10-бит АЦП типа ТС1200 с гарантированной частотой дискретизации 1 ГГц, а в 2003-м начала опытные поставки 14-бит устройства с частотой дискретизации 240 МГц. Микросхем, подобных ТС1200, давно ждали специалисты, до сих пор довольствовавшиеся 6- и 8-разрядными АЦП аналогичной производительности фирм Maxim Integrated Products и Signal Processing Technologies.
Среди оригинальных схемотехнических решений микросхемы следует отметить встроенный демультиплексор 1:4. Благодаря распараллеливанию информационного потока по четырем 10-бит LVDS-каналам (каналам низковольтного дифференциального сигнала), он обеспечивает снижение частоты вывода данных с 1 ГГц до 250 МГц [1]. При этом логической "1" соответствует уровень 1,5 В, "0" – уровень 1,1 В. Такое решение, фактически, превращает АЦП в цифровой фазовый ВЧ-детектор, формирующий квадратурные компоненты комплексного радиосигнала. Для этого достаточно выполнять оцифровку с периодом дискретизации, кратным нечетному числу четвертей периода несущей радиосигнала, и рассматривать каналы А, С и В, D как выходы двух квадратур, взятых в соседние моменты времени. С помощью сигнала сброса выходных уровней выполняется периодическая повторная синхронизация выходных данных всех четырех каналов.
Свободный от искажений динамический диапазон преобразования тональных аналоговых сигналов на частоте 400 МГц составляет 55,1 дБс. При этом фирма гарантирует, что в полосе частот 50–500 МГц потери коэффициента усиления не превысят 1 дБ. Типовое отношение сигнал-шум, оцененное с помощью дискретного преобразования Фурье, при оцифровке 400-МГц сигнала с частотой 1 ГГц составляет 49,3 дБ.
Аналоговый вход АЦП также дифференциальный, причем допустимый размах аналогового сигнала по каждому дифференциальному входу составляет ±0,32 В. В результате, по значению шага квантования, выраженному в милливольтах, АЦП лишь незначительно уступает известным 12-бит АЦП с размахом входного сигнала ±1 В.
ТС1200 сопоставим с современными АЦП, для которых уже стало традицией использование синусоидального тактового сигнала вместо импульсного меандра. Размах тактового сигнала составляет ±0,63 В, при этом апертурный дребезг встроенного тактового формирователя не превышает 0,3 пс.
Помимо развязки точек заземления цифровых и аналоговых линий, в АЦП предусмотрена раздельная подача напряжений питания на аналоговый (+5 В) и цифровой блоки преобразователя (+5, +3,3 В). Возможна также подача внешнего опорного напряжения номиналом +2,5 В.
Серийное производство БиКМОП-микросхем по 0,5-мкм SiGe-технологии освоено на одном из заводов компании IBM. Чип содержит около 40 тыс. транзисторов. Смонтирован он в 256-контактный BGA-корпус размером 27х27 мм (рис.2). Диапазон рабочей температуры микросхем в коммерческом исполнении составляет 0…+85°С, причем в корпус встроен температурный датчик на базе термочувствительного диода. Цена новых АЦП договорная.
По мнению разработчиков, новый АЦП перспективен для применения в широкополосных устройствах, таких, как усилители мощности, работающие с многими несущими, быстродействующее испытательное и контрольно-измерительное оборудование, средства космической связи, устройства преобразования ВЧ-сигнала с непосредственным понижением частоты, радиолокационные системы.
По утверждению руководства фирмы TelASIC, АЦП ТС1200 – первый представитель микросхем базового ряда. Поэтому можно надеяться, что в ближайшем будущем будут выпущены АЦП с еще более продвинутыми характеристиками. Подтверждением тому может служить появление в июле 2003 года на сайте фирмы информации о создании нового, самого скоростного в мире 14-разрядного АЦП ТС1410 с рекордным быстродействием – предельная частота дискретизации 240 МГц при полосе входного аналогового сигнала до 1,5 ГГц [2]. Собранный в тот же 256-контактный BGA-корпус, что и ТС1200, новый АЦП имеет многоступенчатую структуру (рис.3), позволившую исключить демультиплексор, поскольку скорость потока данных меньше, чем в предыдущей микросхеме. Однако результаты преобразования, на этот раз 14-битные, по-прежнему выводятся по LVDS-протоколу. В общем случае, работа с LVDS-сигналами облегчает интегрирование АЦП с микросхемами программируемой логики, например, FPGA фирмы Xilinx, в которых имеются встроенные каналы передачи данных, поддерживающие такой протокол обмена. Данное обстоятельство особенно ценно для реализации высокопроизводительных цифровых каналов обработки сигналов в системах связи и радиолокации, использующих цифровые средства формирования лучей антенных решеток [3].
Довольно неожиданной характеристикой ТС1410 является допустимый размах напряжения входного дифференциального сигнала – 4 В. Что-то не помнится, чтобы такой показатель был еще у каких-либо скоростных АЦП. Увеличен в сравнении с ТС1200 и уровень тактового сигнала, подаваемого по дифференциальному входу с размахом 2 В. Такие номинальные значения допустимых напряжений привели к увеличению рассеиваемой мощности чипа, которая составляет 13 Вт. В то же время очевидно, что, уменьшив размах входного сигнала и амплитуду тактирующих импульсов, разработчики TelASIC легко смогут снизить тепловыделение микросхемы. К тому же, характерная для указанных амплитуд сигналов крутизна нарастания напряжения свидетельствует о значительном запасе в быстродействии схемотехнических решений, использованных в ТС1410.
