Für künftige optische Kommunikationssysteme werden elektrische Signalquellen benötigt, deren Bandbreite die Möglichkeiten aktueller Digital-Analog-Umsetzer übersteigt. Um elektrische Signale bei noch höheren Bandbreiten zu erzeugen, verfolgen wir den Ansatz der Zeitverschachtelung mehrerer D/A-Umsetzer mittels eines analogen Multiplexers (AMUX). Durch zyklisches Umschalten zwischen mehreren D/A-Umsetzern mit Frequenzen bis 100 GHz wird eine deutlich höhere Abtastrate und Bandbreite gegenüber einem einzelnen D/A-Umsetzer erreicht.
Das INT hat eine Schaltung für einen analogen 2:1 Multiplexer in der SiGe BiCMOS Technologie SG13G3 des IHP implementiert, die mit fT = 450 GHz und fmax = 650 GHz zu den schnellsten verfügbaren Halbleitertechnologien gehört. Der durchgeschaltete Signalpfad des AMUX-Chips hat eine Bandbreite von über 110 GHz.
Für die messtechnische Charakterisierung wurde am INT ein Evaluationsboard entwickelt, das eine Kontaktierung des Chips mit Hochfrequenz-Messköpfen am Ausgang ermöglicht, damit die hohe Bandbreite bis zum Messgerät nicht beschränkt wird.
Bei gemeinsamen Messungen mit dem Projektpartner vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) in Berlin, Abteilung Photonische Netze und Systeme, konnten elektrische Augendiagramme mit bis zu 150 GBd demonstriert werden, mit digitaler Vorverzerrung der Signale.
Die Aktivitäten im Bereich der analogen Multiplexer sind Teil des Projektes „ELAMUR“, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG gefördert wird.
Für die Veröffentlichung "120 GBd SiGe-Based 2:1 Analog Multiplexer Module for Ultra-Broadband Transmission Systems" als Teil dieses Forschungsprojekts wurden die Autoren auf der European Microwave Integrated Circuits Conference 2021 mit dem EuMIC Prize ausgezeichnet.
Das INT arbeitet auch an Schaltungsentwürfen für analoge 4:1 Multiplexer, mit denen die Bandbreite von vier D/A-Umsetzern aggregiert werden kann.
Publikationen
2022
- C. Schmidt, T. Tannert, J. H. Choi, C. Caspar, D. Pech, S. Wünsch, G. Ropers, J. Schostak, V. Jungnickel, R. Freund, M. Grözing, and M. Berroth, “120 GBd SiGe-Based 2:1 Analog Multiplexer Module for Ultra-Broadband Transmission Systems,” in European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC), 2022, pp. 169–172.
- J. Schostak, T. Tannert, C. Schmidt, H. Rucker, V. Jungnickel, M. Grözing, M. Berroth, and R. Freund, “150 GBd PAM-4 Electrical Signal Generation using SiGe-Based Analog Multiplexer IC,” in European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC) 2022, 2022, pp. EuMIC13–3.
2021
- T. Tannert, M. Grözing, M. Berroth, C. Schmidt, J. H. Choi, C. Caspar, J. Schostak, V. Jungnickel, R. Freund, and H. Rucker, “Analog 2:1 Multiplexer with over 110 GHz Bandwidth in SiGe BiCMOS Technology,” in IEEE BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS), 2021, p. paper 5a.3.
2018
- C. Schmidt, P. Zielonka, V. Jungnickel, R. Freund, T. Tannert, M. Grözing, M. Berroth, and F. Gerfers, “Behavioral Model for a High-Speed 2:1 Analog Multiplexer,” in IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Windsor, ON, Canada, 2018, pp. 1–4.
2017
- T. Tannert, X.-Q. Du, D. Widmann, M. Grözing, M. Berroth, C. Schmidt, C. Caspar, J. H. Choi, V. Jungnickel, and R. Freund, “A SiGe-HBT 2:1 analog multiplexer with more than 67 GHz bandwidth,” in IEEE Bipolar / BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM), Miami, Florida, USA, 2017, p. pp. 146––149.
Weiterführende Informationen
- DFG-Projekt
Elektronischer analoger Multiplexer für Hochgeschwindigkeitskommunikationssysteme (ELAMUR)
Kontakt
Sefa Özbek
M. Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter