32GHz帶寬實時示波器技術揭秘（六）

圖3 簡化了的磷化銦緩沖芯片電路原理圖

　　圖3是簡化了的緩沖芯片電路原理圖（本文所有原理圖都是簡化的），差分輸入信號的終端電阻有固定電阻和可變電阻組合而成，可變電阻用的是工作在線性區的FET管，其寄生參數效應，被考慮進L-C-L傳輸線設計中，傳輸線包括鍵合線、焊盤、晶體管輸入電容和片上電感。

　　在CMOS模數轉換芯片中，80路跟蹤/保持電路直接和輸入焊盤相連，每個差分跟蹤/保持電路是一對NMOS FET pass-gate門電路，后面連接的是驅動電路模式順序延遲模數轉換的跨導多級電路。每個順序延遲模數轉換器，使用基數是1.6的12級跨導以改進對失配誤差的容忍度，基數轉換器會把12位的基數是1.6數據轉換成2進制數據，基數轉換器中系數寄存器由校準軟件程控，以糾正順序延遲電路中每一級的誤差。

圖4 順序延遲采樣模數轉換12級電路中的一級

　　圖4是12級跨導電路的其中一級的簡化原理圖，輸入電流進入一對鏡像1.6x電流電路，比較器感知輸入信號極性并致使一位（1b）DAC電流從輸出電流中被加上或減去。這種順序延遲電路設計有3個優點：

　　1. 低功耗：每個Slice是57mW，包括跨導、基數轉換器

　　2. 面積小：每個Slice占用0.12mm

　　3. CMOS兼容：不需要線性電阻或電容來維持并行結構

　　圖5給出示波器中使用的模數轉換器內部架構發展歷史，今天所有示波器廠家采用的模數轉換器技術都是基于flash轉換，并行輸出的技術。如圖中紅色圓圈所示，安捷倫最后一波使用該技術在當時的高性能示波器上是在1997年，首次采用順序延遲采樣模數轉換器是2001年，那時的模數轉換器是4GSa/s，內部有32個slices ，每個Slice的采樣率是125 MSa/s ，把該 轉換器也用到了低端的產品中。到了2005年，安捷倫推出20GSa/s的模數轉換器，內部有80個slices ，每個Slice的采樣率是250 MSa/s 。2008年，安捷倫重新設計了該模數轉換器的外部接口，讓其輸出80路串行信號，每一路是2 Gb/s。2010年推出的磷化銦示波器，將采樣頭從剝離出來單獨設計并和前置放大器等芯片一起封裝到一個三維電路模塊中。

圖5 示波器中的模數轉換器內部架構的發展歷史

　　這里，我想說的其實不是安捷倫科技的模數轉換器技術發展曲線，而是強調安捷倫的模數轉換器技術采用了完全不同的思路，供國內相關的研發工作者借鑒。實際上，安捷倫科技的模數轉換器在Slices這個級別一點都不快，這也意味著，安捷倫可以做出更快的單晶片模數轉換器，因為仍有空間增加內部Slices的數量，以及提高每個Slice的采樣率，輸出串行鏈路的數量，每個串行輸出鏈路的速度；反過來說，也可以將每個Slice的采樣率降低，采樣率降低再配合其它技術，就有機會將模數轉換器的垂直分辨率提高，比如從8位提高到10位甚至12位，技術和經驗儲備已經有了，何時推出，主要取決于市場需求和競爭態勢。無論是提高模數轉換器的垂直分辨率還是采樣率，都有機會改變業界游戲規則，這正是安捷倫維持技術領先的策略重點所在。