GaAs HBT超高速折疊內插ADC芯片設計方法研究.pdf

1、模數(shù)轉換器(ADC)通過將采集的模擬信號轉換成數(shù)字輸出碼連接了模擬量和數(shù)字處理系統(tǒng),廣泛應用于各類電子領域中。根據(jù)不同的應用領域對 ADC系統(tǒng)指標的設計要求,已經(jīng)出現(xiàn)了許多類型的 ADC,其中,高速 ADC越來越受到業(yè)界的關注。
　　由于GaAs HBT器件具有混合微波單片集成電路所要求的高電阻襯底和高擊穿電壓的器件特性,因此本文采用 GaAs HBT工藝實現(xiàn)模數(shù)轉換器的設計。與 CMOS相比, GaAs HBT具有潛在的更高的截

2、止頻率 fT,并且由于 GaAs HBT比 InP HBT和 SiGe BiCMOS的制作工藝更簡單,因而 GaAs HBT的流片成本也較適中。
　　本文對 GaAs HBT超高速折疊內插 ADC芯片設計方法開展了研究。在對各類 ADC結構進行分析的基礎上確定了本文所采用的超高速 ADC結構;提出了一種適用于 GaAs HBT的考慮輻照效應的器件模型;并基于本文所建立的模型對 ADC的電路級進行了設計。本文取得的主要研究成果如下:

3、
　　(1)研究了一款超高速 ADC的設計與實現(xiàn)。該 ADC的分辨率為6 bits,采樣率為3 Gsps,基于 WIN公司截止頻率 fT=60 GHz的1μm砷化鎵異質結雙極型晶體管工藝設計。該 ADC的設計采用折疊內插結構,以滿足其 Gsps級別的采樣率,寬帶寬和中等分辨率的要求,相比較于全并行結構,折疊內插結構降低了電路所消耗的功耗以及占用的芯片面積。
　　(2)建立了 ADC電路級設計所需要的 GaAs HBT器件模型

4、。為了預測 GaAs HBT伽馬輻照效應,建立了一種新穎的考慮了伽馬輻照效應的 GaAs HBT模型。首先,在對VBIC模型研究的基礎上,根據(jù) GaAs HBT的特性,建立了一種簡化 VBIC模型;其次,從 GaAs HBT輻照特性出發(fā),對該簡化的 VBIC模型進行了進一步修正;最后,驗證了模型的有效性。
　　(3)本文所設計的超高速 ADC包含有一個采樣保持放大器,一個參考電阻串,四個折疊放大器,一個內插電阻串,一個比較器陣列,

5、一個包含有異或門陣列、或非門陣列和15-to-4 ROM的數(shù)字編碼器,一個嵌有高低位同步電路的粗量化器,并且為了滿足測試要求,片上還集成了對 ADC輸出數(shù)據(jù)流進行降速處理的1:4解復用器電路。
　　(4)采用1μm InGaP/GaAs HBT工藝實現(xiàn)了6 bits,3 Gsps ADC的設計、流片和測試。ADC的芯片尺寸為4.32 mm×3.66 mm。采用高線性度的跟蹤保持放大器提高了有效分辨率 ENOB,并且在折疊放大器中采