中科院微电子成功研发30Gsps 6bit超高速ADC和DAC

日前，中科院微电子所成功研发出超高采样率、宽频带的30Gsps 6bit超高速模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC），成功大幅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。更关键的是，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。

就在今年3月，美国对中兴通讯进行制裁的时候，由于中兴通讯FPGA、光器件、高速ADC/DAC等器件很大程度上依赖从美国进口，一些媒体甚至认为中兴通讯将可能遭遇寒冬，乃至破产。而本次的技术突破则有望使中兴通讯在ADC/DAC方面摆脱受制于人的局面。

ADC芯片

在当下，数字系统和模拟系统已覆盖了生活和工业生产的方方面面，比如计算机就是非常典型的数字系统，在工业领域，很多工业检测多是连续变化的物理量，往往用与之对应的电压、电流或频率等进行模拟，因而这些都属于模拟系统。而高速ADC/DAC则是连接数字系统和模拟系统的桥梁和媒介——数字模拟转换器（DAC）是将数字信号转化为模拟信号，而模拟数字转换器（ADC）则反过来，将模拟信号转化为数字信号。至于ADC/DAC是如何发挥各自作用的，则以光纤通信为例。

在光纤通信中，由于电缆和光钎传输的都是模拟信号（同轴电缆传输的是模拟信号，光纤传输的是光脉冲信号，大多属于模拟信号），这就必须在发送端先把数字信号转化为模拟信号，在接受端把模拟信号转化成数字信号，也就是在发送端必须要有DAC，接收端安装ADC，而如果ADC/DAC芯片性能有限，则直接会影响到光纤通信的传输速率。

实际上，受制于ADC/DAC芯片的性能，现在的光纤通信根本没有达到理论性能的极限，还有很大的潜力可以挖掘，因此，高性能的ADC/DAC对5G通信，以及大数据中心、以太网光互联、短距离互联通讯等领域有着重要意义。另外，在军用领域微电子所的该项技术突破也颇具意义——超高速ADC/DAC是雷达的重要器件，在电子战中，频率捷变也必须仰仗超高速ADC/DAC。

因此，超高速ADC/DAC无论对国防军事，还是民用工业都意义非凡，而如此关键的技术，其技术制高点却一直被美国、日本等发达国家把持，对中国而言非常不利，前段时间，中兴通讯被美国制裁，据媒体声称超高速ADC/DAC也位列制裁名单之上。

DAC芯片

为打破西方国家对超高速ADC/DAC的技术垄断，2006年，在微电子所研究员刘新宇带领下成立了超高速数模混合电路研发团队，经过近10年的技术积累，在国家“863”项目的支持下，成功研制出超高采样率、宽频带的30Gsps 6bit ADC/DAC芯片，据微电子所公开信息显示，30Gsps 6bit ADC芯片和30Gsps 6bit DAC芯片参数如下：

30Gsps 6bit ADC芯片面积为3.9mmx3.3mm，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。

30Gsps 6bit DAC的芯片面积为3mmx2.8mm，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。

SFDR测试结果

高频测试结果