04,09,2026 2vues
Récemment, le Groupe de sujets du professeur Hu xuanzhe de l'École des circuits intégrés de l'Université des sciences et technologies de Chine a réalisé des progrès importants dans la recherche sur les puces VCO - ADC à haute vitesse. L'équipe a proposé une nouvelle architecture de convertisseur analogique - numérique (R - rvco - base ADC) basée sur un oscillateur contrôlé en tension en anneau réinitialisable, permettant une conversion de données haute performance avec des taux d'échantillonnage allant jusqu'à 2,5 GS / s, brisant les goulots d'étranglement critiques des architectures associées dans les applications à grande vitesse. Les résultats de la recherche ont été publiés sous le titre « a 0.5–2.5 - GS / S resettable ring - VCO - based ADC Eliminating Quantization - Noise Shaping » dans le IEEE Journal of Solid State Circuits (jssc), une revue de renommée internationale dans le domaine des circuits intégrés.
Avec le développement rapide de l'intelligence artificielle (IA) et de la technologie d'interconnexion sans fil et filaire ultra - rapide, le besoin de convertisseurs analogiques - numériques (ADC) haute vitesse pour le traitement du signal à bande passante de classe GHz est de plus en plus urgent. Dans le même temps, les processus CMOS avancés continuent d'évoluer vers une faible tension et une intégration élevée, et les architectures ADC qui reposent traditionnellement sur des amplificateurs analogiques sont confrontées à de graves défis en termes de vitesse, de consommation d'énergie et d'évolutivité des processus. Par conséquent, les convertisseurs analogiques - numériques à base d'oscillateurs commandés en tension (VCO - base ADC) deviennent une orientation technologique importante pour la conversion de données à haute performance grâce à une numérisation élevée, à une structure simple et à une bonne adaptabilité aux processus avancés. Cependant, sa fréquence de fonctionnement a longtemps eu du mal à franchir les goulots d'étranglement de la classe GHz, devenant un problème clé qui entrave le développement ultérieur de ce type d'architecture.
En réponse aux problèmes d'intégration du bruit de phase et de limitation du bruit quantifié auxquels sont confrontés les ADC traditionnels à base de VCO dans les conditions d'échantillonnage de Nyquist, l'équipe de recherche a mené une étude systématique à deux niveaux: analyse théorique et conception architecturale. L'équipe a mis en place un modèle de niveau de comportement unifié avec un cadre d'analyse du bruit, une modélisation équivalente et une dérivation du bruit pour plusieurs classes d'ADC VCO - basés, révélant des goulots d'étranglement critiques qui limitent l'augmentation du taux d'échantillonnage des ADC VCO - basés. En conséquence, l'équipe a proposé une structure d'ADC à boucle ouverte R - rvco à temps discret qui, en introduisant des caractéristiques de transfert différentiel à l'intérieur du VCO, supprime efficacement l'effet d'intégration du bruit de phase sans différentiateur supplémentaire, tout en évitant la mise en forme du bruit de quantification dans la bande de Nyquist, augmentant le rapport signal sur bruit d'environ 3 DB.
De plus, l'architecture ne nécessite pas de module différentiel numérique, ce qui améliore encore la tolérance et la robustesse globale du système aux métastases des bascules. En ce qui concerne la mise en œuvre du circuit, l'équipe a proposé une technique de Réinitialisation adaptative qui permet une adaptation précise de la tension de Réinitialisation VCO à l'amplitude du pendule d'oscillation; Dans le même temps, la structure tampon de commutation dynamique et la technologie de pliage de phase sont introduites dans les quantificateurs grossiers et fins, respectivement, pour améliorer l'efficacité de l'extraction de phase et réduire efficacement la surcharge matérielle. La puce est implémentée sur la base d'un processus CMOS de 22 nm avec une surface de noyau de seulement 00022 mm⟡et prend en charge une plage de taux d'échantillonnage de 500 MS / s à 2,5 GS / S. À une vitesse d'échantillonnage de 2 GS / s, le rapport de distorsion signal sur bruit (sndr) mesuré atteint 39,1 DB et l'indicateur d'efficacité énergétique de Walden (FOM - w) est aussi bas que 31,3 FJ / conv. - step.
Lu Tao, étudiant au doctorat à l'École des circuits intégrés, est le premier auteur de la thèse et Hu xunzhe est l'auteur correspondant. Ce travail de recherche a été soutenu par le laboratoire clé de la science et de la technologie des circuits intégrés de la province de l'Anhui.
