 дБ.
Кроме того, архитектура не требует цифрового дифференциального модуля, что еще больше повышает толерантность системы к субстабильному состоянию триггера и общую прочность. В реализации схемы команда предложила адаптивную технологию перезагрузки для достижения точного соответствия между напряжением перезагрузки VCO и амплитудой колебания; В то же время, в грубых и тонких квантователях, соответственно, вводится динамическая буферная структура переключателя и технология фазового сворачивания, чтобы повысить эффективность фазового извлечения и эффективно снизить аппаратные расходы. Чип основан на 22 - нм CMOS - процессе с основной площадью всего 00022 мм ⟡ и поддерживает диапазон скоростей отбора проб от 500 мс / с до 2,5 гс / с. При скорости отбора проб 2 GS / s измеренное отношение искажений сигнала / шума (SNDR) достигает 39,1 дБ, а показатель энергоэффективности Уолдена (FoM W) ниже 31,3 fJ / conv.-step.
Лу Тао, аспирант Школы интегральных схем, является первым автором диссертации, а Ху Юйчжэ - автором связи. Исследование было поддержано ключевой лабораторией науки и техники интегральных схем в провинции Аньхой.
