微電子研究所微波器件與集成電路研究室化合物半導(dǎo)體基超高速數(shù)模混合電路課題組經(jīng)過全力攻關(guān)，日前在超高速數(shù)?；旌闲酒难兄祁I(lǐng)域取得整體突破。課題組成功研制多款基于1um GaAs HBT工藝的超高速數(shù)?；旌想娐沸酒?，該系列芯片全部采用自主創(chuàng)新的架構(gòu)，其性能已達(dá)到或超越國(guó)際同類芯片的最高水平。

　　4GHz 32bit超高速DDS芯片

　　基于1um GaAs HBT工藝的4GHz 32-bit超高速直接數(shù)字頻率合成器（Direct Digital Synthesizer, DDS）芯片，測(cè)試結(jié)果表明其可在4GHz時(shí)鐘頻率下正常工作，可生成0～2GHz范圍內(nèi)的頻率捷變正弦波，其最差無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）大于40dBc，芯片面積為

，其工作時(shí)鐘頻率超過國(guó)外同類型產(chǎn)品。

圖1 4GHz 32bit DDS芯片照片

　　圖2 4GHz 32bit DDS芯片測(cè)試波形和輸出頻譜圖

　　研究中采用自主創(chuàng)新的DDS架構(gòu)，保證了芯片在時(shí)鐘頻率為GHz的條件下正常工作，該款芯片含有近萬只HBT晶體管，電阻2600余只，是目前國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的首款含有萬只晶體管的DDS。該款芯片的內(nèi)部還設(shè)計(jì)了Strobe電路用于調(diào)整輸入的控制字與內(nèi)部時(shí)鐘的同步，使得輸出正弦波形可在頻率切換時(shí)保持相位連續(xù)。該芯片是目前國(guó)內(nèi)所報(bào)道的時(shí)鐘速度最快的32bit的 DDS，其架構(gòu)與設(shè)計(jì)均達(dá)到國(guó)際一流水平，它的研制成功為國(guó)內(nèi)超高速DDS的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

　　2GSps 8bit 超高速ADC芯片

　　基于1um GaAs HBT工藝的8-bit超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter, ADC）芯片，其測(cè)試結(jié)果表明可在300MHz～2GHz采樣頻率下正常工作，模擬信號(hào)-3dB全功率帶寬達(dá)到3GHz，在3GHz輸入帶寬內(nèi)有效位數(shù)（ENOB）達(dá)到6bit，SFDR大于45dBc，測(cè)試結(jié)果見圖3所示，這是國(guó)內(nèi)首次報(bào)道的2GSps 8bit的超高速ADC芯片。

　　圖3 2GSps 8bit ADC芯片測(cè)試結(jié)果

　　該款A(yù)DC芯片采用折疊內(nèi)插架構(gòu)，充分發(fā)揮異質(zhì)結(jié)晶體管（HBT）的潛力，在達(dá)到高精度的同時(shí)保持較小的電路規(guī)模。芯片集成了約5000只GaAs HBT晶體管，面積為

，ADC的評(píng)估板以及芯片照片如圖4所示。芯片的輸出數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)LVDS電平，可以和商用FPGA芯片直接相連；芯片內(nèi)部帶有溫度監(jiān)控電路，芯片的每個(gè)管腳都做了ESD保護(hù)處理，這些設(shè)計(jì)使得ADC芯片具有一定的實(shí)用性。該款芯片是一款通用芯片，可以應(yīng)用于寬帶雷達(dá)、超寬帶通信、高速示波器等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　圖4 2GSps 8bit ADC評(píng)估板和芯片照片

　　12.5GSps超高速單比特比較器芯片

　　基于1um GaAs HBT工藝的單比特超高速比較器芯片，測(cè)試結(jié)果表明，超高速單比特ADC芯片在 DC-12.5GHz 時(shí)鐘頻率下工作正常，輸入信號(hào)靈敏度為-20dbm，對(duì)DC-18GHz輸入模擬信號(hào)采樣數(shù)據(jù)正確?？紤]到多芯片同步的應(yīng)用需求，芯片內(nèi)部集成了時(shí)鐘同步電路，可以有效實(shí)現(xiàn)多芯片的同步工作。為了滿足高速率的要求，芯片輸出采用LVDS接口。該芯片集成約1600個(gè)GaAs HBT晶體管，芯片面積為2.3mmx2.3mm。電路采用-5.2V/+3.3V雙電源供電，總功耗為3.2W。單比特ADC芯片照片及測(cè)試數(shù)據(jù)頻譜分析如圖5所示。該芯片的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)外同類型芯片產(chǎn)品的水平，目前正與用戶單位合作開展應(yīng)用驗(yàn)證工作。

　　圖5單比特ADC芯片照片及測(cè)試數(shù)據(jù)頻譜分析圖

　　Ka波段矢量調(diào)制器和解調(diào)器芯片

　　研制成功基于1um GaAs HBT工藝的Ka波段（26.5~40GHz）矢量（IQ）調(diào)制/解調(diào)器。其中，調(diào)制器芯片面積為1.35mm×3.5mm,如圖6所示，采用5V電源電壓，總功耗為200mW.在載波為25~35GHz，基帶調(diào)制速率達(dá)到2Gb/s，QPSK調(diào)制星座圖錯(cuò)誤向量幅度(Error Vector Magnitude, EVM)小于6%。解調(diào)器芯片面積1.35mm×3.5mm，采用4.5V電源電壓，總功耗為350mW。解調(diào)器可工作的載波頻率為25~35GHz，解調(diào)基帶速率可達(dá)到2Gb/s. 輸出I路與Q路相位誤差<5°,幅度誤差<0.5dB。

　　圖6 Ka 波段I/Q失量調(diào)制器芯片照片

　　該系列芯片的研制成功標(biāo)志著微電子所在超高速數(shù)模混合電路研制和產(chǎn)品化道路上邁出了重要一步，充分展示了微電子所在超高速數(shù)?；旌想娐吩O(shè)計(jì)方向的強(qiáng)大實(shí)力。研究組成員將會(huì)繼續(xù)努力，為國(guó)內(nèi)超高速數(shù)?；旌想娐返膶?shí)用化發(fā)展作出貢獻(xiàn)。