В свое время в советских АЦП серии 1107, именно за счет уменьшения опорного напряжения и размаха входных сигналов, удавалось добиться устойчивой оцифровки ВЧ-сигналов с рекордными для того времени значениями частот дискретизации (более 40 МГц). Поэтому, если пойти аналогичным путем и снизить размах входного сигнала до 1 В и менее (например, до 0,64 В, как в АЦП типа ТС1200), то при реализованной в ТС1410 допустимой крутизне нарастания аналоговых сигналов вполне логично ожидать, что технология фирмы позволит добиться 14-разрядной оцифровки ВЧ-сигнала с полосой частот свыше 4 ГГц и тактовой частотой более 500 МГц. Вероятно, уже в ближайшую пару лет можно будет убедиться в справедливости этих ожиданий.
Пока же частотные показатели нового АЦП выглядят более скромно, хотя и занимают лидирующие в мире позиции. В частности, для сигнала на частоту 5 МГц отношение сигнал-шум при дискретизации с частотой 240 МГц достигает 71 дБ (полный коэффициент гармоник – 87 дБс), монохроматического сигнала частоты 181 МГц – 70 дБ (полный коэффициент гармоник – 74 дБс) (рис.4).
Наряду с разработкой уникальных АЦП, фирма TelASIC сумела заявить о себе и на рынке ЦАП. Ее высокоскоростной 14-разрядный ЦАП ТС2401, также работающий на тактовой частоте 1 ГГц, позволяет формировать аналоговые сигналы с предельной частотой 500 МГц (рис. 5) [4]. Микросхема ЦАП выполнена по той же 0,5-мкм SiGe БиКМОП-технологии, что и АЦП ТС1200. При этом цифровой сигнал по-прежнему подается в LVDS-формате, что также является новшеством для высокоскоростных ЦАП. Благодаря отказу от мультиплексирования данных на входе чип ТС2401, в отличие от АЦП ТС1200, удалоcь разместить в 96-контактном BGA-корпусе. Рассеиваемая им мощность не превышает 3 Вт. Расширен и температурный диапазон работы, который для ЦАП типа TC2401-IB составляет
-40…+85° С. При формировании тонального аналогового сигнала на предельную частоту 500 МГц отношение сигнал-шум равно 66 дБc. Общая динамика изменения отношения сигнал-шум формируемого гармонического сигнала показана на рис.6.
В ЦАП предусмотрена возможность выдачи опорного напряжения и использования внешнего его источника (+2,5 В). Питающие напряжения для аналогового сегмента составляют +5 В и -5 В, для цифрового, в дополнение к указанным, используется +3,3 В.
Из рассмотренных выше основных характеристик новых АЦП и ЦАП фирмы TelASIC следует вывод о появлении на рынке сверхскоростных преобразователей данных нового лидера, способного составить серьезную конкуренцию нынешним маститым поставщикам этих изделий. Поэтому в несомненном выигрыше окажется та из российских фирм, которая успеет раньше других заключить с TelASIC соглашение о выполнении представительских функций и получит лицензию на поставку ее продукции. Нам же, как потребителям, остается с нетерпением ждать этого момента.
Литература
1. 10-Bit, 1 Giga Samples per Second (GSPS) Analog-to-Digital Converter (ADC) System TC1200. Preliminary Technical Information. – TelASIC Communications. – http://www.telasic.com/ live/products/10bit1GSPS.pdf.
2. TC1410. 14-Bit, 240 MSPS Analog-to-Digital Converter. Preliminary Technical Information.– TelASIC Communications. – http://www.telasic.com/live/products/ТС1410_datasheet.pdf.
3. Слюсар В. Схемотехника цифрового диаграммообразования. Модульные решения.–ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2002, № 1,
с. 46–52.
4. TC2401. 14-Bit, 1GSPS Digital-to-Analog Converter. Preliminary Technical Information. – TelASIC Communications. – http://www.telasic.com/live/products/ТС2401_datasheet.pdf.
(http://64.5.63.48/cms/).
Кратко о фирме
Фирма TelASIC (http://64.5.63.48/cms), центральный офис которой расположен в Эль-Сегундо, шт. Калифорния, выделилась из состава компании Reytheon, известной своей продукцией военного назначения, и получила статус самостоятельного юридического лица в 2001 году. По-видимому, именно ее корни и определили прорывной характер разработок TelASIC, за плечами специалистов которой 20-летний опыт создания микросхем для систем беспроводной связи, а также огромный интеллектуальный капитал, аккумулированный, в частности, в 66 действующих патентах на изобретения. На сегодняшний день инвестиции во вновь созданную фирму оцениваются в 150 млн. долл. Среди инвесторов, кроме Reytheon, фигурирует и компания IBM. Недавно региональный офис TelASIC открылся в Великобритании.
Полевой транзистор с затвором Шотки
Коэффициент усиления 13 дБ на 2 ГГц
Ведущий производитель полупроводниковых приборов на карбиде кремния – фирма Cree Microwave – выпустила новый полевой транзистор с затвором Шотки типа CRF-2040 с выходной мощностью 10 Вт. На частоте 2 ГГц минимальное значение коэффициента усиления транзистора равен 13 дБ (приводимое в спецификации среднее значение – 15 дБ). Коэффициент взаимной модуляции третьего порядка составляет -31 дБс при мощности 10 Вт. Максимальная рабочая частота транзистора – 2,7 ГГц. Транзистор CRF-2040 – первый прибор второго поколения SiC-полевых транзисторов с затвором Шотки на напряжение 48 В.
Предназначен транзистор для широкополосных систем связи военного назначения, систем связи TDMA-, EDGE-, CDMA- W-CDMA-стандартов, широкополосных усилителей, усилителей класса А/В, усилителей систем абонентского телевидения.
www.elecdesign.com/Articles/Print.cfm?/ArticleID=5360