Ultrabreitbandige Analog-Digital-Frontends

Towards Advanced BiCMOS Nanotechnology Platforms for RF and THz Applications (TARANTO)

Das EU-Projekt TARANTO hat das technologische Ziel, Heteroübergang-Bipolartransistoren (HBTs) mit einer maximalen Oszillationsfrequenz von fmax = 600 GHz zu entwickeln, die in hochintegrierte moderne CMOS-Prozesse wie z.B. 130 nm bzw. 90 nm von Infineon und 55 nm bzw. 28 nm von ST Microloectronics eingebettet werden sollen. Am IHP wird daran gearbeitet, maximale Oszillationsfrequenzen von 700 GHz zu erreichen.

Innerhalb dieses Projekts ist das INT verantwortlich für den Entwurf, das Layout und die Charakterisierung sehr schneller Eingangsschaltungen für Analog-Digital-Umsetzer. Dabei werden moderne leistungsfähige BiCMOS-Technologien aus den Technologieknoten 130 nm und 90 nm eingesetzt. Um Abtastraten von mehr als 100 GS/s und sehr hohe Bandbreiten zu erreichen, wird das Prinzip der vierfachen synchronen Zeitverschachtelung angewendet. Das Prinzip ist in folgender Abbildung dargestellt. Mittels eines Taktteilers wird ein Vierphasentakt erzeugt, der vier Folge-Halte-Schaltungen zeitverschachtelt ansteuert. Beim Entwurf der Folge-Halte-Schaltungen werden zwei verschiedene Ansätze verfolgt: Der Spannungsmodus, in dem die abgetastete Eingangsspannung auf einer Haltekapazität gespeichert wird und der Strommodus, bei dem der Eingangsstrom eine Ladung auf einer rücksetzbaren Haltekapazität aufintegriert.

Blockschaltbild 1:4 Demultiplexer
Blockschaltbild 1:4 Demultiplexer

Messergebnisse für einen einzelnen Folge-Halte Chip im Strommodus wurden bei der IEEE BCICTS 2018 veröffentlicht. Die Schaltung weist eine 1-dB-Bandbreite von 40 GHz auf und erreicht bis zur zweiten Nyquistfrequenz eine effektive Auflösung (ENOB) von 5 bis 6,4.

Gemessene dynamische Kenngrößen der Folge-Halte-Schaltung im Strommodus
Gemessene dynamische Kenngrößen der Folge-Halte-Schaltung im Strommodus

Folgende Abbildung zeigt das Chipfoto das Folge-Halte-Glied im Strommodus. Der Chip wurde in der B11-Technologie von Infineon gefertigt.

Chipfoto Folge-Halte-Glied
Chipfoto Folge-Halte-Chip

Weitere Chips für kritische Einzelkomponenten, wie Folge-Halte-Schaltungen und breitbandige Verstärker, sowie vollständige 1-zu-4 Vorschalt-ICs mit mehr als 100 GS/s wurden bereits entworfen und gefertigt.

Dieses Projekt wird gefördert vom ECSEL Verbundprojekt unter der Fördernummer 737454. Dieses Verbundprojekt erhält Förderung aus dem Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union und Frankreich, Österreich, Deutschland, Griechenland, Italien, Belgien.

Publikationen

  1. 2020

    1. F. Buchali, X.-Q. Du, K. Schuh, S. T. Le, M. Grözing, and M. Berroth, “A SiGe HBT BiCMOS 1-to-4 ADC frontend enabling low bandwidth digitization of 100 GBaud PAM4 data,” Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 1, pp. 150--158, 2020.
    2. S. T. Le, K. Schuh, F. Buchali, X.-Q. Du, M. Grözing, M. Berroth, L. Schmalen, and H. Bülow, “Single Sideband Transmission Employing a 1-to-4 ADC Frontend and Parallel Digitization, invited paper,” Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 12, pp. 3125--3134, 2020.
  2. 2019

    1. X.-Q. Du, M. Grözing, A. Uhl, S. Park, F. Buchali, K. Schuh, S. T. Le, and M. Berroth, “A 112-GS/s 1-to-4 ADC front-end with more than 35-dBc SFDR and 28-dB SNDR up to 43-GHz in 130-nm SiGe BiCMOS,” in IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), Boston, MA, USA, 2019, pp. 215--218.
  3. 2018

    1. X.-Q. Du, M. Grözing, and M. Berroth, “A 25.6-GS/s 40-GHz 1-dB BW Current-Mode Track-and-Hold Circuit with more than 5-ENOB,” in IEEE 2 BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS), San Diego, CA, USA, 2018, pp. 56--59.

Kontakt

Dieses Bild zeigt  Philipp Thomas
M.Sc.

Philipp Thomas

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dieses Bild zeigt  Tobias Tannert
M.Sc.

Tobias Tannert

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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